DE202019103732U1

DE202019103732U1 - Werkzeug zur Erwärmung von Kunststoffbauteilen

Info

Publication number: DE202019103732U1
Application number: DE202019103732.6U
Authority: DE
Original assignee: Frimo Group GmbH
Current assignee: Frimo Group GmbH
Priority date: 2019-07-08
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2029-07-09

Abstract

Werkzeug zur Erwärmung von Kunststoffbauteilen entlang einer Schweißnaht unter Verwendung von Heißgas, umfassend:
eine Hülle (1, 2), welche über durch Gasführungsabschnitte (5, 6; 10, 11) gebildete Ausströmspalte (25) verfügt, die ein in die Hülle (1, 2) eingeleitetes Gas auf eine zu erwärmende Fläche des Kunststoffbauteils leiten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Erwärmung von Kunststoffbauteilen, mit dem ein Kunststoffbauteil durch Heißgas erhitzt werden kann.
Stand der Technik
Zur Herstellung von komplexen Formkörpern, wie beispielsweise hohlen Formkörpern, ist es notwendig, zwei oder mehrere Formkörper miteinander zu verschweißen. Hierzu sind im Stand der Technik verschiedene Verfahren beschrieben.
Die DE 692 13 849 T2 beschreibt ein Verfahren zum Verschweißen von thermoplastischen Materialien durch Anblasen mit warmem Gas. Dabei werden zwei Platten eines thermoplastischen Materials miteinander verschweißt, indem in den Bereich zwischen die beiden Platten ein heißes Inertgas, das Helium sowie Stickstoff und/oder Argon enthält, geblasen wird. Dadurch erwärmt sich die Fläche zwischen den beiden Platten und eine Schweißnaht wird ausgebildet. Nachteilig bei diesem Verfahren ist es, dass die Schweißnaht im kontinuierlichen Vortrieb entsteht und die Schweißnahtlänge nicht gleichzeitig geschweißt wird.
Die DE 100 19 300 A1 beschreibt ein Werkzeug, dass zwischen zwei zu verbindende kunststoffteile eingeführt wird. Dieses Werkzeug kann die zu verschweißenden Flächen der zu verbindenden kunststoffteile berührungsfrei durch Strahlungswärme und einen heißen Inertgasstrom erhitzen.
EP 1 415 789 A1 beschreibt ein Werkzeug, dass einerseits durch Strahlungswärme, andererseits durch ein heißes Gas Wärme auf die zu schweißenden Flächen der Formkörper überträgt. Das in EP 1 415 789 A1 beschrieben Werkzeug ist dem in DE 100 19 300 A1 sehr ähnlich.
DE 10 2010 007 317 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufschmelzen eines thermoplastischen Kunststoffes, insbesondere zum Schweißen von Kunststoffteilen, wobei ein Brenngas zur Erzeugung der Wärme genutzt wird sowie eine Mischvorrichtung mit kaltem Gas, um die Temperatur des Brenngases auf geringere Temperaturen zu bringen.
Nachteilig bei den oben genannten Werkzeugen ist es, dass die Gasaustrittsgeschwindigkeit oder auch der Gasvolumenstrom am gefertigten Werkzeug nicht lokal beeinflusst werden kann. Wenn an verschiedenen Stellen des Werkzeuges unterschiedliche Ausströmgeschwindigkeiten herrschen, hat dies eine unterschiedliche Energieübertragung auf das zu schweißende Bauteil zu Folge. Das bedeutet, dass das Bauteil an Stellen mit hoher Energieübertragung überhitzen kann und der Kunststoff dadurch geschädigt wird. Andererseits kann dies zur Folge haben, dass an Bereichen mit geringerer Energieübertragung der Kunststoff nicht genügend aufschmilzt und die Festigkeit der Schweißnaht gering ist.
Gegenstand der Erfindung
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, ein Werkzeug zur Erwärmung von Kunststoffbauteilen bereitzustellen, das die vorstehend beschriebenen Nachteile nach dem Stand der Technik nicht oder nur in vermindertem Maße aufweist.
Zur Lösung wir ein Werkzeug nach Anspruch 1 bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen des Werkzeugs sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt und nachfolgend beschrieben.
Insbesondere gibt das Werkzeug einen gleichmäßigen Heißgasstrom über die gesamte Länge der Fügenaht ab und ermöglicht weiterhin einfache Möglichkeiten zur Veränderung der Ausströmgeschwindigkeit des Gases und/oder des Volumenstroms des Gases in einzelnen und beliebigen Bereichen der Ausströmöffnung(en).
Erfindungsgemäß wird dies durch eine spezielle Führung des Heißgases im Werkzeug und eine speziell Ausführung der Gasaustrittsöffnungen im Werkzeug gelöst.
Es ist bevorzugt, dass im Abstand zu inneren Kanten der Gasführungsabschnitte Begrenzungselemente vorgesehen sind, deren Abstand zu den inneren Kanten der Gasführungsabschnitte verstellbar ist, wobei bevorzugt ist, dass der Abstand im Bereich zwischen 1 bis 10 Millimeter beträgt. Auf diese Weise ist es möglich, den Durchströmwiderstand in einzelnen, beliebigen Bereichen zu vergrößern oder zu verringern, und somit den Volumenstrom oder die Gasgeschwindigkeit in einzelnen beliebigen Bereichen zu verändern.
Es ist in einer weiteren Ausführungsform möglich, alternativ oder zusätzlich den Abstand der inneren Kanten der Gasführungsabschnitte in bestimmten Bereichen zu vergrößern oder zu verringern und somit den Volumenstrom oder die Gasgeschwindigkeit weiter zu verändern. Insbesondere kann zumindest ein Einstellelement, bevorzugte mehrere Einstellelemente, vorgesehen sein, um den Abstand der inneren Kanten der Gasführungsabschnitte zueinander zu vergrößern oder zu verringern.
In einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das zumindest eine Einstellelement durch die Hülle zugänglich ist, beispielsweise durch eine mit einem Zugangsstopfen verschließbaren Öffnung. Somit ist es möglich, eine Einstellung ohne Demontage der Hülle durchzuführen.
In einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass im Werkzeug mehrere Hohlräume vorgesehen sind, die über Durchgangsbohrungen verbunden sind. Durch die Wahl der Größe und der Anzahl der Bohrungen entsteht somit ein Druckgefälle zwischen den Hohlräumen, so dass eine gleichmäßige Einströmung in den äußeren Hohlraum gewährleistet wird. Dies wiederum führt zu einer gleichmäßigen Ausströmung aus dem Austrittspalt, so dass ein Arbeitsergebnis mit hoher Güte erreicht werden kann.
Es ist bevorzugt, dass eine zum Äußeren des Werkzeuges weisende Außenkante der Gasführungsabschnitte in Form von Zinnen oder Zacken ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass das Abströmen des Heißgases auch bei sehr geringem Abstand zu den Fügeteilen oder sogar bei Eintauchen der jeweiligen Außenkante in die Fügeteile ermöglicht wird.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Zinnen oder Zacken abschnittsweise biegbar sind. Durch Biegen der Zinnen oder Zacken am montierten Werkzeug kann in beliebigen Bereichen eine lokale Beeinflussung des Warmgasvolumenstroms oder der Gasgeschwindigkeit erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Werkzeug ein Innenrohr zur Einleitung von Heißgas sowie ein um das Innenrohr ausgebildetes Zwischenrohr, wobei das Zwischenrohr in der äußeren Hülle aufgenommen ist. Durch diese Ausgestaltung wird die Strömung des Heißgases beruhigt.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Innenrohr einen kreisförmigen Querschnitt und/oder das Zwischenrohr einen rechtwinkligen Querschnitt aufweist. Es hat sich gezeigt, dass diese Ausgestaltung, jeweils einzeln oder in Kombination, für die Strömungsführung und Beruhigung der Strömung besonders vorteilhaft ist.
Dabei kann das Innenrohr am Zwischenrohr angebracht sein, so dass eine hohe Stabilität des Werkzeuges erreicht wird.
Es ist bevorzugt, dass die Hülle durch ein erstes Hüllelement und ein zweites Hüllelement ausgebildet ist, die miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird die Montage des Werkzeuges vereinfacht.
In einer Ausführungsform sind die Gasführungsabschnitte als blechförmige Elemente ausgebildet, die zum Äußeren und/oder Inneren der Hülle hervorstehen. Das Vorstehen der Gasführungsabschnitte zum Äußeren erleichtert die Bearbeitung eines Werkstücks mit Heißgas. Durch das Vorstehen der Gasführungsabschnitte zum Inneren der Hülle können Maßnahmen zur Veränderung der Ausströmgeschwindigkeit des Gases und/oder des Volumenstroms des Gases konstruktiv einfach umgesetzt werden.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Werkzeuges gemäß einem der vorangegangenen Aspekte.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung.
2 ist eine Seitenansicht eines Abschnitts der bevorzugten Ausführungsform gemäß 1.
3 zeigt Strömungspfade des Heißgases im Werkzeug gemäß 1.
4 veranschaulicht Modifikationen eines Abschnitts des erfindungsgemäßen Werkzeuges.
5a ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung.
5b ist eine Stirnansicht der in 5a gezeigten Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend werden anhand der beigefügten Figuren bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Obwohl die Ausführungsformen und Modifikationen rein beispielhaft, und nicht einschränkend, sind, können Einzelmerkmale auch zur Spezifizierung der Erfindung herangezogen werden. Ferner können Merkmale der Ausführungsformen und Modifikationen jeweils einzeln kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen auszubilden.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Werkzeuges als Ausschnitt. Das Werkzeug ist in technischer Ausführung dem Verlauf einer Schweißnaht angepasst. Das Werkzeug verfügt über eine äußere Hülle, die durch ein erstes Hüllelement 1 und zweites Hüllelement 2 ausgebildet ist. Die Hüllelemente 1, 2 sind zweckmäßigerweise spiegelbildlich als Hälften ausgeführt, die mittels Schrauben durch die Bohrungen 18 verbunden werden. Gemäß weiterer, nicht dargestellter Varianten kann die Hülle auch einstückig ausgebildet sein, oder die Hüllelemente sind relativ zueinander anders dimensioniert als im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt.
Damit bilden die Hüllelemente 1 und 2 einen äußeren Hohlraum 23 des Werkzeuges, dessen Austrittsöffnungen zum Äußeren des Werkzeuges in Form von Ausströmspalten 25 gebildet sind. Die Ausströmspalte 25 sind beim ersten Hüllelement 1 durch Bleche 5 und 6 (erste Gasführungselemente) und beim zweiten Hüllelement 2 durch Bleche 10 und 11 (zweite Gasführungselemente) gebildet.
Innerhalb der Hüllelemente 1, 2 ist ein Zwischenrohr 4 angeordnet, welches Zwischenrohr 4 ein Innenrohr 3 aufnimmt.
Der Verlauf der Bleche 5 und 6 bzw. 10 und 11 entspricht dem Verlauf der Schweißnaht. Es versteht sich von selbst, dass der Verlauf des durch die Bleche 5 und 6 bzw. 10 und 11 gebildeten Ausströmspaltes entsprechend der Kontur des Schweißnahtverlaufes auch anders als im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt ausgebildet sein kann. Der Abstand der Bleche 5 und 6 bzw. 10 und 11 zueinander entspricht vorzugsweise der Breite des zu schweißenden Steges an den Bauteilen.
Vom äußeren Hohlraum 23 aus werden die beiden Ausströmspalte von innerhalb des Hohlraums 23 angeordneten Blechen 8 und 12 mit einem gewissen Abstand, beispielsweise im Bereich zwischen 1 und 10 mm, überdeckt. Die Bleche 8 und 12 werden mittels Stehbolzen 9 und je zwei Muttern 13 ober- bzw. unterhalb der Ausströmspalte fixiert und befinden sich in einem Abstand, bevorzugt, wie bereits genannt, im Bereich von ca. 1 bis 10 mm, von den Innenkanten der Bleche 5 und 6 bzw. 10 und 11.
Der Abstand zwischen Blech 8 und den Innenkanten von Blech 5 und 6 bzw. Blech 12 und den Innenkanten von Blech 10 und 11 kann mithilfe der Muttern 13 verändert werden.
2 zeigt in einem Seitenriss die Anordnung des Bleches 12 relativ zu den Blechen 10 und 11, welche den Ausströmspalt bilden. Das Blech 12 ist mittels der Stehbolzen 9 an der äußeren Hülle 2 befestigt und kann mithilfe der Muttern 13 relativ zu den Innenkanten der Bleche verstellt werden.
3 stellt den Weg des Heißgases durch das Werkzeug dar. Das Heißgas wird von außen (hier nicht dargestellt) in den inneren Werkzeughohlraum 19 eingespeist, welches hier als rohrförmiges Bauteil dargestellt ist. Der Hohlraum 19, der durch das Innenrohr 3 eingefasst ist, verfügt über hauptsächlich seitlich eingebrachte Bohrungen 20, welche in dichter Reihe und mit kleinem Durchmesser über die gesamte Länge gleichmäßig angebracht sind.
Aus den Bohrungen 20 tritt das Heißgas in den mittleren Werkzeughohlraum 21 ein, welcher zwischen den mit Bohrungen versehenen Innenrohr 3 und dem Zwischenrohr 4 gebildet wird.
Aus diesem mittleren Werkzeughohlraum 21 strömt das Heißgas nun beruhigt und über die gesamte Länge gleichmäßig in den äußeren Hohlraum 23 ein und strömt durch den mithilfe der Muttern 13 einstellbaren Spalt 24 in den Ausströmspalt 25, der durch die Bleche 5 und 6 bzw. 10 und 11 gebildet wird.
Wenn nun an verschiedenen Bereichen des Werkzeuges unterschiedliche Ausströmbedingungen herrschen, kann durch lokale Veränderung des Spaltes 24 der Durchströmwiderstand des Heißgases verändert werden und damit die Ausströmgeschwindigkeit den Erfordernissen angepasst werden.
4 stellt eine weitere, bevorzugte Form der Bleche 5 und 6 bzw. 10 und 11 dar, die gemäß der dargestellten Modifikationen im Bereich der Ausströmung (Außenkante der Bleche 5, 6, 10, 11) nicht gerade, sondern gezackt oder zinnenförmig ausgeführt sind.
Diese gezackte oder zinnenförmige Ausführung zeigt mehrere folgende Vorteile: Wenn der Austrittspalt 25 mit sehr geringem Abstand an das zu erwärmende Bauteil herangeführt wird, kann das Heißgas zwischen den Zacken oder Zinnen zu beiden Seiten des Bauteils abströmen. Daher kann der Abstand zwischen Ausströmspalt 25 und dem zu erwärmenden Schweißnahtbereich sehr gering gehalten werden. Je nach Dimension der Zinnen oder Zacken können der zu erwärmende Bereich sogar in den Ausströmspalt 25 einige Millimeter tief eintauchen und dennoch kann das Heißgas durch die Zwischenräume der Zinnen oder Zacken seitlich zu beiden Seiten abströmen.
Die Zinnen oder zacken haben einen weiteren Vorteil. Sie können ebenso wie die Bleche 8 und 12 zur lokalen Beeinflussung der Geschwindigkeit oder des Volumenstroms des austretenden Heißgas genutzt werden.
Wenn der Volumenstrom reduziert werden soll, da das zu schweißende Bauteil an einer bestimmten Stelle zu heiß wird, kann in diesem Bereich die Breite des Ausströmspaltes 25 durch Biegen der Zacken oder Zinnen verringert werden und so der Volumenstrom des austretenden Heißgases in diesem Bereich verringert werden. Damit kann das Werkzeug auch ohne Demontage im eingebauten Zustand fein eingestellt werden, um ein gleichmäßiges Erwärmen der zu schweißenden Teile zu ermöglichen.
Diese Möglichkeit der Feinabstimmung besteht auch, indem die Breite des Eintritts in den Ausströmspalt 25 durch Biegen der Bleche 5 und 6 bzw. 10 und 11 vergrößert oder verkleinert wird.
5a und 5b stellen eine weitere Ausführungsform eines Werkzeugs dar, welches Werkzeug Hüllelemente und Bleche 10` und 11`umfasst. In den 5a und 5b wird lediglich ein Hüllelement 2` mit den Blechen 10` und 11` dargestellt. Eine ähnliche Ausgestaltung kann am zweiten, nicht dargestellten Hüllelement mit den entsprechenden Blechen vorgesehen sein.
Die anhand der 5a und 5b beschriebene Ausführungsform kann, abgesehen der nachfolgend erläuterten Merkmale, gleich oder ähnlich der bereits beschriebenen Ausführungsform und deren Modifikationen ausgebildet sein. Demnach wird auch auf die vorangegangenen Ausführungen verwiesen.
Bei der weiteren Ausführungsform sind Schrauben 28 im Blech 10` drehbar gelagert und im Blech 11` in einem Gewinde geführt. Beim Drehen der Schrauben 28` werden die Bleche 10', 11', oder zumindest eines der Bleche, abschnittsweise verformt und somit wird der Abstand zwischen den durch die Bleche 10`, 11` gebildeten Einströmkanten je nach Drehrichtung vergrößert oder verringert. Der Einstellweg kann beispielsweise 1 - 6 mm betragen.
Im äußeren Hüllelement 2` sind Schraubstopfen 29` derart vorgesehen, dass Öffnungen, die wahlweise durch die Schraubstopfen 29` verschlossen werden können, mit den Schrauben 28` fluchten. Durch die Öffnungen, die durch die Schraubstopfen 29` verschlossen sind, jedoch geöffnet werden können, sind die Schrauben 28` von außen zugänglich, so dass der Volumenstrom des Gases oder dessen Geschwindigkeit ohne Demontage der äußeren Hüllelemente durch eine entsprechende Einstellung der Schrauben 28` verändert werden kann.
Die Merkmale der weiteren Ausführungsform können auch in Kombination mit Ausgestaltungen der vorangegangenen Ausführungsform und deren Modifikationen zum Einsatz kommen. Beispielsweise ist es möglich, die Schrauben zur Verstellung der Einströmkanten der Bleche mit den Bleche 8, 12 (Begrenzungselementen) zu kombinieren.
Damit bietet das Werkzeug in den vorgestellten Bauformen erhebliche Möglichkeiten, den austretenden Volumenstrom oder die Geschwindigkeit des Heißgases gezielt in beliebigen Bereichen zu beeinflussen und somit eine gleichmäßige Erwärmung des zu schweißenden Bauteils zu erreichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69213849 T2 [0003]
DE 10019300 A1 [0004, 0005]
EP 1415789 A1 [0005]
DE 102010007317 A1 [0006]

Claims

Werkzeug zur Erwärmung von Kunststoffbauteilen entlang einer Schweißnaht unter Verwendung von Heißgas, umfassend: eine Hülle (1, 2), welche über durch Gasführungsabschnitte (5, 6; 10, 11) gebildete Ausströmspalte (25) verfügt, die ein in die Hülle (1, 2) eingeleitetes Gas auf eine zu erwärmende Fläche des Kunststoffbauteils leiten.
Werkzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstand zu inneren Kanten der Gasführungsabschnitte (5, 6; 10, 11) Begrenzungselemente (8, 12) vorgesehen sind, deren Abstand zu inneren Kanten der Gasführungsabschnitte (5, 6; 10, 11) verstellbar ist, wobei bevorzugt ist, dass der Abstand im Bereich zwischen 1 bis 10 Millimeter beträgt.
Werkzeug gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von inneren Kanten der Gasführungsabschnitte (5, 6, 10, 11) zueinander mittels zumindest einem Einstellelement (28`) vergrößert oder verringert werden kann, wobei bevorzugt ist, dass das zumindest eine Einstellelement (28`) durch die Hülle (1, 2) zugänglich ist, insbesondere durch eine mit einem Zugangsstopfen (29`) verschließbaren Öffnung.
Werkzeug gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungselemente (8, 12) mittels Bolzen (9) gehalten werden, die an der Hülle angebracht sind.
Werkzeug gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Werkzeug mehrere Hohlräume (19, 21, 23) vorgesehen sind, die über Durchgangsbohrungen verbunden sind.
Werkzeug gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Äußeren des Werkzeuges weisende Außenkante der Gasführungsabschnitte (5, 6; 10, 11) in Form von Zinnen (27) oder Zacken (26) ausgebildet ist.
Werkzeug gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinnen (27) oder Zacken (26) abschnittweise biegbar sind.
Werkzeug gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein Innenrohr (3) zur Einleitung von Heißgas sowie ein um das Innenrohr (3) ausgebildetes Zwischenrohr (4) aufweist, wobei das Zwischenrohr (4) in der äußeren Hülle (1, 2) aufgenommen ist.
Werkzeug gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (3) einen kreisförmigen Querschnitt und/oder das Zwischenrohr (4) einen rechtwinkligen Querschnitt aufweist.
Werkzeug gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (3) am Zwischenrohr (4) angebracht ist.
Werkzeug gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle durch ein erstes Hüllelement (1) und ein zweites Hüllelement (2) ausgebildet ist, die miteinander verbunden sind.
Werkzeug gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführungsabschnitte (5, 6; 10, 11) als blechförmige Elemente ausgebildet sind, die zum Äußeren und/oder Inneren der Hülle hervorstehen.
Verwendung eines Werkzeuges gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche zum Erwärmen eines Kunststoffbauteils entlang einer Schweißnaht.