DE202021101884U1 - Device for welding plastic parts - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Schweißen von Kunststoffteilen (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b) entlang von miteinander zu verschweißenden Fügeflächen (14, 16), mit einem Heizblock (22), aus dem Heißgas zu der Fügefläche (14, 16) mindestens eines der Kunststoffteile (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b) zuführbar ist, wobei sich entlang der Fügefläche (14, 16) ein Gasführungsblock (26) erstreckt, der eine kanalförmige Ausnehmung (38) in Form eines sich entlang der Fügefläche (14, 16) erstreckenden Kanals aufweist, wobei im Gasführungsblock (26) eine Mehrzahl von Zuführkanälen (39; 42, 44) zur Zuführung von Heißgas vorgesehen sind, die winklig in die kanalförmige Ausnehmung (38) münden, wobei der Gasführungsblock (26) zumindest segmentweise einstückig mit der kanalförmigen Ausnehmung (38) ausgebildet ist.

Figure DE202021101884U1_0000
Device for welding plastic parts (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b) along joining surfaces (14, 16) to be welded together, with a heating block (22), from which hot gas to the joining surface (14, 16) at least one the plastic parts (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b) can be supplied, with a gas guide block (26) extending along the joining surface (14, 16) which has a channel-shaped recess (38) in the form of a channel-shaped recess (38) extending along the joining surface ( 14, 16), wherein in the gas guide block (26) a plurality of supply channels (39; 42, 44) are provided for the supply of hot gas, which open at an angle into the channel-shaped recess (38), the gas guide block (26) at least is formed in segments in one piece with the channel-shaped recess (38).
Figure DE202021101884U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung zum Schweißen von Kunststoffteilen, mit der zwei miteinander zu verschweißende Kunststoffteile mittels zweier einander zugewandter Fügeflächen miteinander verschweißt werden, wobei zumindest eine, vorzugsweise beide, der Fügeflächen erhitzt wird und die beiden Kunststoffteile anschließend durch Aneinanderdrücken der Fügeflächen miteinander verschweißt werden, wobei die Fügeflächen mittels eines heißen Gasstroms angeströmt und erhitzt werden.The invention relates to a device for welding plastic parts, with which two plastic parts to be welded together are welded together by means of two mutually facing joining surfaces, at least one, preferably both, of the joining surfaces being heated and the two plastic parts then being welded together by pressing the joining surfaces together, whereby the joining surfaces are flown against and heated by means of a hot gas stream.

Aus der DE 100 19 300 A1 ist eine Vorrichtung zum Schweißen von Kunststoffteilen bekannt. Hierbei wird ein Werkzeug, bestehend aus einer Heizplatte mit auf der Ober- und Unterseite befestigten Schweißblöcken, verwendet, wobei das Werkzeug zwischen die zu verbindenden Kunststoffteile eingeführt wird, die Kunststoffteile mit Hilfe des Werkzeugs berührungsfrei durch Strahlungswärme erwärmt werden, während zugleich ein heißer Inertgasstrom auf den zu verschweißenden Werkstückbereich geleitet wird. Die Kunststoffteile werden auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur erhitzt, so dass diese teigig werden und nach dem Herausnehmen des Werkzeugs zusammengedrückt und somit verschweißt werden können.From the DE 100 19 300 A1 a device for welding plastic parts is known. A tool consisting of a heating plate with welding blocks attached to the top and bottom is used, the tool being inserted between the plastic parts to be joined, the plastic parts being heated with the help of the tool without contact by radiant heat, while at the same time a stream of hot inert gas is generated the workpiece area to be welded is guided. The plastic parts are heated to a temperature above the softening temperature so that they become doughy and can be pressed together and thus welded after the tool has been removed.

Auf diese Weise lassen sich grundsätzlich Kunststoffteile berührungslos miteinander verschweißen. Da die Verschweißung berührungsfrei erfolgt, wird ein Kleben von Heizkörpern vermieden. Durch die Verwendung von Strahlungswärme und eines zusätzlichen heißen Inertgasstroms zur Erhitzung der Kunststoffteile soll sich eine beschleunigte Erwärmung ergeben und eine gute Wärmeverteilung erreicht werden.In this way, plastic parts can basically be welded to one another without contact. Since the welding is non-contact, the radiators will not stick. The use of radiant heat and an additional hot inert gas flow to heat the plastic parts should result in accelerated heating and good heat distribution.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass ein Verschweißen von Kunststoffteilen entlang der Fügeflächen eine erhebliche Aufheizzeit für jedes der Kunststoffteile benötigt.In practice, however, it has been shown that welding plastic parts along the joining surfaces requires a considerable heating time for each of the plastic parts.

Da solche Kunststoffteile häufig in großen Serien etwa im Automobilbau verwendet werden, sind besonders kurze Taktzeiten von erheblicher Bedeutung.Since such plastic parts are often used in large series, for example in automobile construction, particularly short cycle times are of considerable importance.

Weiterhin ist es durch Benutzung im Stand der Technik bekannt, die Fügeflächen der miteinander zu verschweißenden Kunststoffteile mittels eines Heißgasstroms zu erhitzen, der aus einem Verteiler über eine Vielzahl von zueinander im Wesentlichen parallel angeordneten Röhrchen, deren Austrittsöffnungen in einem annähernd gleichmäßigen Abstand vor den Fügeflächen enden, auf die Fügeflächen gerichtet wird.Furthermore, it is known through use in the prior art to heat the joining surfaces of the plastic parts to be welded together by means of a hot gas stream that flows from a distributor via a large number of tubes arranged essentially parallel to one another, the outlet openings of which end at an approximately uniform distance in front of the joining surfaces , is aimed at the joining surfaces.

Hiermit wird zwar eine relativ gleichmäßige Erwärmung der Fügeflächen ermöglicht, jedoch ergeben sich nach wie vor erhebliche Aufheizzeiten für die zu verschweißenden Kunststofftei le.Although this enables relatively uniform heating of the joining surfaces, there are still considerable heating times for the plastic parts to be welded.

Aus der WO 2020/164978 A1 ist es bekannt, zueinander parallele Winkel auf einer der Fügefläche zugewandten Oberfläche anzuordnen, zwischen die Heißgas über Kanäle eingeführt wird. Hierdurch soll sich eine verkürzte Aufheizzeit der zu verschweißenden Kunststoffteile ergeben.From the WO 2020/164978 A1 it is known to arrange mutually parallel angles on a surface facing the joining surface, between which hot gas is introduced via channels. This should result in a shortened heating time for the plastic parts to be welded.

Jedoch ist auch diese Anordnung verbesserungswürdig. Insbesondere ist die Montage derartiger Winkel aufwendig und es lassen sich nur gerade, allenfalls gleichmäßig gekrümmte Fügeflächen realisieren.However, this arrangement is also in need of improvement. In particular, the assembly of such angles is complex and only straight, at most uniformly curved joining surfaces can be realized.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schweißen von Kunststoffteilen anzugeben, mit der eine kontaktlose Verschweißung möglich ist, mittels derer zwei miteinander zu verschweißende Kunststoffteile mittels zweier einander zugewandter Fügeflächen miteinander verschweißt werden und eine Erhitzung der Fügeflächen auf die gewünschte Zieltemperatur in möglichst kurzer Zeit erfolgt.Against this background, the invention is based on the object of specifying a device for welding plastic parts with which contactless welding is possible, by means of which two plastic parts to be welded together are welded together by means of two mutually facing joining surfaces and the joining surfaces are heated to the desired target temperature takes place in the shortest possible time.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung zum Schweißen von Kunststoffteilen entlang von miteinander zu verschweißenden Fügeflächen mit einem Heizblock gelöst, aus dem Heißgas zu der Fügefläche mindestens eines der Kunststoffteile zuführbar ist, wobei sich entlang der Fügefläche ein Gasführungsblock erstreckt, der eine kanalförmige Ausnehmung in Form eines sich entlang der Fügefläche erstreckenden Kanals aufweist, wobei im Gasführungsblock eine Mehrzahl von Zuführkanälen zur Zuführung von Heißgas vorgesehen sind, die winklig in die kanalförmige Ausnehmung münden, wobei der Gasführungsblock zumindest segmentweise einstückig mit der kanalförmigen Ausnehmung ausgebildet ist.The object of the invention is achieved by a device for welding plastic parts along joining surfaces to be welded together with a heating block from which hot gas can be supplied to the joining surface at least one of the plastic parts, with a gas guide block extending along the joining surface, which has a channel-shaped recess Has the shape of a channel extending along the joining surface, with a plurality of supply channels for supplying hot gas being provided in the gas guide block, which open at an angle into the channel-shaped recess, the gas guide block being at least segmentally formed in one piece with the channel-shaped recess.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object of the invention is completely achieved in this way.

Erfindungsgemäß erfolgt die Erhitzung der Fügefläche mittels eines Heißgasstroms, der durch eine Ausnehmung in einem sich entlang der Fügefläche erstreckenden Gasführungsblock auf die mindestens eine Fügefläche gerichtet wird. Hierdurch wird der Heißgasstrom auf die Fügefläche konzentriert, was zu einer erheblichen Verkürzung der Aufheizzeit führt.According to the invention, the joining surface is heated by means of a hot gas stream which is directed onto the at least one joining surface through a recess in a gas guide block extending along the joining surface. As a result, the hot gas flow is concentrated on the joining surface, which leads to a considerable reduction in the heating time.

Wegen der Konzentration des Heißgasstroms auf die tatsächlich zu beheizende Fügefläche wird eine unbeabsichtigte Erhitzung von umliegenden Teilen deutlich reduziert, so dass die Beschädigungsgefahr vermindert wird. Da der Gasführungsblock zumindest segmentweise gemeinsam mit der kanalförmigen Ausnehmung aus einem Stück besteht und in geeigneter Weise durch Fräsen und Bohren bearbeitet werden kann, können die Zuführkanäle, durch die das Heißgas in die Ausnehmung geleitet wird, präzise angeordnet werden.Due to the concentration of the hot gas flow on the joint surface that is actually to be heated, unintentional heating of surrounding parts is significantly reduced, so that the Risk of damage is reduced. Since the gas guide block is at least segment-wise, together with the channel-shaped recess, of one piece and can be machined in a suitable manner by milling and drilling, the feed channels through which the hot gas is passed into the recess can be precisely arranged.

Insgesamt ergibt sich auf diese Weise eine deutlich vereinfachte und zuverlässigere Konstruktion und eine deutlich verkürzte Aufheizzeit.Overall, this results in a significantly simplified and more reliable construction and a significantly reduced heating time.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung weist die Ausnehmung an ihrem Boden eine nach außen hin konkav gekrümmte Form auf.In a preferred development of the invention, the recess has a shape curved concavely towards the outside at its bottom.

Hierdurch wird die Zuführung des Heißgases in Richtung auf die zu erhitzende Fügefläche weiter konzentriert.As a result, the supply of the hot gas is further concentrated in the direction of the joining surface to be heated.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung weist die Ausnehmung einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf.In a preferred development of the invention, the recess has an essentially U-shaped cross section.

Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Anpassung an das aufzuheizende Teil und damit eine besonders schnelle Erhitzung.This results in a particularly good adaptation to the part to be heated and thus a particularly rapid heating.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausnehmung dreidimensional gekrümmt.According to a further embodiment of the invention, the recess is three-dimensionally curved.

Auf diese Weise kann eine Erhitzung von dreidimensional gekrümmten Fügeflächen erreicht werden.In this way, heating of three-dimensionally curved joining surfaces can be achieved.

Hierzu können im Gasführungsblock erste Bohrungsabschnitte vorgesehen sein, die sich im Wesentlichen in einer Verlängerung der Axialrichtung der einmündenden Röhrchen erstrecken und die über sich winklig dazu erstreckende zweite Bohrungsabschnitte mit der Ausnehmung des Gasführungsblocks verbunden sind.For this purpose, first bore sections can be provided in the gas guide block, which essentially extend in an extension of the axial direction of the opening tubes and which are connected to the recess of the gas guide block via second bore sections extending at an angle thereto.

Auf diese Weise wird die Zuführung von Heißgas in eine dreidimensional gekrümmte Ausnehmung des Gasführungsblocks auf einfache Weise ermöglicht.In this way, the supply of hot gas into a three-dimensionally curved recess of the gas guide block is made possible in a simple manner.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Führungsblock aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und der Heizblock aus einer Eisenlegierung, vorzugsweise aus Stahl.In a further embodiment of the invention, the guide block consists of aluminum or an aluminum alloy and the heating block consists of an iron alloy, preferably steel.

Da sich in der Ausnehmung des Gasführungsblocks eine etwa halb so hohe Temperatur (z.B. im Bereich von etwa 200°C) einstellt, wie im Bereich des Heizblocks, aus dem das Heißgas zugeführt wird (z.B. etwa 400°C) kann auf diese Weise eine Anpassung der thermischen Ausdehnung der unterschiedlichen Materialien (Aluminium bzw. Stahl) erreicht werden, da der Ausdehnungskoeffizient von Aluminium etwa doppelt so hoch wie der von Stahl ist. Außerdem ist Aluminium ein besonders guter Wärmeleiter und unterstützt somit eine gleichmäßige Erwärmung der zu erhitzenden Fügefläche.Since the temperature in the recess of the gas guide block is about half as high (e.g. in the range of about 200 ° C) as in the area of the heating block from which the hot gas is supplied (e.g. about 400 ° C), an adjustment can be made in this way the thermal expansion of the different materials (aluminum or steel) can be achieved, as the expansion coefficient of aluminum is about twice as high as that of steel. In addition, aluminum is a particularly good conductor of heat and thus supports uniform heating of the joining surface to be heated.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Heizblock über eine Mehrzahl von Röhrchen mit den Zuführkanälen im Gasführungsblock verbunden, wobei sich die Röhrchen vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken.In a further embodiment of the invention, the heating block is connected to the supply channels in the gas guide block via a plurality of tubes, the tubes preferably extending essentially parallel to one another.

Dies ermöglicht einen vereinfachten Aufbau.This enables a simplified structure.

Sollten zur Gaszuführung verwendete Röhrchen nicht präzise mit zugeordneten Bohrungen im Gasführungsblock fluchten, so kann dies in einem gewissen Maße toleriert werden.If the tubes used for the gas supply are not precisely aligned with the associated bores in the gas routing block, this can be tolerated to a certain extent.

Außerdem wird vermieden, dass die im Stand der Technik bislang verwendete direkte Zuführung von Heißgas über Röhrchen zu den Fügeflächen von Hand durch Verbiegen der Röhrchen angepasst werden müssen, um Fehler auszugleichen, wie dies im Stand der Technik bislang notwendig war. Im Stand der Technik führte eine manuelle Verbiegung der Röhrchen zu unpräzisen und teilweise wellenartig verbogenen Röhrchen im Bereich ihrer Mündungen.It also avoids having to adjust the direct supply of hot gas via tubes to the joining surfaces by hand in the prior art by bending the tubes in order to compensate for errors, as was previously necessary in the prior art. In the prior art, manual bending of the tubes led to imprecise and, in some cases, wave-like bent tubes in the area of their mouths.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Röhrchen am Heizblock befestigt und greifen vorzugsweise in die Zuführkanäle des Gasführungsblocks mit Spiel ein.According to a further embodiment of the invention, the tubes are attached to the heating block and preferably engage with play in the supply channels of the gas guide block.

Hierdurch wird einerseits eine sichere Führung des Heißgases in den Gasführungsblock bis in die kanalförmige Ausnehmung gewährleistet. Andererseits wird durch die Zugabe eines Spiels (beispielsweise ein etwa um 0,2 mm größerer Durchmesser) eine ausreichende Toleranz gewährleistet, um eine einfache Montage ohne eine manuelle Verbiegung der Röhrchen zu ermöglichen.This ensures, on the one hand, that the hot gas is reliably guided into the gas guide block into the channel-shaped recess. On the other hand, the addition of a play (for example a diameter that is approximately 0.2 mm larger) ensures sufficient tolerance to enable simple assembly without manual bending of the tubes.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausnehmung an ihrem Boden eine in Bezug auf die Fügefläche konkav gekrümmte Form auf.According to a further embodiment of the invention, the recess has a shape that is concavely curved in relation to the joining surface at its bottom.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausnehmung einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf.According to a further embodiment of the invention, the recess has an essentially U-shaped cross section.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine besonders gute Anpassung für eine Konzentration des Heißgases für eine schnelle Erhitzung der Fügefläche.These measures result in a particularly good adaptation for a concentration of the hot gas for rapid heating of the joining surface.

In zusätzlicher Weiterbildung dieser Ausführung erstrecken sich einzelne Segmente über eine Länge von bis zu etwa 150 mm, vorzugsweise von bis zu etwa 100 mm in Richtung der mindestens einen Fügefläche.In an additional development of this design, individual segments extend over a Length of up to about 150 mm, preferably of up to about 100 mm in the direction of the at least one joining surface.

Auf diese Weise können thermische Spannungen über geringfügige Spalte zwischen aneinander grenzenden Segmenten ausgeglichen werden, sofern sich solche infolge noch verbleibender Unterschiede zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien und nicht vollständig präzise Anpassung in den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten verbleiben, ausgeglichen werden.In this way, thermal stresses can be compensated for over slight gaps between adjacent segments, provided that they are compensated for as a result of still remaining differences between the thermal expansion coefficients of the materials and not completely precise adjustment in the different expansion coefficients.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausnehmung dreidimensional gekrümmt, wobei bevorzugt im Gasführungsblock erste Bohrungsabschnitte vorgesehen sind, die sich im Wesentlichen in einer Verlängerung der Axialrichtung der einmündenden Röhrchen erstrecken und die über sich winklig dazu erstreckende zweite Bohrungsabschnitte mit der Ausnehmung des Gasführungsblocks verbunden sind.According to a further embodiment of the invention, the recess is three-dimensionally curved, with first bore sections preferably being provided in the gas guide block, which essentially extend in an extension of the axial direction of the small opening tubes and which are connected to the recess of the gas guide block via second bore sections extending at an angle thereto .

Auf diese Weise lassen sich auch dreidimensional gekrümmte Fügeflächen auf einfache Weise über dreidimensional entsprechend angepasste Ausnehmungen im Gasführungsblock erhitzen.In this way, three-dimensionally curved joining surfaces can also be heated in a simple manner via three-dimensionally correspondingly adapted recesses in the gas guide block.

Die erfindunggemäß Vorrichtung kann für ein Verfahren zum Schweißen von Kunststoffteilen genutzt werden, bei dem zwei miteinander zu verschweißende Kunststoffteile mittels zweier einander zugewandter Fügeflächen, die vorzugsweise zueinander komplementär ausgestaltet sind, miteinander verschweißt werden, wobei zumindest eine der beiden Fügeflächen erhitzt wird und die beiden Kunststoffteile anschließend durch Aneinanderdrücken der Fügeflächen miteinander verschweißt werden, wobei die zumindest eine Fügefläche mittels eines Heißgasstroms erhitzt wird, der durch eine sich entlang der Fügefläche erstreckende, kanalförmige Ausnehmung eines Gasführungsblocks auf die mindestens eine Fügefläche gerichtet wird, wobei der Heißgasstrom durch eine Mehrzahl von winklig in die Ausnehmung mündenden Zuführkanälen im Gasführungsblock zugeführt wird, wobei die Zuführkanäle vorzugsweise jeweils über Röhrchen, die in die Zuführkanäle münden, mit Heißgas versorgt werden, und wobei der Gasführungsblock zumindest segmentweise einstückig mit der kanalförmigen Ausnehmung ausgebildet ist, etwa aus einem Block durch Fräsen und/oder Bohren hergestellt ist.The device according to the invention can be used for a method for welding plastic parts, in which two plastic parts to be welded together are welded to one another by means of two mutually facing joining surfaces, which are preferably designed to be complementary to one another, with at least one of the two joining surfaces being heated and the two plastic parts are then welded to one another by pressing the joining surfaces together, the at least one joining surface being heated by means of a hot gas flow which is directed onto the at least one joining surface through a channel-shaped recess of a gas guide block extending along the joining surface, the hot gas flow being angled through a plurality of feed channels opening into the recess in the gas guide block, the feed channels preferably each being supplied with hot gas via tubes which open into the feed channels, and wherein the gas guide block is also supplied with hot gas ndest is formed in one piece with the channel-shaped recess in segments, for example made from a block by milling and / or drilling.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features of the invention mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

  • 1 einen Teil-Querschnitt durch ein Kunststoffteil, das aus zwei Einzelteilen besteht, die jeweils in Umfangsrichtung verlaufende Fügeflächen aufweisen, wobei die beiden Einzelteile mit ihren zueinander komplementär ausgebildeten Fügeflächen, entlang derer eine Verschweißung erfolgen soll, aufeinander gelegt sind;
  • 2 einen Teil-Querschnitt durch ein Kunststoffteil gemäß 1, bei dem die Fügeflächen sägezahnartig zwecks einer Oberflächenvergrößerung ausgebildet sind;
  • 3 einen Teil-Querschnitt durch ein Kunststoffteil gemäß 1, bei dem die Fügeflächen zwecks einer Oberflächenvergrößerung gewellt ausgebildet sind;
  • 4 eine längs geschnittene perspektivische Ansicht durch eine Vorrichtung zur Erhitzung eines Kunststoffteils, das hier mit Abstand zu der Vorrichtung angeordnet ist;
  • 5 einen Teil-Querschnitt durch den Gasführungsblock mit zugeordnetem Heizblock und einem zugeordneten, zu erhitzenden Kunststoffteil und
  • 6 einen Teil-Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Gasführungsblock dreidimensional gekrümmt ist, um ein Kunststoffteil mit einer dreidimensional gekrümmten Fügungsfläche erhitzen zu können.
Further features and advantages of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments with reference to the drawing. Show it:
  • 1 a partial cross-section through a plastic part, which consists of two individual parts, each having joining surfaces running in the circumferential direction, the two individual parts with their mutually complementary joining surfaces, along which a welding is to take place, are placed on top of one another;
  • 2 a partial cross-section through a plastic part according to 1 , in which the joining surfaces are designed like a sawtooth for the purpose of increasing the surface area;
  • 3rd a partial cross-section through a plastic part according to 1 , in which the joining surfaces are designed to be corrugated in order to increase the surface area;
  • 4th a longitudinally sectioned perspective view through a device for heating a plastic part, which is arranged here at a distance from the device;
  • 5 a partial cross-section through the gas guide block with an associated heating block and an associated plastic part to be heated and
  • 6th a partial cross-section through a modified embodiment of the device according to the invention, wherein the gas guide block is curved three-dimensionally in order to be able to heat a plastic part with a three-dimensionally curved joining surface.

1 zeigt einen Teil-Querschnitt durch ein Kunststoffteil, das aus zwei Einzelteilen 10, 12 besteht, die jeweils eine umlaufende Fügefläche 14, 16 aufweisen, an der eine Verschweißung stattfinden kann. Die beiden Fügeflächen 14, 16 sind zueinander komplementär ausgestaltet. Zur Verschweißung werden beide Fügefläche auf einer Heizvorrichtung erhitzt, bis sie teigig werden, und können dann durch Zusammendrücken miteinander verschweißt werden. 1 shows a partial cross-section through a plastic part that consists of two individual parts 10 , 12th consists, each with a circumferential joining surface 14th , 16 have, on which welding can take place. The two joining surfaces 14th , 16 are designed to be complementary to one another. For welding, both joining surfaces are heated on a heating device until they become doughy and can then be welded to one another by pressing them together.

Die 2 und 3 zeigen alternative Ausführungen der Fügeflächen mit einer sägezahnförmigen Struktur bei den Kunststoffteilen 10a, 12a gemäß 2 und mit wellig ausgeformten Fügeflächen 14, 16 bei den Kunststoffteilen 10b, 12b gemäß 3.The 2 and 3rd show alternative designs of the joining surfaces with a sawtooth-shaped structure for the plastic parts 10a , 12a according to 2 and with wavy joining surfaces 14th , 16 with the plastic parts 10b , 12b according to 3rd .

Im Vergleich zu einer eben ausgestalteten Fügefläche gemäß 2 wird hierbei die Außenoberfläche in diesem Bereich um einen Faktor von etwa 2 vergrößert. Teilweise werden derartige Ausgestaltungen von Fügeflächen genutzt, um eine Verkürzung der Aufheizzeit zu bewirken.In comparison to a flat joining surface according to FIG 2 the outer surface in this area is increased by a factor of approximately 2. In some cases, such designs of joining surfaces are used in order to shorten the heating time.

In 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erhitzen der Fügefläche eines Kunststoffteils mittels Heißgas dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 20 bezeichnet.In 4th a device according to the invention for heating the joining surface of a plastic part by means of hot gas is shown and as a whole with the number 20th designated.

Ein zugeordnetes Kunststoffteil 10, dessen Fügefläche 14 mit dieser Vorrichtung 20 erhitzt werden kann, ist mit Abstand davon dargestellt. Hierbei handelt es sich um ein ovales Kunststoffteil, wobei hier nur das erste Kunststoffteil 10 dargestellt ist, das mit dem dazu komplementären zweiten Kunststoffteil 12 zusammengeschweißt werden soll.An associated plastic part 10 , its joining surface 14th with this device 20th can be heated is shown at a distance from it. This is an oval plastic part, with only the first plastic part here 10 is shown with the complementary second plastic part 12th to be welded together.

Es versteht sich, dass die Fügeflächen der miteinander zu verschweißenden Kunststoffteile 10, 12 bzw. 10a, 12a bzw. 10b, 12b eine beliebige Form aufweisen können, insbesondere dreidimensional gekrümmt verlaufen können.It goes without saying that the joining surfaces of the plastic parts to be welded together 10 , 12th or. 10a , 12a or. 10b , 12b can have any shape, in particular can be three-dimensionally curved.

Die Erhöhungen und Vertiefungen der Fügeflächen erstrecken sich dann vorzugsweise entlang der Längsrichtung der Fügeflächen, so dass sich zueinander komplementäre Strukturen miteinander zugewandten Erhebungen bzw. Vertiefungen ergeben, die beim späteren Fügen der erhitzen Kunststoffteile ineinandergreifen.The elevations and depressions of the joining surfaces then preferably extend along the longitudinal direction of the joining surfaces, so that mutually complementary structures result, facing elevations or depressions, which interlock when the heated plastic parts are later joined.

Erfindungsgemäß wird an jedem der Kunststoffteile die Fügefläche mittels eines Heißgasstroms erhitzt, der aus der zugeordneten Vorrichtung gezielt auf die Fügefläche gerichtet wird. Erfindungsgemäß wird hierzu ein Gasführungsblock verwendet, in dem eine sich entlang der Fügefläche erstreckende Ausnehmung vorgesehen ist, durch die der Heißgasstroim konzentriert auf die Fügefläche gerichtet wird, wie nachfolgend noch anhand von 5 näher erläutert wird.According to the invention, the joining surface on each of the plastic parts is heated by means of a hot gas stream which is directed specifically at the joining surface from the associated device. According to the invention, a gas guide block is used for this purpose in which a recess is provided which extends along the joining surface and through which the hot gas stream is directed in a concentrated manner onto the joining surface, as will be explained below with reference to FIG 5 is explained in more detail.

Die Vorrichtung 20 weist ein Heizwerkzeug 34 auf, das mittels elektrischer Heizelemente 30 beheizbar ist. Auf dem Heizwerkzeug 34 ist eine Platte 36 angeordnet, in der Hohlräume 28 vorgesehen sind. Durch die Hohlräume 28 verlaufen Leitungen 32, die mit radialen Austrittsöffnungen versehen sind, aus denen zugeführte Pressluft in die Hohlräume 28 austreten kann. In den Hohlräumen 28 befindet sich ferner eine Quarzsandfüllung, durch welche die Wärmeübertragungsfläche zur Erhitzung der Pressluft weiter vergrößert wird.The device 20th has a heating tool 34 on that by means of electrical heating elements 30th is heatable. On the heating tool 34 is a record 36 arranged in the cavities 28 are provided. Through the cavities 28 lines run 32 , which are provided with radial outlet openings, from which compressed air is fed into the cavities 28 can emerge. In the cavities 28 there is also a quartz sand filling, through which the heat transfer surface for heating the compressed air is further enlarged.

Das zu erhitzende Kunststoffteil 10 wird mittels einer Handlingeinrichtung auf die Vorrichtung 20 aufgelegt und kann dann durch Heißluft in kurzer Zeit auf die Zieltemperatur erhitzt werden.The plastic part to be heated 10 is on the device by means of a handling device 20th and can then be heated to the target temperature in a short time using hot air.

Aus den Hohlräumen 28 gelangt erhitzte Pressluft in einen umlaufenden ringförmigen Verteilerkanal 29, der in einem aufgesetzten Heizblock 22 ausgebildet ist. Aus dem Verteilerkanal 29 gelangt das Heißgas unmittelbar in Röhrchen 24 und strömt von dort in einen Gasführungsblock 26 mit einer U-förmigen Ausnehmung 38 aus, wie nachfolgend anhand von 5 näher erläutert wird.From the cavities 28 heated compressed air reaches a circumferential annular distribution channel 29 in an attached heating block 22nd is trained. From the distribution channel 29 the hot gas arrives directly in the tube 24 and flows from there into a gas guide block 26th with a U-shaped recess 38 as follows using 5 is explained in more detail.

Der Gasführungsblock 26 ist gemäß 5 einstückig aus einem Block hergestellt und besteht vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung. Im Gasführungsblock 26 ist eine kanalförmige Ausnehmung 38 von bevorzugt U-förmigem Querschnitt vorgesehen, die sich entlang der zu erhitzenden Fügefläche 14 erstreckt. Der Gasführungsblock 26 wird zusammen mit der kanalförmigen Ausnehmung 38 gemeinsam aus einem Block durch Fräsen und/oder Bohren hergestellt. Dies kann bei größeren Gasführungsböcken segmentweise erfolgen.The gas guide block 26th is according to 5 Manufactured in one piece from a block and preferably consists of an aluminum alloy. In the gas guide block 26th is a channel-shaped recess 38 of preferably U-shaped cross-section, which extends along the joining surface to be heated 14th extends. The gas guide block 26th becomes together with the channel-shaped recess 38 produced together from a block by milling and / or drilling. In the case of larger gas guide brackets, this can be done in segments.

Bevorzugt kann das zu erhitzende Kunststoffteil 10 mit seiner Fügefläche 14 in die Ausnehmung 38 während des Aufheizvorgangs hineinragen.The plastic part to be heated can preferably 10 with its joining surface 14th into the recess 38 protrude during the heating process.

Der Gasführungsblock 26 ist über Abstandshalter 41 mit dem Heizblock 22 verschraubt (in 4 nicht dargestellt). Die zugeordneten Röhrchen 24, die im Heizblock 22 gehalten sind und aus dem Verteilerkanal 29 mit Heißgas versorgt werden, enden unmittelbar am Gasführungsblock 26. Im Gasführungsblock 26 sind zugeordnete Bohrungen 39 vorgesehen, durch welche das Heißgas aus den Röhrchen 24 in die Ausnehmung 38 strömt. Die Bohrungen enden winklig, vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig, in die Ausnehmung 38.The gas guide block 26th is about spacers 41 with the heating block 22nd screwed (in 4th not shown). The associated tubes 24 that are in the heating block 22nd are held and from the manifold 29 are supplied with hot gas, end directly at the gas guide block 26th . In the gas guide block 26th are assigned holes 39 provided, through which the hot gas from the tube 24 into the recess 38 flows. The bores end at an angle, preferably essentially at right angles, in the recess 38 .

Die Kontur des Gasführungsblocks 26 und der darin vorgesehenen Ausnehmung 38 ist dem Verlauf der zu erhitzenden Fügefläche 14 des Kunststoffteils 10 angepasst, so dass die zugeführte Heißluft unmittelbar auf die zu erhitzende Fügefläche 14 konzentriert wird.The contour of the gas guide block 26th and the recess provided therein 38 is the course of the joining surface to be heated 14th of the plastic part 10 adapted so that the hot air supplied directly to the joining surface to be heated 14th is concentrated.

Durch die Form der Ausnehmung 38 und den relativ geringen Spalt zwischen der Ausnehmung 38 und der Fügefläche 14 kann die Erhitzungszeit gegenüber der herkömmlichen Erhitzung mittels aus Röhrchen austretender Heißluft deutlich reduziert werden, beispielweise von 25 Sekunden bei Verwendung von Röhrchen auf weniger als 15 Sekunden unter Verwendung des erfindungsgemäßen Gasführungsblocks.By the shape of the recess 38 and the relatively small gap between the recess 38 and the joining surface 14th the heating time can be significantly reduced compared to conventional heating by means of hot air exiting from tubes, for example from 25 seconds when using tubes to less than 15 seconds when using the gas guide block according to the invention.

Der Heizblock 22 besteht typischerweise aus Stahl, während der Gasführungsblock 26 typischerweise aus einer Aluminiumlegierung besteht. Die Temperatur des Verteilerkanals 29 ist deutlich höher als die Temperatur im Bereich der Ausnehmung 38 des Gasführungsblocks 26. Während die Temperatur im Verteilerkanal 29 beispielsweise etwa 400°C beträgt, beträgt die Temperatur des Gasführungsblocks 26 im Bereich der Ausnehmung 38 beispielsweise etwa 200°C. Zum Ausgleich dieser Temperaturunterschiede werden die unterschiedlichen Materialien - Aluminium für den Gasführungsblock 26 und Stahl für den Heizblock 22 - verwendet. Da der Ausdehnungskoeffizient von Aluminium etwa doppelt so hoch ist wie derjenige von Stahl, ergibt sich bei doppelt so hoher Temperatur im Bereich des Heizblocks eine etwa gleich große thermische Ausdehnung des Heizblocks einerseits und des Gasführungsblocks 26 andererseits. Verschiebungen der Röhrchen 24, die im Heizblock 22 fixiert sind und in die zugeordneten Bohrungen 39 im Gasführungsblock 26 mit einem Spiel von beispielsweise 0,2 mm eingreifen, sind auf diese Weise minimal und können toleriert werden.The heating block 22nd is typically made of steel, while the gas guide block 26th typically consists of an aluminum alloy. The temperature of the distribution duct 29 is significantly higher than the temperature in the area of the recess 38 of the gas guide block 26th . While the temperature in the manifold 29 is for example about 400 ° C, the temperature of the gas guide block is 26th in the area of the recess 38 for example about 200 ° C. To compensate for these temperature differences, the different materials - Aluminum for the gas guide block 26th and steel for the heating block 22nd - used. Since the coefficient of expansion of aluminum is about twice as high as that of steel, there is approximately the same thermal expansion of the heating block on the one hand and the gas routing block at twice as high a temperature in the area of the heating block 26th on the other hand. Displacements of the tubes 24 that are in the heating block 22nd are fixed and in the assigned holes 39 in the gas guide block 26th intervene with a play of 0.2 mm, for example, are minimal in this way and can be tolerated.

Sollen größere Kunststoffteile erhitzt werden, so wird der Gasführungsblock 26 aus mehreren Segmenten zusammengesetzt. Einzelne Segmente haben hierbei bevorzugt eine Größe von bis zu etwa 100 mm und werden dann über einen geringen Spalt mit dem jeweils nächsten Segment zusammengefügt. Die Spalte ermöglichen eine weitere Kompensation von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen.If larger plastic parts are to be heated, the gas guide block is used 26th composed of several segments. Individual segments are preferably up to about 100 mm in size and are then joined to the next segment via a small gap. The gaps enable further compensation for different thermal expansions.

Sollen dreidimensional gekrümmte Kunststoffteile mit dreidimensional gekrümmten Fügeflächen erhitzt werden, so ist auch dies unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich. Der Gasführungsblock 26 ist hierbei entsprechend mit einer dreidimensional gekrümmten Ausnehmung 38 versehen, die der dreidimensional gekrümmten Fügefläche des zu erhitzenden Kunststoffteils angepasst ist.If three-dimensionally curved plastic parts with three-dimensionally curved joining surfaces are to be heated, this is also possible using the device according to the invention. The gas guide block 26th is here accordingly with a three-dimensionally curved recess 38 provided, which is adapted to the three-dimensionally curved joining surface of the plastic part to be heated.

Wie in 6 dargestellt, verlaufen die zur Zuführung des Heißgases vorgesehenen Röhrchen 24 in einem gleichmäßigen Abstand zum Heißgasblock. Die betreffenden Bohrungen, aus denen die über die Röhrchen 24 zugeführte Heißluft in die Ausnehmung 38 gelangt, werden vorteilhafterweise aus zwei Bohrungsabschnitten zusammengesetzt. Hierbei verläuft jeweils ein erster Bohrungsabschnitt 42 in Axialrichtung eines zugeordneten Röhrchens 24, während ein dazu winklig angeordneter zweiter Bohrungsabschnitt 44 in die Ausnehmung 38 an der gewünschten Stelle ausmündet. Dies geschieht vorzugsweise annähernd rechtwinklig.As in 6th shown, the tubes provided for supplying the hot gas run 24 at an even distance from the hot gas block. The holes in question from which the over the tubes 24 supplied hot air into the recess 38 arrives, are advantageously composed of two bore sections. A first bore section runs in each case 42 in the axial direction of an associated tube 24 , while a second bore section arranged at an angle thereto 44 into the recess 38 opens out at the desired point. This is preferably done approximately at right angles.

Auf diese Weise können auch dreidimensional gekrümmte Fügeflächen über einen geeigneten Gasführungsblock 26 erhitzt werden.In this way, three-dimensionally curved joining surfaces can also be made using a suitable gas guide block 26th be heated.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 10019300 A1 [0002]DE 10019300 A1 [0002]
  • WO 2020/164978 A1 [0008]WO 2020/164978 A1 [0008]

Claims (13)

Vorrichtung zum Schweißen von Kunststoffteilen (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b) entlang von miteinander zu verschweißenden Fügeflächen (14, 16), mit einem Heizblock (22), aus dem Heißgas zu der Fügefläche (14, 16) mindestens eines der Kunststoffteile (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b) zuführbar ist, wobei sich entlang der Fügefläche (14, 16) ein Gasführungsblock (26) erstreckt, der eine kanalförmige Ausnehmung (38) in Form eines sich entlang der Fügefläche (14, 16) erstreckenden Kanals aufweist, wobei im Gasführungsblock (26) eine Mehrzahl von Zuführkanälen (39; 42, 44) zur Zuführung von Heißgas vorgesehen sind, die winklig in die kanalförmige Ausnehmung (38) münden, wobei der Gasführungsblock (26) zumindest segmentweise einstückig mit der kanalförmigen Ausnehmung (38) ausgebildet ist.Device for welding plastic parts (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b) along joining surfaces (14, 16) to be welded together, with a heating block (22), at least one of which is hot gas to the joining surface (14, 16) the plastic parts (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b) can be supplied, a gas guide block (26) extending along the joining surface (14, 16) which has a channel-shaped recess (38) in the form of a channel-shaped recess (38) extending along the joining surface ( 14, 16), wherein in the gas guide block (26) a plurality of supply channels (39; 42, 44) are provided for the supply of hot gas, which open at an angle into the channel-shaped recess (38), the gas guide block (26) at least is formed in segments in one piece with the channel-shaped recess (38). Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Heizblock (22) über eine Mehrzahl von Röhrchen (22) mit den Zuführkanälen (39; 42, 44) im Gasführungsblock (26) verbunden ist.Device according to Claim 1 , in which the heating block (22) is connected to the supply channels (39; 42, 44) in the gas guide block (26) via a plurality of tubes (22). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Gasführungsblock (26) gemeinsam mit der kanalförmigen Ausnehmung (38) zumindest segmentweise aus einem Block hergestellt ist.Device according to Claim 1 or 2 , in which the gas guide block (26) together with the channel-shaped recess (38) is manufactured at least in segments from one block. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Gasführungsblock (26) gemeinsam mit der kanalförmigen Ausnehmung (38) zumindest segmentweise aus einem Block durch Fräsen und/oder Bohren hergestellt ist.Device according to Claim 3 , in which the gas guide block (26) together with the channel-shaped recess (38) is manufactured at least in segments from a block by milling and / or drilling. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Gasführungsblock (26) aus Aluminium oder eine Aluminiumlegierung besteht und dass der Heizblock (22) aus einer Eisenlegierung, vorzugsweise aus Stahl, besteht.Device according to one of the preceding claims, in which the gas guide block (26) consists of aluminum or an aluminum alloy and that the heating block (22) consists of an iron alloy, preferably steel. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Heizblock (22) über eine Mehrzahl von Röhrchen (22) mit den Zuführkanälen (39; 42, 44) im Gasführungsblock (26) verbunden ist, wobei sich die Röhrchen (22) vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken.Device according to one of the preceding claims, in which the heating block (22) is connected to the supply channels (39; 42, 44) in the gas guide block (26) via a plurality of small tubes (22), the small tubes (22) preferably being substantially extend parallel to each other. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Röhrchen (22) am Heizblock (22) befestigt sind und vorzugsweise in die Zuführkanäle (39; 42, 44) des Gasführungsblocks (26) mit Spiel eingreifen.Device according to Claim 6 , in which the tubes (22) are attached to the heating block (22) and preferably engage with play in the feed channels (39; 42, 44) of the gas guide block (26). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Ausnehmung (38) an ihrem Boden (40) eine nach außen hin konkav gekrümmte Form aufweist.Device according to one of the preceding claims, in which the recess (38) has a shape curved concavely towards the outside at its bottom (40). Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Ausdehnung einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist.Device according to Claim 8 , in which the extension has a substantially U-shaped cross-section. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Gasführungsblock (26) zumindest segmentweise einstückig ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, in which the gas guide block (26) is constructed in one piece at least in segments. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der einzelne Segmente sich über eine Länge von bis zu etwa 150 mm, vorzugsweise von bis zu etwa 100 mm erstrecken.Device according to Claim 10 , in which the individual segments extend over a length of up to approximately 150 mm, preferably of up to approximately 100 mm. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Ausnehmung (38) dreidimensional gekrümmt ist.Device according to one of the preceding claims, in which the recess (38) is three-dimensionally curved. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der im Gasführungsblock (26) erste Bohrungsabschnitte (42) vorgesehen sind, die sich im Wesentlichen in einer Verlängerung der Axialrichtung der einmündenden Röhrchen (42) erstrecken und die über sich winklig dazu erstreckende zweite Bohrungsabschnitte (44) mit der Ausnehmung (38) des Gasführungsblocks (26) verbunden sind.Device according to Claim 12 , in which first bore sections (42) are provided in the gas guide block (26), which essentially extend in an extension of the axial direction of the small opening tubes (42) and which have second bore sections (44) with the recess (38) extending at an angle thereto of the gas guide block (26) are connected.
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