DE19860357A1 - Laserschweißverfahren für Automatikgetriebeölfilter - Google Patents

Laserschweißverfahren für Automatikgetriebeölfilter

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DE19860357A1
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Markus Beer
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Laserverschweißen von zwei Filterhalbschalen aus Kunststoff für Automatikgetriebeölfilter, wobei zwei Filterhalbschalen aufeinandergelegt werden und über ihren gemeinsamen Rand durch Laserlicht verschweißt werden, wobei eine Filterhalbschale aus laserlichtdurchlässigem Kunststoff und die andere Filterhalbschale aus laserlichtundurchlässigem Kunststoff besteht, und wobei der Laserstrahl durch die laserlichtdurchlässige Filterhalbschale entlang der Berührungsstelle mit der anderen Filterhalbschale geführt wird, dabei auf die laserlichtundurchlässige Filterhalbschale trifft und durch die Lichtabsorption des laserlichtundurchlässigen Kunststoffmaterials ein Miteinanderverschmelzen der beiden Filterhalbschalen im Schweißbereich erzielt wird.

Description

Der Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Laserver­ schweißen von zwei Kilterhalbschalen aus Kunststoff für Auto­ matikgetriebeölfilter.
Nach dem Stand der Technik kann das Herstellungsverfahren für Automatikgetriebeölfilter grundsätzlich in zwei Gruppen ein­ geteilt werden. Bei dem einen Herstellungsverfahren werden die Automatikgetriebeölfilter aus zwei Filterhalbschalen ver­ schiedenen Materials, die eine aus Kunststoff und die andere aus Metall, als Kompositkonstruktion ausgelegt. Das Filterme­ dium wird zwischen den beiden Filterhalbschalen eingeklemmt. Danach wird die Metallhalbschale in dem Randbereich um die Kunststoffhalbschale durch Verkrimpen relativ dicht umschlos­ sen. Aufgrund der unterschiedlichen Materialien ist es sehr aufwendig bei thermischen Einflüssen die Funktion im Hinblick auf Dichtheit und Maßhaltigkeit über die gesamte Lebensdauer des Filters zu erreichen.
Beim zweiten Herstellungsverfahren werden Automatikgetriebe­ ölfilter in Vollkunststoffauslegung hergestellt. Das Filter­ medium wird zwischen den beiden Filterhalbschalen eingeklemmt und die beiden Filterhalbschalen durch Zusammenschweißen zu­ sammengefügt. Dabei werden die beiden Filterhalbschalen in einem Reibschweißverfahren solange gegeneinander gerieben, bis im Kontaktbereich am Rand ein Aufschmelzen des Kunst­ stoffmaterials erfolgt und durch Hinzufügen von einer Ver­ preßkraft, die Schalen miteinander verschweißt werden. Im Stand der Technik werden verschiedene Varianten des Schweiß­ verfahrens eingesetzt, insbesondere Vibrationsreibschweißen, Orbital-Vibrationsreibschweißen, Zirkular-Vibrationsreib­ schweißen oder Verschweißen mittels Ultraschall.
Nachteilig bei diesen Verfahren sind niedrige Produktionsra­ ten und Probleme bei der Dichtigkeit und das umlaufende Fest­ klemmen des Filtermediums über den ganzen Rand der beiden Filterhalbschalen. Weiterhin handelt es sich bei den oben be­ zeichneten Schweißverfahren um ein Abtragsschweißverfahren. Dies bedeutet, daß beim Schweißen ein starker Schweißaustrieb auftritt und dieser erzeugte Abtrag bei der Konstruktion der Getriebeölfilter berücksichtigt werden muß, da es ansonsten zu Undichtigkeiten kommt. Die vorliegende Erfindung stellt daher ein verbessertes abriebfreies Schweißverfahren für Vollkunststoffgetriebeölfilter zur Verfügung.
Somit liegt die technische Aufgabe der Erfindung darin, ein neues Verfahren zur Herstellung von Automatikgetriebeölfil­ tern aus Kunststoff zur Verfügung zu stellen, das die oben stehenden Nachteile vermeidet.
Die technische Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Laserverschweißen von zwei Filterhalbschalen 1 und 2 aufein­ andergelegt werden und über ihren gemeinsamen Rand durch La­ serlicht verschweißt werden, wobei eine Filterhalbschale 1 aus laserlichtdurchlässigem Kunststoff und die andere Filter­ halbschale 2 aus laserlichtundurchlässigem Kunststoff be­ steht, und wobei der Laserstrahl 8 durch die laserlichtdurch­ lässige Filterhalbschale 1 entlang der Berührungsstelle mit der anderen Filterhalbschale 2 geführt wird, dabei auf die laserlichtundurchlässige Filterhalbschale 2 trifft und durch die Lichtabsorption des laserlichtundurchlässigen Kunststoff­ materials ein Miteinanderverschmelzen der beiden Filterhalb­ schalen im Schweißbereich 4 erzielt wird.
Bei diesem Verfahren werden die Nachteile der Methoden des Standes der Technik vermieden. Durch die gezielte Auslegung des Automatikgetriebeölfilters für das Laserlichtverschweißen können sehr hohe Produktionsraten mit Erfüllung der erforder­ ten Dichtigkeit und speziell auch Sauberkeit im Verbindungs­ bereich erzielt werden. Das Laserlicht definiert den Schmelz­ bereich in der Schweißnaht 4 zwischen den beiden Filterhalb­ schalen 1 und 2 sehr genau. Daher tritt extrem wenig Schweiß­ austrieb auf. Dies ist ein klarer Vorteil gegenüber dem mit­ unter extrem starken Schweißaustrieb beim Vibrationsschweiß­ verfahren.
In einem bevorzugten Verfahren wird vor dem Aneinanderfügen der Filterhalbschalen 1 und 2 ein Filter 3 zwischen die Fil­ terhalbschalen eingelegt, der besonders bevorzugt mittels ei­ ner Klemmrippe 5 zwischen den beiden Filterhalbschalen 1 und 2 festgehalten wird. Als Filtermedium 3 wird entweder ein Ta­ schenfilter oder ein einlagiger Filter verwendet.
Das Verfahren wird vorzugsweise so ausgeführt, daß der umlau­ fend zu verschweißende Rand, an dem sich die beiden Filter­ halbschalen 1 und 2 berühren, umlaufend entlang der Teilekon­ tur aneinander gedrückt wird. Besonders bevorzugt wird wäh­ rend des gesamten Schweißverfahrens ein definierter Anpreß­ druck über das Unterwerkzeug 7 bzw. das Oberwerkzeug 6 auf die Filterhalbschalen 1 und 2 aufrecht erhalten.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren ist der Bereich des Werkzeuges, durch den der Laserstrahl geführt wird, laser­ lichtdurchlässig.
In einem besonders bevorzugten Verfahren wird für das Laser­ schweißverfahren ein Laser eingesetzt, der ausgewählt ist aus der Gruppe Neodym-YAG-Impulslaser, Neodym-YAG-Continuous- Wave-Laser und Diodenlaser.
Vorzugsweise werden Filterhalbschalen eingesetzt, die aus dem gleichen Kunststoff gefertigt sind und sich nur durch ihren Gehalt an Pigmenten unterscheiden.
Der durch das erfindungsgemäße Laserschweißverfahren herge­ stellte Automatikgetriebeölfilter besteht aus zwei Gehäuse­ hälften 1 und 2, die zusammengefügt einen Innenraum bilden. In diesem Innenraum wird ein Filtermedium 3 jeglicher Art eingeklemmt, um allen Anforderungen dieser Bauteile in der Praxis gerecht zu werden. Damit das erfindungsgemäße Laser­ schweißverfahren angewendet werden kann, muß der Laserstrahl 8 durch das Material der einen Filtergehäusehalbschale 1 zu dem Schweißbereich 4 geleitet werden. Diese Filterhalbschale 1 muß daher aus laserlichtdurchlässigem Kunststoff bestehen. Damit der Laser 8 seine Wirkung im Schweißbereich 4 entfalten kann, muß die Energie des Laserstrahls an dieser Stelle vom Kunststoff absorbiert werden. Dies wird dadurch erreicht, daß das Kunststoffmaterial der zweiten Filtergehäusehalbschale 2 eine laserlichtabsorbierende Pigmentierung enthält, damit es zu einer Absorption des Laserlichtes kommt. Die Flansche der beiden Filtergehäusehalbschalen sind so ausgelegt, daß sie sich auf Stoß berühren und entlang dieser Berührungsstelle ein Laserstrahl 8 geführt wird, der durch die Lichtabsorption der einen Filterhalbschale 2 ein Aufschmelzen und somit ein Miteinanderverschmelzen der beiden Filterhalbschalen 1 und 2 erzielt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Fig. 1 und 2 beispielhaft erläutert.
Fig. 1 zeigt eine seitliche Ansicht im Querschnitt des Werkzeuges, während des Laserschweißverfahrens.
Fig. 2 zeigt eine seitliche Ansicht im Querschnitt des Werkzeuges, während des Laserschweißverfahrens.
Fig. 1 zeigt eine seitliche Ansicht des Werkzeuges im Quer­ schnitt während des Laserschweißverfahrens. Die beiden Fil­ tergehäusehalbschalen 1 und 2 sind in das Werkzeug 6 und 7 eingelegt und zwischen diesen beiden Halbschalen ist das Fil­ termedium 3, hier ein Taschenfilter, eingeklemmt.
Fig. 2 zeigt die gleiche Ansicht wie in Fig. 1. Es ist hier jedoch als Filtermedium 3 ein einlagiger Filter zwischen den beiden Filterhalbschalen 1 und 2 eingeklemmt.
Die Filteroberschale 1 besteht aus laserlichtdurchlässigem Kunststoff und die Filterunterschale 2 aus laserlichtabsor­ bierendem Material. Zwischen diesen beiden Filterschalen 1 und 2 wird ein Filtermedium 3 durch die Klemmrippe 5 festge­ halten. In Fig. 1 ist dieses Filtermedium 3 ein Taschenfil­ ter und in Fig. 2 ein einlagiger Filter. Um eine Laserlicht­ verschweißung solcher Automatikgetriebeölfilter zu ermögli­ chen, ist es notwendig, daß der umlaufend zu verschweißende Rand umlaufend entlang der Teilekontur vollständig oder teil­ weise und gleichmäßig aneinander gedrückt wird. Der Schweiß­ bereich 4 wird daher gezielt durch die Gestaltung des Nieder­ haltewerkzeuges 6 und der Aufnahme 7 zusammengepreßt. Während des gesamten Verschweißens durch das Laserlicht wird ein kon­ stanter Anpreßdruck des Ober- und Unterwerkzeuges 6 und 7 beibehalten. Dieser ist abhängig von Filterkontur, Werkstoff und Teileverzug. Um bei dieser Auslegung ein Einbringen des Laserlichtstrahls 8 auf den Schweißbereich 4 zu ermöglichen, muß das Oberwerkzeug 6 in diesem Bereich aus laserlichtdurch­ lässigem Material bestehen.
Je nach Art und Auslegung des Filtermediums ist es notwendig, eine Abstimmung zwischen der Klemmrippe 5, dem Filtermedium 3 und dem Schweißbereich 4 durchzuführen. Das heißt, schon wäh­ rend der Vormontage, also dem Anpressen der Filterschalen 1 und 2 gegeneinander, wird der Endzustand der Filtermediumein­ klemmung wie im verschweißten Zustand erreicht. Dies wird darin begründet, daß eine Laserlichtverschweißung kein Ab­ tragsschweißen ist, wie zum Beispiel das Vibrationsver­ schweißen.
Die Laserlichtverschweißung funktioniert nur deshalb, weil eine exakt umlaufend aneinander liegende Berührung beider Filterhalbschalen 1 und 2 erzeugt wird. Durch die Laserab­ sorption der Filterunterschale 2 wird eine Erwärmung des Kunststoffmaterials bis auf Schmelztemperatur bewirkt, und diese Temperatur der Schmelze bewirkt ebenfalls ein Auf­ schmelzen der Filteroberschale 1 und ein homogenes Ineinan­ derschmelzen der Materialien. Dadurch wird eine definierte umlaufende homogene Schweißnaht beider Filterhalbschalen im Schweißbereich 4 erzielt. Da die Basismaterialien der Filter­ oberschale 1 und der Filterunterschale 2 identisch sind, je­ doch sich nur durch die Einfärbung voneinander unterscheiden, werden optimale Voraussetzungen für eine haltbare und dauer­ haft dichte Schmelzverbindung geschaffen.
Bezugszeichenliste
1
Filteroberschale
2
Filterunterschale
3
Filtermedium
4
Schweißbereich
5
Klemmrippe
6
Niederhaltewerkzeug (Oberwerkzeug)
7
Aufnahme (Unterwerkzeug)
8
Laserlichtstrahl

Claims (8)

1. Verfahren zum Laserverschweißen von zwei Filterhalbscha­ len (1, 2) aus Kunststoff für Automatikgetriebeölfilter, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Filterhalbschalen (1, 2) aufeinandergelegt werden und über ihren gemeinsamen Rand durch Laserlicht verschweißt werden, wobei eine Filterhalbschale (1) aus laserlichtdurchlässigem Kunst­ stoff und die andere Filterhalbschale (2) aus laser­ lichtundurchlässigem Kunststoff besteht, und wobei der Laserstrahl (8) durch die laserlichtdurchlässige Filter­ halbschale (1) entlang der Berührungsstelle mit der an­ deren Filterhalbschale geführt wird, dabei auf die la­ serlichtundurchlässige Filterhalbschale (2) trifft und durch die Lichtabsorption des laserlichtundurchlässigen Kunststoffmaterials ein Miteinanderverschmelzen der bei­ den Filterhalbschalen im Schweißbereich (4) erzielt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aneinanderfügen der Filterhalbschalen (1, 2) ein Filtermedium (3) in diese eingelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermedium mittels einer Klemmrippe (5) festgehal­ ten wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Filtermedium (3) ein Taschenfilter oder ein einlagiger Filter ist.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zu verschweißende Rand umlaufend voll­ ständig oder teilweise aneinandergedrückt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während des Verschweißens ein definierter Anpreßdruck über die Aufnahme (7) und/oder das Nieder­ haltewerkzeug (6) auf die Filterhalbschalen (1, 2) auf­ rechterhalten wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bereich des Werkzeuges, durch den der Laserstrahl geführt wird, laserlichtdurchlässig ist.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für das Laserschweißverfahren ein Laser eingesetzt wird ausgewählt aus der Gruppe Neodyin-YAG- Impulslaser, Neodym-YAG-Continuous-Wave-Laser und Di­ odenlaser.
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