DE102017213756A1 - Verbindungsanordnung und Verfahren zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente mit einer zweiten Kunststoffkomponente - Google Patents

Verbindungsanordnung und Verfahren zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente mit einer zweiten Kunststoffkomponente Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (10A) mit einer ersten Kunststoffkomponente (20), einer zweiten Kunststoffkomponente (30) und einem geschlossenen Induktionsring (40), welcher in einem zumindest teileweise mit Kunststoffschmelzen (17, 19) gefüllten Fügespalt (11) zwischen den beiden Kunststoffkomponenten (20, 30) angeordnet ist, und ein korrespondierendes Verfahren zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente (20) mit einer zweiten Kunststoffkomponente (30). Hierbei weist die erste Kunststoffkomponente (20) einen als gestufte Aufnahmeöffnung ausgeführten ersten Fügebereich (22) mit einer ersten Fügekontur und die zweite Kunststoffkomponente (30) weist einen als gestufter Absatz ausgeführten zweiten Fügebereich (32) mit einer zweiten Fügekontur auf, wobei der zweite Fügebereich (32) unter Ausbildung des Fügespalts (11) in den ersten Fügebereich (22) eingeführt ist, wobei die erste Fügekontur und die zweite Fügekontur aufeinander abgestimmt sind und den ersten Fügebereich (22) und den zweiten Fügebereich (32) und den Induktionsring (40) im Fügespalt (11) zueinander zentrieren.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Verbindungsanordnung und von einem Verfahren zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente mit einer zweiten Kunststoffkomponente nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
  • Beim Elektromagnetisches-Widerstands-Schweißen (EWS) oder auch beim Induktionsschweißen werden durch ein elektromagnetisches Wechselfeld (typ. 10 kHz bis 40 kHz), das in der Regel durch eine wassergekühlte Spule erzeugt wird, in einem geschlossenem ringförmigen, metallischen Bauteil bzw. in einem Induktionsring Wirbelströme induziert. Der Induktionsring erwärmt sich aufgrund von Wärmeverlusten und führt durch Wärmeleitung zu einem Aufschmelzen der Kunststoffpolymere der beiden Fügepartner, die anschließend unter Druck verbunden und konsolidiert werden.
  • 8 bis 11 zeigen eine aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungsanordnung 1, 1A mit einer ersten Kunststoffkomponente 2, einer zweiten Kunststoffkomponente 3 und einem geschlossenen Induktionsring 4, welcher einen eckigen Querschnitt aufweist und in einem Fügespalt 1.1 zwischen den beiden Kunststoffkomponenten 2, 3 angeordnet ist. Wie aus 8 und 9 ersichtlich ist, weist die erste Kunststoffkomponente 2 einen ersten Fügebereich 2.2 auf, welcher eine Aufnahmeöffnung, einen umlaufenden ersten Kragen 2.4 und einen Fügespalt 1.1 umfasst. Die zweite Kunststoffkomponente 3 weist einen zweiten Fügebereich 3.2 auf, welcher einen Absatz und einen umlaufenden zweiten Kragen 3.4 aufweist, wobei zwischen dem Absatz und dem umlaufenden zweiten Kragen 34 eine Vertiefung ausgebildet ist. Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, ist der Induktionsring 4 im Fügespalt 1.1 zwischen einem Boden des Fügespalts 1.1 und einer Stirnfläche des zweiten Kragens 3.4 angeordnet, welcher ebenfalls in den Fügespalt 1.1 eingeführt ist. Der erste Kragen 2.4 ist in die Vertiefung zwischen dem zweiter Kragen 3.4 und dem Absatz eingeführt. Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, teilen der Induktionsring 4 und der zweite Kragen 3.4 den Fügespalt 1.1 in einen oberen Ringspalt 1.3 und einen unteren Ringspalt 1.5 auf. 9 zeigt die Verbindungsanordnung 1, 1A vor einem Schweißvorgang, in welchem eine nicht dargestellte Spule ein Wechselfeld erzeugt, welches den Induktionsring 4 über die induzierten Wirbelströme aufheizt und zu einem lokalen Aufschmelzen der ersten Kunststoffkomponente 2 und der zweiten Kunststoffkomponente 3 im Bereich des Fügespalts 1.1 führt. Anschließend werden die beiden Kunststoffkomponenten 2, 3 unter Druck verbunden und die beiden vorgesehenen Ringspalte 1.3, 1.5 mit Kunststoffschmelze 1.7, 1.9 aufgefüllt, wie aus 10 ersichtlich ist. 10 zeigt die Verbindungsanordnung 1 nach dem Schweißvorgang. Wie aus 11 ersichtlich ist, weist der Induktionsring1.1 bei der dargestellten Verbindungsanordnung 1A nach dem Schweißvorgang eine exzentrische Lage auf, so dass im Unterschied zu 10 keine gleichmäßigen mit Kunststoffschmelze 1.7, 1.9 aufgefüllten Ringspalte 1.3. 1.5 entstehen. Die ungleichmäßigen bzw. teilweise nicht vorhandenen Ringspalte 1.3, 1.5 können die Qualität der dargestellten Verbindungsanordnung 1A beinträchtigen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und das Verfahren zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente mit einer zweiten Kunststoffkomponente mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 7 haben den Vorteil, dass die aufeinander abgestimmte Ausführung der ersten Fügekontur und der zweiten Fügekontur eine selbstständige Zentrierung der ersten Kunststoffkomponente, der zweiten Kunststoffkomponente und des Induktionsrings zueinander bewirken. Dadurch ergeben sich gleichmäße mit Kunststoffschmelze gefüllte Ringspalte, so dass die Qualität der Verbindungsanordnung bzw. der Schweißstelle verbessert werden kann.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Verbindungsanordnung mit einer ersten Kunststoffkomponente, einer zweiten Kunststoffkomponente und einem geschlossenen Induktionsring zur Verfügung, welcher in einem zumindest teileweise mit Kunststoffschmelzen gefüllten Fügespalt zwischen den beiden Kunststoffkomponenten angeordnet ist. Hierbei weist die erste Kunststoffkomponente einen als gestufte Aufnahmeöffnung ausgeführten ersten Fügebereich mit einer ersten Fügekontur auf, und die zweite Kunststoffkomponente weist einen als gestufter Absatz ausgeführten zweiten Fügebereich mit einer zweiten Fügekontur auf, wobei der zweite Fügebereich unter Ausbildung des Fügespalts in den ersten Fügebereich eingeführt ist und die erste Fügekontur und die zweite Fügekontur aufeinander abgestimmt sind und den ersten Fügebereich und den zweiten Fügebereich und den Induktionsring im Fügespalt zueinander zentrieren.
  • Zudem wird ein Verfahren zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente mit einer zweiten Kunststoffkomponente vorgeschlagen, wobei ein geschlossener Induktionsring in einem Fügespalt zwischen den beiden Kunststoffkomponenten angeordnet wird. Der geschlossene Induktionsring wird durch ein elektromagnetisches Wechselfeld erhitzt und schmilzt die Kunststoffpolymere der beiden Kunststoffkomponenten auf, wobei die aufgeschmolzenen Kunststoffkomponenten unter Druck aufeinander zubewegt und miteinander verschweißt werden. Hierbei wird die zweite Kunststoffkomponente unter Ausbildung des Fügespalts über einen als gestufter Absatz ausgeführten zweiten Fügebereich mit einer zweiten Fügekontur in einen als gestufte Aufnahmeöffnung ausgeführten ersten Fügebereich mit einer ersten Fügekontur der ersten Kunststoffkomponente eingeführt, wobei der erste Fügebereich und der zweite Fügebereich und der Induktionsring durch die aufeinander abgestimmten Fügekonturen selbstständig zueinander zentriert werden.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Verbindungsanordnung und des im unabhängigen Patentanspruch 7 angegebenen Verfahrens zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente mit einer zweiten Kunststoffkomponente möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass der geschlossene Induktionsring einen runden Querschnitt aufweisen und aus einem Metall oder einem leitfähigen Kunststoff oder einem mit ferromagnetischen Partikeln gefüllten Kunststoff bestehen kann. Bei der Ausführung des Induktionsrings aus einem mit ferromagnetischen Partikeln gefüllten Kunststoff werden zur Erwärmung des Induktionsrings dann nicht mehr die Wirbelstromverluste sondern Ummagnetisierungsverluste genutzt. Zudem kann der zentrierte geschlossene Induktionsring den Fügespalt gleichmäßig teilen, so dass zwischen den beiden Kunststoffkomponenten zwei voneinander getrennte gleichmäßig Ringspalte entstehen können, welche jeweils gleichmäßig mit einer Kunststoffschmelze gefüllt werden können. Der runde Querschnitt verringert in vorteilhafter Weise die Kerbwirkung im Fügespalt, so dass die Temperaturschockwechselbeständigkeit der Schweißverbindung erhöht werden kann. Die Ausführung als Metallring ermöglicht eine besonders kostengünstige Realisierung des Induktionsrings. Bei der Ausführung des Induktionsrings aus einem leitfähigen Kunststoff oder aus einem mit ferromagnetischen Partikeln gefüllten Kunststoff können die Ausdehnungskoeffizienten der beiden Kunststoffkomponenten und des Induktionsrings in vorteilhafter Weise besser harmonieren. Zusätzlich kann der Induktionsring aufschmelzen was die Qualität der Verbindung weiter steigern kann. Zudem kann durch die Ausführung des Induktionsrings aus leitfähigem Kunststoff auch die Temperaturschockwechselbeständigkeit der Schweißverbindung und damit auch die Qualität der Schweißverbindung weiter verbessert werden.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Verbindungsanordnung können die beiden Fügekonturen jeweils als Hohlkehlen mit einem vorgegebenen Radius ausgeführt werden. So kann beispielsweise ein Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Durchmessern der gestuften Aufnahmeöffnung bzw. des gestuften Absatzes als Hohlkehle mit einem vorgegebenen Radius ausgeführt werden. Alternativ können die beiden Fügekonturen jeweils als Fase mit einem vorgegebenen Neigungswinkel ausgeführt werden. So kann beispielsweise der Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Durchmessern der gestuften Aufnahmeöffnung bzw. des gestuften Absatzes zumindest teilweise als Fase mit einem vorgegebenen Neigungswinkel ausgeführt werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungsanordnung kann der Übergang vollständig als Fase mit einem Winkel von 45° ausgeführt werden. Durch die Ausführung der beiden Kunststoffkomponenten mit Hohlkehlen oder Fasen und durch den runden Querschnitt des Induktionsrings kann die Selbstzentrierung der Komponenten einfach und kostengünstig realisiert werden. Zudem ergibt sich durch diese Ausführungen in vorteilhafter Weise eine in axialer Richtung längere Verbindungsanordnung, welche höhere Biegemomente aufnehmen kann. Des Weiteren ergibt sich durch den durch Entfall der Kragen ein geringerer Platzbedarf der Verbindungsanordnung in radialer Richtung.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Verbindungsanordnung kann am ersten Fügebereich und/oder am zweiten Fügebereich mindestens ein Anschlag angeordnet werden, welcher ein Spaltmaß des Fügespalts vorgeben kann. Durch den mindestens einen Anschlag kann eine Endposition der beiden Kunststoffkomponenten zueinander und damit das Spaltmaß unabhängig von Bauteiltoleranzen vorgegeben werden.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann das Spaltmaß des Fügespalts während der Relativbewegung der beiden Kunststoffkomponenten und des Schweißvorgangs eingestellt werden. So kann das Spaltmaß des Fügespalts beispielsweise über mindestens einen Anschlag am ersten Fügebereich (22) und/oder am zweiten Fügebereich oder am Schweißwerkzeug vorgegeben werden. Durch den mindestens einen Anschlag kann man das Spaltmaß beim Zusammenfahren und Schweißen der beiden Kunststoffkomponenten während des Verbindungsvorgangs justieren, so dass das Spaltmaß unabhängiger von Bauteiltoleranzen ist. Das Spaltmaß kann aber auch alternativ durch leicht im Werkzeug abstimmbare Anschlagflächen eingestellt werden. Zudem kann das durch den Induktionsring verdrängte Volumen der beiden Kunststoffkomponenten durch Vorgabe einer Querschnittsfläche des Induktionsrings vorgegeben werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung von Komponenten für ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
    • 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung vor dem Schweißvorgang.
    • 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung aus 2 nach dem Schweißvorgang.
    • 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung vor dem Schweißvorgang.
    • 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung von Komponenten für ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
    • 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung vor dem Schweißvorgang.
    • 7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung aus 6 nach dem Schweißvorgang.
    • 8 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung von Komponenten für eine aus dem Stand der Technik bekannte Verbindungsanordnung.
    • 9 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungsanordnung vor dem Schweißvorgang.
    • 10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer fehlerfreien Verbindungsanordnung aus 9 nach dem Schweißvorgang.
    • 11 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer fehlerhaften Verbindungsanordnung aus 9 nach dem Schweißvorgang.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Wie aus 1 bis 8 ersichtlich ist, umfassen dargestellte Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 10A, 10C jeweils eine erste Kunststoffkomponente 20, 20A, 20B, 20C, eine zweite Kunststoffkomponente 30, 30A, 30B, 30C und einen geschlossenen Induktionsring 40, welcher in einem zumindest teileweise mit Kunststoffschmelzen 17, 19 gefüllten Fügespalt 11 zwischen den beiden Kunststoffkomponenten 20, 20A, 20B, 20C, 30, 30A, 30B, 30C angeordnet ist. Hierbei weist die erste Kunststoffkomponente 20, 20A, 20B, 20C einen als gestufte Aufnahmeöffnung 22A, 22B, 22C ausgeführten ersten Fügebereich 22 mit einer ersten Fügekontur 24 auf, und die zweite Kunststoffkomponente 30, 30A, 30B, 30C weist einen als gestufter Absatz 32A, 32B, 32C ausgeführten zweiten Fügebereich 32 mit einer zweiten Fügekontur 34 auf. Der zweite Fügebereich 32 ist unter Ausbildung des Fügespalts 11 in den ersten Fügebereich 22 eingeführt, wobei die erste Fügekontur 24 und die zweite Fügekontur 34 aufeinander abgestimmt sind und den ersten Fügebereich 22 und den zweiten Fügebereich 32 und den Induktionsring 40 im Fügespalt 11 zueinander zentrieren.
  • Wie aus 1 bis 7 weiter ersichtlich ist, weist der geschlossene Induktionsring 40 in den dargestellten Ausführungsbeispielen einen runden Querschnitt auf und besteht aus einem Metall. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Induktionsring 40 aus einem leitfähigen Kunststoff oder aus einem mit ferromagnetischen Partikeln gefüllten Kunststoff hergestellt werden. Wie aus 2, 4 und 6 ersichtlich ist, teilt der geschlossene Induktionsring 40 den Fügespalt 11, so dass zwischen den beiden Kunststoffkomponenten 20, 20A, 20B, 20C, 30, 30A, 30B, 30C zwei voneinander getrennte Ringspalte 13, 15 entstehen, welche während des Schweißvorgangs jeweils mit einer Kunststoffschmelze 17, 19 gefüllt werden können.
  • Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, sind die beiden Fügekonturen 24, 34 im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel jeweils als Hohlkehlen 24A, 34A mit einem vorgegebenen Radius ausgeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Durchmessern der gestuften Aufnahmeöffnung 22A bzw. des gestuften Absatzes 32A als Hohlkehle mit einem vorgegebenen Radius ausgeführt. Durch die Hohlkehlen 24A, 34A und den runden Querschnitt des Induktionsrings 40 zentrieren sich die beiden Kunststoffkomponenten 20, 20A, 30, 30A und insbesondere der Induktionsring 40 beim Zusammenführen und während des Schweißvorgangs selbstständig zueinander. Dadurch entstehen gleichmäßige Ringspalte 13, 15, welche gleichmäßig mit Kunststoffschmelze 17, 19 gefüllt sind. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Qualität der Schweißstelle verbessert werden. Aufgrund der fehlenden Kragen ergeben sich speziell für die erste Kunststoffkomponente 20, 20A mehr Freiheitsgrade für die Formtrennung im Werkzeug. Zudem ergibt sich durch den Entfall der Kragen ein geringerer Platzbedarf der Verbindungsanordnung 10A in radialer Richtung. Des Weiteren ergeben sich in axialer Richtung längere Schweißverbindungen, so dass die Verbindungsanordnung 10A höhere Biegemomente aufnehmen kann.
  • Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, sind die beiden Fügekonturen 24, 34 im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel jeweils als Fasen 24B, 34B mit einem vorgegebenen Neigungswinkel a ausgeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Durchmessern der gestuften Aufnahmeöffnung 22B bzw. des gestuften Absatzes 32B zumindest teilweise als Fase 24B, 34B mit dem vorgegebenen Neigungswinkel a ausgeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Neigungswinkel a einen Wert von 45° auf. Durch die Fasen 24B, 34B und den runden Querschnitt des Induktionsrings 40 zentrieren sich die beiden Kunststoffkomponenten 20B, 30B und insbesondere der Induktionsring 40 beim Zusammenführen und während des Schweißvorgangs selbstständig zueinander. Dadurch entstehen gleichmäßige Ringspalte 13, 15, welche gleichmäßig mit Kunststoffschmelze 17, 19 gefüllt werden können. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Qualität der Schweißstelle verbessert werden. Aufgrund der fehlenden Kragen ergeben sich auch im zweiten Ausführungsbeispiel speziell für die erste Kunststoffkomponente 20B mehr Freiheitsgrade für die Formtrennung im Werkzeug und ein geringerer Platzbedarf in radialer Richtung. Des Weiteren ergeben sich auch bei der Ausführung der Fügekonturen 24, 34 als Fasen 24B, 34B in axialer Richtung längere Schweißverbindungen.
  • Wie aus 5 bis 7 weiter ersichtlich ist, sind im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel am zweiten Fügebereich 32, 32C mehrere Anschläge 36 angeordnet, welcher ein Spaltmaß S, SR des Fügespalts 11 vorgeben. Zudem sind die beiden Fügekonturen 24, 34 im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel jeweils als Fasen 24C, 34C mit einem vorgegebenen Neigungswinkel a ausgeführt. Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel ist der Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Durchmessern der gestuften Aufnahmeöffnung 22C bzw. des gestuften Absatzes 32C im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel jeweils vollständig als Fase 24C, 34C mit einem vorgegebenen Neigungswinkel a ausgeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Neigungswinkel a einen Wert von 45° auf. Dadurch ergibt sich im Vergleich zum zweiten Ausführungsbeispiel eine nochmals vereinfachte Geometrie. Durch die Fasen 24C, 34C mit dem Neigungswinkel a von 45° und den runden Querschnitt des Induktionsrings 40 zentrieren sich die beiden Kunststoffkomponenten 20C, 30C und insbesondere der Induktionsring 40 beim Zusammenführen und während des Schweißvorgangs selbstständig zueinander. Dadurch entstehen gleichmäßige Ringspalte 13, 15, welche gleichmäßig mit Kunststoffschmelze 17, 19 gefüllt werden können. Gleichzeit kann man das Spaltmaß S, SR beim Zusammenfahren und Schweißen der Kunststoffkomponenten 20, 20C, 30, 30C während des Schweißvorgangs justieren und ist somit unabhängiger von Bauteiltoleranzen.
  • Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente 20, 20A, 20B, 20C mit einer zweiten Kunststoffkomponente 30, 30A, 30B, 30C wird ein geschlossener Induktionsring 40 in einem Fügespalt 11 zwischen den beiden Kunststoffkomponenten 20, 20A, 20B, 20C, 30, 30A, 30B, 30C angeordnet. Anschließend wird der geschlossene Induktionsring 40 durch ein elektromagnetisches Wechselfeld erhitzt und schmilzt die Kunststoffpolymere der beiden Kunststoffkomponenten 20, 20A, 20B, 20C, 30, 30A, 30B, 30C auf, wobei die aufgeschmolzenen Kunststoffkomponenten 20, 20A, 20B, 20C, 30, 30A, 30B, 30C unter Druck aufeinander zubewegt und miteinander verschweißt werden. Hierbei wird die zweite Kunststoffkomponente 30, 30A, 30B, 30C unter Ausbildung des Fügespalts 11 über einen als gestufter Absatz 32A, 32B, 32C ausgeführten zweiten Fügebereich 32 mit einer zweiten Fügekontur 34 in einen als gestufte Aufnahmeöffnung 22A, 22B, 22C ausgeführten ersten Fügebereich 22 mit einer ersten Fügekontur 24 der ersten Kunststoffkomponente 20, 20A, 20B, 20C eingeführt, wobei der erste Fügebereich 22 und der zweite Fügebereich 32 und der Induktionsring 40 durch die aufeinander abgestimmten Fügekonturen 24, 34 selbstständig zueinander zentriert werden.
  • Durch die bei einem Spritzgussprozess sinnvoll erreichbaren Toleranzen, können die mit Kunststoffschmelze 17, 19 gefüllten Ringspalte 13, 15 sehr stark variieren. Die mechanische Beanspruchbarkeit der Verbindungsanordnung 10A, 10C kann somit ebenfalls sehr stark mit den sich durch die Toleranzen einstellenden Spaltmaße S, SB der Ringspalte 13, 15 variieren. Deshalb wird das Spaltmaß S, SR des Fügespalts 11 des dritten Ausführungsbeispiels der Verbindungsanordnung 10C während der Relativbewegung der beiden Kunststoffkomponenten 20, 20C, 30, 30C und des Schweißvorgangs eingestellt. Das Spaltmaß S, SR des Fügespalts 11 wird im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel über die drei Anschläge 36 am ersten Fügebereich 22C vorgegeben. Hierbei bezeichnet SB das Spaltmaß des Fügespalts 11 vor dem Schweißvorgang und S das Spaltmaß des mit Kunststoffschmelze 15, 17 gefüllten Fügespalts 11 nach dem Schweißvorgang. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der mindestens eine Anschlag 36 am zweiten Fügebereich 32 vorgegeben werden. Zudem kann das Spaltmaß S, SR aber auch alternativ durch leicht im Schweißwerkzeug abstimmbare Anschlagflächen eingestellt werden.
  • Zudem kann durch den Induktionsring 40 verdrängtes Volumen der beiden Kunststoffkomponenten 20, 20C, 30, 30C durch Vorgabe einer Querschnittsfläche des Induktionsrings 40 vorgegeben werden. Der zugehörige Fügespalt 11 ist durch den Einsinkweg der zweiten Kunststoffkomponente 30, 30C und des Induktionsring 40 beim Schweißen abstimmbar, welcher sich durch die Bewegungsrichtung BR während des Schweißvorgangs ergibt.

Claims (10)

  1. Verbindungsanordnung (10A, 10C) mit einer ersten Kunststoffkomponente (20, 20A, 20B, 20C), einer zweiten Kunststoffkomponente (30, 30A, 30B, 30C) und einem geschlossenen Induktionsring (40), welcher in einem zumindest teileweise mit Kunststoffschmelzen (17, 19) gefüllten Fügespalt (11) zwischen den beiden Kunststoffkomponenten (20, 20A, 20B, 20C, 30, 30A, 30B, 30C) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kunststoffkomponente (20, 20A, 20B, 20C) einen als gestufte Aufnahmeöffnung (22A, 22B, 22C) ausgeführten ersten Fügebereich (22) mit einer ersten Fügekontur (24) und die zweite Kunststoffkomponente (30, 30A, 30B, 30C) einen als gestufter Absatz (32A, 32B, 32C) ausgeführten zweiten Fügebereich (32) mit einer zweiten Fügekontur (34) aufweisen, wobei der zweite Fügebereich (32) unter Ausbildung des Fügespalts (11) in den ersten Fügebereich (22) eingeführt ist, wobei die erste Fügekontur (24) und die zweite Fügekontur (34) aufeinander abgestimmt sind und den ersten Fügebereich (22) und den zweiten Fügebereich (32) und den Induktionsring (40) im Fügespalt (11) zueinander zentrieren.
  2. Verbindungsanordnung (10A, 10C) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Induktionsring (40) einen runden Querschnitt aufweist und aus einem Metall oder einem leitfähigen Kunststoff oder einem mit ferromagnetischen Partikeln gefülltem Kunststoff besteht.
  3. Verbindungsanordnung (10A, 10C) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrierte geschlossene Induktionsring (40) den Fügespalt (11) gleichmäßig teilt, so dass zwischen den beiden Kunststoffkomponenten (20, 20A, 20B, 20C, 30, 30A, 30B, 30C) zwei voneinander getrennte gleichmäßige Ringspalte (13, 15) entstehen, welche jeweils gleichmäßig mit einer Kunststoffschmelze (17, 19) gefüllt sind.
  4. Verbindungsanordnung (10A) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fügekonturen (24, 34) jeweils als Hohlkehlen (24A, 34A) mit einem vorgegebenen Radius ausgeführt sind.
  5. Verbindungsanordnung (10C) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fügekonturen (24, 34) jeweils als Fasen (24B, 24C, 34B, 34C) mit einem vorgegebenen Neigungswinkel (a) ausgeführt sind.
  6. Verbindungsanordnung (10C) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Fügebereich (22, 22C) und/oder am zweiten Fügebereich (32, 32C) mindestens ein Anschlag (36) angeordnet ist, welcher ein Spaltmaß (S, SR) des Fügespalts (11) vorgibt.
  7. Verfahren zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente (20, 20A, 20B, 20C) mit einer zweiten Kunststoffkomponente (30, 30A, 30B, 30C), wobei ein geschlossener Induktionsring (40) in einem Fügespalt (11) zwischen den beiden Kunststoffkomponenten (20, 20A, 20B, 20C, 30, 30A, 30B, 30C) angeordnet wird, wobei der geschlossene Induktionsring (40) durch ein elektromagnetisches Wechselfeld erhitzt wird und die Kunststoffpolymere der beiden Kunststoffkomponenten (20, 20A, 20B, 20C, 30, 30A, 30B, 30C) aufschmilzt, wobei die aufgeschmolzenen Kunststoffkomponenten (20, 20A, 20B, 20C, 30, 30A, 30B, 30C) unter Druck aufeinander zubewegt und miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kunststoffkomponente (30, 30A, 30B, 30C) unter Ausbildung des Fügespalts (11) über einen als gestufter Absatz (32A, 32B, 32C) ausgeführten zweiten Fügebereich (32) mit einer zweiten Fügekontur (34) in einen als gestufte Aufnahmeöffnung (22A, 22B, 22C) ausgeführten ersten Fügebereich (22) mit einer ersten Fügekontur (24) der ersten Kunststoffkomponente (20, 20A, 20B, 20C) eingeführt wird, wobei der erste Fügebereich (22) und der zweite Fügebereich (32) und der Induktionsring (40) durch die aufeinander abgestimmten Fügekonturen (24, 34) zueinander zentriert werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltmaß (S, SR) des Fügespalts (11) während der Relativbewegung der beiden Kunststoffkomponenten (20, 20C, 30, 30C) und des Schweißvorgangs eingestellt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltmaß (S, SB) des Fügespalts (11) über mindestens einen Anschlag (36) am ersten Fügebereich (22) und/oder am zweiten Fügebereich (32) oder am Schweißwerkzeug vorgegeben wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Induktionsring (40) verdrängtes Volumen der beiden Kunststoffkomponenten (20, 20C, 30, 30C) durch Vorgabe einer Querschnittsfläche des Induktionsrings (40) vorgegeben wird.
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