DE112008001167T5 - Infrarot-Kunststoffschweißen unter Rückführung nicht absorbierten Infrarot-Laserlichts zur Erhöhung der Absorption von Infrarot-Laserlicht - Google Patents

Infrarot-Kunststoffschweißen unter Rückführung nicht absorbierten Infrarot-Laserlichts zur Erhöhung der Absorption von Infrarot-Laserlicht Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Schweißen von Kunststoffteilen in einem Infrarot-Schweißprozess mit Durchgangsübertragung bei niedriger Absorption, wobei die Kunststoffteile einen Transmissionsteil und einen Absorptionsteil umfassen, wobei das Verfahren umfasst:
Lenken eines Strahls eines Infrarot-Laserlichts von einer Quelle des Infrarot-Laserlichts zu den Teilen, wo dieses auf den Transmissionsteil trifft, durch das Transmissionsteil zu einer Schweißgrenzfläche an einer Kontaktstelle des Transmissionsteils und des Absorptionsteils hindurchgeht und ein Anteil des Infrarot-Laserlichts durch das Absorptionsteil hindurchgeht und aus dem Absorptionsteil austritt; und
Rückführen des nicht absorbierten Infrarot-Laserlichts zu der Schweißgrenzfläche, um die Gesamtabsorption des Infrarot-Laserlichts zu erhöhen.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Begünstigung aus der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 60/927,898 für ein Recirculator For Plastic Welding And Method Of Plastic Welding, eingereicht am 04. Mai 2007. Die Offenbarung der obigen Anmeldung ist hier durch Bezugnahme mit aufgenommen.
  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Kunststoffschweißen und insbesondere auf ein Laserschweißen von Kunststoffteilen.
  • HINTERGRUND
  • Das Laserschweißen wird üblicherweise dazu verwendet, Kunststoff- oder Kunstharzteile, wie thermoplastische Teile, an einer Schweißzone zu verbinden. Ein Beispiel einer solchen Verwendung von Laser ist im US-Patent Nr. 4,636,609 zu finden, welches hier durch Bezugnahme ausdrücklich aufgenommen ist.
  • Wie allgemein bekannt, liefern Laser einen semi-fokussierten Strahl einer elektromagnetischen Strahlung bei einer spezifizierten Frequenz (das heißt, eine kohärente monochromatische Strahlung). Es gibt eine Anzahl von verfügbaren Lasertypen; Infrarotlaser oder nicht-kohärente Quellen liefern jedoch eine relativ wirtschaftliche Quelle von Strahlungsenergie zur Verwendung beim Erhitzen einer Schweißzone. Ein spezielles Beispiel für ein Infrarotschweißen ist als Through-TransmissionInfrared (TTIr)-Schweißen bekannt. Das TTIr-Schweißen nutzt einen Infrarotlaser, der eine Infrarotstrahlung erzeugen kann, die durch Linsen, eine Brechungsoptik, eine Faseroptik durch Wellenleiter, Hohllichtleiter oder Lichtführungen durch ein erstes Kunststoffteil hindurch und in ein zweites Kunststoffteil hinein gelenkt wird. Dieses erste Kunststoffteil wird häufig als das Transmissionsteil bezeichnet, da dieses dem vom Laser kommenden Laserstrahl ganz allgemein ermöglicht, durch dieses hindurch zu gelangen. Das zweite Kunststoffteil wird jedoch häufig als Absorptionsteil bezeichnet, da dieses Teil die Strahlungsenergie des Laserstrahls ganz allgemein absorbiert, um in der Schweißzone Wärme zu erzeugen. Diese Wärme in der Schweißzone bewirkt, dass das Transmissionsteil und das Absorptionsteil geschmolzen und bei innigem Kontakt miteinander verschweißt werden.
  • Mit Bezug auf die 1A und 1B werden typische Through-Transmission-Infrarot(TTIr)-Systeme 100 und 100' für das Laserschweißen von Kunststoffen gezeigt. Ein Strahl eines Infrarot-Laserlichts 102 von einer Infrarot-Laserlichtquelle 104 eines Infrarotlaserlichts wird auf Kunststoffteile 106, 108 gelenkt, die geschweißt werden sollen. Das Infrarotlaserlicht geht durch einen Transmissionteil 106 hindurch bis zu einer Schweißgrenzfläche 110 an einer Kontaktstelle des Transmission-Kunststoffteils und des Absorption-Kunststoffteils 108. Die Schweißgrenzfläche 110 wird manchmal auch im Stand der Technik als Schweißstelle, Schweißregion oder Schweißgebiet bezeichnet. Ein Infrarot-Absorberzusatz 112 kann an der Schweißgrenzfläche 110 (1A) bereitgestellt werden. Die Absorption des Laserlichts erhitzt die Schweißgrenzfläche an der Kontaktstelle der Teile 106, 108, was zu einem Schmelzen des Kunststoffs in beiden Teilen 106, 108 an der Schweißgrenzfläche 110 führt. Das Laserlicht wird nach einer geeigneten Zeitdauer entfernt, wie beispielsweise durch Ausschalten der Laserquelle 102, und der geschmolzene Kunststoff an der Schweißgrenzfläche 110 kühlt dann ab, wodurch die beiden Kunststoffteile 106, 108 zusammengeschweißt werden.
  • Häufig sind das absorptive zweite Kunststoffteil 108 oder der an der Schweißgrenzfläche 110 verwendete Infrarot-Absorberzusatz 112 relativ schwache Absorber für Infrarotlicht. Ein großer Anteil, angegeben mit 114, des Infrarot-Laserlichts 102 gelangt dann durch beide Teile 106, 108 und aus dem Teil 108 hinaus und wird in dem Prozess nicht genutzt.
  • Mit schwachen Absorbern wird entweder eine für einen Schweißvorgang zu niedrige Laserenergie an die Schweißgrenzfläche 110 geliefert, oder es müssen relativ hohe Laserenergien verwendet werden, um diese zur Durchführung einer Schweißung in genügend Energie an der Schweißgrenzfläche 110 umzusetzen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird nicht absorbiertes Infrarot-Laserlicht, das durch Kunststoffteile hindurchgegangen ist, die mit einem gering absorptiven TTIr-Prozess verschweißt werden sollen, an die gering absorptive Schweißgrenzfläche zurückgeführt, um in dem Prozess noch einmal einer Absorption ausgesetzt zu werden. Ein Strahl eines Infrarot-Laserlichts wird an die zu verschweißenden Kunststoffteile gelenkt, und zwar an ein erstes Transmissionsteil und an ein absorbierendes (oder teilweise absorbierendes) zweites Teil. Das Infrarot-Laserlicht beaufschlagt das Transmissionsteil und durchquert zuerst das an einer Schweißgrenzfläche an der Kontaktstelle der beiden Teile anzuschweißende Tramsmissionsteil. An der Schweißgrenzfläche wird das Infrarot-Laserlicht entweder teilweise durch einen hinzugefügten Infrarot-Absorber absorbiert oder das Infrarot-Laserlicht wird teilweise durch das Absorptionsteil absorbiert oder durch beide. Der Anteil des Infrarot-Laserlichts, der nicht absorbiert wird, geht weiter durch den Absorptionsteil und tritt an der entfernten Seite aus. Dieses Infrarot-Laserlicht wird dann an die Schweiß-Grenzfläche zurückgelenkt. Beim zweiten Durchgang (und bei jedem nachfolgenden Durchgang) wird mehr Infrarot-Laserlicht in dem partiell absorbierenden Medium absorbiert (dem zugesetzten Infrarotabsorber, dem Absorptionsteil oder beiden).
  • In einem Aspekt sind die Teile rohrförmige Teile, wobei der Transmissionsteil den Absorptionsteil koaxial umgibt. Das Infrarot-Laserlicht wird mit einem zylindrischen Spiegel zurückgelenkt, der die rohrförmigen Teile koaxial umgibt.
  • In einem Aspekt lenkt der zylindrische Spiegel das Infrarot-Laserlicht so, dass das Infrarot-Laserlicht die rohrförmigen Teile gegebenenfalls von allen Richtungen aus beaufschlagt.
  • Weitere Anwendungsgebiete werden aus der hier gegebenen Beschreibung offensichtlich. Es sollte klar sein, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zum Zwecke der Darstellung gedacht sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
  • ZEICHNUNGEN
  • Die hier beschriebenen Zeichnungen sind nur zu Darstellungszwecken und sind nicht dazu gedacht, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise zu beschränken.
  • Die 1A und 1B sind schematische Darstellungen des Standes der Technik von bei niedriger Absorption arbeitenden TTIr Laserschweißsystemen zum Schweißen von Kunststoffteilen mit Infrarot-Laserlicht.
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines bei niedriger Absorption arbeitenden TTIr Laserschweißsystems mit einer Endlosschleife zur Rücklenkung von Infrarot-Laserlicht durch eine Schweißgrenzfläche zwischen den zu verschweißenden Teilen, in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
  • 3 ist eine schematische Darstellung eines bei niedriger Absorption arbeitenden TTIr Laserschweißsystems mit einer Endlosschleife für eine Mehrwege-Rücklenkung von Infrarot-Laserlicht durch eine Schweißgrenzfläche in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
  • 4 ist eine schematische Darstellung einer Dispersion von Infrarot-Laserlicht in einem bei niedriger Absorption arbeitenden TTIr Laserschweißsystems des Standes der Technik, welches rohrförmige Teile verschweißt;
  • 5 ist eine schematische Darstellung eines bei niedriger Absorption arbeitenden TTIr Laserschweißsystems, welches rohrförmige Teile verschweißt, in welchen nicht absorbiertes Infrarot-Laserlicht an die rohrförmigen Teile zurückgeleitet wird; und
  • 6 ist eine schematische Darstellung eines bei niedriger Absorption arbeitenden TTIr Laserschweißsystems, welches rohrförmige Teile verschweißt, in welchem eines der rohrförmigen Teile ein Fitting ist, in welches nicht absorbiertes Infrarot-Laserlicht zu den Teilen zurückgeleitet wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung ist in ihrer Art nur beispielhaft und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, Anmeldung oder die Verwendungen zu beschränken. Es sei so verstanden, dass in den gesamten Zeichnungen korrespondierende Bezugszeichen ähnliche oder korrespondierende Teile und Merkmale angeben.
  • In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nicht absorbiertes Infrarot-Laserlicht, das durch Kunststoffteile hindurchgegangen ist, die mit einem TTIr-Prozess bei geringer Absorption verscheißt werden sollen, zu der gering absorbierenden Schweißgrenzfläche zurückgelenkt, um in dem Prozess wieder absorbiert zu werden. Ein Strahl eines Infrarot-Laserlichts wird an die zu verschweißenden Kunststoffteile, nämlich ein erstes Transmissionsteil und ein zweites absorbierendes (oder teilweise absorbierendes) Teil, gelenkt. Das Infrarot-Laserlicht beaufschlagt das Transmissionsteil und durchquert zuerst das zu schweißende Transmissionsteil bis zur Schweißgrenzfläche an der Kon taktstelle der beiden Teile. An der Schweißgrenzfläche wird entweder das Infrarot-Laserlicht teilweise durch einen hinzu gegebenen Infrarot-Absorber absorbiert oder wird das Infrarot-Laserlicht teilweise durch das Absorptionsteil absorbiert oder durch beide.
  • Der Anteil des Infrarot-Laserlichts, der nicht absorbiert wird, geht weiter durch das Absorptionsteil und tritt an der entfernten Seite aus. Das Infrarot-Laserlicht wird dann zurück zu der Schweißgrenzfläche gelenkt, entweder durch Verwenden von Spiegeln, Wellenleitern oder einer Faseroptik. Beim zweiten Durchgang wird mehr Infrarot-Laserlicht in dem teilweise absorbierenden Medium absorbiert (im hinzugefügten Infrarot-Absorber, dem Absorptionsteil oder in beiden).
  • Wieder wird beim zweiten Durchgang etwas Infrarot-Laserlicht nicht absorbiert und wird durch die zu schweißenden Teile hindurchgehen. Dieses Infrarot-Laserlicht kann wieder zu der Schweißgrenzfläche zurückgelenkt werden. Dieser Prozess kann beliebig of wiederholt werden und kann in einigen Varianten eine endlose Wiederholung haben. Selbst mit einem geringen absoluten Infrarot-Laserlicht-Absorptionsverhältnis der Teile bei jedem Durchgang wird gegebenenfalls ein hoher Prozentsatz von Infrarot-Laserlicht an der Schweißgrenzfläche absorbiert.
  • Wenn das Infrarot-Laserlicht an die zu schweißenden Teile zurückgelenkt wird, kann dieses in der gleichen Richtung wie das ursprünglich auftreffende Licht zurückgelenkt werden, oder es kann aus irgendeinem anderen Winkel, der in die Schweißregion gerichtet ist, zurückgelenkt werden. 2 zeigt ein Laser-Schweißsystem 200 mit einem Photonen-Rückführer 202 mit einer Endlosschleife. In der in 2 dargestellten beispielhaften Ausführungsform enthält der endlose Photonen-Rückführer eine Faseroptikschleife 204, die sich von der Stelle erstreckt, an welcher das Infrarot-Laserlicht aus dem Absorptionsteil 108 austritt, bis zurück an die Stelle, an welcher das Laserlicht ursprünglich auf das Transmissionsteil 106 trifft. Durch das Rücklenken des Infrarot-Laserlichts in die gleiche Richtung, in der das Infrarot-Laserlicht 102 ursprünglich auf das Transmissionsteil direkt von der Quelle 104 des Laserlichts 102 aus aufgetroffen ist, wird eine Endlosschleife hergestellt, wie dies in 2 gezeigt ist.
  • In einer Variation wird das Infrarot-Laserlicht unter einem anderen Winkel an die Schweißgrenzfläche zurückgelenkt, das heißt, es wird in einer anderen Richtung als der Richtung des ursprünglich auftreffenden Infrarot-Laserlichts an die Schweißgrenzfläche zurückgelenkt. In dieser Variation werden mehrere Durchgangswinkel in 3 dargestellt, und der Weg des Infrarot-Laserlichts kann durch ein oder mehrere Spiegel zurückgelenkt werden, um einen Photonen-Rückführer 301 zu schaffen, der zwei oder mehr Durchgänge des Infrarot-Laserlichts 102 durch die Schweißgrenzfläche 110 liefert. In der in 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform umfasst das Laser-Schweißsystem 300 eine Mehrzahl von Spiegeln, wie beispielsweise drei Spiegel 302, 304, 306. Ein Strahl eines Infrarot-Laserlichts 102 wird auf die zu verschweißenden Teile 106, 108 gelenkt. Das Infrarot-Laserlicht 102 durchquert zuerst das Transmissionsteil 106 bis zur Schweißgrenzfläche 110. Der Anteil des Infrarot-Laserlichts 102, der nicht absorbiert wird, wird durch den Spiegel 302 zum Spiegel 304, durch den Spiegel 304 zurück durch die Teile 106, 108 reflektiert, wo dieser durch die Schweißgrenzfläche 110 hindurchgeht. Der nicht absorbierte Anteil des Infrarot-Laserlichts 102, der durch den Spiegel 304 reflektiert wird und den Transmissionsteil 106 verlässt, wird durch den Spiegel 306 zurück durch die Teile 106, 108 reflektiert, wo dieser durch die Schweißgrenzfläche 110 hindurchgeht. Der nicht absorbierte Anteil des durch den Spiegel 306 reflektierten Infrarot-Laserlichts 102 wird durch den Spiegel 304 zum Spiegel 302 reflektiert, welcher diesen durch die Teile 106, 108 reflektiert, wo dieser durch die Schweißgrenzfläche 110 hindurchgeht. In der Ausführungsform von 3 macht das Infrarot-Laserlicht 102 vier Durchgänge durch die Teile 106, 108 und die Schweißgrenzfläche 110.
  • Mit Bezug auf 4 wird bei rohrförmigen Kunststoffteilen das Infrarot-Laserlicht 102, welches auf die rohrförmigen Teile 402, 404 auftrifft, abgelenkt, wenn die rohrförmigen Teile 402, 404 eine Linse bilden, wenn das Infrarot-Laserlicht durch die Teile 402, 404 hindurchgeht. Dieses fächert das Infrarot-Laserlicht 102 in einen annähernden Halbkreis an der gegenüberliegenden Seite zu derjenigen auf, auf die das Infrarot-Laserlicht 102 zuerst auf das äußere Teil 402 auftrifft, wie dies in 4 zu sehen ist. Zur Erläuterung ist Teil 402 das Transmissions-Kunststoffteil und umgibt Teil 404 koaxial, welches das absorbierende Kunststoffteil ist.
  • 5 zeigt ein Laserschweißsystem 500 mit einem Photonen-Rückführer 502, welcher das aufgefächerte Infrarot-Laserlicht 102 zurück zu den zu verschweißenden Teilen 402, 404 lenkt. In der Ausführungsform aus 5 umfasst der Photonen-Rückführer 502 einen zylinderförmigen Spiegel 504, der koaxial um die rohrförmigen Teile 402, 404 angeordnet ist. Beispielhaft umfasst der zylinderförmige Spiegel 504 eine Öffnung, in welche das Infrarot-Laserlicht 102 durch eine Infrarot-Laserlichtquelle 104 gelenkt wird. Der zylinderförmige Spiegel 504 reflektiert das aufgefächerte Infrarot-Laserlicht 102, um das aufgefächerte Infrarot-Laserlicht zurück zu den rohrförmigen Teilen 402, 404 zurückzuführen. Der zylinderförmige Spiegel 504 hat eine Geometrie, welche das Rückführen des Laserlichts fortsetzt, so dass gegebenenfalls das Infrarot-Laserlicht von allen Richtun gen aus um die zu verschweißenden rohrförmigen Teile 402, 404 herum auftrifft, wie dies in 5 zu sehen ist. Gegebenenfalls wird der größte Teil des Laserlichts 102 durch die in dem Schweißprozess verwendeten gering absorbierenden Absorber absorbiert, was das absorptive Kunststoffteil 404, ein Infrarot-Absorberzusatz, wie der Infrarot-Absorberzusatz 112 (1) ist, der an einer Kontaktstelle der rohrförmigen Teile 402, 404 angeordnet ist, oder beides ist.
  • Es sollte klar sein, dass der zylinderförmige Spiegel 504 kein kontinuierlicher Zylinder sein muss. Zum Beispiel kann der zylinderförmige Spiegel 504 Schlitze aufweisen, um dem Benutzer eines Fördersystems zu erleichtern, rohrförmige Teile 402, 404 in den zylinderförmigen Spiegel 504 hinein- und herauszubewegen.
  • 6 zeigt ein Laser-Schweißsystem 600 für die Verwendung zum Schweißen von rohrförmigen Teilen 602, 604, in welchem das rohrförmige Teil 604 ein Fitting ist, wie beispielsweise ein Anschlussstück, ein Ellbogen, ein Verbindungsstück oder dergleichen. Dargestellt ist, wie die Enden der rohrförmigen Teile 602 in dem Fitting 604 aufgenommen sind. Dort, wo Oberflächen der Teile 602 aneinander anstoßen, ist die Schweißgrenzfläche in dieser beispielhaften Ausführungsform. Das Fitting 604 kann beispielsweise das Transmissionsteil sein und die rohrförmigen Teile 604 die Absorptionsteile. Es sollte klar sein, dass die rohrförmigen Teile 602 die Transmissionsteile sein könnten und das Fitting 604 das Absorptionsteil, wobei in diesem Falle das Fitting 604 beispielhaft in die Enden des Fittings 602 aufgenommen sein kann. Es sollte klar sein, dass ein Infrarot-Absorberzusatz an der/den Grenzfläche(n) zwischen den rohrförmigen Teilen 602 und dem Anschlussstück 604 angeordnet sein könnte.
  • Das Laserschweißsystem 600 umfasst einen Photonen-Rückführer 606, welcher das Laserlicht 102, das durch die Teile 602, 604 hindurchgeht und durch die Teile 602, 604 aufgefächert wird, zurück zu der Schweißgrenzfläche 110 führt. Der Photonen-Rückführer 606 umfasst einen sphärischen Spiegel 608. In der Ausführungsform aus 6 umfasst der Spiegel 608 einen ersten und zweiten einander gegenüberliegenden halbsphärischen Spiegel 610, die voneinander durch einen Abstand 612 in Abstand liegen, um die Anordnung der Teile 602, 604 in den Photonen-Rückführer 606 zu erleichtern.
  • Es sollte klar sein, dass Spiegel, Wellenleiter oder Faseroptiken verwendet werden können, um das Infrarot-Laserlicht zurückzulenken. Spiegel haben den Vorteil eines hohen Wirkungsgrades. Wellenleiter und Faseroptiken haben den Vorteil einer größeren Flexibilität der Geometrie als bei geraden Lichtwegen, die für Spiegel benötigt werden. Wellenleiter und Faseroptiken haben einen größeren optischen Akzeptanzwinkel als eine Spiegelfolge, was bei einer Endlosschleifen-Anordnung nützlich ist.
  • Das Infrarot-Laserlicht kann an die Schweißgrenzfläche für beliebig häufige Durchgänge zurückgeführt werden. Ein einzelner zusätzlicher Durchgang oder eine geringe Anzahl von Durchgängen hat den Vorteil der Einfachheit. Eine große Anzahl von Durchgängen hat den Vorteil eines größeren gesamten Absorptionswirkungsgrades bei den zu verschweißenden Teilen.
  • Mit rohrförmigen Teilen lenkt die koaxiale zylinderförmige Spiegelanordnung in vorteilhafter Weise das Infrarot-Laserlicht von allen Winkeln zu den zu verschweißenden rohrförmigen Teilen und stellt eine endlo se Rückführungsschleife her, welche eine hohe Gesamtabsorption der gering absorbierenden Absorber in dem Schweißprozess ergibt.
  • Die Spiegel können metallisch sein, eine dünne Filmbeschichtung mit hohem Reflektionswirkungsgrad haben oder reflektierende Prismen sein. Die Wellenleiter können entweder positive dielektrische Transmissions-Wellenleiter oder negative Reflektions-Wellenleiter sein. Die Faseroptik kann eine Single-Mode-Faser, eine Multi-Mode-Faser, eine Selfoc-Faser, Holey-Fasern oder eine Hohlfaser sein.
  • Die zu verschweißenden Kunststoffteile können einen Infrarot-Absorptionszusatz an der Schweißgrenzfläche verwenden oder können einen Volumen-Infrarotabsorber in einem (oder beiden) der Teile verwenden. Es wird angenommen, dass bei einer Infrarot-Laserlichtrückführung die Infrarot-Absorber keine Totalabsorber sind, so dass beim Anfangsdurchgang ein Teil des Infrarotlichts aus den zu verschweißenden Teilen entweicht.
  • Das in dem Prozess verwendete Infrarot-Laserlicht kann ein Infrarotlaser oder eine Breitband-Infrarotquelle sein. Ein kollimierter Infrarotlaser ist besser lenkbar und daher besser anwendbar mit Spiegeln.
  • Ein Rückführen des Infrarot-Laserlichts erhöht den Wirkungsgrad des Schweißvorgangs erheblich und erlaubt das Schweißen von Teilen in einem Prozess mit geringer Absorption, die ansonsten nicht geschweißt werden könnten. Es muss weniger Laser- oder Breitband-Infrarot-Laserlicht Leistung verwendet werden, wodurch die Kosten der Schweißmaschine verringert werden.
  • Ein Rückführen von Infrarot-Laserlicht mit rohrförmigen Teilen verbessert die Gesamtabsorption des Prozesses und vermindert die Komplexität der Optik, die benötigt wird, um Infrarotlicht von allen Winkeln auf die rohrförmige Anordnung abzugeben.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Nicht absorbiertes Infrarot-Laserlicht, welches durch Kunststoffteile hindurchgegangen ist, die mit einem TTIr Prozess bei geringer Absorption verschweißt werden sollen, wird zu der gering absorbierenden Schweißgrenzfläche zurückgeführt, um in den Prozess noch einmal einem Absorptionsvorgang unterzogen zu werden. Ein Strahl eines Infrarot-Laserlichts wird an die zu verschweißenden Kunststoffteile, einem ersten Transmissionsteil und einem absorbierenden (oder teilweise absorbierenden) zweiten Teil, gelenkt. Das Infrarot-Laserlicht trifft auf den Transmissionsteil und geht zuerst durch den zu verschweißenden Transmissionsteil bis zu einer Schweißgrenzfläche an der Kontaktstelle der beiden Teile hindurch. An der Schweißgrenzfläche wird das Infrarot-Laserlicht entweder teilweise durch einen hinzugefügten Infrarot-Absorber absorbiert oder wird das Infrarot-Laserlicht durch den Absorptionsteil teilweise absorbiert oder durch beides. Der Anteil des Infrarot-Laserlichts, der nicht absorbiert wird, geht weiter durch den Absorptionsteil und tritt an der entfernten Seite aus. Das Infrarot-Laserlicht wird dann zu der Schweißgrenzfläche zurückgelenkt. Beim zweiten Durchgang (und jedem weiteren Durchgang danach) wird mehr Infrarot-Laserlicht in dem teilweise absorbierenden Medium (dem hinzugefügten Infrarot-Absorber, dem Absorptionsteil oder beidem) absorbiert. In einem Aspekt sind die Teile rohrförmige Teile, wobei der Transmissionsteil den Absorptionsteil koaxial umgibt. Das Infrarot-Laserlicht wird mit einem zylinderförmigen Spiegel zurückgelenkt, welcher die rohrförmigen Teile koaxial umgibt. In einem Aspekt umfassen die Teile ein rohrförmiges Teil und ein Fitting und wird der Infrarotlaser mit einem sphärischen Spiegel zurückgelenkt, welcher die Teile umgibt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (24)

  1. Verfahren zum Schweißen von Kunststoffteilen in einem Infrarot-Schweißprozess mit Durchgangsübertragung bei niedriger Absorption, wobei die Kunststoffteile einen Transmissionsteil und einen Absorptionsteil umfassen, wobei das Verfahren umfasst: Lenken eines Strahls eines Infrarot-Laserlichts von einer Quelle des Infrarot-Laserlichts zu den Teilen, wo dieses auf den Transmissionsteil trifft, durch das Transmissionsteil zu einer Schweißgrenzfläche an einer Kontaktstelle des Transmissionsteils und des Absorptionsteils hindurchgeht und ein Anteil des Infrarot-Laserlichts durch das Absorptionsteil hindurchgeht und aus dem Absorptionsteil austritt; und Rückführen des nicht absorbierten Infrarot-Laserlichts zu der Schweißgrenzfläche, um die Gesamtabsorption des Infrarot-Laserlichts zu erhöhen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, mit einem Rückführen des nicht absorbierten Infrarot-Laserlichts mit einer Faseroptik.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, mit einem Rückführen des nicht absorbierten Infrarot-Laserlichts mit einem Spiegel.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, mit einem Rückführen des nicht absorbierten Infrarot-Laserlichts mit einer Mehrzahl von Spiegeln, so dass das Infrarot-Laserlicht zusätzlich zu einem ersten Mal, bei dem das Infrarot-Laserlicht durch die Schweißgrenzfläche hindurchgeht, mehrfach durch die Schweißgrenzfläche hindurchgeht.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, mit einem Rückführen des nicht absorbierten Infrarot-Laserlichts mit einem Wellenleiter.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, mit einem Rückführen des nicht absorbierten Infrarot-Laserlichts, um auf dem Transmissionsteil in der gleichen Richtung aufzutreffen, wie eine Richtung, in der das Infrarot-Laserlicht ursprünglich auf das Transmissionsteil aufgetroffen ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, mit einem Rückführen des nicht absorbierten Infrarot-Laserlichts in einer Richtung, die sich von einer Richtung unterscheidet, in der das Infrarot-Laserlicht ursprünglich auf das Transmissionsteil aufgetroffen ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, mit einem Rückführen des nicht absorbierten Infrarot-Laserlichts in einer Endlosschleife durch die Schweißgrenzfläche.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Teile rohrförmige Teile sind, wobei das Transmissionsteil das Absorptionsteil koaxial umgibt und das nicht absorbierte Infrarot-Laserlicht zurückführt, und ein Rückführen des nicht absorbierten Laserlichts mit einem zylinderförmigen Spiegel umfasst, der die rohrförmigen Teile koaxial umgibt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem das Rückführen des nicht absorbierten Infrarot-Laserlichts mit dem zylinderförmigen Spiegel ein Rückführen desselben in der Weise umfasst, dass das nicht absorbierte Infrarot-Laserlicht die Schweißgrenzfläche gegebenenfalls von allen Richtungen aus beaufschlagt.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Teile rohrförmige Teile sind, welche ein Fitting umfassen und das nicht absorbierte Infrarot- Laserlicht zurücklenken, umfasst ein Zurücklenken des nicht absorbierten Laserlichts mit einem sphärischen Spiegel, welcher die Teile umgibt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, in welchem das Zurücklenken des nicht absorbierten Infrarot-Laserlichts mit dem sphärischen Spiegel ein Zurücklenken desselben derart umfasst, dass das nicht absorbierte Infrarot-Laserlicht gegebenenfalls die Schweißgrenzfläche von allen Seiten aus beaufschlagt.
  13. Infrarot-Laserschweißsystem zum Schweißen von Kunststoffteilen unter Verwendung eines Infrarot-Durchgangsschweißprozesses bei geringer Absorption, wobei die Kunststoffteile einen Transmissionsteil und einem Absorptionsteil umfassen, mit: einer Quelle eines Infrarot-Laserlichts; und einem Photonen-Rückführer, welcher nicht absorbiertes Infrarot-Laserlicht an eine Schweißgrenzfläche an einer Kontaktstelle der Kunststoffteile zurücklenkt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, in welcher der Photonen-Rückführer eine Faseroptik umfasst.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, in welcher sich die Faseroptik von der Stelle aus erstreckt, an welcher das nicht absorbierte Infrarot-Laserlicht den Absorptionsteil verlässt, bis zu der Stelle, an welcher das Infrarot-Laserlicht ursprünglich auf den Transmissionsteil auftrifft.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 13, in welcher der Photonen-Rückführer einen Wellenleiter umfasst.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 13, in welcher der Photonen-Rückführer einen Spiegel umfasst.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, in welcher der Spiegel eine Mehrzahl von Spiegeln umfasst, die in Bezug auf die Teile so angeordnet sind, dass dieser nicht absorbiertes Infrarot-Laserlicht mehrfach zusätzlich zu einem ersten Mal, bei welchem das Infrarot-Laserlicht durch die Schweißgrenzflächen hindurchgeht, durch den Schweißweg zurücklenkt.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 13, in welcher der Photonen-Rückführer eine Mehrzahl von Spiegeln umfasst.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 13, in welcher die Teile rohrförmige Teile sind, wobei der Transmissionsteil den Absorptionsteil koaxial umgibt, wobei der Photonen-Rückführer einen zylinderförmigen Spiegel umfasst, welcher die rohrförmigen Teile koaxial umgibt.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, in welcher der zylinderförmige Spiegel das nicht absorbierte Laserlicht so zurücklenkt, dass das nicht absorbierte Infrarot-Laserlicht die rohrförmigen Teile von allen Richtungen aus beaufschlagt.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 13, in welcher die Teile rohrförmige Teile mit einem Fitting sind, wobei der Photonen-Rückführer einen sphärischen Spiegel umfasst, welcher die Teile umgibt.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, in welcher der sphärische Spiegel das nicht absorbierte Laserlicht so zurücklenkt, dass das nicht absorbierte Inf rarot-Laserlicht die Schweißgrenzflächen von allen Richtungen aus beaufschlagt.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 22, in welcher der sphärische Spiegel einen ersten und zweiten einander gegenüberliegenden halbsphärischen Spiegel umfasst, die voneinander in Abstand liegen.
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