WO2012100960A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines filterelementes und filterelement - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines filterelementes und filterelement Download PDF

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WO2012100960A1 PCT/EP2012/000384 EP2012000384W WO2012100960A1 WO 2012100960 A1 WO2012100960 A1 WO 2012100960A1 EP 2012000384 W EP2012000384 W EP 2012000384W WO 2012100960 A1 WO2012100960 A1 WO 2012100960A1
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Daniel Brenneis
Jochen Veit
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Robert Bosch Gmbh
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    • B29L2031/00—Other particular articles
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a filter element by connecting two free end portions of a filter mat or for joining two filter mats by ultrasonic welding according to the preamble of patent claim 1, an apparatus for performing such a method and a filter element according to the preamble of claim 15 ,
  • Filter elements with a filter mat or a bellows are conventionally by an end-side bonding of the free end portions of the filter mats with a
  • Two-component adhesives require compliance with certain guidelines regarding storage such as delivery and storage temperature, storage location and storage life. Likewise, exact metering quantities, processing temperatures and curing times must be observed. Furthermore, health regulations must be observed when processing the adhesive. In addition, a removal and disposal of excess adhesive is expensive.
  • thermoplastic plastic are connected.
  • the problem is that at end portions with a low thermoplastic material content only an external thermal connection of the end sections takes place with the molten clip.
  • the object of the invention is a method which eliminates the aforementioned disadvantages and improved thermal connection of the end sections independently of the
  • thermoplastic connecting element In a method according to the invention for producing a filter element by connecting two free end sections of a filter mat or two filter mats by means of ultrasonic welding, the end sections are thermally connected to a thermoplastic connecting element from the outside.
  • the inventive method allows the inner and outer thermal connection of Filtermattenendabitesen with a thermoplastic fastener and thus allows in particular the connection of filter mats regardless of their material or their material composition, since due to the projecting between the end portions connecting element always between the end portions sufficient thermoplastic material is present ,
  • the strength and tightness of a filter element produced in this way compared to the known one-sided external thermal connection is significantly improved.
  • the inventive method requires in comparison to the above-described adhesive method no complicated guidelines regarding. The storage of the connecting element, handling, etc., so that automation and thus a shorter
  • the connecting element has a
  • Connecting element which is arranged between the end portions, double-walled, so that such a connecting element, for example, in particular for connecting Filtermattenendabitesen with a very low thermoplastic
  • thermoplastic material content is suitable because there is always sufficient thermoplastic material for producing the internal thermal connection of the end portions with the connecting element.
  • a storage of such a connection element is simple, since it can be stored in layers as a plate-like body and can only be folded to the W-profile immediately before welding.
  • the connecting element preferably has an E-shaped cross-section with two outer legs and one inner leg, wherein the end portions are each arranged between one of the outer legs and the inner leg.
  • the connecting element between the end portions and the side of the end portions is supported, as this is prevented that the
  • Fastener rests during positioning on the end portions and is supported by these.
  • a gripped by the filter mat support basket is provided with which the
  • the support basket can be connected here, for example, with the introduced between the end portions of the connecting element. This has the advantage that in the method in a simple manner, the support basket is integrated and is fixed in position by the connection with the connecting element.
  • the support basket can be force, material and / or positively connected to the connecting element. This is done for example via a tongue and groove connection and additionally or alternatively by an ultrasonic welding process.
  • the connecting element can be connected in addition to an ultrasonic welding with the filter element in the same process with the support basket.
  • Ultrasonic welding has a sonotrode and an anvil for applying sound and clamping the end sections.
  • the sonotrode and the anvil are movable relative to one another and delimit a processing space for arranging at least one connecting element for thermally connecting the free end sections to the connecting element from the outside.
  • the device has a supporting body for supporting the connecting element between the end sections introduced into the processing space for thermally connecting the end sections from the inside to the connecting element.
  • Support body a recess for automatic positioning or alignment of the
  • the device laterally of the support body on a sonotrodenouse support surface and an anvil-side support surface for lateral support of the connecting element, wherein between the support body and one each
  • Support surface is formed a guide channel for introducing the end portions in the processing space.
  • the guide channels can be funnel-shaped in the insertion direction.
  • the support body is surrounded by the filter mat, in particular a substantially hollow cylindrical cross-section
  • the device may have a cover element for closing the processing space.
  • the cover element can act as a stop for the connecting element, so that incorrect positioning of the connecting element during welding is prevented.
  • the cover element may be divided into two and have a sonotroden personen and an anvil-side cover element portion.
  • a filter element has a filter mat. Their end portions are connected to a connecting element.
  • the filter mat from the outside and inside with the connecting element material, force and / or positively connected.
  • Joining is particularly suitable for a thermal production process.
  • a filter element has a high strength.
  • the connecting element has a W or E-shaped cross section.
  • the filter element surrounds a support basket, which is also force, material and / or positive fit with the connecting element, in particular via a tongue and groove connection and / or by an ultrasonic welding process connected.
  • Figure 1 shows a cross section through a device according to the invention, in which a
  • Filter mat and a connecting element for the end-side connecting the filter mat is arranged;
  • FIG. 2 is a perspective view of that shown in FIG.
  • Figure 3 is a perspective view of a connecting element according to a further embodiment
  • Figure 4 is a side view of a support basket for a filter element
  • FIG. 5 in a front view of the support basket of Figure 4.
  • FIG. 6 shows the connecting element from FIG. 3 in a front view together with FIG
  • a device 1 for producing a filter element for example for a hydraulic system, has a sonotrode 10 and an anvil 12 by connecting two free end sections 2, 4 of a pleated filter mat 6 to a plastic-based connecting element 8 by ultrasonic welding.
  • the sonotrode 10 and the anvil 12 are each in a rail-guided longitudinal guide 14, 16 of a device block 18, 20 relative to each other in the transverse direction of
  • Fasteners 8 out. They each have an end surface 22, 24, which are arranged opposite to each other, and laterally delimit a processing space 26 for defining a joining zone for receiving the end sections 2, 4 and the connecting element 8.
  • the processing space 26 is delimited by a respective support surface 28, 30 formed on the device blocks 18, 20 for lateral support of the connecting element 8, each of which merges into a vertical surface 32, 34 extending downwardly as shown in FIG.
  • the processing space 26 can be closed by a two-part lid element, which can be closed by a sonotrode side
  • Cover element portion 36 and an anvil-side cover element portion 38 is formed.
  • the cover element sections 36, 38 each have a cover surface section 40, 42 facing the support surfaces 28, 30, and a narrow side 44, 46 which rest against one another in a closed rest position.
  • the lid member sections 36, 38 are biased in their rest position via a respective spring 48, 50 and parallel to the longitudinal guides 4, 16 relative to each other movable.
  • the device 1 has a between the vertical surfaces 32, 34 positioned support body 52.
  • the support body 52 has a lying in a common plane with the support surfaces 28, 30 end face 54 for the middle support of the
  • the support body 52 has a rectangular cross section with two mutually facing parallel side surfaces 58, 60, with the vertical surfaces 32, 34 of the device blocks 18, 20 each one
  • Guide channel 62, 64 form.
  • the guide channels 62, 64 each have a constant cross section in the area of the support surfaces 28, 30 and the end face 54 and are
  • the connecting element 8 consists of a thermoplastic material. It has, according to the perspective view in Figure 2, an open W-shaped cross-section with an elongated extension formed by two plate-like outer element sections 70, 72 and two plate-like inner element sections 74, 76.
  • the outer element sections 70, 72 each form an inner V-shaped section 74, 76 having an inner V-shaped section 78, 80, respectively.
  • the two inner element sections 74, 76 together define a central V-shaped space disposed therebetween 82, viewed in the vertical direction z opposite to the outer spaces 78, 80 is opened.
  • Each of the outer member portions 70, 72 has an outer body edge 84, 86 extending in the longitudinal direction x.
  • the inner member portions 74, 76 form a common inner body edge 88 extending in the longitudinal direction x which is integral with the outer body edges 84, 86 in a common plane lies.
  • the connecting element 8 has two central longitudinally extending body edges 90, 92 which are each formed by one of the outer element sections 70, 72 in combination with one of the inner element sections 74, 76 and in a parallel plane to the outer body edges 84, 86 and the inner body edge 88 is located.
  • Ultrasonic welding is the processing space 26 by a moving apart of the Lid member sections 36, 38 open from its rest position and the sonotrode 10 and the anvil 12 against the respective spring force of the springs 48, 50.
  • the connecting element 8 is arranged in the processing space such that the outer intermediate spaces 78, 80 are opened in the direction of the guide channels 62, 64.
  • it is stored with its outer body edges 84, 86 on each of the support surfaces 28, 30 and with its inner body edge 88 in the recess 56 of the end face 54 of the support body 52, whereby a self-centering of the connecting element 8 in the device 1 and in the Processing space 26 takes place.
  • the filter mat 6 is inserted with its end portions 2, 4 in the guide channels 62, 64 until the end portions 2, 4 dive into the outer interstices 78, 80 and almost edges on the element portions 70, 72, 74, 76 abut.
  • the end sections 2, 4 takes place due to the inclined surfaces 66, 68 of the
  • Device blocks 18, 20 an automatic positioning of the end portions 2, 4 in the guide channels 62, 64 and thus in the processing space 26th
  • the processing space 26 is closed by the lid element sections 36, 38, which are now to be moved on, wherein the lid surface sections 40, 42 each have a stop for the middle one
  • End portions 2, 4 supplied vibrations are reflected under a certain applied by the anvil 12 contact pressure on the end face 24 of the anvil 12.
  • the plastic material of the connecting element 8 begins to soften and it forms in the region of the joining zone due to the plasticized and strongly attenuating
  • Plastic layer a sound barrier, which leads to an intense melting of the
  • FIG. 3 shows a perspective illustration of a connecting element 94 in a second embodiment.
  • This has a substantially E-shaped cross-section.
  • a first and second leg 96 and 98 of the connecting element 94 are arranged substantially arcuately to each other.
  • the web 100 has on its side facing away from the legs 96 and 98 longitudinal side 102 a transversely to the web 100 arranged spring bar 104. This serves to connect to a support basket, which is explained in more detail in the figures below.
  • the spring bar 104 together with the web 100 have a substantially T-shaped cross-section.
  • the filter chambers 106 and 108 formed between the legs 96 and 98 and the web 100 serve to receive the end sections 2, 4 of the filter mat 6 from FIG. 1.
  • Figure 4 shows a plan view and Figure 5 in a front view of a support basket 1 10.
  • This has a plurality of openings 112, which as flow openings, for example for serve a pressure medium to be filtered.
  • the support basket 110 is encompassed by the filter mat 6 of Figure 1, wherein the end portions 2 and 4 are then arranged in the region of a formed in the outer shell of the support basket 1 10 groove 114.
  • the groove 114 extends parallel to the longitudinal axis of the support basket 1 10 over its entire length.
  • the groove 1 4 is approximately formed as a T-shaped undercut of a shell 116 of the support basket 1 10.
  • FIG. 6 shows a section A of the support basket 110 from FIG. 5 enlarged together with a front view of the connection element 94.
  • two mutually facing retaining tabs 118, 120 are formed in the shell 116.
  • a slot opening 122 of the groove 114 is formed, through which the web 100 of the connecting element 94 is guided in the inserted state. If the connecting element 94 is inserted into the groove 114, then the retaining tongues 118, 120 engage behind the spring bar 104 of the connecting element 94.
  • the connecting element 94 is inserted into the groove 14 from an end face 124 or 126, see FIG. 4, of the support cage 110 or inserted.
  • the connecting element 94 can be arranged radially to the support basket 110 and clipped into the groove 114.
  • the spring bar 104, the web 100 and the groove 1 14 in Figure 6 are designed such that this tongue and groove connection leads to a positive connection.
  • the tongue and groove connection can be designed such that the connecting element 94 is supported with the support basket 110 in addition to the form-fitting holder and non-positively.
  • the connecting element 94 can be materially connected to the support basket 110 via the ultrasonic welding process.
  • the connecting element 94 is connected to the support basket 110 by the tongue and groove connection and arranged in the device according to Figure 1, wherein the support body 52 is replaced by the support basket 110.
  • connecting element 94 can be welded without the support basket 1 10 with the filter mat 6 of Figure 1, wherein the connecting element 94 then
  • the connecting element 94 for example, supported on its spring bar 104 on the support body 52.
  • Welding can then be arranged together with the filter mat 6 on the support basket 110, the connecting element 94, wherein the connecting element 94 is then inserted with its spring bar 104 in the groove 1 14. If the ultrasonic welding process is carried out together with the support basket 110, then in addition the connecting element 94 could be welded to the support basket 10 in the case of these methods by the ultrasound fumigation.
  • Connecting element are thermally connected, and a device for carrying out such a method with a support body for supporting a middle
  • a filter element is disclosed, the end portions of which are connected to a connecting element, wherein the connection with the connecting element takes place via an outer and inner surface of a filter mat.

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes durch Verbinden von zwei freien Endabschnitten (2, 4) zumindest einer Filtermatte (6) mittels Ultraschallschweißen, bei dem die Endabschnitte (2, 4) sowohl von außen als auch von innen über ein thermoplastisches Verbindungselement (8) thermisch verbunden werden, sowie eine Vorrichtung (1) zur Durchführung eines derartigen Verfahrens mit einem Stützkörper (52) zur Abstützung eines mittleren Körperabschnitts des Verbindungselementes (8). Des Weiteren ist ein Filterelement offenbart, dessen Endabschnitte (2, 4) mit einem Verbindungselement (8, 94) verbunden sind, wobei die Verbindung mit dem Verbindungselement (8, 94) über eine Außen- und Innenfläche einer Filtermatte (6) erfolgt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Filterelementes und Filterelement
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes durch Verbinden von zwei freien Endabschnitten einer Filtermatte bzw. zum Verbinden von zwei Filtermatten mittels Ultraschallschweißens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens und ein Filterelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 15.
Filterelemente mit einer Filtermatte bzw. einem Faltenbalg werden herkömmlicherweise durch ein endseitiges Verkleben der freien Endabschnitte der Filtermatten mit einem
Zweikomponentenklebstoff zusammengefügt. Die Verwendung des
Zweikomponentenklebstoffes erfordert jedoch die Einhaltung bestimmter Richtlinien bezüglich der Lagerung wie Anlieferungs- und Lagertemperatur, Lagerort und Lagerdauer. Ebenso sind exakte Dosiermengen, Verarbeitungstemperaturen und Aushärtedauern einzuhalten. Ferner sind gesundheitliche Vorschriften bei der Verarbeitung des Klebstoffs zu beachten. Zudem ist eine Entfernung und Entsorgung überschüssigen Klebstoffs aufwendig.
Aus der EP 1 409 106 B1 ist ein Verfahren zum Verbinden zweier Endabschnitte einer Filtermatte zur Herstellung eines rohrförmigen Filterelementes bekannt, bei dem die
Endabschnitte mit einem U-förmigen Verbindungselement bzw. Clip aus einem
thermoplastischen Kunststoff verbunden werden. Problematisch ist jedoch, dass bei Endabschnitten mit einem geringen thermoplastischen Materialanteil nur eine äußere thermische Verbindung der Endabschnitte mit dem aufgeschmolzenen Clip erfolgt.
Insbesondere beim Zusammenfügen von Filtermatten aus unterschiedlichen Materialien kann diese einseitige thermische Verbindung jedoch zu Festigkeits- und
Dichtigkeitsproblemen führen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine verbesserte thermischen Verbindung der Endabschnitte unabhängig von den
Filtermattenmaterialien aufweist, eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen
Verfahrens und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Filterelement zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und durch ein
Filterelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes durch Verbindung von zwei freien Endabschnitten einer Filtermatte bzw. von zwei Filtermatten mittels Ultraschallschweißens werden die Endabschnitte mit einem thermoplastischen Verbindungselement von außen thermisch verbunden. Erfindungsgemäß wird das
Verbindungselement abschnittsweise zwischen die Endabschnitte eingeführt, die
anschließend mit dem Verbindungselement von innen thermisch miteinander verbunden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die innere und äußere thermische Verbindung von Filtermattenendabschnitten mit einem thermoplastischen Verbindungselement und ermöglicht somit insbesondere die Verbindung von Filtermatten unabhängig ihres Materials bzw. ihrer Materialzusammensetzung, da aufgrund des zwischen die Endabschnitte ragenden Verbindungselements stets auch zwischen den Endabschnitten ausreichend thermoplastisches Kunststoffmaterial vorhanden ist. Durch diese zweiseitige thermische Verbindung wird die Festigkeit und Dichtheit eines derartig hergestellten Filterelementes gegenüber der bekannten einseitigen äußeren thermischen Verbindung erheblich verbessert. Zudem erfordert das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu dem vorbeschriebenen Klebe verfahren keine aufwendigen Richtlinien bzgl. der Lagerung des Verbindungselements, der Handhabung, usw., so dass eine Automatisierung und somit eine kürzere
Produktionszeit als bei dem bekannten Klebeverfahren möglich ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Verbindungselement einen
W-förmigen Querschnitt mit zwei V-förmigen Abschnitten auf, wobei die Endabschnitte jeweils in einen der V-förmigen Abschnitte aufgenommen werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Endabschnitte jeweils beidseits von dem Verbindungselement umgriffen werden. Zudem wird durch den W-förmigen Querschnitt der Bereich des
Verbindungselementes, der zwischen den Endabschnitten angeordnet wird, doppelwandig ausgeführt, so dass ein derartiges Verbindungselement beispielsweise insbesondere zum Verbinden von Filtermattenendabschnitten mit einem sehr geringen thermoplastischen
Materialanteil geeignet ist, da stets genügend thermoplastisches Material zur Herstellung der inneren thermischen Verbindung der Endabschnitte mit dem Verbindungselement vorliegt. Insbesondere ist eine Lagerung eines derartigen Verbindungselementes einfach, da es als plattenartiger Körper schichtweise gelagert und erst unmittelbar vor der Verschweißung zum W-Profil gefaltet werden kann.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel hat das Verbindungselement vorzugsweise einen E-förmigen Querschnitt mit zwei äußeren Schenkeln und einem inneren Schenkel, wobei die Endabschnitte jeweils zwischen einem der äußeren Schenkel und dem inneren Schenkel angeordnet werden.
Bei einer Verfahrensvariante wird das Verbindungselement zwischen den Endabschnitten und seitlich der Endabschnitte abgestützt, da hierdurch verhindert wird, dass das
Verbindungselement während der Positionierung auf den Endabschnitten aufliegt bzw. von diesen getragen wird.
Mit Vorteil ist ein von der Filtermatte umgriffener Stützkorb vorgesehen, mit dem das
Verbindungselement verbunden ist. Der Stützkorb kann hier beispielsweise mit dem zwischen den Endabschnitten eingeführten Abschnitt des Verbindungselements verbunden sein. Dies hat den Vorteil, dass bei dem Verfahren in einfacher Weise der Stützkorb integriert ist und durch die Verbindung mit dem Verbindungselement auch lagefixiert ist.
Der Stützkorb kann mit dem Verbindungselement kraft-, stoff- und/oder formschlüssig verbunden sein. Dies erfolgt beispielsweise über eine Nut-Feder-Verbindung und zusätzlich oder alternativ durch ein Ultraschallschweißverfahren. Hierbei kann das Verbindungselement neben einer Ultraschallschweißung mit dem Filterelement im gleichen Verfahren mit dem Stützkorb verbunden werden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Filterelements durch Verbinden von zwei freien Endabschnitten einer Filtermatte bzw. von zwei Filtermatten mittels
Ultraschallschweißens hat eine Sonotrode und einen Amboss zur Schallbeaufschlagung und Einspannung der Endabschnitte. Die Sonotrode und der Amboss sind relativ zueinander verfahrbar und begrenzen einen Bearbeitungsraum zur Anordnung zumindest eines Verbindungselementes zum thermischen Verbinden der freien Endabschnitte mit dem Verbindungselement von außen. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen Stützkörper zur Abstützung des Verbindungselementes zwischen den in den Bearbeitungsraum eingeführten Endabschnitten zum thermischen Verbinden der Endabschnitte von innen mit dem Verbindungselement auf. Durch den Stützkörper wird eine stabile Positionierung des Verbindungselementes in der Vorrichtung gewährleistet, da dieses in einem mittleren Bereich abstützbar ist.
Bevorzugterweise ist in einer, das Verbindungselement tragenden Stirnfläche des
Stützkörpers eine Vertiefung zur selbsttätigen Positionierung bzw. Ausrichtung des
Verbindungselementes in der Vorrichtung ausgebildet.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung seitlich des Stützkörpers eine sonotrodenseitige Stützfläche und eine ambossseitige Stützfläche zur seitlichen Abstützung des Verbindungselementes auf, wobei zwischen dem Stützkörper und jeweils einer
Stützfläche ein Führungskanal zum Einführen der Endabschnitte in den Bearbeitungsraum gebildet ist.
Um ein Einführen der Endabschnitte in den Bearbeitungsraum zu erleichtern können die Führungskanäle in Einführrichtung trichterförmig verjüngt sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Stützkörper ein von der Filtermatte umgriffener, insbesondere einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Querschnitt
aufweisender, Stützkorb. Dieser ist mit dem Verbindungselement kraft-, stoff- und/oder formschlüssig, insbesondere über eine Nut-Feder- Verbindung und/oder durch ein
Ultraschallschweißverfahren, verbunden.
Um eine Verschmutzung der Verbindung beim Verschweißen zu verhindern, kann die Vorrichtung ein Deckelelement zum Verschließen des Bearbeitungsraumes aufweisen. Insbesondere kann das Deckelelement als ein Anschlag für das Verbindungselement wirken, so dass eine Fehlpositionierung des Verbindungselementes beim Verschweißen verhindert wird. Zur besseren Zugänglichkeit des Bearbeitungsraumes kann das Deckelelement zweigeteilt sein und einen sonotrodenseitigen und einen ambossseitigen Deckelelementenabschnitt aufweisen.
Erfindungsgemäß hat ein Filterelement eine Filtermatte. Deren Endabschnitte sind mit einem Verbindungselement verbunden. Vorteilhafter Weise ist die Filtermatte von außen und innen mit dem Verbindungselement stoff-, kraft- und/oder formschlüssig verbunden. Zum
Verbinden eignet sich insbesondere ein thermisches Herstellungsverfahren. Ein derartiges Filterelement weist eine hohe Festigkeit auf. Vorzugsweise weist das Verbindungselement einen W- oder E-förmigen Querschnitt auf.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umgreift das Filterelement einen Stützkorb, der mit dem Verbindungselement ebenfalls kraft-, stoff- und/oder formschlüssig, insbesondere über eine Nut-Feder- Verbindung und/oder durch ein Ultraschallschweißverfahren, verbunden ist.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, in der eine
Filtermatte sowie ein Verbindungselement zum endseitigen Verbinden der Filtermatte angeordnet ist;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung des in Figur 1 gezeigten
Verbindungselementes; Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Verbindungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Figur 4 in einer Seitenansicht einen Stützkorb für ein Filterelement;
Figur 5 in einer Vordersicht den Stützkorb aus Figur 4; und
Figur 6 das Verbindungselement aus Figur 3 in einer Vorderansicht zusammen mit
einem Ausschnitt des Stützkorbs aus Figur 5.
Gemäß der Darstellung in Figur 1 hat eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Filterelementes, beispielsweise für eine Hydraulikanlage, durch Verbinden von zwei freien Endabschnitten 2, 4 einer plissierten Filtermatte 6 mit einem kunststoffbasierten Verbindungselement 8 mittels Ultraschallschweißung eine Sonotrode 10 und einen Amboss 12.
Die Sonotrode 10 und der Amboss 12 sind jeweils in einer schienengeführten Längsführung 14, 16 eines Vorrichtungsblockes 18, 20 relativ zueinander in Querrichtung des
Verbindungselemente 8 geführt. Sie haben jeweils eine Endfläche 22, 24, die zueinander gegenüberliegend angeordnet sind, und einen Bearbeitungsraum 26 zur Definierung einer Fügezone zur Aufnahme der Endabschnitte 2, 4 und des Verbindungselements 8 seitlich begrenzen.
Bodenseitig ist der Bearbeitungsraum 26 durch jeweils eine an den Vorrichtungsblöcken 18, 20 ausgebildeten Stützfläche 28, 30 zur seitlichen Abstützung des Verbindungselementes 8 begrenzt, die jeweils in eine gemäß der Darstellung in Figur 1 nach unten verlaufende Vertikalfläche 32, 34 übergehen. Öffnungsseitig ist der Bearbeitungsraum 26 über ein zweigeteiltes Deckelelement verschließbar, der von einem sonotrodenseitigen
Deckelelementenabschnitt 36 und einem ambossseitigen Deckelelementenabschnitt 38 gebildet wird. Die Deckelelementenabschnitte 36, 38 haben jeweils einen den Stützflächen 28, 30 zugewandten Deckelflächenabschnitt 40, 42 und eine Schmalseite 44, 46, die in einer geschlossenen Ruheposition aneinander anliegen. Die Deckelelementenabschnitte 36, 38 sind in ihrer Ruheposition über jeweils eine Feder 48, 50 vorgespannt und parallel zu den Längsführungen 4, 16 relativ zueinander verfahrbar. Darüber hinaus hat die Vorrichtung 1 einen zwischen den Vertikalflächen 32, 34 positionierten Stützkörper 52. Der Stützkörper 52 hat eine in einer gemeinsamen Ebene mit den Stützflächen 28, 30 liegende Stirnfläche 54 zur mittleren Abstützung des
Verbindungselementes 8, in der eine rillenartige Vertiefung 56 zur Selbstzentrierung des Verbindungselementes 8 in der Vorrichtung 1 ausgebildet ist. Der Stützkörper 52 hat einen rechteckigen Querschnitt mit zwei voneinander abgewandten parallelen Seitenflächen 58, 60, die mit den Vertikalflächen 32, 34 der Vorrichtungsblöcke 18, 20 jeweils einen
Führungskanal 62, 64 bilden. Die Führungskanäle 62, 64 haben jeweils im Bereich der Stützflächen 28, 30 und der Stirnfläche 54 einen konstanten Querschnitt und sind
entgegengesetzt zur Einführrichtung der Endabschnitte 2, 4 über entsprechende
Schrägflächen 66, 68 der Vorrichtungsblöcke 18, 20 in etwa trichterförmig erweitert.
Das Verbindungselement 8 besteht aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial. Es hat gemäß der Perspektivendarstellung in Figur 2 einen offenen W-förmigen Querschnitt mit einer länglichen Erstreckung, der von zwei plattenartigen äußeren Elementenabschnitten 70, 72 und zwei plattenartigen inneren Elementenabschnitten 74, 76 gebildet ist. Die äußeren Elementenabschnitte 70, 72 bilden jeweils mit einem inneren Elementenabschnitt 74, 76 einen V-förmigen Abschnitt mit jeweils einem äußeren V-förmigen Zwischenraum 78, 80. Die beiden inneren Elementenabschnitte 74, 76 begrenzen zusammen einen zwischen ihnen angeordneten mittleren V-förmigen Zwischenraum 82, der in Hochrichtung z betrachtet entgegengesetzt zu den äußeren Zwischenräumen 78, 80 geöffnet ist.
Die äußeren Elementenabschnitte 70, 72 haben jeweils eine sich in Längsrichtung x erstreckende äußere Körperkante 84, 86. Die inneren Elementenabschnitte 74, 76 bilden eine gemeinsame innere sich in Längsrichtung x erstreckende Körperkante 88, die mit den äußeren Körperkanten 84, 86 in einer gemeinsamen Ebene liegt. Darüber hinaus hat das Verbindungselement 8 zwei mittlere sich in Längsrichtung x erstreckende Körperkanten 90, 92, die jeweils von einem der äußeren Elementenabschnitte 70, 72 in Kombination mit einem der inneren Elementenabschnitte 74, 76 gebildet wird und in einer Parallelebene zu den äußeren Körperkanten 84, 86 und der inneren Körperkante 88 liegt.
Zur Verbindung der zwei Endabschnitte 2, 4 mit dem Verbindungselement 8 mittels
Ultraschallschweißens wird der Bearbeitungsraum 26 durch ein Auseinanderfahren der Deckelelementenabschnitte 36, 38 aus seiner Ruheposition sowie der Sonotrode 10 und des Ambosses 12 gegen die jeweilige Federkraft der Federn 48, 50 geöffnet. Dann wird das Verbindungselement 8 derart in dem Bearbeitungsraum angeordnet, dass die äußeren Zwischenräume 78, 80 in Richtung der Führungskanäle 62, 64 geöffnet sind. Hierzu wird es mit seinen äußeren Körperkanten 84, 86 auf jeweils einer der Stützflächen 28, 30 sowie mit seiner inneren Körperkante 88 in der Vertiefung 56 der Stirnfläche 54 des Stützkörpers 52 abgelegt, wodurch eine Selbstzentrierung des Verbindungselementes 8 in der Vorrichtung 1 bzw. in dem Bearbeitungsraum 26 erfolgt. Anschließend wird die Filtermatte 6 mit ihren Endabschnitten 2, 4 in die Führungskanäle 62, 64 eingeführt, bis die Endabschnitte 2, 4 in die äußeren Zwischenräume 78, 80 eintauchen und nahezu kantenseitig an den Elementenabschnitten 70, 72, 74, 76 anliegen. Dabei erfolgt beim Einführen der Endabschnitte 2, 4 aufgrund der Schrägflächen 66, 68 der
Vorrichtungsblöcke 18, 20 eine selbsttätige Positionierung der Endabschnitte 2, 4 in den Führungskanälen 62, 64 und somit in dem Bearbeitungsraum 26.
Nach der Positionierung der Filtermatte 6 in der Vorrichtung 1 wird der Bearbeitungsraum 26 durch die nun auf sich zu bewegenden Deckelelementenabschnitte 36, 38 verschlossen, wobei die Deckelflächenabschnitte 40, 42 jeweils einen Anschlag für die mittleren
Körperkanten 90, 92 des Verbindungselements 8 in Hochrichtung z bilden. Dann werden die Sonotrode 10 und der Amboss 12 aufeinander zu bewegt, bis die Endflächen 22, 24 flächig an den äußeren Endabschnitten 2, 4 anliegen. Hierdurch wird das Verbindungselement 8 in Querrichtung y um seine innere Körperkante 88 und seine mittlere Körperkanten 90, 92 gefaltet bis die Endabschnitte 2, 4 jeweils sandwichartig zwischen einem der äußeren Elementenabschnitte 70, 72 und einem der inneren Elementenabschnitte 74, 76 eingespannt sind und die inneren Elementenabschnitte 74, 76 flächig aneinander anliegen und somit doppelwandig orientiert sind.
Dann beginnt der eigentliche Ultraschallschweißprozess. Von einem Generator erzeugte elektrischen Schwingungen werden in einem Schallwandler bzw. Konverter in mechanische Schwingungen umgewandelt, durch ein Amplituden-Transformationselement in einen bevorzugten Amplitudenbereich übersetzt und über die Sonotrode 10 in das
Verbindungselement 8 sowie in die Endabschnitte 2, 4 eingeleitet. Durch eine Reflexion der mechanischen Schwingungen an der schallabstrahlenden Endfläche 22 der Sonotrode 10 bildet sich eine stehende Welle aus, die die Schweißenergie in das Verbindungselement 8 und in die Endabschnitte 2, 4 überträgt. Die dem Verbindungselement 8 und den
Endabschnitten 2, 4 zugeleiteten Schwingungen werden unter einem bestimmten von dem Amboss 12 aufgebrachten Anpressdruck an der Endfläche 24 des Ambosses 12 reflektiert. Das Kunststoffmaterial des Verbindungselementes 8 beginnt zu erweichen und es bildet sich im Bereich der Fügezone aufgrund der plastifizierten und stark dämpfenden
Kunststoffschicht eine Schallsperre, die zu einer intensiven Aufschmelzung des
Kunststoffmaterials führt. Nach ausreichender Plastifizierung bzw. Aufschmelzung des Verbindungselementes 8 und nach einer bestimmten Halte- bzw. Abkühlzeit unter Beibehaltung der Anpresskraft wird der Bearbeitungsraum 26 durch ein Auseinanderfahren der Sonotrode 10 und des Ambosses 12 sowie der Deckelelementenabschnitte 36, 38 geöffnet und die mit dem Verbindungselement 8 sowohl außen als auch innen thermisch miteinander verbundenen Endabschnitte 2, 4 werden freigegeben, so dass die endseitig verbundende Filtermatte 6 der Vorrichtung 1 entnommen werden kann.
Figur 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Verbindungselement 94 in einer zweiten Ausführungsform. Dieses hat einen im Wesentlichen E-förmigen Querschnitt. Ein erster und zweiter Schenkel 96 und 98 des Verbindungselements 94 sind im Wesentlichen bogenförmig zueinander angeordnet. Entlang der hierdurch gebildeten Scheitellinie ist ein Steg 100 ausgebildet, dessen Breite in Stegrichtung gesehen größer als die der Schenkel 96 und 98 ist, wodurch dieser aus dem von den Schenkeln 96 und 98 gebildeten konkaven Raum auskragt. Der Steg 100 weist an seiner von den Schenkeln 96 und 98 weg weisenden Längsseite 102 einen quer zum Steg 100 angeordneten Federsteg 104 auf. Dieser dient zum verbinden mit einem Stützkorb, was in den unten stehenden Figuren näher erläutert ist. Der Federsteg 104 zusammen mit dem Steg 100 weisen einen im Wesentlichen t-förmigen Querschnitt auf. Die zwischen den Schenkeln 96 und 98 und dem Steg 100 gebildeten Filterräume 106 bzw. 108 dienen zur Aufnahme der Endabschnitte 2, 4 der Filtermatte 6 aus Figur 1.
Figur 4 zeigt in einer Draufsicht und Figur 5 in einer Vorderansicht einen Stützkorb 1 10. Dieser hat eine Vielzahl von Öffnungen 112, die als Durchflussöffnungen beispielsweise für ein zu filterndes Druckmittel dienen. Der Stützkorb 110 ist von der Filtermatte 6 aus Figur 1 umgreifbar, wobei deren Endabschnitte 2 und 4 dann im Bereich von einer im Aussenmantel des Stützkorbs 1 10 ausgebildeten Nut 114 angeordnet sind. Die Nut 114 erstreckt sich parallel zur Längsachse des Stützkorbs 1 10 über dessen gesamte Länge. In der Figur 5 ist erkennbar, dass die Nut 1 4 etwa als t-förmige Hinterschneidung eines Mantels 116 des Stützkorbs 1 10 ausgebildet ist.
In der Figur 6 ist ein Ausschnitt A des Stützkorbs 110 aus Figur 5 vergrößert zusammen mit einer Vorderansicht des Verbindungselements 94 dargestellt. Durch die Nut 1 14 sind im Mantel 116 zwei aufeinander zuweisende Haltezungen 118, 120 ausgebildet. Zwischen aufeinander zuweisenden Stirnflächen der Haltezungen 118, 120 ist eine Nutöffnung 122 der Nut 114 ausgebildet, durch die der Steg 100 des Verbindungselements 94 im eingesetzten Zustand hindurchgeführt ist. Ist das Verbindungselement 94 in die Nut 114 eingesetzt, so hintergreifen die Haltezungen 118, 120 den Federsteg 104 des Verbindungselements 94. Das Verbindungselement 94 wird von einer Stirnseite 124 oder 126, siehe Figur 4, des Stützkorbs 1 10 her in die Nut 1 14 eingeführt bzw. eingeschoben. Alternativ kann das Verbindungselement 94 radial zum Stützkorb 110 angeordnet werden und in die Nut 114 eingeklipst werden. Der Federsteg 104, der Steg 100 und die Nut 1 14 in Figur 6 sind derart ausgestaltet, dass diese Nut-Feder- Verbindung zu einer formschlüssigen Verbindung führt. Zusätzlich kann die Nut-Feder-Verbindung derart ausgestaltet sein, dass das Verbindungselement 94 mit dem Stützkorb 110 neben der formschlüssigen Halterung auch kraftschlüssig gehaltert wird. Zusätzlich oder alternativ zur Nut-Feder-Verbindung kann das Verbindungselement 94 mit dem Stützkorb 110 über das Ultraschallschweißverfahren stoffschlüssig verbunden werden.
Bei der Herstellung des Filterelements wird das Verbindungselement 94 mit dem Stützkorb 110 durch die Nut-Feder- Verbindung verbunden und in der Vorrichtung gemäß Figur 1 angeordnet, wobei der Stützkörper 52 durch den Stützkorb 110 ersetzt ist. Das
Ultraschallschweißverfahren erfolgt dann entsprechend der Figur 1.
Alternativ kann das Verbindungselement 94 ohne den Stützkorb 1 10 mit der Filtermatte 6 aus Figur 1 verschweißt werden, wobei sich das Verbindungselement 94 dann
beispielsweise über seinen Federsteg 104 am Stützkörper 52 abstützt. Nach dem Verschweißen kann dann das Verbindungselement 94 zusammen mit der Filtermatte 6 auf dem Stützkorb 110 angeordnet werden, wobei das Verbindungselement 94 dann mit seinem Federsteg 104 in die Nut 1 14 eingeführt wird. Erfolgt das Ultraschallschweißverfahren zusammen mit dem Stützkorb 110, so könnte zusätzlich das Verbindungselement 94 mit dem Stützkorb 1 10 bei diesen Verfahren durch die Ultraschallverscheißung verschweißt werden.
Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes durch Verbinden von zwei freien Endabschnitten zumindest einer Filtermatte mittels Ultraschallschweißen, bei dem die Endabschnitte sowohl von außen als auch von innen über ein thermoplastisches
Verbindungselement thermisch verbunden werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens mit einem Stützkörper zur Abstützung eines mittleren
Körperabschnitts des Verbindungselementes. Des Weiteren ist ein Filterelement offenbart, dessen Endabschnitte mit einem Verbindungselement verbunden sind, wobei die Verbindung mit dem Verbindungselement über eine Außen- und Innenfläche einer Filtermatte erfolgt.
Bezuaszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Endabschnitt
4 Endabschnitt
6 Filtermatte
8 Verbindungselement
10 Sonotrode
12 Amboss
14 Längsführung
16 Längsführung
18 Vorrichtungsblock
20 Vorrichtungsblock
22 Endfläche
24 Endfläche
26 Bearbeitungsraum
28 Stützfläche
30 Stützfläche
32 Vertikalfläche
34 Vertikalfläche
36 Deckelelementenabschnitt
38 Deckelelementenabschnitt
40 Deckelflächenabschnitt
42 Deckelflächenabschnitt 44 Schmalseiten
46 Schmalseiten
48 Feder
50 Feder
52 Stützkörper
54 Stirnfläche
56 Vertiefung
58 Seitenfläche
60 Seitenfläche
62 Führungskanal 64 Führungskanal
66 Schrägfläche
68 Schrägfläche
70 äußerer Elementenabschnitt
72 äußerer Elementenabschnitt
74 innerer Elementenabschnitt
76 innerer Elementenabschnitt
78 äußerer Zwischenraum
80 äußerer Zwischenraum
82 mittlerer Zwischenraum
84 äußere Körperkante
86 äußere Körperkante
88 innere Körperkante
90 mittlere Körperkante
92 mittlere Körperkante
94 Verbindungselement
96 Schenkel
98 Schenkel
100 Steg
102 Längsseite
104 Federsteg
106 Filterraum
108 Filterraum
110 Stützkorb
1 12 Öffnungen
114 Nut
116 Mantel
118 Haltezungen
120 Haltezungen
122 Nutöffnung
124 Stirnseite
126 Stirnseite

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Filterelements durch Verbinden von zwei freien
Endabschnitten (2, 4) zumindest einer Filtermatte (6) mittels Ultraschallschweißens, wobei die Endabschnitte (2, 4) von außen thermisch mit einem Verbindungselement (8) verbunden werden, gekennzeichnet durch die Schritte, dass
- das Verbindungselement (8) abschnittsweise zwischen die Endabschnitte (2, 4) eingeführt wird, und
- die Endabschnitte (2, 4) von innen thermisch mit dem Verbindungselement (8) verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Verbindungselement (8) einen W-förmigen
Querschnitt mit zwei V-förmigen Abschnitten aufweist und die Endabschnitte (2, 4) jeweils in einen V-förmigen Abschnitt aufgenommen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Verbindungselement (94) einen E-förmigen Querschnitt mit zwei äußeren Schenkeln (96, 98) und einem inneren Schenkel (100) aufweist und die Endabschnitte (2, 4) jeweils zwischen einem der äußeren und dem inneren Schenkel (96, 98, 100) angeordnet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei das Verbindungselement (8) zwischen den Endabschnitten (2, 4) und seitlich der Endabschnitte (2, 4) abgestützt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein, insbesondere einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Querschnitt aufweisender, Stützkorb (1 10) vorgesehen ist, der von der Filtermatte (6) umgriffen ist und mit dem Verbindungselement (94) verbunden ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Stützkorb (1 10) mit dem Verbindungselement (94) kraft-, stoff- und/ oder formschlüssig, insbesondere über eine Nut-Feder-Verbindung und/ oder durch ein Ultraschallschweißverfahren, verbunden ist.
7. Vorrichtung (1 ) zur Herstellung eines Filterelements durch Verbinden von zwei freien Endabschnitten (2, 4) einer Filtermatte (6) mittels Ultraschallschweißens, mit einer Sonotrode (10) und mit einem Amboss (12) zur Schallbeaufschlagung und Einspannung der Endabschnitte (2, 4), wobei die Sonotrode (10) und der Amboss (12) relativ zueinander verfahrbar sind und einen Bearbeitungsraum (26) zur Anordnung zumindest eines
Verbindungselements (8) zum thermischen Verbinden der freien Endabschnitte (2, 4) mit dem Verbindungselement (8) von außen definieren, gekennzeichnet durch einen Stützkörper (52) zur Abstützung des Verbindungselement (8) zwischen den in den Bearbeitungsraum (26) eingeführten Endabschnitten (2, 4) zum thermischen Verbinden der Endabschnitte (2, 4) von innen mit dem Verbindungselement (8).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei in eine das Verbindungselement (8) stützenden Stirnfläche (54) des Stützkörpers (52) eine Vertiefung (56) zur Positionierung des
Verbindungselementes (8) ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei seitlich des Stützkörpers (52) eine
sonotrodenseitige Stützfläche (28) und eine ambossseitige Stützfläche (30) zur seitlichen Abstützung des Verbindungselements (8) angeordnet ist und zwischen dem Stützkörper (52) und jeweils einer Stützfläche (28) ein Führungskanal (62, 64) zum Einführen der
Endabschnitte (2, 4) in den Bearbeitungsraum (26) gebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Führungskanäle (62, 64) in Einführrichtung der Endabschnitte (2, 4) trichterförmig verjüngt sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Stützkörper (1 10) ein von der Filtermatte (6) umgriffener, insbesondere einen im Wesentlichen hohlzylindrischen
Querschnitt aufweisender, Stützkorb (110) ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , wobei der Stützkorb (1 10) mit dem Verbindungselement (94) kraft-, stoff- und/ oder formschlüssig, insbesondere über eine Nut-Feder-Verbindung und/ oder durch ein Ultraschallschweißverfahren, verbunden ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei ein Deckelelement zum
Verschließen des Bearbeitungsraums (26) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Deckelement zweigeteilt ist und einen an der Sonotrode (10) befestigten Deckelelementenabschnitt (36) und einen am Amboss (12) befestigten Deckelelementenabschnitt (38) aufweist.
15. Filterelement mit einer Filtermatte (6), deren Endabschnitte (2, 4) mit einem
Verbindungselement (8, 94) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermatte (6) von außen und innen mit dem Verbindungselement (8, 94) stoff-, kraft- und/ oder formschlüssig, insbesondere über ein thermisches Herstellungsverfahren, verbunden ist.
16. Filterelement nach Anspruch 15, wobei das Verbindungselement (8, 94) einen W- oder E-förmigen Querschnitt aufweist.
17. Filterelement nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Filterelement einen Stützkorb (1 10) umgreift, wobei dieser mit dem Verbindungselement (94) kraft-, stoff- und/ oder
formschlüssig, insbesondere über eine Nut-Feder- Verbindung und/ oder durch ein
Ultraschallschweißverfahren, verbunden ist.
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