-
Die Erfindung betrifft eine Düsenvorrichtung für das Heißgasschweißen aufweisend mehrere benachbart zueinander angeordnete Düsenröhrchen, aus denen ein jeweiliger Heißgasstrom herausführbar ist, und wobei in einem Abstand zu Austrittsöffnungen der Düsenröhrchen ein zu schweißendes Werkstück anordbar ist, das mit den Heißgasströmen anströmbar ist, sodass die Heißgasströme zwischen den Austrittsöffnungen und dem Werkstück über einen freien Strömungsweg strömbar sind.
-
STAND DER TECHNIK
-
Beispielsweise zeigt die
DE 195 42 488 A1 eine Düsenvorrichtung für das Heißgasschweißen mit mehreren Düsenöffnungen, aus denen jeweilige Heißgasströme austreten.
-
Die
US 2002/0174626 A1 offenbart eine Heißversiegelungsvorrichtung zum Versiegeln von Kunststofffolie, umfassend ein Heizelement, und einen Siegelkopf, der mehrere Konvektionsöffnungen aufweist, und mindestens einen isolierten Folienkontaktabschnitt, der neben mindestens einer der Konvektionsöffnungen angeordnet ist und in Kontakt mit der Kunststofffolie einen festgelegten Abstand zwischen den Konvektionsöffnungen und der zu versiegelnden Kunststofffolie einstellt.
-
Heißgas wird in der Industrie vielfach dazu verwendet, Kunststoffbauteile oder Kunststofffolien zu verschweißen. Neben einer exakten Temperatur des Heißgasstroms beim Auftreffen auf das Werkstück ist weiterhin für eine gute Schweißnahtqualität erforderlich, dass der Heißgasstrom entlang der Schweißnaht möglichst gleichmäßig auf die Oberfläche des Werkstückes auftrifft. Werden mehrere Düsenröhrchen verwendet, aus denen ein jeweiligen Heißgasstrom austritt und auf das Werkstück geleitet wird, entstehen Wärmezentren, sodass punkt- oder bereichsartige Schweißnahtvergrößerungen auftreten, und zwischen den auftreffenden Heißgasströmen verjüngt sich die Schweißnaht. Im Ergebnis ergibt sich eine ungleichmäßige Ausbildung der Schweißnahtoberfläche entlang der Schweißnaht, die insbesondere aus visuellen und/oder dekorativen Gründen möglichst zu vermeiden ist.
-
1 zeigt schematisch eine Darstellung einer Düsenvorrichtung 1 gemäß dem stand der Technik mit einem Verteiler 18, in den der Heißgasstrom 11 eingeleitet wird. An den Verteiler 18 schließen sich mehrere Düsenröhrchen 10 an, wobei beispielhaft lediglich vier Düsenröhrchen 10 dargestellt sind. Die Düsenröhrchen 10 sind in einer Richtung nebeneinander verlaufend angeordnet, welche Richtung i. d. R. dem Schweißnahtverlauf des Fügeteils folgt. Durch die Düsenröhrchen 10 wird der Heißgasstrom 11 geleitet, wie mit mehreren Pfeilen angedeutet. Durch Austrittsöffnungen 12, die sich an einem dem Verteiler 18 gegenüberliegenden Ende der Düsenröhrchen befinden, tritt der Heißgasstrom 11 aus jedem der Düsenröhrchen 10 aus und trifft auf eine Oberfläche des Werkstückes 13, welches zu verschweißen ist. Zwischen den Austrittsöffnungen 12 und der Oberfläche des Werkstückes 13 erstreckt sich dabei ein freier Strömungsweg s, über den hinweg die Heißgasströme 11 frei verlaufen.
-
Wie auf der Oberfläche des Werkstückes 13 schematisch angedeutet, ergibt sich eine Schweißnaht 19 mit jeweiligen Wärmezentren unmittelbar in den Auftreffpunkten der Heißgasströme 11. Im Ergebnis entsteht eine im Wesentlichen ungleichförmige Schweißnaht, die möglichst zu vermeiden ist.
-
Die
DE 37 34 137 A1 offenbart eine Heißluft-Schweißmaschine zum nahtförmigen Verbinden von Kunststofffolien mit einer über eine Leitung mit einem Heißlufterzeuger verbundenen, eine Düse aufweisenden Luftführungsvorrichtung, wobei die Düse eine mit der Leitung fluchtende Vorkammer und eine quer zu deren Längsachse angeordnete Wirbelkammer aufweist, die mehrere als radiale Durchbrüche in der Wand der Vorkammer ausgebildete Eintrittsöffnungen und diesen gegenüberliegend eine Austrittsöffnung enthält, deren Querschnittsfläche um ein Vielfaches größer ist als die Summe der Querschnittsflächen der Eintrittsöffnungen.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Düsenvorrichtung für das Heißgasschweißen sowie die Bereitstellung einer entsprechenden Heißgasschweißanlage, mit der ein verbessertes Schweißergebnis erzielt werden kann. Insbesondere soll die Düsenvorrichtung so weitergebildet werden, dass eine Vergleichmäßigung der Schweißnaht entlang eines Nahtverlaufes erzeugt wird.
-
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Düsenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einer Heißgasschweißanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass seitlich benachbart zu den Heißgasströmen auf wenigstens einem Teil des freien Strömungsweges Strömungsleitelemente angeordnet sind, wobei sich zwischen den Strömungsleitelementen Elemente erstrecken, die den Heißgasstrom beeinflussen und vorzugsweise die Strömungsleitelemente verbinden, wobei die Elemente vor den jeweiligen Austrittsöffnungen der Düsenröhrchen angeordnet sind.
-
Kern der Erfindung ist die Schaffung eines zwischen den Strömungsleitelementen ausgebildeten Strömungsschlitzes, wobei die Erstreckungsrichtung des Strömungsschlitzes der Richtung entspricht, in der die Düsenröhrchen nebeneinander angeordnet sind und die Richtung gibt der Schweißnahtverlauf vor. Durch die Anordnung der Strömungsleitelemente wird ein Einfluss auf die Heißgasströme genommen, sodass sich wenigstens teilweise eine Vergleichmäßigung der Heißgasströme ergibt. Insbesondere stellt sich eine Homogenisierung der Heißgasströme in einer Weise ein, sodass nach Durchströmen des Schlitzes zwischen den Strömungsleitelementen die Heißgasströme im Wesentlichen homogenisiert auf die Oberfläche des Werkstückes auftreffen. Das Ergebnis ist eine vergleichmäßigte Schweißnahtausbildung entlang des Nahtverlaufes, sodass eine insbesondere visuell / dekorativ höherwertige Schweißnaht erzeugt werden kann.
-
Erfindungsgemäß erstrecken sich zwischen den Strömungsleitelementen Elemente, die die Strömung beeinflussen und vorzugsweise Verbindungselemente zwischen den sich gegenüberstehenden Strömungsleitelementen darstellen. Die Elemente können einen kreisrunden Querschnitt aufweisen oder diese sind auf sonstige Weise ausgebildet. Insbesondere befinden sich die Elemente vor, das heißt in der Regel unter den jeweiligen Austrittsöffnungen der Düsenröhrchen. Strömen die Heißgasströme aus den Düsenröhrchen aus und treffen auf die Elemente, verwirbeln die Heißgasströme und es wird über der gesamten Länge eine Homogenisierung erreicht.
-
Mit Vorteil weist jedes Strömungsleitelement eine zu den Heißgasströmen weisende Innenfläche auf, die plan, konisch, konvex oder auf sonstige Weise gekrümmt sein kann. Die Innenflächen können dabei sehr nah an die Heißgasströme herangeführt sein, um einen möglichst schmalen Strömungsschlitz zwischen den Strömungsleitelementen zu schaffen und um die Vergleichmäßigung der Heißgasströme zu optimieren. Die Vergleichmäßigung entspricht dabei insbesondere einer gleichmäßigeren Strömungsgeschwindigkeit und damit einem gleichmäßigeren Volumenstrom über der gesamten Schlitzlänge zwischen den Strömungsleitelementen, sodass beim Auftreffen auf das Werkstück keine Wärmezentren ausgebildet sind, und wobei über dem Verlauf der zu erzeugenden Schweißnaht die Heißgasströme im Wesentlichen keine Strömungsmaxima mehr aufweisen.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsenvorrichtung verlaufen die Strömungsleitelemente zu beiden Seiten der Heißgasströme parallel zueinander. Gemäß einer vorteilhaften Weiterführung können die Strömungsleitelemente insbesondere elektrisch beheizt sein, sodass die Heißgasströme an den Strömungsleitelementen nicht abkühlen, sondern beispielsweise noch weiter aufgeheizt werden oder die Austrittstemperatur wird über die Beheizung der Strömungsleitelemente gesteuert.
-
Die Strömungsleitelemente können in Strömungsrichtung zu den Düsenröhrchen hin, d. h. stromaufwärts, breiter ausgeführt sein als der freie Strömungsweg, sodass sich die Strömungsleitelemente seitlich neben die Düsenröhrchen hinweg erstrecken. Um die breiteren Düsenröhrchen seitlich zwischen den Strömungsleitelementen einzufassen, weisen die Strömungsleitelemente beispielsweise einen Versatz auf, wobei sich die Strömungsleitelemente stromabwärts hinter den Austrittsöffnungen der Düsenröhrchen weiter annähern, sodass ein möglichst schmaler Strömungsschlitz unter den Austrittsöffnungen der Düsenröhrchen gebildet wird.
-
Die Strömungsleitelemente sind derart nah an die Heißgasströme herangeführt, dass die Heißgasströme durch das Vorhandensein der Strömungsleitelemente beeinflussbar sind. Hierzu können die Innenflächen der Strömungsleitelemente beispielsweise eine Strukturierung aufweisen. Die Strukturierung kann bereits durch eine aufgeraute Oberfläche gebildet sein. Alternativ oder kumulativ kann die Strukturierung geometrisch bestimmte Strukturen aufweisen, beispielsweise Nuten, Vertiefungen oder Erhebungen mit vorbestimmten Verläufen.
-
Gemäß einer weiteren Variante weisen die Strömungsleitelemente an den zum Werkstück weisenden Enden nach innen in Richtung zu den Heißgasströmen gebogene Endabschnitte auf. Der Strömungsschlitz verjüngt sich dabei zwischen den Strömungsleitelementen, sodass die Strömung beschleunigt wird. Durch die Beschleunigung der Strömung wird ebenfalls eine Homogenisierung erreicht, sodass die Wärme- und beispielsweise auch Strömungsgeschwindigkeitszentren unten den jeweiligen Austrittsöffnungen der Düsenröhrchen durch die Homogenisierung im Wesentlichen vermieden werden.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Heißgasschweißanlage mit einer Düsenvorrichtung aufweisend mehrere benachbart zueinander angeordnete Düsenröhrchen, aus denen ein jeweiliger Heißgasstrom herausgeführt ist, wobei in einem Abstand zu Austrittsöffnungen der Düsenröhrchen ein zu schweißendes Werkstück angeordnet ist, das mit den Heißgasströmen anströmbar ist, sodass die Heißgasströme zwischen den Austrittsöffnungen und dem Werkstück über einen freien Strömungsweg strömbar sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass seitlich benachbart zu den Heißgasströmen auf wenigstens einem Teil des freien Strömungsweges Strömungsleitelemente angeordnet sind, wobei sich zwischen den Strömungsleitelementen Elemente erstrecken, die den Heißgasstrom beeinflussen und vorzugsweise die Strömungsleitelemente verbinden, wobei die Elemente vor den jeweiligen Austrittsöffnungen der Düsenröhrchen angeordnet sind. Die weiteren Ausgestaltungen in Bezug auf die Düsenvorrichtung finden für die erfindungsgemäße Heißgasschweißanlage ebenfalls Anwendung.
-
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
-
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Die Düsenvorrichtungen der 2 und 3 sind insofern nicht erfindungsgemäß, als dass sie die sich zwischen den Strömungsleitelementen erstreckenden Elemente zur Beeinflussung des Heißgasstroms nicht aufweisen. Es zeigt:
- 1 eine Düsenvorrichtung zum Ausführen eines Heißgasschweißens gemäß dem Stand der Technik,
- 2 eine ausgestaltete Düsenvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Düsenvorrichtung und
- 4 eine Düsenvorrichtung mit mehreren Düsenröhrchen und einem rückseitig dargestellten Strömungsleitelement.
-
1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Ansicht eine Düsenvorrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Düsenvorrichtung 1 weist mehrere nebeneinander angeordnete Düsenröhrchen 10 auf, wobei diese parallel zueinander verlaufen. Die Düsenröhrchen 10 sind an einen Verteiler 18 angeschlossen, in den ein Heißgasstrom 11 eingeleitet wird. Der Heißgasstrom 11 verteilt sich im Wesentlichen gleichmäßig auf die einzelnen Düsenröhrchen 10, sodass diese in gezeigter Pfeilrichtung mit dem Heißgasstrom 11 durchströmt werden.
-
Der Heißgasstrom 11 tritt durch Austrittsöffnungen 12, welche sich auf einer der Anordnung des Verteilers 18 gegenüberliegenden Seite der Düsenröhrchen 10 befinden, aus, sodass mehrere ebenfalls parallel zueinander ausgebildete Heißgasströme 11 gebildet sind. Die Heißgasströme 11 treffen auf die Oberfläche eines Werkstückes 13 auf, auf dem die Schweißnaht 19 erzeugt wird. Vereinfacht ist lediglich ein Werkstück 13 gezeigt, und die Schweißnaht 19 kann beispielsweise zwei Werkstücke miteinander verschweißen.
-
Zwischen den Austrittsöffnungen 12 und der Oberfläche des Werkstückes 13 ist ein freier Strömungsweg s gebildet, über den die Heißgasströme 11 einen freien Verlauf aufweisen.
-
2 zeigt beispielhaft eine Düsenvorrichtung 1. Seitlich zu den Heißgasströmen 11 befinden sich Strömungsleitelemente 1. Die Strömungsleitelemente 1 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass nach Austritt der Heißgasströme 11 aus den Austrittsöffnungen 12 der Düsenröhrchen 10 der freie Strömungsweg s der Heißgasströme 11 zwischen zwei Innenflächen 15 der Strömungsleitelemente 14 eingefasst ist. Die Strömungsleitelemente 14 sind so nah an den Heißgasstrom 11 herangeführt, begünstigt durch einen jeweiligen Versatz 20 in den Strömungsleitelementen 14, das eine Beeinflussung des Strömungsverhaltens des Heißgases erzeugt wird. Die Heißgasströme 11, die fadenähnlich die Austrittsöffnungen 12 der kleinen Düsenröhrchen 10 verlassen, vergleichmäßigen sich, sodass die Heißgasströme 11 im Wesentlichen als homogener Vorhang auf die Oberfläche des Werkstückes 13 auftreffen. Im Ergebnis ergibt sich eine vergleichsmäßigte Schweißnaht 19, die im Wesentlichen nicht mehr negativ beeinflusst ist durch Temperatur- und Strömungsgeschwindigkeitszentren unter den Austrittsöffnungen 12 der Düsenröhrchen 10.
-
Die Homogenisierung der Heißgasströme 11 zwischen den Innenflächen 15 der Strömungsleitelemente 14 ist so ausgebildet, dass Verwirbelungen und Durchmischungen der einzelnen Heißgasströme 11 erzeugt werden. Im Ergebnis kann so eine optisch hochwertigere Schweißnaht 19 erzeugt werden.
-
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Düsenvorrichtung 1 mit mehreren nebeneinander angeordneten Düsenröhrchen 10 und mit aus den Düsenröhrchen 10 austretenden Heißgasströmen 11. Seitlich zu den Heißgasströmen 11 befinden sich Strömungsleitelemente 14, welche in den Endabschnitten 17 zu den Heißgasströmen 11 hin gebogene Abschnitte aufweisen. Auch damit kann bereits eine Beeinflussung der Heißgasströme 11 erreicht werden, sodass diese gleichmäßig auf die Oberfläche des Werkstückes 13 auftreffen. Die Endabschnitte 17 verjüngen den Strömungsspalt der Heißgasströme 11, sodass das Gas der Heißgasströme 11 beschleunigt wird. Durch die Beschleunigung wird ebenfalls eine Homogenisierung der Heißgasströme 11 in einer breiten Richtung erreicht, sodass die Schweißnaht 19 ebenfalls vergleichmäßigt ist.
-
4 zeigt mehrere nebeneinander angeordnete Düsenröhrchen 10 und zur Verdeutlichung lediglich ein einziges Strömungsleitelement 14, sodass das vor den Düsenröhrchen 10 liegende Strömungsleitelement 14 zur besseren Anschauung entnommen ist. Das Ausführungsbeispiel zeigt unter jeder der Austrittsöffnungen 12 der Düsenröhrchen 10 angeordnete Elemente 16, die die beiden Strömungsleitelemente 14 miteinander verbinden. Damit erstrecken sich die Elemente 16 unter den Austrittsöffnungen 12, und die Heißgasströme 11 treffen auf die Elemente 16 auf. Diese sind beispielhaft mit einem kreisrunden Querschnitt ausgeführt und durch das Auftreffen der Heißgasströme 11 auf die Elemente 16 ergibt sich ein Verwirbelungsbild, das über den weiteren Verlauf der Strömungsleitelemente 14 weiter homogenisiert wird. Im Ergebnis ergibt sich ein noch homogenerer Strömungsvorhang aus dem Heißgasstrom 11, bis dieser auf das Werkstück auftrifft.
-
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumlichen Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Düsenvorrichtung
- 10
- Düsenröhrchen
- 11
- Heißgasstrom
- 12
- Austrittsöffnung
- 13
- Werkstück
- 14
- Strömungsleitelement
- 15
- Innenfläche
- 16
- Element
- 17
- Endabschnitt
- 18
- Verteiler
- 19
- Schweißnaht
- 20
- Versatz
- s
- freier Strömungsweg
