DE102018203923A1 - 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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Till Schade
Werner Steinberger
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Robert Bosch GmbH
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    • B29C65/3684—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction characterised by the composition of the elements heated by induction which remain in the joint being non-metallic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
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    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (10, 10B) mit einer ersten Kunststoffkomponente (20, 20B), einer zweiten Kunststoffkomponente (30, 30B) und einem geschlossenen Induktionsring (40), sowie ein Verfahren zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente (20, 20B) mit einer zweiten Kunststoffkomponente (30, 30B). Die erste Kunststoffkomponente (20, 20B) weist einen als Aufnahme ausgeführten ersten Fügebereich (22) auf, und die zweite Kunststoffkomponente (30, 30B) weist an einem Ende einen in den ersten Fügebereich (22) eingebrachten zweiten Fügebereich (32) auf, wobei der Induktionsring (40) an den Fügebereichen (22, 32) zumindest teilweise in die beiden Kunststoffkomponenten (20, 20B, 30, 30B) eingeschmolzen ist, so dass an einem Kontaktbereich zwischen einer ersten Kunststoffschmelze (24) der ersten Kunststoffkomponente (20, 20B) und einer zweiten Kunststoffschmelze (34) der zweiten Kunststoffkomponente (30, 30B) eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Hierbei ist der Induktionsring (40) unter Ausbildung mindestens eines ersten Hinterschnitts (14) in die erste Kunststoffkomponente (20, 20B) und unter Ausbildung mindestens eines zweiten Hinterschnitts (16) in die zweite Kunststoffkomponente (30, 30B) eingeschmolzen, so dass zwischen den Kunststoffkomponenten (20, 20B, 30, 30B) und dem Induktionsring (40) jeweils eine formschlüssige Verbindung entsteht.

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 geschlossenen 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.
  • 9 bis 12 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 9 und 10 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 10 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 10 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. 10 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 11 ersichtlich ist. 11 zeigt die fehlerfreie Verbindungsanordnung 1 nach dem Schweißvorgang. Wie aus 12 ersichtlich ist, weist der Induktionsring1.1 bei der dargestellten Verbindungsanordnung 1A nach dem Schweißvorgang eine exzentrische Lage auf, so dass im Unterschied zu 11 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.
  • Den bekannten Verbindungsanordnungen ist gemein, dass die Kunststoffschmelzen der beiden Kunststoffkomponenten im Wesentlichen nur die Hohlräume auffüllen, und sich nur in direkter Nähe zum Induktionsring miteinander zu einer „Bindenaht“ verbinden und eine stoffschlüssige Verbindung herstellen.
  • 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 9 haben jeweils den Vorteil, dass zusätzlich zur stoffschlüssig Verbindung eine haltbare formschlüssige Verbindung erzeugt wird.
  • Bei Ausführungsformen der Erfindung sind die Fügegeometrien der Kunststoffkomponenten in vorteilhafter Weise einfach in den Spritzgusswerkzeugen realisierbar. Der Induktionsring kann als Massenprodukt kostengünstig gerollt oder tiefgezogen werden. Zudem stellen Ausführungsformen der Erfindung Induktionsringe mit einem radial flexibilisierten Ringdesign zur Verfügung, wodurch in vorteilhafter Weise eine TWS-Beständigkeit (TWS: Temperaturwechselschock) verbessert werden kann. So kann durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Metall zu Kunststoff nach einer Temperaturwechselschock-Erprobung die Dauerhaltbarkeit der Verbindung herabgesetzt sein. Dies kann durch eine angepasste Ringgestaltung vermieden werden, welche den Induktionsring speziell in radialer Richtung flexibler macht.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Verbindungsanordnung mit einer ersten Kunststoffkomponente, einer zweiten Kunststoffkomponente und einem geschlossenen Induktionsring zur Verfügung. Die erste Kunststoffkomponente weist einen als Aufnahme ausgeführten ersten Fügebereich auf, und die zweite Kunststoffkomponente weist an einem Ende einen in den ersten Fügebereich eingebrachten zweiten Fügebereich auf. Der Induktionsring ist an den Fügebereichen zumindest teilweise in die beiden Kunststoffkomponenten eingeschmolzen, so dass an einem Kontaktbereich zwischen einer ersten Kunststoffschmelze der ersten Kunststoffkomponente und einer zweiten Kunststoffschmelze der zweiten Kunststoffkomponente eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Hierbei ist der Induktionsring unter Ausbildung mindestens eines ersten Hinterschnitts in die erste Kunststoffkomponente und unter Ausbildung mindestens eines zweiten Hinterschnitts in die zweite Kunststoffkomponente eingeschmolzen, so dass zwischen den Kunststoffkomponenten und dem Induktionsring jeweils eine formschlüssige Verbindung entsteht.
  • Zudem wird ein Verfahren zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente, welche einen als Aufnahme ausgeführten ersten Fügebereich aufweist, mit einer zweiten Kunststoffkomponente vorgeschlagen, welche an einem Ende einen zweiten Fügebereich aufweist. Ein geschlossener Induktionsring wird zwischen den Fügebereichen der beiden Kunststoffkomponenten angeordnet, wobei der geschlossene Induktionsring durch ein elektromagnetisches Wechselfeld erhitzt wird und die Kunststoffpolymere der beiden Kunststoffkomponenten aufschmilzt. Die aufgeschmolzenen Kunststoffkomponenten werden unter Druck aufeinander zubewegt, so dass an einem Kontaktbereich zwischen einer ersten Kunststoffschmelze der ersten Kunststoffkomponente und einer zweiten Kunststoffschmelze der zweiten Kunststoffkomponente eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Hierbei wird der Induktionsring unter Ausbildung mindestens eines ersten Hinterschnitts in die erste Kunststoffkomponente und unter Ausbildung mindestens eines zweiten Hinterschnitts in die zweite Kunststoffkomponente eingeschmolzen, so dass zwischen den Kunststoffkomponenten und dem Induktionsring jeweils eine formschlüssige Verbindung entsteht.
  • Bei Ausführungsformen der Erfindung wird verhindert der mindestens eine erste Hinterschnitt und eine daraus resultierende erste formschlüssige Verbindung zwischen dem Induktionsring und der ersten Kunststoffkomponente, dass der Induktionsring aus der Aufnahme der ersten Kunststoffkomponente herausgenommen wird. Der mindestens eine zweite Hinterschnitt und eine daraus resultierende zweite formschlüssige Verbindung zwischen dem Induktionsring und der zweiten Kunststoffkomponente verhindert, dass die zweite Kunststoffkomponente aus dem Induktionsring und aus der Aufnahme der ersten Kunststoffkomponente herausgezogen wird.
  • 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 9 angegebenen Verfahrens zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente mit einer zweiten Kunststoffkomponente möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass der erste Fügebereich der ersten Kunststoffkomponente als zylindrische Aufnahmeöffnung ausgeführt werden kann, und der zweite Fügebereich der zweiten Kunststoffkomponente als zylindrischer Abschnitt ausgeführt werden kann, welcher ohne Spaltbildung in die zylindrische Aufnahmeöffnung der ersten Kunststoffkomponente eingeführt werden kann. Das bedeutet, dass ein Außendurchmesser des zylindrischen Abschnitts der zweiten Kunststoffkomponenten im Wesentlichen dem Durchmesser der zylindrischen Aufnahmeöffnung entspricht. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der beiden Fügebereiche.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Verbindungsanordnung kann der erste Fügebereich der ersten Kunststoffkomponente als konische Aufnahmeöffnung ausgeführt werden, und der zweite Fügebereich der zweiten Kunststoffkomponente kann als konischer Abschnitt ausgeführt werden, welcher auf Block in die konische Aufnahmeöffnung der zweiten Kunststoffkomponente einführbar ist. Dies ermöglicht ebenfalls eine einfache und kostengünstige Herstellung der beiden Fügebereiche. Die konische Ausführung der beiden Fügekonturen bewirken in vorteilhafte Weise eine selbstständige Zentrierung der ersten Kunststoffkomponente, der zweiten Kunststoffkomponente und des Induktionsrings zueinander. Dadurch ergeben sich gleichmäße Hinterschnitte, so dass die Qualität der Verbindungsanordnung bzw. der Schweißstelle verbessert werden kann. Zudem ist die Ausführungsform unempfindlich gegenüber Bauteiltoleranzen.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Verbindungsanordnung kann der geschlossene Induktionsring einen als zylindrischen oder konischen Hohlkörper ausgeführten Grundkörper aufweisen und aus einem Metall oder einem leitfähigen Kunststoff oder einem mit ferromagnetischen Partikeln gefülltem Kunststoff bestehen. 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 Induktionsring mit einem konischen Grundkörper gleichmäßig in die beiden Kunststoffkomponenten einschmelzen. 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 weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Verbindungsanordnung kann der Grundkörper in seiner Mantelfläche mindestens eine Öffnung und/oder mindestens eine Aussparung aufweist. Dadurch können Hinterschnitte zwischen den Kunststoffkomponenten und dem Induktionsring erzeugt und die formschlüssigen Verbindungen verbessert werden. Die mindestens eine Öffnung kann beispielsweise einen runden Querschnitt oder einen vieleckigen Querschnitt aufweisen, wobei die Ecken abgerundet sein können. Dadurch kann die Kerbwirkung des Induktionsrings reduziert werden, so dass die Temperaturschockwechselbeständigkeit der Schweißverbindung erhöht werden kann. Die mindestens eine Aussparung kann beispielsweise als wellenförmige Aussparung oder als schlaufenförmige Aussparung ausgeführt werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Verbindungsanordnung kann der Grundkörper in seiner Mantelfläche bereichsweise eine Rändelung und/oder eine Prägung aufweisen. Auch dadurch können Hinterschnitte zwischen den Kunststoffkomponenten und dem Induktionsring erzeugt und die formschlüssigen Verbindungen verbessert werden.
  • Zur Durchführung des Verfahrens kann der Induktionsring beispielsweise spaltfrei in den als Aufnahme ausgeführten ersten Fügebereich der ersten Kunststoffkomponente eingelegt werden. Alternativ kann der Induktionsring spaltfrei auf den zweiten Fügebereich der zweiten Kunststoffkomponente aufgesteckt werden. Dadurch werden in vorteilhafter Weise hohe Freiheitsgrade in der Montageabfolge und somit auch in der Fertigungslinie ermöglicht.
  • 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 Schnittdarstellung von Komponenten für ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
    • 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung nach dem Schweißvorgang.
    • 3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung von Komponenten für ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
    • 4 zeigt eine schematische perspektivische Teilschnittdarstellung der Komponenten aus 3 mit eingelegtem Induktionsring.
    • 5 zeigt eine schematische perspektivische Teilschnittdarstellung der Komponenten aus 3 und 4 vor dem Schweißvorgang.
    • 6 zeigt eine schematische perspektivische Teilschnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung nach dem Schweißvorgang.
    • 7 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Induktionsrings für eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung.
    • 8 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Induktionsrings für eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung.
    • 9 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung von Komponenten für eine aus dem Stand der Technik bekannte Verbindungsanordnung.
    • 10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der aus dem Stand der Technik bekannten Komponenten aus 9 vor dem Schweißvorgang.
    • 11 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer aus den, aus dem Stand der Technik bekannten Komponenten aus 10 hergestellten fehlerfreien Verbindungsanordnung nach dem Schweißvorgang.
    • 12 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer aus den, aus dem Stand der Technik bekannten Komponenten aus 10 hergestellten fehlerhaften Verbindungsanordnung nach dem Schweißvorgang.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Wie aus 1 bis 8 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 10A, 10B jeweils eine erste Kunststoffkomponente 20, 20A, 20B, eine zweite Kunststoffkomponente 30, 30A, 30B und einen geschlossenen Induktionsring 40. Die erste Kunststoffkomponente 20, 20A, 20B weist einen als Aufnahme ausgeführten ersten Fügebereich 22 auf, und die zweite Kunststoffkomponente 30, 30A, 30B weist an einem Ende einen in den ersten Fügebereich 22 eingebrachten zweiten Fügebereich 32 auf. Der Induktionsring 40 ist an den Fügebereichen 22, 32 zumindest teilweise in die beiden Kunststoffkomponenten 20, 20A, 20B, 30, 30A, 30B eingeschmolzen, so dass an einem Kontaktbereich zwischen einer ersten Kunststoffschmelze 24 der ersten Kunststoffkomponente 20, 20A, 20B und einer zweiten Kunststoffschmelze 34 der zweiten Kunststoffkomponente 30, 30A, 30B eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Hierbei ist der Induktionsring 40 unter Ausbildung mindestens eines ersten Hinterschnitts 14 in die erste Kunststoffkomponente 20, 20A, 20B und unter Ausbildung mindestens eines zweiten Hinterschnitts 16 in die zweite Kunststoffkomponente 30, 30A, 30B eingeschmolzen, so dass zwischen den Kunststoffkomponenten 20, 20A, 20B, 30, 30A, 30B und dem Induktionsring 40 jeweils eine formschlüssige Verbindung entsteht.
  • Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente 20, 20A, 20B, welche einen als Aufnahme ausgeführten ersten Fügebereich 22 aufweist, mit einer zweiten Kunststoffkomponente 30, 30A, 30B, welche an einem Ende einen zweiten Fügebereich 32 aufweist, wird ein geschlossener Induktionsring 40 zwischen den Fügebereichen 22, 32 der beiden Kunststoffkomponenten 20, 20A, 20B, 30, 30A, 30B angeordnet. Dann wird der geschlossene Induktionsring 40 durch ein elektromagnetisches Wechselfeld erhitzt und schmilzt die Kunststoffpolymere der beiden Kunststoffkomponenten 20, 20A, 20B, 30, 30A, 30B auf, wobei die aufgeschmolzenen Kunststoffkomponenten 20, 20A, 20B, 30, 30A, 30B unter Druck aufeinander zubewegt bzw. ineinander gesteckt werden, so dass an einem Kontaktbereich zwischen einer ersten Kunststoffschmelze 24 der ersten Kunststoffkomponente 20, 20A, 20B und einer zweiten Kunststoffschmelze 34 der zweiten Kunststoffkomponente 30, 30A, 30B eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Hierbei wird der Induktionsring 40 unter Ausbildung mindestens eines ersten Hinterschnitts 14 in die erste Kunststoffkomponente 20, 20A, 20B und unter Ausbildung mindestens eines zweiten Hinterschnitts 16 in die zweite Kunststoffkomponente 30, 30A, 30B eingeschmolzen, so dass zwischen den Kunststoffkomponenten 20, 20A, 20B, 30, 30A, 30B und dem Induktionsring 40 jeweils eine formschlüssige Verbindung entsteht.
  • Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, ist der erste Fügebereich 22 der ersten Kunststoffkomponente 20A im dargestellten Ausführungsbeispiel als zylindrische Aufnahmeöffnung 22A ausgeführt. Der zweite Fügebereich 32 der zweiten Kunststoffkomponente 30A ist als zylindrischer Abschnitt 32A ausgeführt, welcher ohne Spaltbildung in die zylindrische Aufnahmeöffnung 22A der ersten Kunststoffkomponente 20A eingeführt werden kann.
  • Wie aus 3 bis 6 weiter ersichtlich ist, ist der erste Fügebereich 22 der ersten Kunststoffkomponente 20B im dargestellten Ausführungsbeispiel als konische Aufnahmeöffnung 22B ausgeführt. Der zweite Fügebereich 32 der zweiten Kunststoffkomponente 30B ist als konischer Abschnitt 32B ausgeführt, welcher auf Block in die konische Aufnahmeöffnung 22B der zweiten Kunststoffkomponente 20B einführt werden kann.
  • Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, weist der geschlossene Induktionsring 40 im dargestellten Ausführungsbeispiel einen als zylindrischer Hohlkörper 46A ausgeführten Grundkörper 46 aus einem Metall auf. Alternativ kann der Grundköper 46 aus einem leitfähigen Kunststoff oder einem mit ferromagnetischen Partikeln gefülltem Kunststoff hergestellt werden. Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, weist der Grundkörper 46 in seiner Mantelfläche mehrere in einer Reihe angeordnete Öffnungen 42 mit einem rautenförmigen Querschnitt 42B, wobei die Ecken der Raute abgerundet sind. Selbstverständlich können Anzahl, Form und Lage der Öffnungen 42 beliebig gewählt werden. Die Form sollte jedoch so gewählt sein, dass die erste Kunststoffschmelze 24 der ersten Kunststoffkomponente 20A von außen in die Öffnungen 42 fließen kann, und die zweite Kunststoffschmelze 34 der zweiten Kunststoffkomponente 30A von innen in die Öffnungen fließen kann. Dadurch entsteht in den Öffnungen 42 jeweils ein erster Hinterschnitt 14 und eine daraus resultierende erste formschlüssige Verbindung zwischen dem Induktionsring 40 und der ersten Kunststoffkomponente 20A, welche verhindert, dass der Induktionsring 40 aus der zylindrischen Aufnahmeöffnung 22A der ersten Kunststoffkomponente 20A herausgenommen werden kann. Zudem entsteht in den Öffnungen 42 jeweils ein zweiter Hinterschnitt 16 und eine daraus resultierende zweite formschlüssige Verbindung zwischen dem Induktionsring 40 und der zweiten Kunststoffkomponente 30A, welche verhindert, dass die zweite Kunststoffkomponente 30A aus dem Induktionsring 40 und aus der zylindrischen Aufnahmeöffnung 22A der ersten Kunststoffkomponente 20A herausgezogen werden kann.
  • Wie aus 3 bis 6 weiter ersichtlich ist, weist der geschlossene Induktionsring 40 im dargestellten Ausführungsbeispiel einen als konischer Hohlkörper 46B ausgeführten Grundkörper 46 aus einem Metall auf. Alternativ kann der Grundköper 46 aus einem leitfähigen Kunststoff oder einem mit ferromagnetischen Partikeln gefülltem Kunststoff hergestellt werden. Wie aus 3 bis 6 weiter ersichtlich ist, weist der Grundkörper 46 in seiner Mantelfläche mehrere in zwei Reihen angeordnete Öffnungen 42 mit einem runden Querschnitt 42A auf. Selbstverständlich können Anzahl, Form und Lage der Öffnungen 42 beliebig gewählt werden. Durch die konische Ausführung des ersten Fügebereichs 22, des zweiten Fügebereichs 32 und des Induktionsrings 40 entsteht an einer kreisringförmigen Stirnseite an der größeren Querschnittsfläche des konischen Induktionsring 40 ein erster Hinterschnitt 14, aus welchem eine erste formschlüssige Verbindung zwischen dem konischen Induktionsring 40 und der ersten Kunststoffkomponente 20B resultiert, welche verhindert, dass der Induktionsring 40 aus der konischen Aufnahmeöffnung 22B der ersten Kunststoffkomponente 20B herausgenommen werden kann. Zudem entsteht an einer kreisringförmigen Stirnseite an der kleinen Querschnittsfläche des konischen Induktionsring 40 ein zweiter Hinterschnitt 16, aus welchem eine zweite formschlüssige Verbindung zwischen dem Induktionsring 40 und der zweiten Kunststoffkomponente 30B resultiert, welche verhindert, dass die zweite Kunststoffkomponente 30B aus dem Induktionsring 40 und aus der konischen Aufnahmeöffnung 22B der ersten Kunststoffkomponente 20B herausgezogen werden kann. Zudem kann anlog zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 die erste Kunststoffschmelze 24 der ersten Kunststoffkomponente 20B von außen in die Öffnungen 42 fließen, und die zweite Kunststoffschmelze 34 der zweiten Kunststoffkomponente 30B kann von innen in die Öffnungen fließen. Dadurch entsteht in den Öffnungen 42 jeweils ein erster Hinterschnitt 14 und eine daraus resultierende erste formschlüssige Verbindung zwischen dem Induktionsring 40 und der ersten Kunststoffkomponente 20B, welche verhindert, dass der Induktionsring 40 aus der konischen Aufnahmeöffnung 22B der ersten Kunststoffkomponente 20B herausgenommen werden kann. Zudem entsteht in den Öffnungen 42 jeweils ein zweiter Hinterschnitt 16 und eine daraus resultierende zweite formschlüssige Verbindung zwischen dem Induktionsring 40 und der zweiten Kunststoffkomponente 30B, welche verhindert, dass die zweite Kunststoffkomponente 30B aus dem Induktionsring 40 und aus der konischen Aufnahmeöffnung 22B der ersten Kunststoffkomponente 20B herausgezogen werden kann.
  • Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Induktionsring 40 spaltfrei in den als Aufnahme ausgeführten ersten Fügebereich 22 der ersten Kunststoffkomponente 20B. Alternativ kann der Induktionsring 40 spaltfrei auf den zweiten Fügebereich 32 der zweiten Kunststoffkomponente 30B aufgesteckt werden. Dies gilt analog für das unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebene Ausführungsbeispiel.
  • Wie aus 7 weiter ersichtlich ist, ist der Grundkörper 46 des Induktionsrings 40 im dargestellten Ausführungsbeispiel als zylindrischer Hohlkörper 46C ausgeführt, welcher in seiner Mantelfläche mehrere in einer Reihe angeordneten Öffnung 42 mit einem rautenförmigen Querschnitt 42B, wobei die Ecken der Raute abgerundet sind. Zudem weist die Mantelfläche des zylindrischen Hohlkörpers 46C am oberen und unteren Rand jeweils wellenförmige Aussparungen 43, 43A auf. Alternativ kann der Hohlkörper 46C kegelstumpfförmig ausgeführt werden.
  • Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, ist der Grundkörper 46 des Induktionsrings 40 im dargestellten Ausführungsbeispiel als zylindrischer Hohlkörper 46D ausgeführt, welcher in seiner Mantelfläche mehrere schlaufenförmige Aussparungen 43B aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 46 des Induktionsrings 40 durch eine Anzahl von aneinander gereihte Schlaufen gebildet, welche zu einem Ring geschlossen sind und somit die Mantelfläche eines Zylinders ausbilden. Alternativ kann der Hohlkörper 46D kegelstumpfförmig ausgeführt werden.
  • Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Grundkörper 46 des Induktionsrings 40 in seiner Mantelfläche bereichsweise eine Rändelung und/oder eine Prägung auf. Diese können zusätzlich oder alternativ zu den Öffnungen 42 und/oder Aussparungen 43 vorgesehen werden.

Claims (10)

  1. Verbindungsanordnung (10A, 10B) mit einer ersten Kunststoffkomponente (20, 20A, 20B), einer zweiten Kunststoffkomponente (30, 30A, 30B) und einem geschlossenen Induktionsring (40), wobei die erste Kunststoffkomponente (20, 20A, 20B) einen als Aufnahme ausgeführten ersten Fügebereich (22) aufweist, und die zweite Kunststoffkomponente (30, 30A, 30B) an einem Ende einen in den ersten Fügebereich (22) eingebrachten zweiten Fügebereich (32) aufweist, wobei der Induktionsring (40) an den Fügebereichen (22, 32) zumindest teilweise in die beiden Kunststoffkomponenten (20, 20A, 20B, 30, 30A, 30B) eingeschmolzen ist, so dass an einem Kontaktbereich zwischen einer ersten Kunststoffschmelze (24) der ersten Kunststoffkomponente (20, 20A, 20B) und einer zweiten Kunststoffschmelze (34) der zweiten Kunststoffkomponente (30, 30A, 30B) eine stoffschlüssige Verbindung entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktionsring (40) unter Ausbildung mindestens eines ersten Hinterschnitts (14) in die erste Kunststoffkomponente (20, 20A, 20B) und unter Ausbildung mindestens eines zweiten Hinterschnitts (16) in die zweite Kunststoffkomponente (30, 30A, 30B) eingeschmolzen ist, so dass zwischen den Kunststoffkomponenten (20, 20A, 20B, 30, 30A, 30B) und dem Induktionsring (40) jeweils eine formschlüssige Verbindung entsteht.
  2. Verbindungsanordnung (10A, 10B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fügebereich (22) der ersten Kunststoffkomponente (20, 20A) als zylindrische Aufnahmeöffnung (22A) ausgeführt ist, und der zweite Fügebereich (32) der zweiten Kunststoffkomponente (30, 30A) als zylindrischer Abschnitt (32A) ausgeführt ist, welcher ohne Spaltbildung in die zylindrische Aufnahmeöffnung (22A) der ersten Kunststoffkomponente (20, 20A) einführbar ist.
  3. Verbindungsanordnung (10A, 10B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fügebereich (22) der ersten Kunststoffkomponente (20, 20B) als konische Aufnahmeöffnung (22B) ausgeführt ist, und der zweite Fügebereich (32) der zweiten Kunststoffkomponente (30, 30B) als konischer Abschnitt (32B) ausgeführt ist, welcher auf Block in die konische Aufnahmeöffnung (22B) der zweiten Kunststoffkomponente (20, 20B) einführbar ist.
  4. Verbindungsanordnung (10A, 10B) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Induktionsring (40) einen als zylindrischen oder konischen Hohlkörper (46A, 46B) ausgeführten Grundkörper (46) aufweist und aus einem Metall oder einem leitfähigen Kunststoff oder einem mit ferromagnetischen Partikeln gefülltem Kunststoff besteht.
  5. Verbindungsanordnung (10A, 10B) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (46) in seiner Mantelfläche mindestens eine Öffnung (42) und/oder mindestens eine Aussparung (43) aufweist.
  6. Verbindungsanordnung (10A, 10C) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (42) einen runden Querschnitt (42A) oder einen vieleckigen Querschnitt (42B) aufweist.
  7. Verbindungsanordnung (10A, 10C) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Aussparung (43) als wellenförmige Aussparung (43A) oder als schlaufenförmige Aussparung (43B) ausgeführt ist.
  8. Verbindungsanordnung (10A, 10B) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (46) in seiner Mantelfläche bereichsweise eine Rändelung und/oder eine Prägung aufweist.
  9. Verfahren zum Verschweißen einer ersten Kunststoffkomponente (20, 20A, 20B), welche einen als Aufnahme ausgeführten ersten Fügebereich (22) aufweist, mit einer zweiten Kunststoffkomponente (30, 30A, 30B), welche an einem Ende einen zweiten Fügebereich (32) aufweist, wobei ein geschlossener Induktionsring (40) zwischen den Fügebereichen (22, 32) der beiden Kunststoffkomponenten (20, 20A, 20B, 30, 30A, 30B) angeordnet wird, wobei der geschlossene Induktionsring (40) durch ein elektromagnetisches Wechselfeld erhitzt wird und die Kunststoffpolymere der beiden Kunststoffkomponenten (20, 20A, 20B, 30, 30A, 30B) aufschmilzt, wobei die aufgeschmolzenen Kunststoffkomponenten (20, 20A, 20B, 30, 30A, 30B) unter Druck aufeinander zubewegt werden, so dass an einem Kontaktbereich zwischen einer ersten Kunststoffschmelze (24) der ersten Kunststoffkomponente (20, 20A, 20B) und einer zweiten Kunststoffschmelze (34) der zweiten Kunststoffkomponente (30, 30A, 30B) eine stoffschlüssige Verbindung entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktionsring (40) unter Ausbildung mindestens eines ersten Hinterschnitts (14) in die erste Kunststoffkomponente (20, 20A, 20B) und unter Ausbildung mindestens eines zweiten Hinterschnitts (16) in die zweite Kunststoffkomponente (30, 30A, 30B) eingeschmolzen wird, so dass zwischen den Kunststoffkomponenten (20, 20A, 20B, 30, 30A, 30B) und dem Induktionsring (40) jeweils eine formschlüssige Verbindung entsteht.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktionsring (40) spaltfrei in den als Aufnahme ausgeführten ersten Fügebereich (22) der ersten Kunststoffkomponente (20, 20A, 20B) eingelegt oder spaltfrei auf den zweiten Fügebereich (32) der zweiten Kunststoffkomponente (30, 30A, 30B) aufgesteckt wird.
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