WO2019166239A1 - Vorrichtung zum handhaben eines erwärmten kunststoffbauteils, system und verfahren - Google Patents

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WO2019166239A1 PCT/EP2019/053793 EP2019053793W WO2019166239A1 WO 2019166239 A1 WO2019166239 A1 WO 2019166239A1 EP 2019053793 W EP2019053793 W EP 2019053793W WO 2019166239 A1 WO2019166239 A1 WO 2019166239A1
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heated
heated plastic
pressure
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Sebastian ROSENSTRÄTER
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Kautex Textron Gmbh & Co. Kg
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    • B29L2031/712—Containers; Packaging elements or accessories, Packages
    • B29L2031/7172—Fuel tanks, jerry cans

Definitions

  • the present invention relates to a method for handling a heated plastic component, a system for Verschwei Shen of plastic components and a method for welding United plastic components.
  • the plastic fuel container holding liquid fuel is closed to prevent fuel emissions.
  • the internal pressure of the fuel tank can assume values between -150 mbar and +450 mbar due to temperature.
  • the plastic wall of the fuel tank can be arched by several centimeters outwards or in nen. These deformations can lead to loading damage to the wall of the fuel tank or recorded in the fuel tank or ter connected to the Kraftstoffbenzol functional units. Next has to be kept to additional space, so that a deformed wall is not enough under the ground clearance line of a motor vehicle still pressed against the body.
  • the plastic wall can be strengthened locally become.
  • reinforcing elements made of fiber-reinforced plastic can be used, which are welded to the tank wall.
  • a respective reinforcing element welding Ver must fit snugly against the wall element in order to effect a reliable full-surface welding.
  • the usually multilayer Wandungsele element may have variations in the wall thickness, and also have the usual recesses, depressions or projections, which are provided for the cultivation of functional units or for connecting fasteners.
  • the jumps before, paragraphs or free-form surfaces should therefore perpendicular to the surface profile of the wall element as homogeneous as possible Kraftaufbringung be achieved to avoid cavities and an inhomogeneous welding.
  • This is not possible with conventional holding devices, as provided, for example, on center frames for introducing additional components between mold halves of a blow molding tool.
  • this is referred to as a center frame, this is in particular a movable frame which can be moved between mold halves of a molding tool in order to apply functional units and / or to position attachments.
  • the invention is based on the technical problem of providing a device for handling he warmed plastic component, a system and a method to give, which do not have the disadvantages described above, or at least to a lesser extent, and in particular a reliable welding of plastic components made union.
  • the invention relates to a Vorrich device for handling a heated plastic component, with egg ner holding means for holding the heated
  • Plastic component and with a pressing device for Andrü bridges of the heated plastic component to another plastic component wherein the pressing device has a membrane, wherein the membrane has a contact surface which is adapted to rest against the heated plastic component, wherein the membrane facing away from the contact surface Druckflä surface has, wherein the pressure surface delimits a pressure chamber for receiving a fluid and wherein the membrane is deflectable due to an adjustable within the pressure chamber within the fluid pressure fluid pressure.
  • the membrane is a flexible interface between the fluid and the heated component that is deflectable due to fluid pressure and / or reversibly deformable.
  • the membrane made it possible to apply force essentially perpendicularly to shoulders or free-form surfaces in order to achieve a reliable, in particular full-surface welding of facing welding surfaces.
  • the device is hen vorgese that the membrane in a holding position with a part of the contact surface has a distance from the heated plastic component.
  • a heat dissipation from the heated plastic component can be reduced.
  • the membrane can be sucked and deflected by generating a negative pressure within the pressure chamber behind a plane which points of contact of the holding device is stretched.
  • 90% or more of the contact surface of the membrane to the heated plastic component is spaced.
  • 90% or more of the contact surface in the holding position is set back behind the plane spanned by the holding points in order to keep a contact surface to the heated plastic component and a concomitant cooling prior to welding low.
  • the membrane has a plastic, such as silicone or the like, or the plastic be available.
  • the plastic can auswe sen a heat-resistant coating
  • the membrane has a metallic material or consists of a metallic workpiece.
  • the metallic material can be a
  • the contact surface of the membrane can be sprayed and wetted with a lubricant or an anti-adhesive agent before a welding operation.
  • the pressure chamber has a fluid inlet and a fluid outlet, wherein the fluid inlet is coupled to a device for conveying a fluid into the pressure chamber.
  • a device for conveying a fluid may be a hydraulic pump, such as a Drehkol benpumpe or the like, which is adapted to apply a hydrosta tables pressure of 1 to 10 bar within the pressure chamber.
  • the fluid can be cooling medium, such as water, oil or the like, so that cooling of the welded joint can be achieved immediately after welding.
  • the Hal te beautiful has at least one holding element which is rich tet to hold the heated plastic component, wherein the membrane has a recess in which the holding element is arranged at least in sections.
  • the holding element may be a vacuum suction cup.
  • the vacuum suction device may have a rigid suction surface which comprises a metallic material and / or a sintered material or is formed from a metallic material and / or a sintered material.
  • the suction surface may be formed on a porous or slotted suction insatz, which is coupled on a side facing away from the heated plastic component with a vacuum pump.
  • the suction surface may be a plane surface.
  • the suction surface may be adapted to the heated one
  • the suction surface as the heated plastic component facing the end face of the holding device may be at least partially formed according to the contour of an associated blow mold.
  • At least one retaining element may be a mandrel or a needle which is or is adapted to hold the heated plastic component in a form-fitting manner.
  • At least one holding element may be a gripper which is adapted to encompass the heated plastic component and to hold it in a form-fitting and / or force-fitting manner.
  • the heated plastic component may be a flat-type reinforcing element, such as an organic sheet, a fiber-reinforced tape, a tape cloth or the like.
  • the heated plastic component may be a construction part, which consists partially or completely of a thermoplastic plastic.
  • the heated plastic component may be a radio tion unit, such as a heating element, in particular a surface heating element, a structure for damping Schwappge noise or the like.
  • the holding device and / or the pressing device have a lifting device, such as a reciprocating piston or the like.
  • a lifting device such as a reciprocating piston or the like.
  • a reciprocating piston may have a fluid-connected with a hollow shaft channel to produce a negative pressure in the region of a front-side suction surface for sucking the heated plastic construction part.
  • the invention relates to a system for welding plastic components, with a Walkervor direction for heating a plastic component, with a device according to the invention for handling the heated
  • Plastic component with an extrusion device for Be riding provide another plastic component, and with a blow mold for shaping the other plastic component, wherein the device for handling the heated plastic component in the direction of a mold half of the blow mold is movable to press the heated plastic component against the further plastic component.
  • the membrane By means of the membrane, a reliable pressing of the he heated plastic component can be made to the other plastic component, since the membrane is at least partially adaptable to the shape of the heated plastic component and / or the other plastic component and / or the mold half.
  • the Membrane is in particular a flexible separation surface between the fluid and the heated component, the deflectable and / or reversible in consequence of the fluid pressure
  • the membrane is deformable.
  • the membrane allows a
  • the invention relates to a procedural ren for welding plastic components, with the procedural rensuzeen: providing a plastic component;
  • Plastic component Welding the heated plastic construction partly with the other plastic component by pressing the heated plastic component to the further plastic component using a device according to the invention; wherein the heated plastic component rests at least partially against the membrane during welding with a side remote from the further plastic component; and the further plastic component rests against a blow mold during welding with a side facing away from the heated plastic component.
  • the membrane With the help of the membrane, a reliable pressing of the he heated plastic component to the wall element can be made, since the membrane is at least partially adapted to the shape of the consultedr th plastic component and / or the further plastic part and / or the mold half.
  • the membrane is in particular a flexible interface between the fluid and the heated component, which can be deflected and / or reversibly deformed as a result of the fluid pressure.
  • the membrane allows a force application in Substantially perpendicular to heels or free-form surfaces in order to achieve a reliable, in particular full-surface welding ei nander facing the welding surfaces.
  • a further embodiment of the method is characterized in that during welding a hydrostatic Ar beitsdruck the pressure chamber acts on the membrane; and the membrane at least partially deforms the heated plastic part, wherein the heated plastic part and the membrane are at least partially adapted to a contour of the wall element and the blow mold.
  • a center region of the membrane which is to be offset to edge regions of the membrane, is first of all pressurized with the working pressure and then a pressure application in
  • Fig. 1 shows a device according to the invention in a transverse
  • FIG. 2 shows a system according to the invention in a cross section
  • Fig. 3 shows the system of Figure 2 during the welding of plastic components.
  • FIG. 4 shows another system according to the invention when welding plastic components in a cross section
  • Fig. 5 shows another system according to the invention when welding plastic components in a cross section
  • Fig. 6 shows another system according to the invention when welding plastic components in a cross-section.
  • Fig. 1 shows a device 2 for handling a heated plastic component, such as one shown in Fig. 2 or 3
  • the device 2 according to FIG. 1 has a holding device 4 for holding the heated plastic component.
  • the device 2 has a pressing device 6 for pressing the heated plastic component to another plastic component.
  • the pressing device 6 has a membrane 8.
  • the membrane 8 has a contact surface 10 which is adapted to rest against the plastic component he warmed.
  • the membrane 8 has a contact surface 10 facing away from the pressure surface 12, wherein the pressure surface 12 defines a pressure chamber 14 for receiving a fluid.
  • the membrane 8 is deflectable due to a pressure within the chamber 14 adjustable fluid pressure.
  • the membrane 8 in the present case consists of a plastic.
  • the pressure chamber 14 has a fluid inlet 16 and a fluid idauslass 18.
  • the fluid inlet 16 and the fluid outlet 18 are coupled to a device for conveying a fluid in the pressure chamber 14, wherein in particular a closed Flu id Vietnameselauf may be formed.
  • the fluid which is introduced into the pressure chamber 14 in the present case is a cooling medium.
  • the holding device 4 has holding elements 20, 22, which are directed to hold the heated plastic component.
  • the membrane 8 has recesses 24, 26, in which the Halteele elements 20, 22 are each arranged to be held with a hold the plastic component in abutment. Both Retaining elements 20, 22 are in this case to Vakuumsau ger 20, 22nd
  • Each vacuum suction 20,22 has an insert 28, 30 made of a porous sintered material, which is connected at the rear with a through-opening 32, 34.
  • the passage openings 32, 34 can be coupled to a vacuum pump in order to suck in a heated plastic component to be held in the area of the vacuum suction cups 20, 22.
  • Fig. 2 shows a system 36 for welding Kunststoffbau share 38, 40.
  • the system 36 has a device 2 described above with reference to FIG. 1 for handling the rear th plastic component 38th
  • the system 36 has a heater 42 for heating the plastic component 38.
  • the system 36 further includes an extrusion device 44 for providing the plastic component 40, which in the present case is a multilayer wall element for a plastic fuel container.
  • the heating device 42 is a surface heating element in the form of an infrared radiator 42.
  • the system 36 further has a blow mold 46 for shaping the wall element 40.
  • a blow mold 46 for shaping the wall element 40.
  • only one mold half 48 of the blow mold 46 is shown.
  • the device 2 for handling the heated plastic component 38 is in the direction of the mold half 48 of the blow mold 46 movable (see Fig. 3).
  • the plastic component 38 is first using the heater 42 he warms. Subsequently, the heated plastic component 38 is passed to the device 2 for handling the heated plastic part 38. In the state shown in Fig. 2, the membrane 8 is in a holding position and with a part of the surface 10 Kunststoffflä spaced from the heated plastic component 38 is arranged. So is between the membrane 8 and the heated
  • the heated plastic component 38 is in the present case a sheet-like, thin-walled organic sheet 38.
  • the orga noblech 38 has been heated to a temperature which
  • the wall element 40 is still in a plasticized to stand by the extrusion process.
  • the device 2 is moved in the direction of the blow mold 48.
  • the heated plastic component 38 rests against the contact surface 10 of the membrane during welding with a side 50 facing away from the further plastic component 40 (FIG. 3).
  • a fluid is supplied to the fluid inlet 16 and constructed a fluid pressure, so that the diaphragm 8 bulges in the direction of the blow mold 46 and the organob lech 38 to the contour of the mold half 48 and the Wandungsele element 40 adapts.
  • the organic sheet 38 nestles flush and gap-free against the contour of the wall element 40. As can likewise be seen from FIG. 3, the organic sheet 38 is no longer held on the vacuum suckers 20, 22.
  • FIGS. 1 to 3 shows a further device 52 according to the invention for handling a heated plastic component 38.
  • the device 52 differs from the above-described embodiment of FIGS. 1 to 3 in that the holding device 4 has reciprocating pistons 54 at which the inserts 28, 30 are held.
  • the reciprocating pistons 54 are each displaceable axially by means of a hollow shaft 56 in the direction of the blow mold 46 and thus likewise form part of the pressing device 6. Via the respective hollow shaft 56, a negative pressure for sucking the plastic component 38 is generated by means of a vacuum pump 58.
  • the respective hollow shaft 56 is retractable by means of a drive 60 from the position shown in Fig. 4, disengaged position to egg nem stop 62.
  • Fig. 5 shows a further device 64 according to the invention for handling a heated plastic component 38.
  • the Vorrich device 64 differs from the above-described be exemplary embodiments of Figures 1 to 4, that the inserts 28, 30 and the holding elements 20, 22 frontally according to Tool contour of the blow mold 46 are formed to allow a pressing of the plastic component 38 to the plastic component 40 in the region of the suction surfaces of the inserts 28, 30.
  • Fig. 6 shows a further device 66 according to the invention for handling a heated plastic component 38.
  • the Vorrich device 66 differs from the above-described embodiments of FIGS Be 1 to 4, that the inserts 28, 30 and the holding elements 20, 22 frontally are formed in accordance with the tool contour of the blow mold 46 to allow a pressing of the plastic component 38 to the plastic component 40 in the region of the suction surfaces of the inserts 28, 30.
  • the device 66 differs further from the vorste described embodiment of Figures 1 to 3, that the holding device has 4 reciprocating piston 54, at which endsei tig the inserts 28, 30 are held,
  • the reciprocating pistons 54 are each displaceable axially by means of a hollow shaft 56 in the direction of the blow mold 46 and thus likewise form part of the pressing device 6. Via the respective hollow shaft 56, a negative pressure for sucking the plastic component 38 is generated by means of a vacuum pump 58.
  • the respective hollow shaft 56 is retractable by means of a drive 60 from the position shown in Fig. 6, disengaged position to egg nem stop 62.

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  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Vorrichtung zum Handhaben eines erwärmten Kunststoffbauteils, - mit einer Halteeinrichtung (4) zum Halten des erwärmten Kunststoffbauteils (38) und - mit einer Andrückvorrichtung (6) zum Andrücken des erwärmten Kunststoffbauteils (38) an ein weiteres Kunststoffbauteil (40), - wobei die Andrückvorrichtung (6) eine Membran (8) aufweist, - wobei die Membran (8) eine Kontaktfläche (10) hat, die zur Anlage an dem erwärmten Kunststoffbauteil (38) eingerichtet ist, - wobei die Membran (8) eine der Kontaktfläche (10) abgewandte Druckfläche (12) hat, - wobei die Druckfläche (12) eine Druckkammer (14) zur Aufnahme eines Fluids begrenzt und - wobei die Membran (8) infolge eines innerhalb der Druckkammer (14) einstellbaren Fluiddrucks auslenkbar ist.

Description

Vorrichtung zum Handhaben eines erwärmten Kunststoffbauteils,
System und Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Handhaben eines erwärmten Kunststoffbauteils, ein System zum Verschwei ßen von Kunststoffbauteilen sowie eine Verfahren zum Ver schweißen von Kunststoffbauteilen.
Während des elektrischen Fährbetriebs von Hybrid-Fahrzeugen wird der Kunststoffkraftstoffbehälter, der flüssigen Kraft stoff bevorratet, verschlossen, um Kraftstoffemissionen zu vermeiden. Im verschlossenen Zustand kann der Innendruck des Kraftstoffbehälters temperaturbedingt Werte zwischen -150 mbar und +450 mbar annehmen.
Infolge der Druckbelastung kann die Kunststoffwandung des Kraftstoffbehälters um mehrere Zentimeter nach außen oder in nen gewölbt werden. Diese Deformationen können zu einer Be schädigung der Wandung des Kraftstoffbehälters oder von in dem Kraftstoffbehälter aufgenommenen oder an den Kraftstoffbehäl ter angebundenen Funktionseinheiten führen. Weiter muss zu sätzlicher Bauraum vorgehalten werden, damit eine deformierte Wandung weder unter die Bodenfreiheitslinie eines Kraftfahr zeugs reicht noch gegen die Karosserie gepresst wird.
Um die Deformationen einer Wandung eines Kunststoffkraftstoff- behälters infolge von temperaturbedingten Innendruckschwankun gen zu reduzieren, kann die Kunststoffwandung lokal verstärkt werden. Hierzu können beispielsweise Verstärkungselemente aus faserverstärktem Kunststoff eingesetzt werden, die mit der Tankwandung verschweißt werden.
Beim Verschweißen von Anbauelementen mit einer solchen Kunst stoffwandung eines Kunststoffkraftstoffbehälters besteht grundsätzlich die Herausforderung, die Applikation der Anbau elemente möglichst effizient in den Fertigungsprozess einzu binden. Weiter besteht die Herausforderung, dass eine
vollflächige homogene Anlage zwischen zu verschweißenden Flä chen erreicht werden sollte, um eine zuverlässige stoffschlüs sige Verbindung zwischen den Kunststoffbauteilen herzustellen.
Soweit beispielsweise flächige Verstärkungselemente mit einer Wandung eines Kunststoffkraftstoffbehälters verschweißt werden sollen, muss sich ein jeweiliges Verstärkungselement beim Ver schweißen enganliegend an das Wandungselement anschmiegen, um eine zuverlässige vollflächige Verschweißung zu bewirken.
Wird das Wandungselement durch Extrusionsblasformen bereitge stellt, so kann das üblicherweise mehrschichtige Wandungsele ment Schwankungen in der Wandungsdicke aufweisen, und zudem die üblichen Ausnehmungen, Einsenkungen oder Vorsprünge haben, die zum Anbau von Funktionseinheiten oder zum Anschluss von Befestigungsmitteln vorgesehen sind. Beim Andrücken des flä chigen Verstärkungselements an eine solche Geometrie, die Vor sprünge, Absätze oder Freiformflächen aufweist, sollte daher senkrecht zum Oberflächenverlauf des Wandungselements eine möglichst homogene Kraftaufbringung erreicht werden um Hohl räume und ein inhomogenes Verschweißen zu vermeiden. Dies ist mit konventionellen Haltevorrichtungen, wie sie beispielsweise an Mittenrahmen zum Einbringen von Zusatzbauteilen zwischen Formhälften eines Blasformwerkzeugs vorgesehen sind, nicht möglich . Wenn vorliegend von einem Mittenrahmen gesprochen wird, so handelt es sich dabei insbesondere um einen verfahrbaren Rah men, der zwischen Formhälften eines Formwerkzeugs bewegbar ist, um Funktionseinheiten zu applizieren und/oder Anbauteile zu positionieren.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, Vorrichtung zum Handhaben eines er wärmten Kunststoffbauteils, ein System und ein Verfahren anzu geben, welche die voranstehend beschriebenen Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweisen, und insbesondere ein zuverlässiges Verschweißen von Kunststoffbauteilen ermög lichen .
Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein System nach Anspruch 10 und ein Verfahren nach Anspruch 11. Weitere Ausge staltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen An sprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrich tung zum Handhaben eines erwärmten Kunststoffbauteils, mit ei ner Halteeinrichtung zum Halten des erwärmten
Kunststoffbauteils und mit einer Andrückvorrichtung zum Andrü cken des erwärmten Kunststoffbauteils an ein weiteres Kunst stoffbauteil , wobei die Andrückvorrichtung eine Membran aufweist, wobei die Membran eine Kontaktfläche hat, die zur Anlage an dem erwärmten Kunststoffbauteil eingerichtet ist, wobei die Membran eine der Kontaktfläche abgewandte Druckflä che hat, wobei die Druckfläche eine Druckkammer zur Aufnahme eines Fluids begrenzt und wobei die Membran infolge eines in nerhalb der Druckkammer einstellbaren Fluiddrucks auslenkbar ist . Mithilfe der Membran kann ein zuverlässiges Andrücken des er wärmten Kunststoffbauteils an ein weiteres Kunststoffbauteil erfolgen, da die Membran zumindest abschnittsweise an die Form des erwärmten Kunststoffbauteils und/oder des weiteren Kunst stoffbauteils anpassbar ist. Bei der Membran handelt es sich insbesondere um eine flexible Trennfläche zwischen dem Fluid und dem erwärmten Bauteil die infolge des Fluiddrucks auslenk bar und/oder reversibel verformbar ist. Insbesondere ermög licht die Membran eine Kraftaufbringung im Wesentlichen senkrecht zu Absätzen oder Freiformflächen, um ein zuverlässi ges, insbesondere vollflächiges Verschweißen einander zuge wandter Schweißflächen zu erreichen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgese hen, dass die Membran in einer Halteposition mit einem Teil der Kontaktfläche einen Abstand zu dem erwärmten Kunststoff bauteil aufweist. So kann eine Wärmeabfuhr aus den erwärmten Kunststoffbauteil reduziert werden. So kann die Membran durch Erzeugen eines Unterdrucks innerhalb der Druckkammer hinter eine Ebene angesaugt und ausgelenkt werden, die von Kontakt punkten der Halteeinrichtung ausgespannt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist in der Halteposition 90% oder mehr der Kontaktfläche der Membran zu dem erwärmten Kunststoffbauteil beabstandet. Mit anderen Worten sind 90 % o- der mehr der Kontaktfläche in der Halteposition hinter die von den Haltepunkten aufgespannte Ebene zurückversetzt, um eine Kontaktfläche zu dem erwärmten Kunststoffbauteil und ein damit einhergehendes Abkühlen vor dem Verschweißen gering zu halten.
Es kann vorgesehen sein, dass die Membran einen Kunststoff, wie Silikon oder dergleichen, aufweist oder dem Kunststoff be steht. Der Kunststoff kann eine hitzebeständige Beschichtung auswe sen Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Membran einen metal lischen Werkstoff aufweist oder aus einem metallischen Werk-
Stoff besteht. Der metallische Werkstoff kann eine
Antihaftbeschichtung aufweisen.
Die Kontaktflache der Membran kann vor einem Schweißvorgang mit einem Schmierstoff oder einem Antihaftmittel besprüht und benetzt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Druckkammer eine Fluidein lass und einen Fluidauslass hat, wobei der Fluideinlass mit einer Einrichtung zum Fördern eines Fluids in die Druckkammer gekoppelt ist. Bei der Einrichtung zum Fördern eines Fluids kann es sich um eine Hydraulikpumpe handeln, wie eine Drehkol benpumpe oder dergleichen, die zum Aufbringen eines hydrosta tischen Drucks von 1 bis 10 bar innerhalb der Druckkammer eingerichtet ist.
Bei dem Fluid kann es sich um Kühlmedium handeln, wie Wasser, Öl oder dergleichen, so dass unmittelbar nach dem Verschweißen ein Abkühlen der Schweißverbindung erreicht werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung hat die Hal teeinrichtung mindestens ein Halteelement, das dazu eingerich tet ist, das erwärmte Kunststoffbauteil zu halten, wobei die Membran eine Ausnehmung aufweist, in der das Halteelement zu mindest abschnittsweise angeordnet ist.
Bei dem Halteelement kann es sich um einen Vakuumsauger han deln. Der Vakuumsauger kann eine starre Saugfläche haben, die aus einem metallischen Werkstoff und/oder einem Sinterwerk stoff aufweist oder aus einem metallischen Werkstoff und/oder einem Sinterwerkstoff gebildet ist. Die Saugfläche kann an einem porösen oder geschlitzten Sauge insatz gebildet sein, der auf einer dem erwärmten Kunststoff bauteil abgewandten Seite mit einer Vakuumpumpe gekoppelt ist.
Die Saugfläche kann eine Planfläche sein.
Die Saugfläche kann dazu eingerichtet sein, das erwärmte
Kunststoffbauteil an das weitere Kunststoffbauteil anzudrü cken, um mechanisch einen Druck auf das erwärmte Kunststoff bauteil und das weitere Kunststoffbauteil auszuüben und so ein zuverlässiges Verschweißen im Bereich der Saugfläche durch me chanische Druckaufbringung zu erreichen.
Insbesondere kann die Saugfläche als dem erwärmten Kunststoff bauteil zugewandte Stirnseite der Halteeinrichtung zumindest abschnittsweise entsprechend der Kontur einer zugeordneten Blasform geformt sein.
Alternativ oder ergänzend kann wenigstens ein Halteelement ein Dorn oder eine Nadel sein, der bzw. die dazu eingerichtet ist, das erwärmte Kunststoffbauteil formschlüssig zu halten.
Alternativ oder ergänzend kann wenigstens ein Halteelement ein Greifer sein, der dazu eingerichtet ist, das erwärmte Kunst stoffbauteil zu umgreifen und formschlüssig und/oder kraft schlüssig zu halten.
Bei dem erwärmten Kunststoffbauteil kann es sich um ein flä chiges Verstärkungselement handeln, wie ein Organoblech, ein faserverstärktes Tape, ein Tapegelege oder dergleichen.
Bei dem erwärmten Kunststoffbauteil kann es sich um einen Bau teil handeln, das teilweise oder vollständig aus einem thermo plastischen Kunststoff besteht. Bei dem erwärmten Kunststoffbauteil kann es sich um eine Funk tionseinheit handeln, wie ein Heizelement, insbesondere ein Flächenheizelement, eine Struktur zum Dämpfen von Schwappge räuschen oder dergleichen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Halteeinrichtung und/oder die Andrückvorrichtung eine Hubeinrichtung haben, wie einen Hubkolben oder dergleichen. So kann das erwärmte Kunststoff bauteil aus einer ersten Position der Hubeinrichtung in eine zweite Position der Hubeinrichtung bewegbar sein, um das er wärmte Kunststoffbauteil dem weiteren Kunststoffbauteil anzu nähern und/oder an das weitere Kunststoffbauteil anzudrücken.
Ein Hubkolben kann einen mit einer Hohlwelle fluidverbundenen Kanal aufweisen, um einen Unterdrück im Bereich einer stirn seitigen Saugfläche zum Ansaugen des erwärmten Kunststoffbau teils zu erzeugen.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein System zum Verschweißen von Kunststoffbauteilen, mit einer Heizvor richtung zum Erwärmen eines Kunststoffbauteils, mit einer er findungsgemäßen Vorrichtung zum Handhaben des erwärmten
Kunststoffbauteils, mit einer Extrusionsvorrichtung zum Be reitstellen eines weiteren Kunststoffbauteils, und mit einer Blasform zur Formgebung des weiteren Kunststoffbauteils, wobei die Vorrichtung zum Handhaben des erwärmten Kunststoffbauteils in Richtung einer Formhälfte der Blasform bewegbar ist, um das erwärmte Kunststoffbauteil gegen das weitere Kunststoffbauteil zu drücken.
Mithilfe der Membran kann ein zuverlässiges Andrücken des er wärmten Kunststoffbauteils an das weitere Kunststoffbauteil erfolgen, da die Membran zumindest abschnittsweise an die Form des erwärmten Kunststoffbauteils und/oder des weiteren Kunst stoffbauteils und/oder der Formhälfte anpassbar ist. Bei der Membran handelt es sich insbesondere um eine flexible Trenn fläche zwischen dem Fluid und dem erwärmten Bauteil, die in folge des Fluiddrucks auslenkbar und/oder reversibel
verformbar ist. Insbesondere ermöglicht die Membran eine
Kraftaufbringung im Wesentlichen senkrecht zu Absätzen oder Freiformflächen, um ein zuverlässiges, insbesondere vollflä chiges Verschweißen einander zugewandter Schweißflächen zu er reichen .
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfah ren zum Verschweißen von Kunststoffbauteilen, mit den Verfah rensschritten: Bereitstellen eines Kunststoffbauteils;
Erwärmen des Kunststoffbauteils, wobei insbesondere ein Ver bindungsbereich des Kunststoffbauteils oder das gesamte Kunst stoffbauteil erwärmt werden; Extrudieren eines weiteren
Kunststoffbauteils; Verschweißen des erwärmten Kunststoffbau teils mit dem weiteren Kunststoffbauteil durch Andrücken des erwärmten Kunststoffbauteils an das weitere Kunststoffbauteil unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; wobei das erwärmte Kunststoffbauteil während des Verschweißens mit einer dem weiteren Kunststoffbauteil abgewandten Seite zumin dest abschnittsweise an der Membran anliegt; und das weitere Kunststoffbauteil während des Verschweißens mit einer dem er wärmten Kunststoffbauteil abgewandten Seite an einer Blasform anliegt .
Mithilfe der Membran kann ein zuverlässiges Andrücken des er wärmten Kunststoffbauteils an das Wandungselement erfolgen, da die Membran zumindest abschnittsweise an die Form des erwärm ten Kunststoffbauteils und/oder des weiteren Kunststoffbau teils und/oder der Formhälfte anpassbar ist. Bei der Membran handelt es sich insbesondere um eine flexible Trennfläche zwi schen dem Fluid und dem erwärmten Bauteil, die infolge des Fluiddrucks auslenkbar und/oder reversibel verformbar ist. Insbesondere ermöglicht die Membran eine Kraftaufbringung im Wesentlichen senkrecht zu Absätzen oder Freiformflächen, um ein zuverlässiges, insbesondere vollflächiges Verschweißen ei nander zugewandter Schweißflächen zu erreichen.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass beim Verschweißen ein hydrostatischer Ar beitsdruck der Druckkammer auf die Membran wirkt; und die Membran das erwärmte Kunststoffteil zumindest abschnittsweise verformt, wobei das erwärmte Kunststoffteil und die Membran zumindest abschnittsweise an eine Kontur des Wandungselements und der Blasform angepasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass beim Andrücken zunächst ein zu Randbereichen der Membran beabstan- deter Mittenbereich der Membran mit dem Arbeitsdruck beauf schlagt wird und anschließend eine Druckaufbringung in
Richtung der Randbereiche der Membran erfolgt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbei spiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Quer
schnitt;
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes System in einem Querschnitt;
Fig. 3 das System aus Fig. 2 beim Verschweißen von Kunst stoffbauteilen;
Fig. 4 ein weiteres erfindungsgemäßes System beim Verschwei ßen von Kunststoffbauteilen in einem Querschnitt;
Fig. 5 ein weiteres erfindungsgemäßes System beim Verschwei ßen von Kunststoffbauteilen in einem Querschnitt; Fig. 6 ein weiteres erfindungsgemäßes System beim Verschwei ßen von Kunststoffbauteilen in einem Querschnitt.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 2 zum Handhaben eines erwärmten Kunststoffbauteils, wie einem in Fig. 2 oder 3 gezeigten
Kunststoffbauteil 38.
Die Vorrichtung 2 gemäß Fig. 1 hat eine Halteeinrichtung 4 zum Halten des erwärmten Kunststoffbauteils.
Die Vorrichtung 2 hat eine Andrückvorrichtung 6 zum Andrücken des erwärmten Kunststoffbauteils an ein weiteres Kunststoff bauteil. Die Andrückvorrichtung 6 hat eine Membran 8. Die Membran 8 hat eine Kontaktfläche 10, die zur Anlage an dem er wärmten Kunststoffbauteil eingerichtet ist. Die Membran 8 hat eine der Kontaktfläche 10 abgewandte Druckfläche 12, wobei die Druckfläche 12 eine Druckkammer 14 zur Aufnahme eines Fluids begrenzt. Die Membran 8 ist infolge eines innerhalb der Druck kammer 14 einstellbaren Fluiddrucks auslenkbar. Die Membran 8 besteht vorliegend aus einem Kunststoff.
Die Druckkammer 14 hat einen Fluideinlass 16 und einen Flu idauslass 18. Der Fluideinlass 16 und der Fluidauslass 18 sind mit einer Einrichtung zum Fördern eines Fluids in die Druck kammer 14 koppelbar, wobei insbesondere ein geschlossener Flu idkreislauf gebildet sein kann. Bei dem Fluid, das in die Druckkammer 14 eingeleitet wird, handelt es sich vorliegend um ein Kühlmedium.
Die Halteeinrichtung 4 hat Halteelemente 20, 22, die dazu ein gerichtet sind, das erwärmte Kunststoffbauteil zu halten. Die Membran 8 weist Ausnehmungen 24, 26 auf, in der die Halteele mente 20, 22 jeweils angeordnet sind, um mit einem zu halten den Kunststoffbauteil in Anlage gebracht zu werden. Bei den Halteelementen 20, 22 handelt es sich vorliegend um Vakuumsau ger 20, 22.
Jeder Vakuumsauger 20,22 weist einen Einsatz 28, 30 aus einem porösen Sinterwerkstoff auf, der rückseitig mit einer Durch gangsöffnung 32, 34 verbunden ist. Die Durchgangsöffnungen 32, 34 sind mit einer Vakuumpumpe koppelbar, um ein zu haltendes, erwärmtes Kunststoffbauteil im Bereich der Vakuumsauger 20, 22 anzusaugen .
Fig. 2 zeigt ein System 36 zum Verschweißen von Kunststoffbau teilen 38, 40. Das System 36 hat eine voranstehend mit Bezug zu Fig. 1 beschriebene Vorrichtung 2 zum Handhaben des erwärm ten Kunststoffbauteils 38.
Das System 36 hat eine Heizvorrichtung 42 zum Erwärmen des Kunststoffbauteils 38. Das System 36 hat weiter eine Extrusi onsvorrichtung 44 zum Bereitstellen des Kunststoffbauteils 40, das vorliegend ein mehrschichtiges Wandungselement für einen Kunststoffkraftstoffbehälter ist .
Bei der Heizeinrichtung 42 handelt es sich vorliegend um ein Flächenheizelement in Form eines Infrarotstrahlers 42.
Das System 36 hat weiter eine Blasform 46 zur Formgebung des Wandungselements 40. Vorliegend ist lediglich eine Formhälfte 48 der Blasform 46 gezeigt. Die Vorrichtung 2 zum Handhaben des erwärmten Kunststoffbauteils 38 ist in Richtung der Form hälfte 48 der Blasform 46 bewegbar (siehe Fig. 3) .
Zum Verschweißen der Kunststoffbauteile 38, 40 wird das Kunst stoffbauteil 38 zunächst mithilfe der Heizeinrichtung 42 er wärmt. Anschließend wird das erwärmte Kunststoffbauteil 38 an die Vorrichtung 2 zum Handhaben des erwärmten Kunststoffbau teils 38 übergeben. In dem in Fig. 2 gezeigten Zustand befindet sich die Membran 8 in einer Halteposition und ist mit einem Teil der Kontaktflä che 10 zu dem erwärmten Kunststoffbauteil 38 beabstandet ange ordnet. So ist zwischen der Membran 8 und dem erwärmten
Kunststoffbauteil 38 in der in Fig. 2 gezeigten Halteposition ein Abstand a gebildet. Durch den Abstand a wird vermieden, dass das erwärmte Kunststoffbauteil 38 abkühlt, was das
Schweißergebnis beeinträchtigen könnte. In der in Fig. 2 ge zeigten Halteposition sind mehr als 90 % der Kontaktfläche 10 der Membran 8 zu dem erwärmten Organoblech 38 beabstandet an geordnet .
Bei dem erwärmten Kunststoffbauteil 38 handelt es sich vorlie gend um ein flächiges, dünnwandiges Organoblech 38. Das Orga noblech 38 ist auf eine Temperatur erwärmt worden, die
oberhalb einer Schmelztemperatur eines Matrixwerkstoffs des Organoblechs 38 liegt. Das Wandungselement 40 befindet sich durch den Extrusionsvorgang noch in einem plastifizierten Zu stand .
Die Vorrichtung 2 wird in Richtung der Blasform 48 bewegt. Das erwärmte Kunststoffbauteil 38 liegt während des Verschweißens mit einer dem weiteren Kunststoffbauteil 40 abgewandten Seite 50 an der Kontaktfläche 10 der Membran an (Fig. 3) .
Innerhalb der Druckkammer 14 wird über den Fluideinlass 16 ein Fluid zu geführt und ein Fluiddruck aufgebaut, sodass sich die Membran 8 in Richtung der Blasform 46 wölbt und das Organob lech 38 an die Kontur der Formhälfte 48 und des Wandungsele ments 40 anpasst.
Wie in Fig. 3 zu erkennen, schmiegt sich das Organoblech 38 infolge der rückseitigen Druckaufbringung durch die Membran 8 bündig und spaltfrei an die Kontur des Wandungselements 40 an. Wie ebenfalls zu Fig. 3 zu entnehmen ist, ist das Organoblech 38 nunmehr nicht mehr an den Vakuumsaugern 20, 22 gehalten.
Fig. 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 52 zum Handhaben eines erwärmten Kunststoffbauteils 38. Die Vorrich tung 52 unterscheidet sich dadurch von dem voranstehend be schriebenen Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3, dass die Halteeinrichtung 4 Hubkolben 54 hat, an denen endseitig die Einsätze 28, 30 gehalten sind.
Die Hubkolben 54 sind jeweils mittels einer Hohlwelle 56 axial in Richtung der Blasform 46 verschiebbar und bilden demnach gleichermaßen einen Teil der Andrückvorrichtung 6. Über die jeweilige Hohlwelle 56 wird mittels einer Vakuumpumpe 58 ein Unterdrück zum Ansaugen des Kunststoffbauteils 38 erzeugt.
Die jeweilige Hohlwelle 56 ist mittels eines Antriebs 60 aus der in Fig. 4 dargestellten, ausgerückten Position bis zu ei nem Anschlag 62 zurückziehbar.
Fig. 5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 64 zum Handhaben eines erwärmten Kunststoffbauteils 38. Die Vorrich tung 64 unterscheidet sich dadurch von den voranstehend be schriebenen Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 4, dass die Einsätze 28, 30 und die Halteelemente 20, 22 stirnseitig entsprechend der Werkzeugkontur der Blasform 46 geformt sind, um ein Andrücken des Kunststoffbauteils 38 an das Kunststoff bauteil 40 im Bereich der Saugflächen der Einsätze 28, 30 zu ermöglichen .
Fig. 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 66 zum Handhaben eines erwärmten Kunststoffbauteils 38. Die Vorrich tung 66 unterscheidet sich dadurch von den voranstehend be schriebenen Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 4, dass die Einsätze 28, 30 und die Halteelemente 20, 22 stirnseitig entsprechend der Werkzeugkontur der Blasform 46 geformt sind, um ein Andrücken des Kunststoffbauteils 38 an das Kunststoff bauteil 40 im Bereich der Saugflächen der Einsätze 28, 30 zu ermöglichen .
Die Vorrichtung 66 unterscheidet sich weiter von dem voranste hend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3, dass die Halteeinrichtung 4 Hubkolben 54 hat, an denen endsei tig die Einsätze 28, 30 gehalten sind,
Die Hubkolben 54 sind jeweils mittels einer Hohlwelle 56 axial in Richtung der Blasform 46 verschiebbar und bilden demnach gleichermaßen einen Teil der Andrückvorrichtung 6. Über die jeweilige Hohlwelle 56 wird mittels einer Vakuumpumpe 58 ein Unterdrück zum Ansaugen des Kunststoffbauteils 38 erzeugt.
Die jeweilige Hohlwelle 56 ist mittels eines Antriebs 60 aus der in Fig. 6 dargestellten, ausgerückten Position bis zu ei nem Anschlag 62 zurückziehbar.
BezugsZeichen
2 Vorrichtung
4 Halteeinrichtung
6 Andrückvorrichtung
8 Membran
10 Kontaktfläche
12 Druckfläche
14 Druckkammer
1 6 Fluideinlass
1 8 Fluidauslass
20 Halteelement
22 Halteelement
24 Ausnehmung
2 6 Ausnehmung
2 8 Einsatz
30 Einsatz
32 Durchgangsöffnung
34 Durchgangsöffnung
3 6 System
38 Kunststoffbauteil
40 Kunststoffbauteil
42 HeizVorrichtung
44 ExtrusionsVorrichtung
4 6 Blasform
4 8 Formhälfte
50 abgewandte Seite
52 Vorrichtung
54 Hubkolben / Hubeinrichtung
5 6 Hohlwelle
58 Vakuumpumpe
60 Antrieb
62 Anschlag
64 Vorrichtung
66 Vorrichtung
a Abstand

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Handhaben eines erwärmten Kunststoffbau teils,
mit einer Halteeinrichtung (4) zum Halten des erwärmten Kunststoffbauteils (38) und
mit einer Andrückvorrichtung (6) zum Andrücken des erwärm ten Kunststoffbauteils (38) an ein weiteres Kunststoffbau teil (40),
wobei die Andrückvorrichtung (6) eine Membran (8) auf weist,
wobei die Membran (8) eine Kontaktfläche (10) hat, die zur Anlage an dem erwärmten Kunststoffbauteil (38) eingerich tet ist,
wobei die Membran (8) eine der Kontaktfläche (10) abge wandte Druckfläche (12) hat,
wobei die Druckfläche (12) eine Druckkammer (14) zur Auf nahme eines Fluids begrenzt und
wobei die Membran (8) infolge eines innerhalb der Druck kammer (14) einstellbaren Fluiddrucks auslenkbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (8) in einer Halteposition mit einem Teil der Kontaktfläche (10) einen Abstand (a) zu dem erwärmten Kunststoffbauteil (38) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Halteposition 90% oder mehr der Kontaktfläche (10) zu dem erwärmten Kunststoff bauteil (38) beabstandet sind.
4. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (8) einen Kunststoff, wie Silikon oder der gleichen, aufweist oder aus dem Kunststoff besteht
oder
die Membran (8) einen metallischen Werkstoff aufweist oder aus einem metallischen Werkstoff besteht.
5. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckkammer (14) eine Fluideinlass (16) und einen Flu idauslass (18) hat,
wobei der Fluideinlass (16) mit einer Einrichtung zum För dern eines Fluids in die Druckkammer (14) gekoppelt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Fluid ein Kühlmedium ist, wie Wasser, Öl oder derglei chen .
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Halteeinrichtung (4) mindestens ein Halteelement (20, 22) hat, das dazu eingerichtet ist, das erwärmte Kunst stoffbauteil (38) zu halten,
wobei die Membran (8) eine Ausnehmung (24, 26) aufweist, in der das Halteelement (20) zumindest abschnittsweise an geordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Halteeinrichtung (4) und/oder die Andrückvorrichtung (6) eine Hubeinrichtung (54) haben, wie einen Hubkolben (54) oder dergleichen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Halteeinrichtung (4) einen porösen und/oder geschlitz ten Saugeinsatz (28, 30) mit einer Saugfläche zum Ansaugen des erwärmten Kunststoffbauteils (38) hat, wobei die Saug fläche insbesondere zumindest abschnittsweise als Planflä che gebildet ist
und/oder
die Halteeinrichtung (4) im Bereich einer dem erwärmten Kunststoffbauteil (38) zugewandten Stirnseite zumindest abschnittsweise entsprechend der Kontur einer zugeordneten Blasform (46) geformt ist.
10. System zum Verschweißen von Kunststoffbauteilen,
mit einer Heizvorrichtung (42) zum Erwärmen eines Kunst stoffbauteils (38),
mit einer Vorrichtung (2, 52, 64, 66) zum Handhaben des erwärmten Kunststoffbauteils (38) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
mit einer Extrusionsvorrichtung (44) zum Bereitstellen ei nes weiteren Kunststoffbauteils (40), und
mit einer Blasform (46) zur Formgebung des weiteren Kunst stoffbauteils (40),
wobei die Vorrichtung (2, 52, 64, 66) zum Handhaben des erwärmten Kunststoffbauteils in Richtung einer Formhälfte (48) der Blasform (46) bewegbar ist, um das erwärmte
Kunststoffbauteil (38) gegen das weitere Kunststoffbauteil (40) zu drücken.
11. Verfahren zum Verschweißen von Kunststoffbauteilen, mit den Verfahrensschritten:
Bereitstellen eines Kunststoffbauteils (38);
Erwärmen des Kunststoffbauteils (38);
Extrudieren eines weiteren Kunststoffbauteils (40); Verschweißen des erwärmten Kunststoffbauteils (38) mit ei nem weiteren Kunststoffbauteil (40) durch Andrücken des erwärmten Kunststoffbauteils (38) an das weitere Kunst stoffbauteil (40) unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9;
wobei das erwärmte Kunststoffbauteil (38) während des Ver schweißens mit einer dem weiteren Kunststoffbauteil (40) abgewandten Seite (50) zumindest abschnittsweise an der Membran (8) anliegt; und das
weitere Kunststoffbauteil (40) während des Verschweißens mit einer dem erwärmten Kunststoffbauteil (38) abgewandten Seite an einer Blasform (48) anliegt.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Verschweißen ein hydrostatischer Arbeitsdruck der Druckkammer auf die Membran (8) wirkt; und
die Membran (8) das erwärmte Kunststoffteil (38) zumindest abschnittsweise verformt, wobei das erwärmte Kunststoff teil (38) und die Membran (8) zumindest abschnittsweise an eine Kontur des weiteren Kunststoffbauteils (40) und der Blasform (46) angepresst werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Andrücken zunächst ein zu Randbereichen der Membran (8) beabstandeter Mittenbereich der Membran (8) mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt wird und
anschließend eine Druckaufbringung in Richtung der Randbe reiche der Membran (8) erfolgt.
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