DE102019005742B4

DE102019005742B4 - Verfahren und Werkzeug zum Herstellen eines thermoplastischen Rohres

Info

Publication number: DE102019005742B4
Application number: DE102019005742.2A
Authority: DE
Inventors: Nikolai Wert
Original assignee: Diehl Aviation Laupheim GmbH
Current assignee: Diehl Aviation Laupheim GmbH
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2039-08-17
Also published as: DE102019005742A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Rohres (2) aus einem thermoplastischen Material (4), bei dem:- A) mindestens ein, insbesondere mindestens zwei Werkstücke (14a, b) aus dem Material (4) bereitgestellt werden,- B) das oder die Werkstücke (14a, b) in ein Werkzeug (6) eingebracht werden und so positioniert werden, dass es oder sie sich in einem Überlappbereich (22) überlappen, wobei der Überlappbereich (22) einen Schweißbereich (24) enthält,- C) wobei das Werkzeug (6) zumindest im Schweißbereich (24) als lasertransparente Druckbeilage (12) ausgeführt wird, wobei die Druckbeilage (12) die Innenwand des sonstigen Werkzeuges (6) im Schweißbereich (24) fortsetzt,- D) das oder die Werkstücke (14a,b) zumindest im Schweißbereich (24) durch einen Fügedruck (F) zwischen der Druckbeilage (12) und einem Druckmittel (26) aneinandergedrückt werden,- E) das oder die Werkstücke (14a, b) im Schweißbereich (24) mit Hilfe eines Laserstrahls (30) durch die Druckbeilage (12) hindurch miteinander zum Rohr (2) verschweißt werden,- F) das Rohr (2) aus dem Werkzeug (6) entnommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres aus einem thermoplastischen Material, sowie ein Werkzeug für das Verfahren.
Zur Herstellung von Rohren, insbesondere von Klimarohren für Flugzeuge, ist es aus der Praxis bekannt, diese aus duroplastischen Materialien herzustellen. Die Materialien werden dabei unter Temperatur und Druck ausgebacken.
Bekannt ist es, bei der Herstellung von Rohren das Rohr-Stumpfnaht-Schweißen (bei dickwandigen Bauteilen) und Überlappschweißmethoden (einfache/ gerade Rohre) zu verwenden. Klebetechniken sind ebenfalls möglich. Alle Fügeverfahren setzen Fügedruck zwischen Fügepartnern voraus. Bei komplexen und dünnwandigen Bauteilen kann der Fügedruck nur mit großem Aufwand erzeugt werden.
Aus der nachveröffentlichten DE 10 2018 005 847 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Rohre für ein Flugzeug bekannt, bei dem Randbereiche des Rohres thermisch miteinander verbunden werden. Als Wärmequelle dient hierzu beispielsweise ein Laser.
Aus der DE 199 54 440 A1 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Rohren bekannt. Auch hier werden Randbereiche des Rohres mit Hilfe eines Lasers miteinander verbunden.
Aus der DE 10 2013 210 284 A1 ist eine Vorrichtung bekannt zum Verschweißen wenigstens einer flexiblen Folienbahn, mit wenigstens einer Laserstrahlquelle zur Erzeugung wenigstens eines Laserstrahls, wobei der wenigstens eine Laserstrahl in einen die Laserstrahlung absorbierenden Verbindungsbereich der wenigstens einen Folienbahn zum Erzeugen einer Schweißnaht einkoppelbar ist, und mit einer Einrichtung zum in Anlagekontakt bringen der wenigstens einen Folienbahn im Verbindungsbereich.
Aus der JP P2005-246633 A ist eine Harzschweißvorrichtung bekannt. Diese ist dazu eingerichtet, zwei Harzmaterialien übereinander zu legen, zu erhitzen und zu verschmelzen und ist ausgerüstet mit einem Presswerkzeug zum Pressen der Harzmaterialien von außen in einen Überlagerungszustand, um nicht nur ein hohles Teil zu bilden, sondern auch die benachbarten Teile eng zu verbinden, und mit einem Laserkopf, der so aufgebaut ist, dass er in dem hohlen Teil bewegbar ist, um die benachbarten Teile mit dem Laserstrahl von der Innenseite des hohlen Teils zu bestrahlen.
Aufgabe der Erfindung ist es, Verbesserungen bezüglich solcher Rohre und deren Herstellung anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 zum Herstellen eines Rohres aus einem thermoplastischen Material. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Bei dem Verfahren werden A) mindestens ein, vorzugsweise mindestens zwei Werkstücke aus dem Material bereitgestellt. In der Regel werden zwei Werkstücke, z.B. in Form von Halbschalen miteinander zum Rohr verbunden. Bei bestimmten, z.B. geraden Rohren, kann auch ein Werkstück verwendet werden mit nur einer Überlappungsschweißung. Im Folgenden wird die Erfindung der besseren Lesbarkeit des Textes wegen teils vereinfachend nur anhand von mindestens zwei Werkstücken erläutert. Für ein einziges Werkstück gelten die Ausführungen dann sinngemäß ebenso. Das oder die Werkstücke werden B) in ein Werkzeug eingebracht und so positioniert, dass das eine oder sie sich in einem Überlappbereich überlappen. Der Überlappbereich enthält dabei einen Schweißbereich, in dem das oder die Werkstücke verschweißt werden sollen. Das Werkzeug wird C) zumindest im Schweißbereich als eine lasertransparente Druckbeilage ausgeführt. Das oder die Werkstücke werden D) zumindest im Schweißbereich durch einen Fügedruck aneinandergedrückt. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass das oder die Werkstücke zwischen der Druckbeilage und einem Druckmittel aneinandergedrückt werden. Das oder die Werkstücke werden also mit Hilfe des Druckmittels (beide Werkstücke bzw. die zu verbindenden Abschnitte des einen Werkstücks) gegen die Druckbeilage bzw. Innenwand gedrückt und so mit dem Fügedruck aneinandergedrückt. Das oder die Werkstücke werden E) im Schweißbereich mit Hilfe eines Laserstrahls durch die Druckbeilage hindurch miteinander zum Rohr verschweißt. Der Laserstrahl durchsetzt also die Druckbeilage, bevor er auf das oder die Werkstücke auftrifft. Nach dem Verschweißen wird F) das Rohr aus dem Werkzeug entnommen.
Das Material bzw. das Werkstück ist insbesondere dünnwandig, insbesondere wenn als Rohr ein Klimabauteil hergestellt werden soll. Im Verfahren erfolgt also eine Zwischenlage des Werkstückes zwischen Druckbeilage und Druckmittel. Die Druckbeilage setzt dabei die Innenwand des sonstigen Werkzeuges im Schweißbereich fort. Insbesondere sind die Werkstücke an einer Innenwand des Werkzeuges gehalten. Die Werkstücke bzw. Rohre sind insbesondere dünnwandige Bauteile bzw. Rohre. Innenwand bzw. Druckbeilage und Druckmittel bilden damit eine Spannvorrichtung für die Werkstücke, um diese zwischen sich einzuspannen. Die Werkstücke sind dabei insbesondere druckstabile, jedoch nicht formstabile Bauteile. Das Werkzeug bzw. dessen Innenwand bzw. die Druckbeilage, gegebenenfalls auch das Druckmittel, bilden eine Druckkontur für die Werkstücke.
Gemäß der Erfindung lassen sich insbesondere Rohre ohne Flanschverbindung fertigen. Das Druckmittel ist insbesondere ein Fluid. Das Rohr ist insbesondere ein Luftführungsbauteil oder eine Wasserleitung usw.
Gemäß der Erfindung ergibt sich ein Laserschweißen von Rohren bzw. Rohrbauteilen. Gemäß der Erfindung ergibt sich ein Schweißwerkzeug mit lasertransparenten Druckbeilagen im Schweißbereich. Gemäß der Erfindung erzeugt das Schweißwerkzeug und das Druckmittel einen zum Verschweißen notwendigen Fügedruck, insbesondere zum Verschweißen von zwei Halbschalen überlappend zu einem Rohr mittels Laser. Das Druckmittel ist insbesondere ein unter Fluid-Einwirkung expandierter Hohlkörper (siehe unten).
Gemäß der Erfindung ergibt sich insbesondere ein Fügen von thermoplastischen Klimabauteilen, insbesondere dünnwandigen Bauteilen, insbesondere Organosheets (siehe unten).
Gemäß der Erfindung ergibt sich eine Spannvorrichtung, um Fügedruck zu erzeugen, insbesondere auch bei Bauteilen, welche druckstabil, jedoch nicht formstabil sind und/oder komplexe Geometrien aufweisen.
Gemäß der Erfindung ergibt sich die Möglichkeit, Fügedruck konturgenau von innen (innerhalb des zu fertigenden Rohres, durch das Druckmittel) zu erzeugen, auch bei sehr komplex gekrümmten Bauteilen, bei gleichzeitigem Fügedruck von außen mittels lasertransparenter Druckkontur. Auch für komplexe Geometrien lässt sich so gut ein Fügedruck von innen aufbauen. Der Fügedruck lässt sich konturgenau auch für sehr komplex gekrümmte Bauteile aufbauen. Gemäß der Erfindung erfolgt keine Flanschverbindung nach außen. Als Vorteile ergeben sich ein verbesserter Bauraum und verbesserte Bauteilübergänge. Gemäß der Erfindung ist die Schweißnaht überlappend ausgeführt.
Gemäß der Erfindung kann durch die Verwendung eines Druckmittels und einer lasertransparenten Kontur Fügedruck erzeugt und der Laser in der Fügezone eingekoppelt werden. Das Druckmittel ist insbesondere ein Druckluftschlauch (siehe unten).
Gemäß der Erfindung werden insbesondere in einem Thermoumformverfahren zu Halbschalen umgeformte Organosheets in einer Kammer (Innenraum des Werkzeuges) mittels Vakuum gespannt, wobei die Kammer geschlossen und mit dem Druckmittel, insbesondere Fluid, beaufschlagt wird. Dies erfolgt mit oder ohne expandierendem Hohlkörper bzw. Druckschlauch. Das Schweißwerkzeug ist im Bereich der Verschweißung als laserdurchlässiges Material (Druckbeilage) ausgeführt. Die Halbschalen werden in einem Laserschweißvorgang miteinander zu einem Rohr gefügt.
Gemäß der Erfindung lassen sich als Rohre, insbesondere Luftführungs-Bauteile, Wasserleitungen und Rohre aus Organosheets, herstellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als thermoplastisches Material ein Organosheet verwendet. So können Rohre aus Organosheets hergestellt werden, wobei hier Dank des Verfahrens Fügedruck einfach und konturgenau aufgebracht werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei Werkstücke vorhanden und es werden als Werkstücke Halbschalen des Rohres bereitgestellt. So können Rohre besonders einfach hergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden das oder die Werkstücke mit Hilfe von Vakuum an einer bzw. der oben genannten Innenwand des Werkzeuges gehalten. Insbesondere Organosheets als Werkstücke können so nach dem Einlegen in das Werkzeug am Werkzeug gehalten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Druckmittel ein Druckkörper benutzt. Ein Druckkörper ist einfach handhabbar.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform wird als Druckkörper ein zur Erzeugung des Fügedrucks expandierbarer Hohlkörper benutzt. Der Hohlkörper ist insbesondere ein Druckschlauch. Fügedruck kann so besonders einfach aufgebaut werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Hohlkörper mit Hilfe eines Fluids expandiert. Der Hohlkörper ist insbesondere durch Druckluft als Fluid expandierbar. Mit anderen Worten erfolgt eine Fluidfüllung des Hohlkörpers. Das Expandieren des Hohlkörpers erfolgt so besonders einfach.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird vor Schritt A) mindestens eines der Werkstücke, insbesondere alle, anhand eines Thermoumformverfahrens aus dem Material gefertigt. Insbesondere erfolgt ein Umformen von Rohmaterial, zum Beispiel Organosheets, und/oder ein Beschneiden des Rohmaterials zum Werkstück. Die Werkstücke können so besonders einfach gefertigt werden. Insbesondere werden also Organosheets in einem Thermoformverfahren zur Halbschalen umgeformt. Die Halbschalen werden nach dem Beschnittvorgang zur einem Klimarohr zusammengefügt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Werkzeug mindesten zwei Werkzeugteile bzw. wird ein solches bereitgestellt und das oder die Werkstücke werden zwischen den Werkzeugteilen eingelegt. Zum Bearbeiten der Werkstücke wird das Werkzeug dann geschlossen, das heißt die Werkzeugteile aufeinander zu bewegt, zur Entnahme geöffnet, d.h. die Werkzeugteile auseinander bewegt. Insbesondere werden die Werkzeugteile nach dem Einlegen der Werkstücke in die Werkzeugteile in eine Arbeitsposition bewegt, um den Überlappbereich zu erzeugen. Die Positionierung der Werkstücke zueinander ist so besonders einfach.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden das oder die Werkstücke dadurch verschweißt, dass ein Laserstrahl eine Kontur des Rohres abfährt. So kann eine Kontur-Verschweißung der Werkstücke erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden das oder die Werkstücke mit Hilfe des Laserdurchstrahlschweißens miteinander verbunden. Das Laserdurchstrahlschweißen erfordert einen lasertransmissiven (auf der Einstrahlseite des Lasers) und einen laserabsorbierenden (auf der Gegenseite) Fügepartner. Ein Laser strahlt durch den lasertransmissiven Fügepartner durch und wird vom anderen Fügepartner absorbiert. Die Wärme entsteht dabei genau in der Fügezone.
In einer bevorzugten Ausführungsform gilt Folgendes: Unterschiedliche Farbkombinationen stellen dabei einen unterschiedlichen Schwierigkeitsgrad dar. Zwei lasertransparente Materialien lassen sich ohne Zusatzmittel (Absorptionsmittel, Pigmente) nicht verschweißen. Bevorzugt werden zwei Kombination verwendet: Ein lasertransparentes und ein laserabsorbierendes Material, oder zwei lasertransparente Materialien werden miteinander verbunden bzw. verschweißt, wobei im Fall zweier lasertransparenter Materialien mindestens auf einen Fügepartner ein Absorptionsmittel aufgetragen wird. Denkbar ist also eine Kombination eines lasertransparenten Materials mit einem laserabsorbierenden Material, das beispielsweise mittels geeigneter Pigmente eingefärbt wurde. Alternativ die Kombination zweier lasertransparenter Materialien mit Einbringen eines geeigneten Absorptionsmittels in die Fügezone, beispielsweise durch Auftrag von in Lösung gebrachter Pigmente. Beispiele wären z.B. Natur mit schwarzem (Ruß-Pigmente) Material oder Natur mit Natur und Absorptionsmittel. Somit ergibt sich die Kombinationen von lasertransparenten und laserabsorbierenden Materialien sowie alternativ von lasertransparenten Materialien mit Absorptionsmitteln.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Luftführungsrohr ein solches für ein Fahrzeug hergestellt. Insbesondere wird ein Klimarohr hergestellt. Insbesondere wird ein Rohr für ein Flugzeug als Fahrzeug hergestellt.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Werkzeug gemäß Patentanspruch 13 für das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des Rohres aus dem thermoplastischen Material. Das Werkzeug ist wie folgt eingerichtet: es erlaubt bzw. ermöglicht ein Einbringen das oder der Werkstücke in das Werkzeug. Es erlaubt bzw. ermöglicht auch eine Positionierung des oder der Werkstücke derart, dass sich das oder die Werkstücke in einem Überlappbereich überlappen, wobei der Überlappbereich einen Schweißbereich enthält. Das Werkzeug weist zumindest im Schweißbereich eine lasertransparente Druckbeilage auf. Das Werkzeug ist weiterhin wie folgt eingerichtet: Es erlaubt, dass das oder die Werkstücke zumindest im Schweißbereich durch einen Fügedruck zwischen der Druckbeilage und dem Druckmittel aneinanderdrückbar sind. Es erlaubt, dass das oder die Werkstücke im Schweißbereich mit Hilfe eines Laserstrahls durch die Druckbeilage hindurch miteinander zum Rohr verschweißbar sind. Es ist dazu eingerichtet, dass das Rohr aus dem Werkzeug entnehmbar ist.
Das Werkzeug und zumindest ein Teil dessen Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Druckbeilage austauschbar im Werkzeug angeordnet. So kann die Druckbeilage zum Beispiel gewartet oder ausgetauscht werden, ohne das gesamte Werkzeug warten oder austauschen zu müssen.
Insbesondere ist das Druckmittel ein Druckkörper. Insbesondere ist das Druckmittel / der Hohlkörper Teil des Werkzeuges bzw. einer so gebildeten Werkzeuganordnung.
Insbesondere weist das Werkzeug die beiden oder mehr Werkzeugteile auf.
Ein Rohr ist durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt. Insbesondere ist das Rohr dabei mithilfe des erfindungsgemäßen Werkzeuges hergestellt.
Das Rohr sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Werkzeug erläutert.
Insbesondere ist das Rohr ein solches für ein Fahrzeug. Das Rohr ist insbesondere ein Luftführungsrohr oder ein Klimarohr oder eine Wasserleitung. Das Rohr ist insbesondere ein Rohr für ein Flugzeug.
Das thermoplastische Material ist insbesondere ein Organosheet. Die Werkstücke sind insbesondere Halbschalen. Das Werkstück ist insbesondere anhand eines Thermoumformverfahrens aus dem Material gefertigt.
Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen und weist noch die nachfolgenden Ausführungsformen auf. Die Ausführungsformen werden dabei teils vereinfachend auch „die Erfindung“ genannt. Die Ausführungsformen können hierbei auch Teile oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen enthalten oder diesen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Herstellung von Rohren aus duroplastischen Materialien lange Prozesszeiten, bedingt durch einen Härteprozess, erfordert. Oberflächendefekte durch die Reaktion während der Aushärtung können auftreten. Entsprechendes Prepeg-Material muss gekühlt gelagert werden. Derartige Prepregs sind nur begrenzt haltbar. Duroplaste sind nicht schweißbar.
Die Erfindung beruht daher auf der Idee, insbesondere thermoplastische Organosheets für die Herstellung von Rohren, insbesondere Klimarohren, einzusetzen. Thermoplaste können dann miteinander verschweißt werden.
Gemäß der Erfindung ergibt sich insbesondere folgender Prozessablauf:

1.) In einem Startzustand befindet sich ein Schweißwerkzeug in einer Startposition.
2.) Es erfolgt das Einlegen von Halbschalen: beschnittene Halbzeuge werden in die jeweilige Werkzeughälfte eingelegt und über Vakuum gespannt.
3.) Es erfolgt das Einlegen eines Druckschlauches.
4.) Das Werkzeug wird geschlossen, in dem die Werkzeug-Halbschalen geschlossen werden.
5.) Es erfolgt eine Druckaufbringung: das Werkzeug ist geschlossen und wird mit Druck beaufschlagt.
6.) Es folgt ein Schweißvorgang: ein Laser fährt mit einer bestimmten Leistung und Vorschubgeschwindigkeit die Bauteilkontur ab.
7.) Das Werkzeug wird geöffnet.
8.) Das Bauteil wird entformt: das fertig geschweißte Bauteil bzw. Rohr wird entnommen.

Gemäß der Erfindung ergeben sich wesentliche Verbesserung bzw. Neuerungen: Der erforderliche Fügedruck kann gleichmäßig über die gesamte Fügefläche (insbesondere Überlappbereich / Schweißbereich) aufgebracht werden. Der Fügedruck kann kostengünstig, gesteuert und ohne Stellglieder aufgebracht werden. Es können komplexe 3D-Rohrgeometrien im Überlappungsbereich der Werkstücke, insbesondere Bauteilhalbschalen, miteinander gefügt werden. Es ergibt sich ein einfaches, replizierbares Verfahren. Bauteile bzw. Rohre mit unterschiedlichen Wandstärken können gefügt werden. Es können extrem dünnwandige Bauteile bzw. Werkstücke, z.B. Organosheets, gefügt werden. Anbauteile und Verstärkungen können ebenfalls mitverschweißt werden.
Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:

1 Den Beginn,
2 die Durchführung und
3 die Beendigung eines Verfahrens zum Herstellen eines Rohres,
4 eine alternative Rohrherstellung aus nur einem Werkstück.

Die 1-3 illustrieren ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres 2 aus einem thermoplastischen Material 4. Das herzustellende Rohr 2 ist hier ein Luftführungsrohr für ein Flugzeug. Das Verfahren wird mithilfe eines Werkzeuges 6 ausgeführt. Das Werkzeug 6 enthält zwei Werkzeugteile 8a,b, hier Werkzeughälften, die in Richtung der Pfeile 10 aufeinander zu oder in Gegenrichtung voneinander wegbewegt werden können. Das Werkzeug 6 weist eine mehrteilige lasertransparente Druckbeilage 12 auf. Diese ist austauschbar im Werkzeug 6 bzw. den Werkzeugteilen 8a,b angeordnet.
Das Verfahren wird wie folgt durchgeführt:

1 zeigt den Beginn des Verfahrens. Ausgangspunkt für das Verfahren ist ein Startzustand. Das Werkzeug 6 befindet sich hierbei in einer Startposition S. Zunächst werden zwei Werkstücke 14a,b aus dem Material 4, hier einem Organosheet, bereitgestellt. Die Werkstücke 14a,b sind hier Halbschalen bzw. beschnittene Halbzeuge des zu fertigenden Rohres 2. Die Werkstücke 14a,b wurden vorab (nicht dargestellt) und in nicht näher erläuterter Weise anhand eines Thermoumformverfahrens aus dem Material 4 gefertigt.

Nun erfolgt das Einlegen der Halbschalen. Die Werkstücke 14a,b werden in das jeweilige Werkzeugteil 8a,b eingelegt und über Vakuum gespannt. Dieses Spannen bzw. Ansaugen mit Unterdruck/Vakuum ist durch Pfeile 16 symbolisiert. Die Werkstücke 14a,b werden also mithilfe von Vakuum an der Innenwand 17 des Werkzeuges 6 gehalten.
Anschließend erfolgt das Einlegen eines Druckkörpers 18, hier eines expandierbaren Hohlkörpers, nämlich eines Druckschlauches, in den zukünftigen Innenraum 20 des zu fertigenden Rohres 2. Der Druckkörper 18 ist hierbei nicht expandiert, d.h. er liegt locker im Innenraum 20 ein.
In einem nächsten Schritt werden die Werkzeugteile 8a,b geschlossen, das heißt in Richtung der Pfeile 10 aufeinander zu bewegt.
2 zeigt das entsprechende Ergebnis. Somit befinden sich die Werkzeugteile 8a,b in einer Arbeitsposition A. Durch diesen Vorgang werden die Werkstücke 14a,b so positioniert, dass sie sich in zwei (einer ist gestrichelt angedeutet) Überlappbereichen 22 überlappen. Jeder Überlappbereich 22 enthält dabei einen Schweißbereich 24, in dem das Rohr 2 zu verschweißen ist. Nun ist erkennbar, dass das Werkzeug 6 so ausgeführt ist, dass es in beiden Schweißbereichen 24 als lasertransparente Druckbeilage 12 ausgeführt ist.
Sodann erfolgt die Druckaufbringung, in dem die Werkstücke 14a,b in den Schweißbereichen 24 durch einen jeweiligen Fügedruck F zwischen den Druckbeilagen 12 und einem Druckmittel 26 aneinandergedrückt werden. Als Druckmittel 26 dient hierbei der mit Hilfe eines nicht näher dargestellten Fluids 27, hier Druckluft, expandierte Druckkörper 18.
Nun erfolgt ein jeweiliger Schweißvorgang. Hierzu fährt ein Laser 28 (Laserquelle) mit einer an das zu fertigende Rohr 2 bzw. Material 4 angepassten Leistung und Vorschubgeschwindigkeit die Bauteilkontur des Rohres 2 ab. Die Werkstücke 14a,b werden also in den Schweißbereichen 24 mithilfe eines Laserstrahls 30 des Lasers 28 durch die Druckbeilage 12 hindurch miteinander zum Rohr 2 verschweißt. Die Werkstücke 14a,b werden hierbei mit Hilfe des Laserdurchstrahlschweißens miteinander verbunden.
In einem nachfolgenden Schritt wird der Fügedruck F entfernt, hier der Druckkörper 18 entspannt bzw. entleert und das Werkzeug 6 geöffnet, das heißt die Werkzeugteile 8a,b entgegen der Pfeile 10 auseinander bewegt.
3 zeigt das Ergebnis. Der nunmehr wiederentleerte bzw. entspannte Druckkörper 18 wird aus dem Innenraum 20 entnommen (daher gestrichelt nur noch angedeutet). Abschließend wird das Bauteil in Form des verschweißten Rohres 2 entformt, d.h. aus dem Werkzeug 6 entnommen.
4 zeigt vergleichbar zu 2 alternativ eine Situation bei der Herstellung eines Rohres 2 aus einem einzigen Werkstück 14a, das zu einem Rohr-Rohling „rundgebogen“ ist. Das Werkstück 14a überlappt sich im Schweißbereich 24 selbst. Das Werkzeug 6 weist im Vergleich zu den 1 bis 3 Druckbeilagen 12 auch nur an einer Seite, nämlich beim einzigen Schweißbereich 24, auf. Außerdem ist hier die Druckbeilage 12 als ein einziges Teil keilartig und entnehmbar bzw. austauschbar ausgeführt (im entnommenen Zustand gestrichelt angedeutet, im eingesetzten Zustand ausgezogen dargestellt).
Bezugszeichenliste

2: Rohr
4: Material (thermoplastisch)
6: Werkzeug
8a,b: Werkzeugteil
10: Pfeil
12: Druckbeilage
14a,b: Werkstück
16: Pfeil
17: Innenwand
18: Druckkörper
20: Innenraum
22: Überlappbereich
24: Schweißbereich
26: Druckmittel
27: Fluid
28: Laser
30: Laserstrahl
S: Startposition
A: Arbeitsposition
F: Fügedruck

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Rohres (2) aus einem thermoplastischen Material (4), bei dem: - A) mindestens ein, insbesondere mindestens zwei Werkstücke (14a, b) aus dem Material (4) bereitgestellt werden, - B) das oder die Werkstücke (14a, b) in ein Werkzeug (6) eingebracht werden und so positioniert werden, dass es oder sie sich in einem Überlappbereich (22) überlappen, wobei der Überlappbereich (22) einen Schweißbereich (24) enthält, - C) wobei das Werkzeug (6) zumindest im Schweißbereich (24) als lasertransparente Druckbeilage (12) ausgeführt wird, wobei die Druckbeilage (12) die Innenwand des sonstigen Werkzeuges (6) im Schweißbereich (24) fortsetzt, - D) das oder die Werkstücke (14a,b) zumindest im Schweißbereich (24) durch einen Fügedruck (F) zwischen der Druckbeilage (12) und einem Druckmittel (26) aneinandergedrückt werden, - E) das oder die Werkstücke (14a, b) im Schweißbereich (24) mit Hilfe eines Laserstrahls (30) durch die Druckbeilage (12) hindurch miteinander zum Rohr (2) verschweißt werden, - F) das Rohr (2) aus dem Werkzeug (6) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als thermoplastisches Material (4) ein Organosheet verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Werkstücke (14a,b) vorhanden sind und als Werkstücke (14a, b) Halbschalen des Rohres (2) bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Werkstücke (14a,b) mit Hilfe von Vakuum an einer Innenwand (17) des Werkzeuges (6) gehalten werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckmittel (26) ein Druckkörper (18) benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckkörper (18) ein zur Erzeugung des Fügedrucks (F) expandierbarer Hohlkörper benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper mit Hilfe eines Fluids (27) expandiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt A) mindestens eines der Werkstücke (14a, b) anhand eines Thermoumformverfahrens aus dem Material (4) gefertigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (6) mindesten zwei Werkzeugteile (8a, b) enthält und das oder die Werkstücke (14a, b) zwischen den Werkzeugteilen (8a, b) eingelegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Werkstücke (14a, b) dadurch verschweißt werden, dass ein Laserstrahl (30) eine Kontur des Rohres (2) abfährt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Werkstücke (14a, b) mit Hilfe des Laserdurchstrahlschweißens miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein lasertransparentes und ein laserabsorbierendes Material, oder zwei lasertransparente Materialien verbunden werden, wobei im Fall zweier lasertransparenter Materialien mindestens auf einen Fügepartner ein Absorptionsmittel aufgetragen wird.
Werkzeug (6) für ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Herstellen des Rohres (2) aus dem thermoplastischen Material (4), - wobei das Werkzeug (6) dazu eingerichtet ist, das Einbringen des oder der Werkstücke (14a, b) in das Werkzeug (6) und die Positionierung das oder der Werkstücke (14a, b) derart zu ermöglichen, dass sich das oder die Werkstücke (14a, b) im Überlappbereich (22) überlappen, wobei der Überlappbereich (22) den Schweißbereich (24) enthält, - wobei das Werkzeug (6) zumindest im Schweißbereich (24) die lasertransparente Druckbeilage (12) aufweist, - wobei das Werkzeug (6) dazu eingerichtet ist, zu erlauben, dass das oder die Werkstücke (14a, b) zumindest im Schweißbereich (24) durch den Fügedruck (F) zwischen der Druckbeilage (12) und dem Druckmittel (26) aneinanderdrückbar sind, - und dass das oder die Werkstücke (14a, b) im Schweißbereich (24) mit Hilfe des Laserstrahls (30) durch die Druckbeilage (12) hindurch miteinander zum Rohr (2) verschweißbar sind, - und dass das Rohr (2) aus dem Werkzeug (6) entnehmbar ist, - wobei die Druckbeilage (12) die Innenwand des sonstigen Werkzeuges (6) im Schweißbereich (24) fortsetzt.
Werkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeilage (12) austauschbar im Werkzeug (6) angeordnet ist.