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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Heißgasschweißen von Kunststoffteilen.
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Es ist grundsätzlich bekannt, Kunststoffteile miteinander zu verschweißen, indem der Kunststoff im Bereich von miteinander zu verbindenden Flächen mittels eines auf geeignete Temperatur erhitzten Gases an- oder aufgeschmolzen wird, und die Kunststoffteile anschließend mit den geschmolzenen Flächen aneinandergepresst werden. Nach dem Abkühlen sind die Kunststoffteile stoffschlüssig miteinander verbunden.
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Aus der
DE 100 19 163 A1 ist beispielsweise eine Vorrichtung bekannt, die einen Ausströmrahmen mit Ausströmöffnungen für Warmgas an dessen Ober- und Unterseite umfasst, die den Warmgasstrahl auf die Fügeflächen von miteinander zu verbindenden Kunststoffteilen lenken. Die Kunststoffteile, beispielsweise Halbschalen von Fahrzeugtanks, werden zusammengefügt, indem der Ausströmrahmen zwischen den Fügeflächen der Kunststoffteile angeordnet und über die Ausströmöffnungen ein Warmgasstrahl auf die Fügeflächen der Kunststoffteile geleitet wird, bis der Kunststoff in diesem Bereich angeschmolzen ist. Anschließend wird der Ausströmrahmen aus dem Bereich der Fügeflächen geschwenkt und die Kunststoffteile werden an den Fügeflächen zumindest solange in Kontakt gebracht und gehalten, bis der Kunststoff weitestgehend wieder erstarrt ist.
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Aus der
EP 1 415 789 81 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von Kunststoffteilen entlang einer Schweißlinie bekannt, wobei die zu verbindenden Kunststoffteile jeweils entlang der Schweißlinie durch Wärmestrahlung erwärmt und zugleich mit einem heißen Gas aus einer der Schweißlinie folgenden Düsenbohrungsreihe beaufschlagt werden, und die Kunststoffteile anschließend entlang der Schweißlinie zusammengedrückt werden. Die Vorrichtung gemäß
EP 1 415 789 81 B1 sieht einen Schweißkörper mit einer zentralen, rechteckigen oder quadratischen Platte vor, auf deren oberer und unterer Seite sich Aufsätze befinden, in die Strahlungskörper eingebettet sind, in denen die Düsenbohrungsreihen vorgesehen sind.
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Die bekannten Heißgas-Schweißvorrichtungen sind vergleichsweise aufwändig und damit teuer. Darüber ist der Energiebedarf relativ hoch und die damit erreichbaren Schweißzeiten sind vergleichsweise lang, was ebenfalls zu erhöhten Kosten führt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine möglichst einfache und kostengünstige, dabei aber zuverlässige Vorrichtung zum Heißgas-Schweißen von Kunststoffteilen bereit zu stellen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Heißgas-Schweißvorrichtung bereit zu stellen, die einen vergleichsweise geringen Energiebedarf hat und kurze Schweißzeiten ermöglicht.
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Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung eine Vorrichtung zum Heißgasschweißen von Kunststoffteilen bereit, umfassend mindestens ein Heizelement mit a) einer Heizelementfläche zum Erhitzen einer Fügefläche eines Kunststoffteils entlang einer Schweißlinie mit einer vorgegebenen Kontur, wobei die Kontur der Heizelementfläche der Kontur der Schweißlinie angepasst ist und die Heizelementfläche über Öffnungen verfügt, durch die Heißgas in Richtung Fügefläche strömen kann, und b) einem Heizelementkörper mit Heißgaskanälen, die in Fluidkommunikation mit den Öffnungen in der Heizelementfläche stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen in mindestens zwei Reihen entlang der Heizelementfläche angeordnet sind, wobei jede der mindestens zwei Reihen von Öffnungen der Kontur der Schweißlinie folgt.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mindestens zwei Reihen von Öffnungen entlang der Heizelementfläche angeordnet, wobei die Heizelementfläche und auch die mindestens zwei Reihen von Öffnungen jeweils der Kontur der Schweißlinie folgen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist beispielsweise eine vergleichsweise geringe aufzuheizende Masse auf. Dadurch und auch durch die flächige Erwärmung der Fügeflächen ergibt sich eine im Vergleich zum Stand der Technik höhere Fügegeschwindigkeit und damit eine Verkürzung der Schweißzeit. Es hat sich darüber hinaus herausgestellt, dass insbesondere durch die kurze Schweißzeit eine qualitativ hochwertige und sehr zuverlässige Schweißnaht gebildet werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann an unterschiedliche Anforderungen und Schweißlinienkonturen angepasst werden. Die Breite der Schweißnähte kann beispielsweise durch den Abstand der Öffnungen und/oder unterschiedliche Öffnungsdurchmesser bzw. Öffnungsgeometrien beeinflusst werden.
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Der Begriff „Heißgasschweißen“ wird hier in Bezug auf das stoffschlüssige Verbinden von Kunststoffteilen mit Hilfe eines auf eine geeignete Temperatur, d.h. eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffs, aufgeheizten Gases verwendet.
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Unter „Heißgas“ wird hier ein auf eine geeignete Temperatur aufgeheiztes Gas verstanden. Die Temperatur des Heißgases hängt von dem zu schmelzenden Kunststoff und gegebenenfalls anderen Parametern wie der gewünschten Schweißzeit und den mit dem Heißgas in Kontakt kommenden Materialien ab. Der Begriff schließt auch Verbindungen ein, die bei Raumtemperatur noch nicht gasförmig sind, jedoch bei oder unterhalb der Schmelztemperatur des zu schmelzenden Kunststoffs gasförmig sind. Der Begriff „Gas“ schließt auch Mischungen von Gasen ein.
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Der Ausdruck „Fügefläche eines Kunststoffteils“ bezeichnet die Fläche eines Kunststoffteils, die dazu vorgesehen ist, zumindest teilweise geschmolzen und mit einer Fläche eines anderen Kunststoffteils zusammengefügt zu werden.
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Unter einer „Schweißlinie“ wird eine vorzugsweise zusammenhängende linienförmige Strecke auf der Fügefläche eines Kunststoffteils verstanden, entlang der der Kunststoff geschmolzen werden soll oder geschmolzen ist.
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Der Ausdruck, wonach die „Heizelementfläche der Kontur der Schweißlinie angepasst ist“ bedeutet, dass die Heizelementfläche so geformt ist, dass sie der Kontur der Schweißlinie folgt. In der Regel entspricht die Schweißlinie der Kontur der jeweiligen Fügefläche eines Kunststoffteils. Dabei muss die Schweißlinie und damit auch die Heizelementfläche nicht notwendig in einer Ebene liegen. Vielmehr sind verschiedene Verläufe der Heizelementfläche im Raum möglich. Dadurch können auch unregelmäßige und/oder gegenüber einer Ebene vor- und zurückspringende Fügeflächen verschweißt werden. Dadurch, dass die Heizelementfläche der Kontur der Schweißlinie angepasst ist, entspricht die Heizelementfläche im Wesentlichen der Fläche der zu schmelzenden Fügefläche, d.h. ist gleich groß wie diese oder nur unwesentlich größer oder kleiner.
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Kunststoffteile können beispielsweise Teile von Luftfedern sein. Geeignete Kunststoffe sind thermoplastische Kunststoffe. Es kann sich beispielsweise um Halbschalen von Kunststoffgehäusen oder dergleichen handeln. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere Kunststoffteile miteinander zu verschweißen.
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Unter „Halbschalen“ werden hier zwei Teile eines Hohlkörpers verstanden, die zusammengefügt den Hohlkörper ergeben. Beispielsweise kann es sich um im Wesentlichen halbkugelförmige Teile handeln, die mit den offenen Seiten zusammengelegt einen im Wesentlichen kugelförmigen Hohlkörper bilden. Andere Geometrien sind von dem Begriff jedoch auch umfasst. Die Teile können dabei gleiche Abmessungen aufweisen, beispielsweise drehsymmetrisch oder spiegelsymmetrisch sein. Der durch die Halbschalen gebildete Hohlkörper kann im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig, oval oder eckig, z.B. dreieckig, quadratisch, rechteckig oder sonstwie vieleckig sein. Auch unregelmäßige Formen des Hohlkörpers sind selbstverständlich möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Öffnungen, die hier gegebenenfalls auch als Düsen bezeichnet werden, in mindestens drei Reihen entlang der Heizelementfläche angeordnet, wobei jede der mindestens drei Reihen von Öffnungen der Kontur der Schweißlinie folgt. In anderen bevorzugten Ausführungsformen können beispielsweise auch mindestens vier, fünf oder sechs Reihen von Öffnungen vorgesehen sein, die jeweils der Kontur der Schweißlinie folgen.
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Die mindestens zwei Reihen von Öffnungen können parallel und ohne Versatz zueinander angeordnet sein. Dadurch sind quer zur Schweißlinie bzw. zu den Reihen Gruppen von Öffnungen gebildet, die jeweils auf einer geraden Linie angeordnet sind, die quer zur Schweißlinie bzw. den mindestens zwei Reihen verläuft. Die Öffnungen sind über die Heizelementfläche vorzugsweise so verteilt angeordnet, dass eine vollflächige Erwärmung der Fügeflächen im Bereich der gewünschten Schweißlinie möglich ist. Die Öffnungsreihen können aber auch versetzt zueinander angeordnet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung steht jede der Öffnungen mit einem separaten Heißgaskanal in Fluidkommunikation und jeder Heißgaskanal verläuft zumindest abschnittsweise mäanderförmig innerhalb des Heizelementkörpers. „Mäanderförmig“ bedeutet einen gekrümmten oder geschlängelten Verlauf, der nicht dem kürzesten zur Öffnung führenden Verlauf entspricht. Der mäanderförmige Verlauf der Heißgaskanäle innerhalb des Heizelementkörpers ermöglicht eine kompakte Bauweise des Heizelementes. Die von dem Gas in dem Heizelementkörper zurückgelegte Strecke ist vergleichsweise lang, was bei gegebener Flussrate des Gases zu einer erhöhten Verweildauer in dem Heizelement führt, wodurch ein geringerer Energieaufwand erforderlich wird, um das Gas aufzuheizen. Auch ein möglichst groß gewähltes Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser der Heißgaskanäle ermöglicht ein rasches Aufheizen des Heißgases. Aufgrund der kompakten Bauweise und der vergleichsweise geringen Masse der Heizelemente sind diese darüber hinaus schneller und mit geringerem Energieaufwand aufheizbar. Das Heizelement wird bevorzugt elektrisch oder induktiv aufgeheizt.
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Es ist besonders bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass eine Fügefläche eines Kunststoffteils im Wesentlichen nur oder zumindest weit überwiegend durch die Wärme des Heißgases und nicht durch Strahlungswärme, die von dem Material der Heizelementfläche oder des Heizelementkörpers abgestrahlt wird, aufgeheizt wird. Es ist daher bevorzugt, wenn das Verhältnis aus der Summe der Flächen der Öffnungen in der Heizelementfläche, aus denen das Heißgas strömt, zur Gesamtfläche der Heizelementfläche, d.h. einschließlich der Flächen der Öffnungen für das Heißgas, möglichst groß ist. Beispielsweise kann das Verhältnis aus der Summe der Flächen der Öffnungen in der Heizelementfläche zur Gesamtfläche der Heizelementfläche mindestens 0,25 : 1, bevorzugt mindestens 0,3 : 1, 0,4 : 1, 0,5 : 1; 0,6 : 1, 0,7 : 1; 0,8 : 1, 0,9 : 1 oder mindestens 1 : 1 betragen. Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn das mindestens eine Heizelement mit Ausnahme der Heizelementfläche oder des Bereichs des Heizelements mit der Heizelementfläche wärmeisoliert ist, so dass keine oder nur wenig Strahlungswärme abgegeben wird.
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In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Heizelementfläche von der Stirnfläche einer vorspringenden Heizrippe des Heizelementkörpers gebildet. In dieser Ausführungsform umfasst der Heizelementkörper, der vorzugsweise die mäanderförmig verlaufenden Abschnitte der Heißgaskanäle enthält, eine gegenüber dem Rest des Heizelementkörpers vorspringende Heizrippe, die eine Stirnfläche aufweist, innerhalb derer die Heißgaskanäle in den Öffnungen münden. Innerhalb der Heizrippe verlaufen die Heißgaskanäle vorzugsweise linear und parallel. Bei dieser Ausführungsform hat das Heizelement einen allgemein konisch verlaufenden, d.h. zur Heizelementfläche hin sich verjüngenden Querschnitt. Die Heizrippe mit der Heizelementfläche ist bevorzugt der Kontur der Schweißlinie angepasst.
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Das Heizelement der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das beispielsweise durch ein 3-D-DruckVerfahren hergestellt werden kann, kann aus einem einzigen Stück, z.B. einem geeigneten Metall, gefertigt sein. Bevorzugt besteht das Heizelement jedoch aus einzelnen Heizelementmodulen, die zusammengesetzt das Heizelement bilden. Die Heizelementmodule weisen jeweils Heizelementmodul-Heizflächen auf, die beim Aneinanderlegen der Heizelementmodule zu dem Heizelement sich so zusammenfügen, dass die Heizelementmodul-Heizflächen die Heizelementfläche bilden. Die Heizelementmodule sind so ausgestaltet, dass sich nach deren bestimmungsgemäßen Aneinanderlegen die gewünschte Heizelementfläche ergibt, d.h. eine Heizelementfläche, die der gewünschten Schweißlinienkontur folgt. Die Heizelementmodule können je nach Form der gewünschten Schweißlinie gleich oder verschieden ausgestaltet sein. Bei einer kreisringförmigen Schweißlinie können die Heizelementmodule beispielsweise so ausgestaltet sein, dass die einzelnen Heizelementmodul-Heizflächen ein Ringsegment abdecken. Beispielsweise können fünf Heizelementmodule, die ein Ringsegment von jeweils 72° abdecken, zusammengefügt werden, um ein Heizelement zu bilden, das eine vollständige kreisringförmige Schweißnaht erzeugen kann. Die mindestens zwei Reihen von Öffnungen in den Heizelementmodul-Heizflächen sind dabei ebenfalls in mindestens zwei konzentrischen Ringen angeordnet. Wenn beispielsweise drei Reihen von Öffnungen vorhanden sind, sind diese in drei konzentrischen Ringen angeordnet, einem inneren, einem mittleren und einem äußeren Ring. Dabei können je drei Öffnungen der ersten, zweiten und dritten Reihe von Öffnungen beispielsweise eine Gruppe von Öffnungen bilden, die jeweils auf einer geraden Linie angeordnet sind, die quer zur Schweißlinie, bei kreisringförmiger Kontur somit radial verläuft. Die Öffnungen haben vorzugsweise den gleichen Durchmesser, können jedoch auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
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Die kreisringförmige Anordnung ist hier nur beispielhaft angeführt. Durch entsprechende Ausgestaltung der Heizelementmodule sind jedoch verschiedene Geometrien, beispielsweise polygonale sowie unregelmäßige Konturen realisierbar. Die Heizelementmodul-Heizflächen müssen auch nicht in den zwei Dimensionen einer Ebene liegen, sondern können bei entsprechender Ausformung auch einen dreidimensionalen Verlauf aufweisen. Was hier für ein aus mehreren Heizelementmodulen zusammengesetztes mehrstückiges Heizelement gesagt wurde, gilt gleichermaßen für den Fall eines einstückigen Heizelements.
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Die einzelnen Heizelementmodule können auch mit unterschiedlichen Temperaturen beaufschlagt werden. Die Heizelementmodule haben hierfür vorzugsweise beispielsweise separate Gasanschlüsse und getrennte Heizeinrichtungen. Gegebenenfalls können die Heizelementmodule auch gegeneinander wärmeisoliert sein. In einer bevorzugten Ausführungsform weist jedes Heizelementmodule einen eigenen Gasanschluss auf, über den Gas beispielsweise in einen Heißgasverteilerkanal innerhalb des Heizelementkörpers geleitet und von dort auf einzelne Heißgaskanäle verteilt werden kann, die zu den Öffnungen in der Heizelementmodul-Heizfläche führen.
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Vorzugsweise bildet die Heizelementfläche einen geschlossenen Heizrahmen. Das ist besonders bevorzugt zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern aus Halbschalen oder anderen Teilen, bei denen die Fügeflächen der Halbschalen rahmenartig ausgebildet sind. Die Fügeflächen der Halbschalen und der jeweils daran angepasste Heizrahmen können unterschiedliche regelmäßige oder unregelmäßige Geometrien aufweisen, beispielsweise kreisringförmig, ellipsenringförmig, quadratisch, rechteckig oder polygonal sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens zwei einander vertikal gegenüberliegende Heizelemente, deren Heizelementflächen in entgegengesetzter Richtung orientiert sind. In „entgegengesetzter Richtung“ bedeutet, dass die Heizelementflächen in voneinander weg weisenden Richtungen ausgerichtet sind. Eine derartige Ausführungsform ist besonders zur gleichzeitigen Erhitzung zweier Kunststoffteile mit komplementären Fügeflächen geeignet. Die Konturen der in entgegengesetzter Richtung, beispielsweise nach oben oder unten orientierten Heizelementflächen der Heizelemente sind komplementär zu den jeweiligen Fügeflächen ausgebildet, die sie erhitzen sollen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Heißgasschweißen von Kunststoffteilen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit Hilfe einer oben näher beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung die Fügefläche eines Kunststoffteils mittels Heißgas aus den Öffnungen der Heizelementfläche eines Heizelements einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entlang der Kontur der Heizelementfläche geschmolzen.
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Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Fügeflächen mindestens zweier zu verschmelzender Kunststoffteile geschmolzen, und bis zum Erstarren der geschmolzenen Fügeflächen miteinander verpresst. Die Kunststoffteile werden dabei mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehalten und die Heizelemente werden zwischen den Kunststoffteilen angeordnet. Die zueinander komplementären Fügeflächen der Kunststoffteile werden vorzugsweise gleichzeitig jeweils bis auf einen Luftspalt in unmittelbare Nachbarschaft zur Heizelementfläche eines zugeordneten Heizelements gebracht und über die mindestens zwei, beispielsweise drei, Reihen von Öffnungen in den Heizelementflächen mittels Heißgas entlang der vorgesehenen Schweißlinie aufgeschmolzen. Nachdem die Fügeflächen ausreichend geschmolzen sind, werden die Heizelemente zwischen den Kunststoffteilen entfernt und die Kunststoffteile werden in geeigneter Weise mit ihren Fügeflächen verpresst, bis die geschmolzenen Bereiche der Fügeflächen wieder erstarrt und die Kunststoffteile miteinander formschlüssig verbunden sind. Bei den Kunststoffteilen handelt es sich vorzugsweise um Halbschalen eines Kunststoffhohlkörpers, die an ihren Fügeflächen miteinander verschweißt werden.
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Bei dem Verfahren werden die Fügeflächen der Kunststoffteile vorzugsweise nur oder im Wesentlichen mittels des Heißgases und nicht durch Strahlungswärme der Heizelemente aufgeheizt.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn als Heißgas Luft, Kohlendioxid oder Distickstoffmonoxid, vorzugsweise Luft, verwendet wird. Es kann aber auch ein Schutzgas wie beispielsweise Stickstoff (N2), Argon, Helium oder ein Gemisch daraus verwendet werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden zu Veranschaulichungszwecken anhand der angehängten Figuren beispielhaft näher erläutert.
- 1. Räumliche Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Heißgasschweißen von Kunststoffteilen.
- 2. Frontalansicht zu der in 1 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 3. Räumliche Detailansicht der Heizelementeanordnung der in 1 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 4. Schnitt durch die in 3 dargestellte Heizelementeanordnung.
- 5. Räumliche Ansicht eines Heizelementmoduls.
- 6. Schnittansicht eines Heizelementmoduls.
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1 zeigt rein beispielhaft eine vereinfachte räumliche Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Heißgasschweißen von Kunststoffteilen 20. Die Vorrichtung umfasst eine Heizelementeanordnung 21, die gegenüberliegend angeordnete Heizelemente 2a, 2b umfasst, wobei in 1 nur eines der Heizelemente 2a, 2b, hier das obere Heizelement 2a, sichtbar ist. Die Heizelemente 2a, 2b sind mit Halterungen 13 auf einem Profilrahmen 15 befestigt, der seinerseits auf einem Schlitten 16 befestigt ist, der auf Führungsschienen 17, wie durch den Doppelpfeil in der Figur angedeutet, linear in horizontaler Richtung beweglich angeordnet ist. Der Schlitten 16 kann hier mittels eines Elektroantriebs 24 auf den Schienen 17 hin und her bewegt werden. An dem Profilrahmen 15 sind bei dieser Ausführungsform Handgriffe 14 angeordnet. Die Heizelemente 2a, 2b sind durch eine hitzefeste Ummantelung 12, z.B. Schamottplatten, isolierend umgeben. Eine Pressvorrichtung 18 mit einem Gerüst 22 weist hier nicht näher dargestellte übereinander liegende Halteeinrichtungen für zu verschweißende Kunststoffteile 20 auf. Zur Berücksichtigung unterschiedlicher Kunststoffteile und/oder zum Ausgleich einer etwaigen Schrägstellung eines Kunststoffteils können die Halterungseinrichtungen für die Kunststoffteile 20 auch gelenkig befestigt sein.
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Zwei Kunststoffteile 20 können in der Pressvorrichtung 18 oberhalb und unterhalb der Heizelemente 2a, 2b mit Hilfe der Halteeinrichtungen fixiert und in vertikaler Richtung mit ihren Fügeflächen 23 zusammengeführt und miteinander verschweißt werden. Die Heizelementeanordnung 21 wird zu diesem Zweck zunächst mit Hilfe des Schlittens 16 zwischen den übereinander fixierten Kunststoffteilen 20 angeordnet. Die Kunststoffteile 20 werden dann mittels der Pressvorrichtung 18 mit ihren Fügeflächen 23 bis auf einen Luftspalt nahe an die jeweiligen aufgeheizten Heizelemenflächen 3a, 3b der Heizelemente 2a, 2b geführt. Nachdem die Fügeflächen 23 durch das aus den Öffnungen 4 der Heizelemente 2a, 2b austretende Heißgas geschmolzen sind, wird die Heizelementeanordnung 21 mittels des Schlittens 16 aus dem Bereich der Pressvorrichtung 18 zwischen den Kunststoffteilen 20 herausgeführt, so dass diese mittels der Pressvorrichtung 18 mit ihren einander zugewandten Fügeflächen 23 zusammengefahren und miteinander verpresst werden können. Nach ausreichendem Abkühlen der Fügeflächen 23 sind die Kunststoffteile 20 stoffschlüssig miteinander verbunden.
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In 1 sind der besseren Übersicht halber die Gasleitungen zur Zuführung von Gas, z.B. Luft, zu den Heizelementen 2a, 2b nicht dargestellt. Sichtbar sind lediglich die Anschlüsse 11 für die Gaszufuhr. Das Gas wird über die Anschlüsse 11 in die Heizelemente 2a, 2b geleitet, wo es aufgeheizt wird. Die Heizeinrichtungen zum Aufheizen der Heizelemente 2a, 2b sind nicht dargestellt. In 1 ist der Übersicht halber nur ein Teil eines Kunststoffteils 20 sichtbar, hier der Teil einer Luftfeder.
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Die Heizelementflächen 3a, 3b sind hier kreisringförmig, um die mit der dargestellten Ausführungsform kreisringförmigen Schweißlinien auf den kreisringförmigen Fügeflächen 23 der zu verbindenden Kunststoffteile 20 zu erzeugen. Die Heizelementflächen 3a, 3b können aber selbstverständlich durch entsprechende Ausgestaltung der Heizelemente 2a, 2b an die jeweils zu erzeugende Kontur der Schweißlinie bzw. die Kontur der zu verschweißenden Fügeflächen 23 der Kunststoffteile 20 angepasst werden. Es ist natürlich auch möglich, austauschbare Heizelemente 2a, 2b oder ganze austauschbare Heizelementeanordnungen 21 vorzuhalten, die an die jeweilige Form der Fügeflächen 23 der Kunststoffteile 20 entsprechend angepasst sind.
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2 zeigt eine Frontalansicht zu der in 1 dargestellten beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Wie hier besser als in 1 zu erkennen ist, besteht die Heizelementeanordnung 21 aus zwei in vertikaler Richtung gegenüberliegenden Heizelementen 2a, 2b mit voneinander abgewandten Heizelementflächen 3a, 3b. Die Heizelementfläche 3a des oberen Heizelements 2a weist nach oben, die Heizelementfläche 3b des unteren Heizelements 2b nach unten. Die Heizelemente 2a, 2b sind mittels einer Ummantelung 12 aus Schamottplatten isoliert. Die beiden Heizelemente 2a, 2b sind separat verstellbar. Hier ist ein Kunststoffteil 20 dargestellt, das mit seiner Fügefläche 23 an der Heizelementfläche 3b des Heizelements 2b anliegt. Halteeinrichtungen, die das Kunststoffteil 20 fixieren, sind nicht dargestellt. Ebenso ist aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung eines oberen Kunststoffteils 20 verzichtet worden, dessen Fügefläche 23 mittels des oberen Heizelements 2a zum Schmelzen gebracht würde. Auch in 2 sind lediglich die Gasanschlüsse 11 dargestellt, nicht jedoch die zuführenden Gasleitungen. Heizeinrichtungen zur Aufheizung der Heizelemente 2a, 2b sind hier ebenfalls nicht dargestellt.
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In 3 ist in größerem Detail die Heizelementeanordnung 21 der Vorrichtung 1 aus den 1 und 2 in einer räumlichen Ansicht dargestellt. Die beiden gegenüberliegenden jeweils von einer hitzefesten Ummantelung 12 umgebenden Heizelemente 2a, 2b sind jeweils über Halterungen 13 mit dem Profilrahmen 15 verbunden. Mit Hilfe von Handgriffen 14 auf gegenüberliegenden Seiten des Profilrahmens 15 (s. 2) kann der Profilrahmen 15 gegebenenfalls manuell bewegt werden. Auch hier sind die Gasanschlüsse 11 gut erkennbar. Die zuführenden Gasleitungen sind hier erneut nicht dargestellt. Wie in dieser Figur gut erkennbar ist, bestehen die Heizelemente 2a, 2b jeweils aus einzelnen Heizelementmodulen 8. Bei der hier kreisringförmigen Anordnung sind jeweils fünf solche Heizelementmodule 8, die jeweils ein Ringsegment von 72° bilden, zu einem Heizelement 2a, 2b aneinander gelegt. Die fünf Heizelementmodul-Heizflächen 9 der Heizelementmodule 8 ergeben zusammen jeweils die hier kreisringförmigen Heizelementflächen 3a, 3b, wodurch ein ringförmig geschlossener Heizrahmen gebildet ist.
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4 zeigt eine Schnittansicht der in 3 dargestellten Heizelementeanordnung 21. Wie hier ersichtlich ist, umfassen die Heizelementmodule 8 jeweils einen Heizelementkörper 5, der eine vorspringende Heizrippe 7 umfasst, deren Stirnfläche die Heizelementmodulfläche 9 bildet (s. auch 5 und 6). Wie im rechten Teil der 4 erkennbar ist, sind in dem Heizelementkörper 5 Heißgaskanäle 6 vorgesehen, die von einem Heißgasverteilerkanal 19 ausgehend zumindest abschnittweise mäanderförmig durch den Heizelementkörper 5 und in einer geraden Linie durch die Heizrippe 7 verlaufen und in Öffnungen 4 in der Heizelementmodulfläche 9 münden (s. 6). Die von dem gemeinsamen Heißgasverteilerkanal ausgehenden Heißgaskanäle 6 führen jeweils nur zu einer Öffnung 4 in der Heizelementmodulfläche 9.
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Wie aus 5 besser ersichtlich ist, die eine räumliche Ansicht eines einzelnen Heizelementmoduls 8 darstellt, sind die Öffnungen 4 in drei Reihen 4a, b, c entlang der Heizelementmodulfläche 9 angeordnet, einer äußeren Reihe 4a, einer mittleren Reihe 4b und einer inneren Reihe 4c. Die Reihen 4a, b, c verlaufen parallel zueinander, so dass je drei Öffnungen 4 der Reihen 4a, b, c eine Gruppe bilden, die auf einer zur Heizelementmodulfläche 9 quer verlaufenden geraden Linie 10 liegen.
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6 zeigt einen Querschnitt durch ein Heizelementmodul 8. Hier ist gut erkennbar, dass die Heißgaskanäle 6 den Heißgasverteilerkanal 19 mit den Öffnungen 4 verbinden. Die Heißgaskanäle 6 verlaufen im Bereich der Heizrippe 7 gerade, während sie im Bereich des übrigen Heizelementkörpers 5 zumindest abschnittsweise mäanderförmig verlaufen. Jede einzelne der Öffnungen 4 ist mit einem separaten Heißgaskanal 6 verbunden. Die Heißgaskanäle 6 entspringen einem gemeinsamen Heißgasverteilerkanal 19, in den Gas über die Gasanschlüsse 11 eingeleitet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10019163 A1 [0003]
- EP 141578981 B1 [0004]
