DE10258792A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweissen von Schläuchen in einem Lufteinlasssystem - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweissen von Schläuchen in einem Lufteinlasssystem

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DE10258792A1
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Bobbye Kaye Whitenton Baylis
Zhouxuan Xia
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Abstract

Zur Anbindung eines Lufteinlaßbauteils aus Polyolefin an ein Schlauchelement aus Elastomermaterial wird Laserschweißen eingesetzt. Der Schlauch oder das Einlaßbauteil umfaßt einen Abschnitt, der aus einem transparenten Material besteht. In einem Beispiel umfaßt der Schlauch einen Schlauchendabschnitt, der aus einem transparenten Material gebildet ist, Das transparente Material wird dann in einer sich überlappenden Verbindung mit einem Rohr angeordnet, welches in einer Öffnung im Einlaßbauteil aufgenommen ist, das als absorbierendes Bauteil wirkt. Es wird ein der Kontur folgendes Übertragungsschweißen eingesetzt, wobei ein Laserstrahl erzeugt wird, der durch das transparente Material läuft und das absorbierende Bauteil erhitzt, welches wiederum das transparente Material erhitzt, wobei sich eine Laserschweißnaht ausbildet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System, in dem zur Befestigung eines Schlauches an ein Bauteil eines Lufteinlaßsystems Laserschweißen eingesetzt wird.
  • Typischerweise werden in einem Lufteinlaßsystem Schläuche an Bauteile wie Luftfilter und Resonatoren angebracht, um einen Strömungsweg für die sich durch das Lufteinlaßsystem bewegende Luft bereitzustellen. Herkömmlicherweise erstreckt sich ein Rohrelement vom Bauteil nach außen und wird mit dem Schlauch mittels einer Metallklemme oder eines Klebematerials verbunden.
  • Diese herkömmlichen Befestigungsverfahren haben mehrere Nachteile. So sind zum Beispiel zusätzliche Materialien wie ein Klemmelement oder ein Klebematerial erforderlich, die in einem zusätzlichen Montageschritt anzubringen sind. Diese zusätzlichen Materialien erhöhen das Gesamtgewicht und erfordern zeitraubende Montageschritte, was unerwünscht ist.
  • Ein weiterer Nachteil bezüglich einer Befestigung mittels Klemme betrifft die Schnittstelle zwischen dem Schlauch und dem Rohr. Der Schlauch braucht eine breite, flexible Manschette und das dazu passende Rohrelement, an dem die Manschette montiert wird, sollte eine erhöhte Wandstärke aufweisen, damit unter der Klemmkraft das Material nicht beschädigt wird. Ein weiterer Nachteil beim Klebematerial besteht darin, daß es oftmals unsauber und schwierig aufzutragen ist, was zu einem zusätzlichen Reinigungsschritt während der Montage führt.
  • Eine vorgeschlagene Lösung zur Befestigung der Schläuche an die Bauteile ist der Einsatz von Vibrationsschweißen. Diese Technologie erfordert jedoch eine Relativbewegung zwischen dem Schlauch und dem Rohr zur Erzeugung von Reibung, welche die Werkstoffe zur Ausbildung der Schweißung erhitzt. So ist also eine Vorrichtung erforderlich, die wenigstens eines der Bauteile physisch bewegt, was dann unerwünscht sein kann, wenn die Bauteile groß sind oder komplexe Formen aufweisen.
  • Wünschenswert ist also ein Verfahren und ein System, mit dem man einen Schlauch an ein Bauteil eines Lufleinlaßsystems anbringen kann, bei dem es nicht erforderlich ist, die Bauteile oder Schläuche zu bewegen und/oder bei dem das Gesamtgewicht der Vorrichtung reduziert ist, und rrüt dem auch die weiteren, oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik umgangen werden.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Verfahren zur Befestigung eines ersten Einlaßbauteils an einem zweiten Einlaßbauteil in einem Lufleinlaßsystem umfaßt die Anordnung des ersten und zweiten Einlaßbauteils in einer sich überlappenden Verbindung unter Bildung eines Überlappungsbereichs, und das Laserschweißen des Überlappungsbereichs, um die Bauteile fest miteinander zu verbinden.
  • Vorzugsweise besteht eines der Bauteile aus einem Polyolefinmaterial und das andere der Bauteile aus einem Elastomermaterial. Darüber hinaus ist eines der Materialien transparent, so daß ein Laserstrahl durch das transparente Material hindurch von einem Bauteil zum anderen Bauteil geleitet werden kann, wobei letzteres als absorbierendes Bauteil dient. So wird, beispielsweise wenn das Elastomermaterial transparent ist, das transparente Material so positioniert, daß es in überlappender Verbindung mit dem Polyolefinbauteil ist. Es wird ein Laserstrahl erzeugt, der durch das transparente Material hindurchläuft, das absorbierende Bauteil aus Polyolefin erhitzt, was wiederum das transparente Material erhitzt und die Laserschweißung ausbildet, durch welche die Bauteile miteinander verbunden werden. Die Bauteile bleiben ortsfest, während der Laserstrahl in bezug auf die Bauteile verfahren wird.
  • Bei einer offenbarten Ausführungsform ist eines der Einlaßbauteile ein Schlauch und das andere Einlaßbauteil ein Resonator oder Luftfilter. Ein Rohr erstreckt sich vom Resonator oder Luftfilter nach außen, zum gegenseitigen Eingriff mit dem Schlauch. Der Schlauch überlappt das Rohr oder das Rohr überlappt den Schlauch und die Laserschweißnaht wird an der Überlappungsschnittstelle angebracht.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform umfaßt das Rohr eine Doppelwandstruktur mit einer Innenwandung, die unter Bildung eines Spaltes von einer Außenwandung beabstandet ist. Der Schlauch, der als das absorbierende Bauteil wirkt, wird in den Spalt eingeführt und die Laserschweißnaht wird durch die Außenwandung hindurch angebracht.
  • Das erfindungsgemäße System und Verfahren bieten ein einfaches und wirkungsvolles Befestigungsverfahren zur gegenseitigen Verbindung von Lufteinlaßbauteilen. Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, von denen eine kurze Beschreibung erfolgt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine schematische Gesamtansicht eines Lufteinlaßsystems, das die vorliegende Erfindung beinhaltet.
  • Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Lufteinlaßsystems, das die vorliegende Erfindung beinhaltet.
  • Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Lufteinlaßsystems, das die vorliegende Erfindung beinhaltet.
  • Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Lufteinlaßsystems, das die vorliegende Erfindung beinhaltet.
    • Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
  • In Fig. 1 ist ein Lufteinlaßsystem allgemein mit 10 bezeichnet. Das Lufteinlaßsystem 10 umfaßt mindestens ein Lufteinlaßbauteil 12, das eine Öffnung 14 zur Verbindung mit einem Schlauch 16 definiert. Das Lufteinlaßbauteil 12 kann ein beliebiges Einlaßbauteil sein, ist jedoch vorzugsweise ein Resonator oder ein Luftfilter, deren Funktion auf diesem Fachgebiet hinlänglich bekannt ist und nicht im einzelnen erläutert wird. Auf eine allgemein mit 18 bezeichnete Anbindungsschnittstelle wird eine Laserschweißung gerichtet, um das Einlaßbauteil 12 mit dem Schlauch 16 zu verbinden.
  • Es ist davon auszugehen, daß zur Anbringung des Schlauches 16 am Einlaßbauteil 12 jede beliebige Art des Laserschweißens eingesetzt werden kann. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird ein der Kontur folgendes Laserübertragungsschweißverfahren eingesetzt, bei dem ein Laser 20 einen Strahl 22 erzeugt, der sich relativ zum Bauteil 12 und Schlauch 16 bewegt. Der Strahl 22 folgt der Kontur der Anbindungsschnittstelle 18, um die Laserschweißnaht auszubilden.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das Einlaßbauteil 12 aus einem Polyolefinmaterial und der Schlauch 16 aus einem Elastomermaterial. Jedes auf diesem Fachgebiet bekannte Polyolefin- oder Elastomermaterial kann verwendet werden.
  • Bei einer in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform umfaßt das Einlaßbauteil 12 ein Rohr 24, das wenigstens teilweise in der Öffnung 14 aufgenommen ist. Das Rohr 24 umfaßt eine Außenfläche 26 und eine Innenfläche 28. Auch der Schlauch 16 umfaßt eine Außenfläche 30 und eine Innenfläche 32. Bei dieser Ausführungsform ist das Rohr 24 im Schlauch 16 so aufgenommen, daß ein Abschnitt der Außenfläche 26 des Rohrs 24 in Eingriff mit einem Abschnitt der Innenfläche 32 des Schlauches 16 ist und diesen überlappt.
  • Zur Erleichterung des Laserschweißvorgangs umfaßt das äußere Bauteil (der Schlauch 16 wie in Fig. 2 gezeigt) ein transparentes Material und das innere Bauteil (das Rohr 24) dient als absorbierendes Bauteil. Ein Ende 34 des Schlauches 16 wird zur Bildung eines Überlappungsbereiches über ein Ende 36 des Rohrs 24 gesteckt. An diesem Überlappungsbereich ist ein Laserschweißbereich 38 gebildet. Zur Erhitzung der Außenfläche 26 des Rohrs 24 wird der Laserstrahl 22 durch das transparente Material des Schlauchendes 34 durchgeschickt, wodurch wiederum die Innenfläche 32 des Schlauchs 16 erhitzt wird. Bei Erhitzung der Bauteile durch den Laser 20 werden die Oberflächen aufgeschmolzen und es bildet sich eine Schweißnaht.
  • Bei einer in Fig. 3 gezeigten, alternativen Ausführungsform ist der Schlauch 16 innerhalb des Rohrs 24 so aufgenommen, daß ein Abschnitt der Außenfläche 30 des Schlauchs 16 mit einem Abschnitt der Innenfläche 28 des Rohrs 24 in Eingriff ist und diesen überlappt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt das äußere Bauteil (das Rohr 24) ein transparentes Material und das innere Bauteil (der Schlauch 16) dient als absorbierendes Bauteil. Das Ende 36 des Rohrs 24 wird zur Bildung des Überlappungsbereichs über das Ende 34 des Schlauchs 16 gesteckt. An diesem Überlappungsbereich ist der Laserschweißbereich 38 gebildet. Der Laserstrahl 22 wird zur Erhitzung der Außenfläche 30 des Schlauchs 16 durch das transparente Material des Rohrendes 36 geschickt, wodurch wiederum die Innenfläche 28 des Rohrs 24 erhitzt wird. Bei Erhitzung der Bauteile durch den Laser 20 werden die Oberflächen aufgeschmolzen und es bildet sich eine Schweißnaht.
  • Bei einer in Fig. 4 gezeigten alternativen Ausführungsform erstreckt sich eine allgemein mit 40 bezeichnete Doppelrohrstruktur vom Einlaßbauteil 12 nach außen. Das Doppelrohr 40 umfaßt eine innere Rohrwandung 42, die unter Bildung eines Spalts 46 von einer äußeren Rohrwandung 44 beabstandet ist. Der Schlauch 16 ist im Spalt 46 so aufgenommen, daß ein Abschnitt der Außenfläche 30 des Schlauchs 16 an der äußeren Rohrwandung 44 und ein Abschnitt der Innenfläche 32 des Schlauchs 16 an der inneren Rohrwandung 42 in Eingriff ist, um zwischen dem Rohr 24 und dem Schlauch 16 eine Überlappung zu bilden. Bei dieser Ausführungsform umfaßt das äußere Bauteil (das Rohr 40) ein transparentes Material und das innere Bauteil (der Schlauch 16) dient als absorbierendes Bauteil. Am Überlappungsbereich ist der Laserschweißbereich 38 ausgebildet. Der Laserstrahl 22 wird zur Erhitzung des Schlauchs 16 durch das transparente Material des Rohrs 40 geschickt, wodurch wiederum das Rohr 40 erhitzt wird. Bei Erhitzung der Bauteile durch den Laser 20 schmelzen die Oberflächen auf und es bildet sich eine Schweißnaht.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und ein System bereit, mit dem sich ein Schlauch 16 an ein Bauteil 12 eines Lufteinlaßsystems anbringen läßt, in welchem es nicht erforderlich ist, daß die Bauteile oder Schläuche während der Anbringung bewegt werden und welches die zusätzlichen Vorteile enthält, daß das Gesamtgewicht der Vorrichtung reduziert ist und zusätzliche Verbindungsbauteile überflüssig sind.
  • Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung offenbart wurde, kann ein Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet erkennen, daß bestimmte Abänderungen in den Umfang dieser Erfindung fallen. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.

Claims (21)

1. Lufteinlaßsystem, umfassend:
ein erstes Bauteil mit einer Öffnung,
ein zweites Bauteil, das mit dem ersten Bauteil an einer Anbindungsschnittstelle in Eingriff ist und mit der Öffnung zusammenwirkt, um einen Luftstrom in das erste Bauteil hinein- oder aus diesem herauszuführen; und
einen Laserschweißbereich, der an der Anbindungsschnittstelle ausgebildet ist, um das erste Bauteil und das zweite Bauteil fest miteinander zu verbinden.
2. Lufteinlaßsystem nach Anspruch 1, bei dem das erste Bauteil ein Polyolefinmaterial und das zweite Bauteil ein Elastomermaterial umfaßt.
3. Lufteinlaßsystem nach Anspruch 1, bei dem die Anbindungsschnittstelle eine sich überlappende Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil umfaßt.
4. Lufteinlaßsystem nach Anspruch 3, bei dem das erste Bauteil ein erstes Element umfaßt, das einen Abschnitt eines Endes des zweiten Bauteils überlappt.
5. Lufteinlaßsystem nach Anspruch 4, bei dem das erste Element oder der Abschnitt des zweiten Bauteils ein transparentes Material aufweist, wobei das erste Element bzw. der Abschnitt des zweiten Bauteils innenseitig in bezug auf das transparente Material unter Bildung der sich überlappenden Verbindung angeordnet ist.
6. Lufteinlaßsystem nach Anspruch 5, bei dem das erste Element ein Rohr umfaßt, das sich vom ersten Bauteil nach außen erstreckt, und das zweite Bauteil einen Schlauch umfaßt, wobei ein Ende des Schlauches an einer Außenumfangsfläche eines Endes des Rohrs unter Bildung der Anbindungsschnittstelle in Eingriff ist.
7. Lufteinlaßsystem nach Anspruch 5, bei dem das erste Element ein Rohr umfaßt, das sich vom ersten Bauteil nach außen erstreckt, und das zweite Bauteil einen Schlauch umfaßt, wobei ein Ende des Schlauches an einer Innenumfangsfläche eines Endes des Rohrs unter Bildung der Anbindungsschnittstelle in Eingriff ist.
8. Lufleinlaßsystem nach Anspruch 5, bei dem ein Laserstrahl auf das transparente Material gerichtet wird, um zuerst das erste Element bzw. den Abschnitt des zweiten Bauteils zu erhitzen, gefolgt von einer Erhitzung des transparenten Materials zur Erzeugung des Laserschweißbereichs.
9. Lufteinlaßsystem nach Anspruch 5, bei dem das erste Element ein Doppelrohr umfaßt, das sich vom ersten Bauteil nach außen erstreckt, und eine Außenwandung aufweist, die unter Bildung eines Spalts von einer Innenwandung beabstandet ist, und das zweite Bauteil einen Schlauch umfaßt, wobei ein Ende des Schlauches unter Bildung der Anbindungsschnittstelle im Spalt aufgenommen ist.
10. Lufteinlaßsystem nach Anspruch 1, bei dem das erste Bauteil einen Resonator und das zweite Bauteil einen Schlauch umfaßt.
11. Lufteinlaßsystem nach Anspruch 1, bei dem das erste Bauteil einen Luftfilter und das zweite Bauteil einen Schlauch umfaßt.
12. Lufteinlaßsystem, umfassend:
ein Lufteinlaßbauteil aus einem Polyolefinmaterial mit einer Öffnung, wobei sich um die Öffnung herum ein Rohr nach außen vom Einlaßbauteil erstreckt;
einen Schlauch aus einem Elastomermaterial, wobei ein Schlauchende in bezug auf das Rohr in einer sich überlappenden Verbindung angeordnet ist, um eine Anbindungsschnittstelle zu bilden; und
einen Laserschweißbereich, der an der Anbindungsschnittstelle ausgebildet ist, um den Schlauch und das Einlaßbauteil fest miteinander zu verbinden.
13. Lufteinlaßsystem nach Anspruch 12, bei dem das Rohr oder der Schlauch ein transparentes Material umfaßt.
14. Verfahren zur Befestigung eines ersten Einlaßbauteils an einem zweiten Einlaßbauteil in einem Lufteinlaßsystem, mit den folgenden Schritten:
Anordnen des ersten und zweiten Einlaßbauteils in einer sich überlappenden Verbindung unter Bildung eines Überlappungsbereichs, und
Laserschweißen des Überlappungsbereichs, um das erste und zweite Einlaßbauteil fest miteinander zu verbinden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das erste Einlaßbauteil aus einem Polyolefinmaterial und das zweite Einlaßbauteil aus einem Elastomermaterial gebildet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem ein Laserstrahl relativ zum ersten und zweiten Einlaßbauteil bewegt wird, um eine Laserschweißnaht am Überlappungsbereich auszubilden.
17. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das erste Einlaßbauteil einen Ansatz und das zweite Einlaßbauteil einen Schlauch mit einem Schlauchende umfaßt, und bei dem der Ansatz oder das Schlauchende aus einem transparenten Material gebildet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Ansatz ein Rohr umfaßt, das sich vom ersten Einlaßbauteil nach außen erstreckt, und bei dem eine Außenumfangsfläche eines Endes des Rohrs mit einer Innenumfangsfläche des Schlauchendes unter Bildung des Überlappungsbereichs in Eingriff gebracht wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Ansatz ein Rohr umfaßt, das sich vom ersten Einlaßbauteil nach außen erstreckt, und bei dem eine Innenumfangsfläche eines Endes des Rohrs mit einer Außenumfangsfläche des Schlauchendes unter Bildung des Überlappungsbereichs in Eingriff gebracht wird.
20. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Ansatz ein Doppelrohr umfaßt, das sich vom ersten Einlaßbauteil nach außen erstreckt, wobei zur Bildung eines Spalts eine Außenwandung von einer Innenwandung beabstandet ist, und bei dem das Schlauchende zur Bildung des Überlappungsbereichs in den Spalt eingeführt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem ein Laserstrahl durch das transparente Material geleitet wird, um zuerst den Ansatz oder das Schlauchende zu erhitzen, gefolgt von einer Erhitzung des transparenten Materials unter Erzeugung einer Laserschweißnaht.
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