DE10216175C1 - Bauteil, insbesondere Behälter oder Rohr, und Verfahren zur Herstellung eines Behälters - Google Patents
Bauteil, insbesondere Behälter oder Rohr, und Verfahren zur Herstellung eines BehältersInfo
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Abstract
Ein Bauteil, insbesondere Behälter oder Rohr, besteht aus einem Innenmantel und einem Außenmantel aus Kunststoff. Der Innenmantel und der Außenmantel sind je aus zwei oder mehreren Kunststoffteilen zusammengesetzt und jeweils reibverschweißt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Bauteil nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters.
In der DE 26 05 103 B2 ist ein Wasserbehälter, insbesondere für einen
Warmwasserbereiter, beschrieben, bei dem ein Kunststoff-Innenbehälter
an seinen sphärisch gewölbten Enden Versteifungskappen trägt. Zur
Verstärkung ist der Innenbehälter mit einer Glasfaserbewicklung
versehen, die die Versteifungskappen am Innenbehälter hält. Eine
Reibschweißverbindung ist dort nicht vorgesehen.
In der DE 44 44 118 C1 ist eine Mauerdurchführung beschrieben, deren
Werkstoff überwiegend aus einem Kunststoff wie Polyethylen,
Polypropylen oder dergleichen besteht. Der Rohrmantel und das übrige
Rohr sind dabei durch Koextrusion erzeugt. Weiterhin nimmt das
Schutzrohr eine Rohrleitung auf, die aus einem Kunststoff besteht,
dessen Materialeigenschaften gleich oder ähnlich denen des
Schutzrohres sind und sich die Materialien miteinander verschweißen
lassen.
Die DE 31 48 537 C2 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines endseitig
verschlossenen zusammengesetzten Behälters durch Reibschweißen.
Der Behälter besteht dabei aus einem rohrförmigen Körper aus einer
tragenden Schicht aus faserigem Material und einer inneren Schicht aus
einem thermoplastischen synthetischen Kunststoffmaterial, wobei das
mit einem Verschlussteil zu verbindende Ende des rohrförmigen
Behälters nach außen konisch aufgeweitet wird und der Endbereich des
Behälterkörpers zu einer Erweichung der sich berührenden
thermoplastischen Massen und einem Abfließen des Überschusses des
geschmolzenen Kunststoffmaterials der Rippe nach unten führt.
Eine Kunststoffhohlraumstruktur ist aus der DE 197 17 196 A1 bekannt,
bei der wenigstens zwei Gehäuseteile mit korrespondierenden
Dichtflächen mittels einer Reibkraft verbunden sind. Dabei ist ein
Kunststoffgehäuseteil mit einer ersten Dichtfläche mit dem
korrespondierenden Kunststoffgehäuseteil und der dazugehörenden
Dichtfläche nach einer Vibrationsschweißung verbunden und die
Kunststoffhohlraumstruktur gebildet.
Zur Verbindung von Kunststoffteilen sind neben Reibschweißverfahren
auch Ultraschall-Schweißverfahren (vgl. DE 199 50 512 A1) bekannt.
Beim Reibschweißverfahren werden Bauteile zusammengedrückt und
relativ zueinander bewegt, wobei ihr Schmelzpunkt erreicht wird. Die
Bewegung ist insbesondere eine Rotation oder Vibration. Beim
Ultraschall-Schweißen werden mittels einer Sonotrode in der Struktur
eines Bauteils Schwingungen erzeugt, wodurch Schmelzwärme entsteht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil der eingangs genannten Art
vorzuschlagen, bei dem die einzelnen Wandteile des mehrteiligen
Wandverbunds bei entsprechender Materialauswahl und Formgestaltung
sicher und stabil verbindbar sind. Weiter ist Aufgabe der Erfindung, ein
Verfahren zur Herstellung eines Behälters aus einem solchen Bauteil vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe hinsichtlich des Bauteils durch die
Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die
Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen beschreiben die Unteransprüche.
Die Innenmantelteile und die Außenmantelteile können je nach den an
das Bauteil gestellten Forderungen aus Materialien unterschiedlicher
Eigenschaften bestehen. Das Bauteil kann beispielsweise ein ein
Medium führendes oder speicherndes Bauteil, beispielsweise Behälter
eines Warmwasserbereiters, Rohr oder Druckausgleichsgefäß einer
Heizungsanlage, sein.
Bei einem Wasserbehälter lässt sich als Material für die Teile des
Innenmantels ein wasserdichtes Kunststoffmaterial und als Material für
die Teile des Außenmantels ein stabileres Kunststoffmaterial
verwenden, um den Innenmantel von außen zu stützen. Die Teile werden
in einem je kostengünstigen Verfahren vorgefertigt und danach
zusammengesetzt oder in einem 2-Komponenten-Spritzgießprozess
gemeinsam hergestellt und in einem Reibschweißverfahren miteinander
verschweißt. Beim Reibschweißen von Kunststoffen wird die zum
Verschweißen notwendige Wärme in den zu verbindenden Teilen direkt
durch Relativbewegung und Druck erzeugt. In einer ersten Phase der
äußeren Reibung wird Wärme durch Festkörperreibung der zu
verschweißenden Fügeflächen erzeugt. Ist an den Fügeflächen eine
Plastifizierung erreicht, tritt eine zweite Phase innerer Reibung ein.
Dabei wird die Wärme durch innere Reibung in der Schmelze erzeugt
und das Material wird weiter aufgeschmolzen. Die Relativbewegung
kann linear, oszillierend oder rotierend sein.
Die zur Verwendung kommenden verschiedenen Kunststoffmaterialien
für die Innenmantelteile einerseits und die Außenmantelteile
unterschiedliche Schmelztemperatur bzw. unterschiedliche
Schmelztemperaturbereiche auf und differieren in der Aufschmelz-,
Fließ- und Viskositätscharakteristik. Um dennoch die verschiedenen
Kunststoffe in einem einzigen Schweißvorgang verbinden zu können,
sind die Fügeflächen der Innenmantelteile und die Fügeflächen der
Außenmantelteile derart unterschiedlich gestaltet, dass sich die
Innenmantelteile einerseits und die Außenmantelteile andererseits im
gleichen Reibschweißvorgang verbinden.
In Weiterbildung der Erfindung sind zur Übertragung der
Reibschweißbewegung vom Außenmantel auf den Innenmantel
Kupplungselemente vorgesehen. Damit genügt es, wenn ein
Reibschweißapparat die zum Reibschweißen nötige Bewegung nur auf
den Außenmantel überträgt, weil dieser seinerseits die Bewegung auf
das Innenmantelteil überträgt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen aus Kunststoffteilen zusammengesetzten Behälter,
Fig. 2 einen Längsschnitt des Behälters,
Fig. 3 eine Aufsicht des Behälters,
Fig. 4a das obere Innenmantelteil und das obere Außenmantelteil teils
ineinandergesteckt im Bereich der Fügeflächen,
Fig. 4b das untere Innenmantelteil und das untere Außenmantelteil
teils ineinandergesteckt im Bereich der Fügeflächen,
Fig. 5a die vier Teile zusammengesetzt vor dem Verschweißen,
Fig. 5b eine Fig. 5a entsprechende Ansicht nach dem Verschweißen,
Fig. 6a und Fig. 6b zusammenpassende alternative Gestaltungen der
Fügeflächen,
Fig. 6c die Teile nach Fig. 6a und 6b zusammengesetzt,
Fig. 7a und Fig. 7b zusammenpassende alternative Gestaltungen der
Fügeflächen,
Fig. 7c die Teile nach Fig. 7a und 7b zusammengesetzt,
Fig. 8 ein Detail bei X in Fig. 1,
Fig. 9a, 9b, 9c Möglichkeiten eines modularen Behälteraufbaus.
Ein Behälter setzt sich aus einzeln vorgefertigten Kunststoffteilen
1, 2, 3, 4 zusammen. Die Teile 1 und 3 sind Innenmantelteile, die einen
Innenmantel des Behälters bilden. Die Teile 2 und 4 sind
Außenmantelteile, die einen Außenmantel des Behälters bilden. Die
Innenmantelteile 1, 3 liegen flächig innen an den Außenmantelteilen 2, 4
an und sind durch sie gegen einen Behälterinnendruck gestützt. Die
Innenmantelteile 1, 3 sind aus einem für den Anwendungsfall hinreichend
wasserdichten, temperaturbeständigen Kunststoff, beispielsweise PSU
(Polysulfon), hergestellt. Dessen Verarbeitungstemperatur liegt bei etwa
350°C. Die Außenmantelteile 2, 4 sind aus einem stabileren, steiferen
Kunststoff, beispielsweise aus PA (Polyamid) mit einem Glasfaseranteil,
hergestellt. Die Verarbeitungstemperatur des Kunststoffs liegt niedriger,
etwa bei 270°C. Die Mantelteile 1 bis 4 sind rotationssymmetrisch zur
Achse A ausgebildet. An den Mantelteilen 1 bis 4 sind an radial
vorstehenden Rändern 5 bis 8 profilierte Fügeflächen 9 bis 12 gestaltet
(vgl. Fig. 4a, Fig. 4b, Fig. 6, Fig. 7).
An der Fügefläche 9 des oberen Innenmantelteils 1 ist ein umlaufender
Ringwulst 13 vorgesehen, dem eine Ringnut 14 der Fügefläche 11 des
unteren Innenmantelteils 3 zugeordnet ist. An der Fügefläche 10 des
oberen Außenmantelteils 2 ist ein umlaufender Ringwulst 15 gestaltet,
dem eine Ringnut 16 der Fügefläche 12 des unteren Außenmantelteils 4
zugeordnet ist.
Zur um die Achse A drehfesten Verbindung des oberen Innenmantelteils
1 mit dem oberen Außenmantelteil 2 im zusammengesteckten Zustand
sind formschlüssige Kupplungselemente vorgesehen, die von Zapfen 17
und passenden Löchern 18 gebildet sind. Zur um die Achse A drehfesten
Verbindung des unteren Innenmantelteils 3 mit dem unteren
Außenmantelteil 4 sind formschlüssige Kupplungselemente vorgesehen,
die von Zapfen 19 und passenden Löchern 20 gebildet sind (vgl. Fig. 4a,
4b). Die Zapfen und die Löcher sind im Bereich der Fügeflächen 9 bis 12
vorgesehen. Die Fügeflächen 9 bis 12 liegen im zusammengesteckten
Zustand der Mantelteile 1 bis 4 etwa in gleicher Ebene senkrecht zur
Rotationsachse A (vgl. Fig. 2, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 6c, Fig. 7c).
Das Fügeflächenpaar 9, 11 der Innenmantelteile 1, 3 und das
Fügeflächenpaar 10, 12 der Außenmantelteile 2, 4 sind im fertigen
Zustand des Behälters reibverschweißt.
Die Außenmantelteile 2, 4 weisen in Fig. 1 außen Versteifungsrippen 21
auf, die sich am oberen Außenmantelteil 2 von einem Flanschbereich 22
zum Rand 6 und am unteren Außenmantelteil 4 von einem Dombereich
23 zum Rand 8 erstrecken. Im Bereich der Ränder 6, 8 sind in
Fortsetzung der Versteifungsrippen 21 Anschlagflächen 24, 25
ausgebildet (vgl. Fig. 1, Fig. 8). Die Versteifungsrippen sind bei
geeigneter anderer Gestaltung der Außenmantelteile 2, 4 nicht
erforderlich. Die Anschlagflächen 24 dienen der Übertragung der um die
Achse A erfolgenden Drehbewegung eines Reibschweißapparats auf das
Außenmantelteil 2, wobei das Innenmantelteil 1 die Drehbewegung über
die formschlüssige Zapfen-Lochverbindung 17, 18 mitmacht. Die
Anschlagflächen 25 dienen der Festlegung des Außenmantelteils 4
gegenüber der Drehbewegung, wobei über die genannte Loch-
Zapfenverbindung 20, 19 auch das Innenmantelteil 3 festgesetzt ist. Die
Drehbewegung kann eine Rotation oder Vibration um die Achse A sein.
Bei nicht rotationssymmetrischen Teilen kann auch eine
Linearbewegung zum Reibverschweißen vorgesehen sein.
Der Verfahrensablauf zur Herstellung des Behälters, der ein
Wasserbehälter eines Warmwasserbereiters sein kann, ist im
wesentlichen folgender:
Die Innenmantelteile 1, 3 werden in die Außenmantelteile 2, 4 eingeschoben oder die Außenmantelteile 2, 4 werden auf die Innenmantelteile 1, 3 aufgeschoben. Das Innenmantelteil 1 mit dem Außenmantelteil 2 sowie das Innenmantelteil 3 mit dem Außenmantelteil 4 können je gemeinsam in einem 2-Komponenten-Spritzgießprozess hergestellt sein. Das Zusammenschieben entfällt dann. Die Innenmantelteile 1, 3 liegen dabei flächig in den Außenmantelteilen 2, 4 und die Zapfen 17 bzw. 19 greifen in die zugeordneten Löcher 18 bzw. 20.
Die Innenmantelteile 1, 3 werden in die Außenmantelteile 2, 4 eingeschoben oder die Außenmantelteile 2, 4 werden auf die Innenmantelteile 1, 3 aufgeschoben. Das Innenmantelteil 1 mit dem Außenmantelteil 2 sowie das Innenmantelteil 3 mit dem Außenmantelteil 4 können je gemeinsam in einem 2-Komponenten-Spritzgießprozess hergestellt sein. Das Zusammenschieben entfällt dann. Die Innenmantelteile 1, 3 liegen dabei flächig in den Außenmantelteilen 2, 4 und die Zapfen 17 bzw. 19 greifen in die zugeordneten Löcher 18 bzw. 20.
Danach wird in einem Reibschweißprozess durch den
Reibschweißapparat eine Relativbewegung zwischen den Fügeflächen
9, 11 und 10, 12 erzeugt und auf diese ein axialer Druck ausgeübt. Dabei
erwärmen sich die Mantelteile 1 bis 4 im Bereich der Fügeflächen 9 bis
12 auf Schmelztemperatur. Nach genügender Plastifizierung der
Werkstoffe der Mantelteile 1 bis 4 wird die Relativbewegung möglichst
schnell beendet. Während des Beendens der Relativbewegung oder im
Stillstand entsteht dann die endgültige Verbindung der Mantelteile 1 bis
4 unter Einwirkung des Axialdrucks, wobei sich zusätzlich auch der
Rand 5 mit dem Rand 6 und der Rand 7 mit dem Rand 8 verbinden kann.
Schließlich wird bei dem noch bestehenden Axialdruck die Schweißnaht
abgekühlt.
Bei der Erwärmung der Fügeflächen 9 bis 12 bzw. Ränder 5 bis 8 lassen
sich zwei Phasen unterscheiden. In der ersten Phase, die durch die
äußere Reibung bestimmt ist, wird Wärme durch Festkörperreibung der
zu verschweißenden Fügeflächen 9 bis 12 erzeugt, wobei diese einen
plastischen Zustand annehmen. Eine dabei beachtliche Werkstoffgröße
ist die Haftreibungszahl µ. Ausschlaggebende Prozessgrößen sind die
Relativbewegung und der Axialdruck. In einer anschließenden zweiten
Phase wird durch innere Reibung, d. h. Scherung, in den plastifizierten
Werkstoffen, d. h. der Schmelze, erzeugt, wodurch die Werkstoffe weiter
aufgeschmolzen werden. Beachtliche Werkstoffgrößen sind dabei die
Viskosität der Schmelze, der Wärmeleitwert, die effektive Wärmeleitung
und die Wärmekapazität. Ausschlaggebende Prozessgrößen sind die
Relativbewegung und der Axialdruck.
Um trotz der unterschiedlichen Werkstoffe der Innenmantelteile 1, 3
einerseits und der Außenmantelteile 2, 4 andererseits die
Innenmantelteile 1, 3 und die Außenmantelteile 2, 4 im gleichen
Reibschweißprozess zu verbinden, wird die Geometrie der Fügeflächen
9 bis 12 angepasst gestaltet. Dies kann durch unterschiedliche
Bemessung der Flankenwinkel W, die die Ringwulste 13, 15 bzw. die
Ringnuten 14, 16 bilden, und/oder der Längen L der Ringwulste 13, 15
geschehen (vgl. Fig. 6a). Die Breite B der Ringwulste 13, 15 hängt mit
der Haftreibungszahl µ und dem gewünschten tragenden Querschnitt der
Verschweißung zusammen. Es sind dabei je nach den verwendeten
Werkstoffen verschiedene Gestaltungen möglich, die auch davon
abhängig sind, ob im jeweiligen Einsatzfall zunächst die Fügeflächen
9, 11 der Innenmantelteile 1, 3 oder die Fügeflächen 10, 12 der
Außenmantelteile 2, 4 verschmelzen sollen.
Bei der Gestaltung der Fügeflächen 9 bis 12 und der Durchführung des
Verfahrens sind folgende Gesichtspunkte beachtlich:
Die verschiedenen Kunststoffmaterialien weisen unterschiedliche Schmelztemperaturen bzw. Schmelztemperaturbereiche und eine stark differierende Aufschmelz-, Fließ- und Viskositätscharakteristik auf. Da die verschiedenen Materialien in einem einzigen Schweißvorgang möglichst gleichzeitig verbunden werden sollen, muss die Geometrie der Fügeflächen 9 bis 12 für verschieden gestaltete Wandungen der Innenmantelteile 1, 3 bzw. Außenmantelteile 2, 4 derart unterschiedlich gestaltet werden, dass durch die Prozessparameter des Reibschweißprozesses, nämlich Relativgeschwindigkeit und Druck, im Bereich der Ränder 5 bis 8 der Mantelteile 1 bis 4 eine ausreichende Aufschmelzung erreicht wird, die ein Verschweißen der Mantelteile ohne Schädigung eines der Materialien ermöglicht. Dabei werden die Parameter des Reibschweißprozesses auf die jeweilige Geometrien der Fügeflächen 9 bis 12 und die verwendeten Kunststoffmaterialien abgestimmt. Neben den Prozessparametern, nämlich Druck und Druckverlauf über den gesamten Schweißprozess und die Relativgeschwindigkeit, sind für die Aufschmelzcharakteristik auch die materialspezifischen Faktoren, wie Reibungskoeffizient, Wärmeleitung, innere Reibung und die Schweißnahtgeometrie verantwortlich. Die Schweißnahtgeometrie wird durch Gestaltung der Fügeflächen 9 bis 12, insbesondere der Gestaltung der Flankenwinkel W und der Länge L der Ringwulste 13, 15, gestaltet werden. Verschiedene Schweißbereiche der Fügeflächen 9 bis 12 können voreinander oder nacheinander bei unterschiedlicher Druckverteilung bereits in Kontakt kommen, wodurch Reibung entsteht. Durch die Abstimmung der Geometrie der Fügeflächen bzw. die Schweißnahtgeometrie und der Schweißparameter wird erreicht, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt, insbesondere der Beendigung der Relativbewegung, die zu verschweißenden Bereiche sich in einem schweißfähigen, plastischen Zustand befinden.
Die verschiedenen Kunststoffmaterialien weisen unterschiedliche Schmelztemperaturen bzw. Schmelztemperaturbereiche und eine stark differierende Aufschmelz-, Fließ- und Viskositätscharakteristik auf. Da die verschiedenen Materialien in einem einzigen Schweißvorgang möglichst gleichzeitig verbunden werden sollen, muss die Geometrie der Fügeflächen 9 bis 12 für verschieden gestaltete Wandungen der Innenmantelteile 1, 3 bzw. Außenmantelteile 2, 4 derart unterschiedlich gestaltet werden, dass durch die Prozessparameter des Reibschweißprozesses, nämlich Relativgeschwindigkeit und Druck, im Bereich der Ränder 5 bis 8 der Mantelteile 1 bis 4 eine ausreichende Aufschmelzung erreicht wird, die ein Verschweißen der Mantelteile ohne Schädigung eines der Materialien ermöglicht. Dabei werden die Parameter des Reibschweißprozesses auf die jeweilige Geometrien der Fügeflächen 9 bis 12 und die verwendeten Kunststoffmaterialien abgestimmt. Neben den Prozessparametern, nämlich Druck und Druckverlauf über den gesamten Schweißprozess und die Relativgeschwindigkeit, sind für die Aufschmelzcharakteristik auch die materialspezifischen Faktoren, wie Reibungskoeffizient, Wärmeleitung, innere Reibung und die Schweißnahtgeometrie verantwortlich. Die Schweißnahtgeometrie wird durch Gestaltung der Fügeflächen 9 bis 12, insbesondere der Gestaltung der Flankenwinkel W und der Länge L der Ringwulste 13, 15, gestaltet werden. Verschiedene Schweißbereiche der Fügeflächen 9 bis 12 können voreinander oder nacheinander bei unterschiedlicher Druckverteilung bereits in Kontakt kommen, wodurch Reibung entsteht. Durch die Abstimmung der Geometrie der Fügeflächen bzw. die Schweißnahtgeometrie und der Schweißparameter wird erreicht, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt, insbesondere der Beendigung der Relativbewegung, die zu verschweißenden Bereiche sich in einem schweißfähigen, plastischen Zustand befinden.
Beispielsweise kann, wenn der Werkstoff des einen Mantelteilpaars an
sich später schmilzt als der des anderen Mantelteilpaars, die Länge L
des Ringwulstes des einen Mantelteilpaars größer als die Länge L des
Ringwulstes des anderen Mantelteilpaars so gewählt werden, dass bei
dem einen Mantelteilpaar bereits Festkörperreibung auftritt, wenn das
andere Mantelteilpaar noch nicht in Berührung steht, also dort noch
keine Festkörperreibung auftritt.
Bei steilerem Flankenwinkel W des einen Mantelteilpaars wird der
Materialquerschnitt des Ringwulstes größer. Hierdurch wird mehr
Material aufgeschmolzen und die Wärmeenergie wird besser verteilt und
gespeichert.
Bei der Durchführung des Reibschweißprozesses wird die
Relativbewegung, nämlich Rotationsbewegung, Vibrationsbewegung
oder Linearbewegung, vorzugsweise nicht geändert - außer des Startens
und Stoppens. Der Axialdruck, Schweißdruck, lässt sich in Abhängigkeit
von der Schweißphase ändern. Beispielsweise kann, nachdem der
Werkstoff des einen Mantelteilpaars durch Festkörperreibung
plastifiziert ist und in Scherung übergeht und der Werkstoff des anderen
Mantelteilpaars gerade in Kontakt kommt, der Axialdruck erhöht werden,
um den Werkstoff des anderen Mantelteilpaars schnell zur Scherung zu
bringen.
Mögliche Parameter beim Rotationsschweißen sind in Abhängigkeit vom
Durchmesser und der Relativgeschwindigkeit beispielsweise:
Axialdruck: etwa 5 N/mm2
Drehzahl: 250/min, wobei die Verschweißung jedoch innerhalb von wenigen Umdrehungen, beispielsweise 1 bis 10 Umdrehungen, erfolgt.
Axialdruck: etwa 5 N/mm2
Drehzahl: 250/min, wobei die Verschweißung jedoch innerhalb von wenigen Umdrehungen, beispielsweise 1 bis 10 Umdrehungen, erfolgt.
Mögliche Parameter beim Vibrationsschweißen sind:
Axialdruck: 1 bis 3 N/mm2
Schwingungsamplitude: 0,9 mm, d. h. 1,8 mm Schwingungsweite.
Axialdruck: 1 bis 3 N/mm2
Schwingungsamplitude: 0,9 mm, d. h. 1,8 mm Schwingungsweite.
Fig. 6 zeigt speziell für ein Rotationsschweißen mögliche Geometrien
der Fügeflächen 9 bis 12. Die Flankenwinkel W der Ringwulste 13 und
der Ringnuten 14 der Innenmantelteile 1, 3 sind flacher als die
Flankenwinkel W des Ringwulstes 15 und der Ringnut 16 der
Außenmantelteile 2, 4. Der Querschnitt des Ringwulstes 13 und
entsprechend der der Ringnut 14 ist größer als der Querschnitt des
Ringwulstes 15 und der Ringnut 16 der Außenmantelteile 2, 4. Die Länge
L des Ringwulstes 13 ist größer als die Länge L des Ringwulstes 15.
Entsprechendes gilt für die Ringnuten 14 bzw. 16 (vgl. Fig. 6a und 6b).
Die Breite B des Ringwulstes 13 ist größer als die Breite B des
Ringwulstes 15.
Neben den Ringwulsten 13, 15 und den Ringnuten 14, 16 sind beidseitig
Auskehlungen 26 vorgesehen, die der Aufnahme von Material im
Schweißverfahren dienen. In Fig. 6c sind die Auskehlungen 26 noch
frei, weil dort ein nur zusammengesteckter, jedoch noch nicht
verschweißter Zustand dargestellt ist.
In Fig. 7 ist eine beispielsweise für ein Vibrationsschweißen geeignete
Geometrie dargestellt. Am Grund der Ringnuten 14, 16 sind Sockel 27
ausgebildet, auf die die Ringwulste 13, 15 bei einem Axialdruck D
treffen. Dabei ist die Gestaltung so gewählt, dass der Ringwulst 13 beim
Axialdruck D auf den Sockel 27 der Ringnut 14 trifft, bevor der
Ringwulst 15 auf den Sockel 27 der Ringnut 16 trifft.
In den Fig. 4 bis 7 ist an jedem der Ränder 5, 6 nur ein Ringwulst
13, 15 und entsprechend an jedem der Ränder 7, 8 nur eine Ringnut
14, 16 ausgebildet. Es kann jedoch auch ein anderes Paarungsprofil der
Fügeflächen 9 bis 12 vorgesehen sein. Beispielsweise ist es möglich, an
einem der Ränder 5, 6 oder beiden Rändern 5, 6 wenigstens zwei
Ringwulste und entsprechende Ringnuten an den gegenüberliegenden
Rändern auszubilden. Dadurch kann die Wanddicke der Mantelteile
vergleichmäßigt werden. Außerdem wird die Fügefläche und damit die
Festigkeit der Schweißnaht vergrößert.
In Fig. 9a, b, c sind modulare Behälteraufbauten schematisch gezeigt.
Fig. 9a stellt einen Behälter entsprechend Fig. 2 dar, bei dem zwei
Außenmantelteile 2, 4 mit innenliegenden - nicht zu sehenden -
Innenmantelteilen vorgesehen sind. Beim Ausführungsbeispiel nach
Fig. 9b ist zwischen die beiden Außenmantelteile 2, 4 ein weiteres
Außenmantelteil 28 eingesetzt, das zylindrisch ist und in dessen Innern
ein weiteres entsprechendes Innenmantelteil angeordnet ist. Im Bereich
von Fügeflächenpaarungen 29, 30, die je den Fügeflächen 9 bis 12
entsprechen, sind die Außenmantelteile 2, 28 und 4 und die
innenliegenden Innenmantelteile durch Reibverschweißung miteinander
verbunden. In Fig. 9c ist zwischen das Außenmantelteil 28 und das
Außenmantelteil 4 ein weiteres zylindrisches Außenmantelteil 31
eingefügt, in dem sich wiederum ein entsprechendes Innenmantelteil
befindet. Die Außenmantelteile 2, 28, 31 und 4 sind zusammen mit den
jeweils innenliegenden Innenmantelteilen jeweils über
Fügeflächenpaarungen 29, 30, 32 miteinander reibverschweißt, wobei
wiederum jede der Fügeflächenpaarungen 29, 30, 32 aus den
beschriebenen Fügeflächen 9 bis 12 besteht. Damit ist es möglich, in
dem beschriebenen Verfahren Behälter unterschiedlicher Volumina auf
einfache Weise herzustellen, wobei gleiche Mantelteile verwendet
werden können.
Claims (11)
1. Bauteil, insbesondere Behälter oder Rohr, bestehend aus einem
Innenmantel und einem Außenmantel, wobei der Innenmantel einen
Innenraum zur Aufnahme oder Leitung eines Mediums umschließt und
der Außenmantel den Innenmantel stützt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Innenmantel und der Außenmantel jeweils aus zwei oder
mehreren Kunststoffteilen bestehen, dass die Innenmantelteile (1, 3) in
den Außenmantelteilen (2, 4) eingeschoben sitzen, oder die
Innenmantelteile (1, 3) mit den Außenmantelteilen (2, 4) in einem 2-
Komponenten-Spritzgießprozess hergestellt sind, dass die
Innenmantelteile (1, 3) an aneinandergrenzenden Fügeflächen (9, 11)
reibverschweißt und die Außenmantelteile (2, 4) an
aneinandergrenzenden Fügeflächen (10, 12) reibverschweißt sind, und
dass die Fügeflächen (9, 11) der Innenmantelteile (1, 3) und die
Fügeflächen (10, 12) der Außenmantelteile (2, 4) derart unterschiedlich
gestaltet sind, dass sich die Innenmantelteile (1, 3) miteinander und die
Außenmantelteile (2, 4) miteinander im gleichen Reibschweißvorgang
verbinden, wobei die Innenmantelteile (1, 3) einerseits und die
Außenmantelteile (2, 4) andererseits aus unterschiedlichen Kunststoffen
bestehen.
2. Bauteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Außenmantelteile (2, 4) aus einem faserverstärkten Kunststoff
bestehen.
3. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass an den Fügeflächenpaaren (9, 11) wenigstens ein Ringwulst (13)
und eine Ringnut (14) und an den Fügeflächenpaaren (10, 12)
wenigstens eine Ringwulst (15) und eine Ringnut (16) ausgebildet ist.
4. Bauteil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Flankenwinkel (W) der Ringwulste (13, 15) und/oder deren
Längen (L) unterschiedlich und/oder deren Breiten (B) unterschiedlich
gestaltet sind.
5. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Kupplungselemente (17, 18, 19, 20) zur Übertragung der
Reibschweißbewegung vom Außenmantelteil (2, 4) auf das
Innenmantelteil (1, 3) vorgesehen sind.
6. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kupplungselemente (17, 18, 19, 20) durch eine formschlüssige
Geometrie im Bereich der Fügeflächen (9, 10, 11, 12) gebildet sind.
7. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Innenmantelteile (1, 3) und die Außenmantelteile (2, 4)
rotationssymmetrische, insbesondere rohrförmige und/oder
schalenförmige Formteile sind und die Fügeflächen (9, 10, 11, 12)
senkrecht zur Rotationsachse (A) verlaufen.
8. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fügeflächen (9, 10, 11, 12) der Innenmantelteile (1, 3) und der
Außenmantelteile (2, 4) etwa in der gleichen Ebene liegen.
9. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Innenmantel und der Außenmantel je aus einer gleichen Anzahl
von Innenmantelteilen (1, 3) bzw. Außenmantelteilen (2, 4) besteht.
10. Verfahren zur Herstellung eines Behälters aus einem Innenmantel
und einem Außenmantel,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Innenmantel und der Außenmantel je aus zwei oder mehreren
Kunststoffteilen, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen,
zusammengesetzt werden, dass die den Außenmantel bildenden
Außenmantelteile (2, 4) auf die den Innenmantel bildenden
Innenmantelteile (1, 3) oder die den Innenmantel bildenden
Innenmantelteile (1, 3) in die den Außenmantel bildenden
Außenmantelteile (2, 4) gesteckt werden oder die Innenmantelteile 1, 3
mit den Außenmantelteilen (2, 4) in einem 2-Komponenten-
Spritzgießprozess hergestellt werden, und dass die den Innenmantel
bildenden Innenmantelteile (1, 3) an ihrer Fügefläche (9, 11) und die den
Außenmantel bildenden Außenmantelteile (2, 4) an ihrer Fügefläche
(10, 12) reibverschweißt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass einem der Außenmantelteile (2) mittels eines Reibschweißapparats
eine Reibschweißbewegung aufgeprägt wird und die
Reibschweißbewegung vom Außenmantel (2) auf das in ihm sitzende
Innenmantelteil (1) übertragen wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10216175A DE10216175C1 (de) | 2002-04-12 | 2002-04-12 | Bauteil, insbesondere Behälter oder Rohr, und Verfahren zur Herstellung eines Behälters |
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DE10216175A DE10216175C1 (de) | 2002-04-12 | 2002-04-12 | Bauteil, insbesondere Behälter oder Rohr, und Verfahren zur Herstellung eines Behälters |
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