WO2022063982A1 - Verfahren und vorrichtung zum schweissen von kunststoffteilen - Google Patents

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WO2022063982A1
WO2022063982A1 PCT/EP2021/076353 EP2021076353W WO2022063982A1 WO 2022063982 A1 WO2022063982 A1 WO 2022063982A1 EP 2021076353 W EP2021076353 W EP 2021076353W WO 2022063982 A1 WO2022063982 A1 WO 2022063982A1
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recess
gas guide
block
plastic parts
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PCT/EP2021/076353
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Steffen BOEHLER
Guenter BOEHLER
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Gmb Kunststoffteile Gmbh
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    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof

Definitions

  • the invention relates to a method for welding plastic parts, in which two plastic parts to be welded to one another are welded to one another by means of two joining surfaces facing one another, with at least one, preferably both, of the joining surfaces being heated and the two plastic parts then being joined together by pressing the joining surfaces together are welded, with the joining surfaces being flown and heated by means of a hot gas stream.
  • the invention also relates to a device suitable for carrying out the method for welding plastic parts.
  • a method and a device for welding plastic parts are known from DE 100 19 300 A1.
  • a tool consisting of a heating plate with welding blocks attached to the top and bottom is used, with the tool being inserted between the plastic parts to be joined, the plastic parts being heated by radiant heat with the aid of the tool without contact, while at the same time a hot stream of inert gas is applied is guided to the workpiece area to be welded.
  • the plastic parts are heated to a temperature above the softening point so that they become doughy and can be pressed together and thus welded after the tool has been removed.
  • plastic parts can be welded to one another without contact using such a welding process. Since the welding is contact-free, sticking of radiators is avoided. By using radiant heat and an additional stream of hot inert gas to heat the plastic parts should result in accelerated heating and good heat distribution should be achieved.
  • DE 3828728 A1 discloses a device and a method for welding multi-layer webs of thermoplastic material as they run over a deflection roller is known.
  • the device consists of a housing that can be set against the deflection roller, is curved approximately concentrically to it and encloses it over part of its circumference when it is set, which is provided with a longitudinal hot air duct curved in the same direction, which has an inlet for blowing in warm air and in its the housing wall facing the deflection roller has a multiplicity of outlet bores.
  • the known device and the known method can be used specifically for welding multi-layer webs of plastic, but are not suitable for welding together dimensionally stable plastic parts.
  • EP 3453 522 A1 discloses a device and a method for welding hybrid parts or plastic parts, the joining surfaces to be welded to one another being heated by means of hot gas nozzles.
  • large distances between the hot gas nozzles and the joining surfaces to be heated result in high thermal losses, so that long cycle times are required and high energy losses occur.
  • the invention is based on the object of specifying a contactless method for welding plastic parts, in which two plastic parts to be welded to one another are welded to one another by means of two joining surfaces facing one another and the joining surfaces are heated to the desired target temperature in takes place in as short a time as possible.
  • This object is achieved by a method for welding plastic parts, in which two plastic parts to be welded to one another are joined by means of two joining surfaces facing one another, which are preferably designed to be complementary to one another. are welded to one another, with at least one of the two joining surfaces being heated and the two plastic parts then being welded to one another by pressing the joining surfaces together, with the at least one joining surface being heated by means of a stream of hot gas which flows through a channel-shaped recess extending along the joining surface of a gas guide block is directed onto the at least one joining surface, the hot gas stream being supplied through a plurality of supply channels in the gas guide block opening out at an angle into the recess, and the gas guide block being formed at least in segments in one piece with the channel-shaped recess.
  • the object of the invention is also achieved by a device for welding plastic parts along joining surfaces to be welded to one another with a heating block from which hot gas can be fed to the joining surface of at least one of the plastic parts, with a gas guide block extending along the joining surface has a channel-shaped recess in the form of a channel extending along the joint surface, a plurality of supply channels for supplying hot gas being provided in the gas guide block, which feed channels open at an angle into the channel-shaped recess, the gas guide block being formed in one piece with the channel-shaped recess, at least in segments.
  • the joining surface is heated by means of a hot gas stream which is directed through a recess in a gas guide block extending along the joining surface onto the at least one joining surface.
  • a hot gas stream which is directed through a recess in a gas guide block extending along the joining surface onto the at least one joining surface.
  • the gas guide block together with the channel-shaped recess according to the invention at least consists of one piece in segments and can be machined in a suitable manner by milling and/or drilling, the feed channels through which the hot gas is conducted into the recess can be arranged precisely on the gas guide block, with complexly shaped joining surfaces also being able to be realized.
  • the bottom of the recess has a concavely curved shape towards the outside.
  • the recess has a substantially U-shaped cross section.
  • the recess is three-dimensionally curved.
  • first bore sections can be provided in the gas guide block, which essentially extend in an extension of the axial direction of the opening tubes and which are connected to the recess of the gas guide block via second bore sections extending at an angle thereto.
  • first bore sections can be provided in the gas guide block, which essentially extend in an extension of the axial direction of the opening tubes and which are connected to the recess of the gas guide block via second bore sections extending at an angle thereto.
  • the guide block consists of aluminum or an aluminum alloy and the heating block consists of an iron alloy, preferably steel.
  • a temperature that is about half as high e.g. in the range of about 200° C.
  • the area of the heating block from which the hot gas is supplied e.g. about 400° C.
  • the thermal expansion of the different materials e.g. aluminum or steel
  • aluminum is a particularly good conductor of heat and thus supports uniform heating of the joint surface to be heated.
  • the heating block is connected to the supply channels in the gas routing block via a plurality of tubes, the tubes preferably extending essentially parallel to one another.
  • tubes used for gas supply are not precisely aligned with associated bores in the gas guide block, this can be tolerated to a certain extent.
  • the direct supply of hot gas via tubes to the joining surfaces used up to now in the prior art has to be adjusted by hand by bending the tubes in order to compensate for errors, as was previously necessary in the prior art.
  • manual bending of the tubes resulted in tubes that were imprecise and sometimes wavy in the area of their mouths.
  • the tubes are attached to the heating block and preferably engage in the supply channels of the gas flow block with play.
  • this ensures that the hot gas is guided reliably into the gas guide block and into the channel-shaped recess.
  • a clearance e.g. an increase in diameter by about 0.2 mm
  • the bottom of the recess has a concave shape with respect to the joining surface.
  • the recess has an essentially U-shaped cross section.
  • individual segments extend over a length of up to approximately 150 mm, preferably up to approximately 100 mm, in the direction of the at least one joining surface.
  • thermal stresses can be compensated for by small gaps between adjacent segments if such remain as a result of remaining differences between the thermal expansion coefficients of the materials and not completely precise matching in the different expansion coefficients.
  • the recess is three-dimensionally curved, first bore sections being preferably provided in the gas routing block, which are essentially in an extension of the axial direction. extending in the direction of the opening tubes and which are connected to the recess of the gas guide block via the second bore sections extending at an angle thereto.
  • FIG. 1 shows a partial cross-section through a plastic part which consists of two individual parts which each have joining surfaces running in the circumferential direction, the two individual parts being placed one on top of the other with their mutually complementary joining surfaces along which welding is to take place;
  • FIG. 2 shows a partial cross-section through a plastic part according to FIG. 1, in which the joining surfaces are formed in a sawtooth-like manner for the purpose of enlarging the surface;
  • FIG. 3 shows a partial cross section through a plastic part according to FIG. 1 , in which the joining surfaces are corrugated for the purpose of enlarging the surface;
  • FIG. 4 shows a longitudinally sectioned perspective view through a device for heating a plastic part, which is here arranged at a distance from the device; 5 shows a partial cross-section through the gas routing block with an associated heating block and an associated plastic part to be heated, and FIG
  • FIG. 6 shows a partial cross section through a modified embodiment of the device according to the invention, the gas routing block being three-dimensionally curved in order to be able to heat a plastic part with a three-dimensionally curved joining surface.
  • Fig. 1 shows a partial cross-section through a plastic part, which consists of two individual parts 10, 12, each having a peripheral joint surface 14, 16 on which welding can take place.
  • the two joining surfaces 14, 16 are designed to be complementary to one another. For welding, both joining surfaces are heated on a heating device until they become doughy and can then be welded to one another by pressing them together.
  • FIG. 2 and 3 show alternative designs of the joining surfaces with a sawtooth-shaped structure for the plastic parts 10a, 12a according to FIG. 2 and with wavy shaped joining surfaces 14, 16 for the plastic parts 10b, 12b according to FIG. 3.
  • FIG. 4 shows a device according to the invention for heating the joining surface of a plastic part by means of hot gas and is denoted overall by the number 20 .
  • the joining surfaces of the plastic parts 10, 12 or 10a, 12a or 10b, 12b to be welded together can have any shape, in particular can be three-dimensionally curved.
  • the elevations and depressions of the joining surfaces then preferably extend along the longitudinal direction of the joining surfaces, so that mutually complementary structures result in elevations or depressions facing one another, which intermesh when the heated plastic parts are subsequently joined.
  • the joining surface on each of the plastic parts is heated by means of a stream of hot gas which is directed from the associated device in a targeted manner onto the joining surface.
  • a gas routing block is used for this purpose, in which a recess is provided which extends along the joint surface and through which the hot gas flow is concentrated onto the joint surface, as will be explained in more detail below with reference to FIG.
  • the device 20 has a heating tool 34 which can be heated by means of electrical heating elements 30 .
  • a plate 36 in which cavities 28 are provided is arranged on the heating tool 34 .
  • Lines 32 run through the cavities 28 and are provided with radial outlet openings from which supplied compressed air can escape into the cavities 28 .
  • quartz sand filling in the cavities 28, through which the heat transfer surface for heating the compressed air is further increased.
  • the plastic part 10 to be heated is placed on the device 20 by means of a handling device and can then be heated to the target temperature in a short time by hot air. Heated compressed air passes from the cavities 28 into a circumferential annular distribution channel 29 which is formed in a heating block 22 placed thereon. From the distribution channel 29, the hot gas goes directly into the tube 24 and flows from there into a gas guide block 26 with a U-shaped recess 38, as will be explained in more detail below with reference to FIG.
  • the gas guide block 26 is made in one piece from a block and preferably consists of an aluminum alloy.
  • a recess 38 with a preferably U-shaped cross section is provided in the gas routing block 26 and extends along the joining surface 14 to be heated.
  • the plastic part 10 to be heated can preferably protrude with its joining surface 14 into the recess 38 during the heating process.
  • the gas routing block 26 is screwed to the heating block 22 via spacers 41 (not shown in FIG. 4).
  • assigned bores 39 are provided, through which the hot gas flows from the tubes 24 into the recess 38.
  • the bores end at an angle, preferably essentially at right angles, in the recess 38.
  • the contour of the gas guide block 26 and the recess 38 provided therein is adapted to the course of the joining surface 14 of the plastic part 10 to be heated, so that the hot air supplied directly onto the joining surface to be heated
  • the heating time can be significantly reduced compared to conventional heating by means of hot air escaping from tubes, for example from 25 seconds when using tubes to less than
  • the heater block 22 is typically made of steel, while the gas guide block 26 is typically made of an aluminum alloy.
  • the temperature of the distribution channel 29 is significantly higher than the temperature in the area of the recess 38 of the gas routing block 26. While the temperature in the distribution channel 29 is, for example, about 400° C., the temperature of the gas routing block 26 in the area of the recess 38 is, for example, about 200° C.
  • the different materials - aluminum for the gas guide block 26 and steel for the heating block 22 - are used to compensate for these temperature differences.
  • the gas guide block 26 is composed of several segments.
  • individual segments preferably have a size of up to approximately 100 mm and are then joined to the next segment in each case via a small gap. The gaps allow further compensation for different thermal expansions.
  • the gas routing block 26 is correspondingly provided with a three-dimensionally curved recess 38 which is adapted to the three-dimensionally curved joining surface of the plastic part to be heated.
  • the small tubes 24 provided for supplying the hot gas run at a uniform distance from the hot gas block.
  • the bores in question, from which the hot air supplied via the tubes 24 reaches the recess 38, are advantageously composed of two bore sections.
  • a first bore section 42 runs in the axial direction of an associated tube 24, while a second one arranged at an angle thereto Bore portion 44 opens into the recess 38 at the desired location. This is preferably done approximately at right angles.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißen von Kunststoffteilen (10) angegeben, bei dem zwei miteinander zu verschweißende Kunststoffteile (10) mittels zweier einander zugewandter Fügeflächen (14) miteinander verschweißt werden, wobei zumindest eine der beiden Fügeflächen (14) erhitzt wird und die beiden Kunststoffteile (10) anschließend durch Aneinanderdrücken der Fügeflächen (14) miteinander verschweißt werden, wobei die zumindest eine Fügefläche (14) mittels eines Heißgasstroms angeströmt und erhitzt wird, der durch eine sich entlang der Fügefläche (14) erstreckende Ausnehmung (38) eines Gasführungsblocks (26) auf die mindestens eine Fügefläche (14) gerichtet wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen von Kunststoffteilen
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen von Kunststoffteilen, bei dem zwei miteinander zu verschweißende Kunststoffteile mittels zweier einander zugewandter Fügeflächen miteinander verschweißt werden, wobei zumindest eine, vorzugsweise beide, der Fügeflächen erhitzt wird und die beiden Kunststoffteile anschließend durch Aneinanderdrücken der Fügeflächen miteinander verschweißt werden, wobei die Fügeflächen mittels eines heißen Gasstroms angeströmt und erhitzt werden.
[0002] Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Verschweißen von Kunststoffteilen.
[0003] Aus der DE 100 19 300 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißen von Kunststoffteilen bekannt. Hierbei wird ein Werkzeug, bestehend aus einer Heizplatte mit auf der Ober- und Unterseite befestigten Schweißblöcken, verwendet, wobei das Werkzeug zwischen die zu verbindenden Kunststoffteile eingeführt wird, die Kunststoffteile mit Hilfe des Werkzeugs berührungsfrei durch Strahlungswärme erwärmt werden, während zugleich ein heißer Inertgasstrom auf den zu verschweißenden Werkstückbereich geleitet wird. Die Kunststoffteile werden auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur erhitzt, so dass diese teigig werden und nach dem Herausnehmen des Werkzeugs zusammengedrückt und somit verschweißt werden können.
[0004] Mit einem derartigen Schweißverfahren lassen sich grundsätzlich Kunststoffteile berührungslos miteinander verschweißen. Da die Verschweißung berührungsfrei erfolgt, wird ein Kleben von Heizkörpern vermieden. Durch die Verwendung von Strahlungswärme und eines zusätzlichen heißen Inertgasstroms zur Erhitzung der Kunststoff- teile soll sich eine beschleunigte Erwärmung ergeben und eine gute Wärmeverteilung erreicht werden.
[0005] In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass ein Verschweißen von Kunststoffteilen entlang der Fügeflächen eine erhebliche Aufheizzeit für jedes der Kunststoffteile benötigt.
[0006] Da solche Kunststoffteile häufig in großen Serien etwa im Automobilbau verwendet werden, sind besonders kurze Taktzeiten von erheblicher Bedeutung.
[0007] Weiterhin ist es durch Benutzung im Stand der Technik bekannt, die Fügeflächen der miteinander zu verschweißenden Kunststoffteile mittels eines Heißgasstroms zu erhitzen, der aus einem Verteiler über eine Vielzahl von zueinander im Wesentlichen parallel angeordneten Röhrchen, deren Austrittsöffnungen in einem annähernd gleichmäßigen Abstand vor den Fügeflächen enden, auf die Fügeflächen gerichtet wird.
[0008] Hiermit wird zwar eine relativ gleichmäßige Erwärmung der Fügeflächen ermöglicht, jedoch ergeben sich nach wie vor erhebliche Aufheizzeiten für die zu verschweißenden Kunststoffteile.
[0009] Aus der WO 2020/164978 A1 ist es bekannt, zueinander parallele Winkel auf einer der Fügefläche zugewandten Oberfläche anzuordnen, um so einen Kanal zu bilden, in den Heißgas über eine Leitung eingeführt wird. Hierdurch soll sich eine verkürzte Aufheizzeit der zu verschweißenden Kunststoffteile ergeben.
[0010] Jedoch ist auch diese Anordnung verbesserungswürdig. Insbesondere lässt sich mittels Winkeln kein gekrümmter oder kompliziert geformter Kanal zur Heißgasführung realisieren.
[0011] Aus der DE 3828728 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verschweißen mehrlagiger Bahnen aus thermoplastischem Kunststoff bei ihrem Lauf über eine Umlenkwalze bekannt. Die Vorrichtung besteht aus einem an die Umlenkwalze anstellbaren, etwa konzentrisch zu dieser gekrümmten und diese im angestellten Zustand über einen Teil ihres Umfangs einfassenden Gehäuse, das mit einem längs verlaufenden, gleichsinnig gekrümmten Warmluftkanal versehen ist, der einen Einlass zum Einblasen waremer Luft und in seiner der Umlenkwalze zugewandten Gehäusewandung eine Vielzahl von Austrittsbohrungen aufweist.
[0012] Die bekannte Vorrichtung und das bekannte Verfahren sind speziell zum Verschweißen von mehrlagigen Bahnen aus Kunststoff verwendbar, jedoch nicht zum Verschweißen von in sich formstabilen Kunststoffteilen miteinander geeignet.
[0013] Aus der EP 3453 522 A1 sind schließlich eine Vorrichtung und eine Verfahren zum Verschweißen von Hybridteilen oder Kunststoffteilen bekannt, wobei die miteinander zu verschweißenden Fügeflächen mittels Heißgasdüsen erhitzt werden. Durch große Abstände zwischen den Heißgasdüsen und den zu erhitzenden Fügeflächen ergeben sich jedoch hohe thermische Verluste, so dass lange Taktzeiten erforderlich sind und hohe Energieverluste entstehen.
[0014] Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schweißen von Kunststoffteilen anzugeben, das kontaktlos erfolgt, bei dem zwei miteinander zu verschweißende Kunststoffteile mittels zweier einander zugewandter Fügeflächen miteinander verschweißt werden und eine Erhitzung der Fügeflächen auf die gewünschte Zieltemperatur in möglichst kurzer Zeit erfolgt. Hierbei soll vorzugsweise auch eine Verschweißung von gekrümmten oder kompliziert geformten Fügeflächen in einfacher Weise ermöglicht werden.
[0015] Ferner soll eine Vorrichtung angegeben werden, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.
[0016] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Schweißen von Kunststoffteilen gelöst, bei dem zwei miteinander zu verschweißende Kunststoffteile mittels zweier einander zugewandter Fügeflächen, die vorzugsweise zueinander komplementär ausge- staltet sind, miteinander verschweißt werden, wobei zumindest eine der beiden Fügeflächen erhitzt wird und die beiden Kunststoffteile anschließend durch Aneinanderdrücken der Fügeflächen miteinander verschweißt werden, wobei die zumindest eine Fügefläche mittels eines Heißgasstroms erhitzt wird, der durch eine sich entlang der Fügefläche erstreckende, kanalförmige Ausnehmung eines Gasführungsblocks auf die mindestens eine Fügefläche gerichtet wird, wobei der Heißgasstrom durch eine Mehrzahl von winklig in die Ausnehmung mündenden Zuführkanälen im Gasführungsblock zugeführt wird, und wobei der Gasführungsblock zumindest segmentweise einstückig mit der kanalförmigen Ausnehmung ausgebildet ist.
[0017] Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch eine Vorrichtung zum Schweißen von Kunststoffteilen entlang von miteinander zu verschweißenden Fügeflächen mit einem Heizblock gelöst, aus dem Heißgas zu der Fügefläche mindestens eines der Kunststoffteile zuführbar ist, wobei sich entlang der Fügefläche ein Gasführungsblock erstreckt, der eine kanalförmige Ausnehmung in Form eines sich entlang der Fügefläche erstreckenden Kanals aufweist, wobei im Gasführungsblock eine Mehrzahl von Zuführkanälen zur Zuführung von Heißgas vorgesehen sind, die winklig in die kanalförmige Ausnehmung münden, wobei der Gasführungsblock zumindest segmentweise einstückig mit der kanalförmigen Ausnehmung ausgebildet ist.
[0018] Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
[0019] Erfindungsgemäß erfolgt die Erhitzung der Fügefläche mittels eines Heißgasstroms, der durch eine Ausnehmung in einem sich entlang der Fügefläche erstreckenden Gasführungsblock auf die mindestens eine Fügefläche gerichtet wird. Hierdurch wird der Heißgasstrom auf die Fügefläche konzentriert, was zu einer erheblichen Verkürzung der Aufheizzeit führt und eine energiesparende Arbeitsweise ermöglicht.
[0020] Wegen der Konzentration des Heißgasstroms auf die tatsächlich zu beheizende Fügefläche wird eine unbeabsichtigte Erhitzung von umliegenden Teilen deutlich reduziert, so dass die Beschädigungsgefahr vermindert wird. Da der Gasführungsblock gemeinsam mit der kanalförmigen Ausnehmung erfindungsgemäß zumindest segmentweise aus einem Stück besteht und in geeigneter Weise durch Fräsen und/oder Bohren bearbeitet werden kann, können die Zuführkanäle, durch die das Heißgas in die Ausnehmung geleitet wird, präzise am Gasführungsblock angeordnet werden, wobei auch kompliziert geformte Fügeflächen realisiert werden können.
[0021] Insgesamt ergibt sich auf diese Weise eine deutlich vereinfachte und zuverlässigere Konstruktion und eine deutlich verkürzte Aufheizzeit, selbst wenn es sich um kompliziert geformte Fügeflächen handeln sollte.
[0022] In bevorzugter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Ausnehmung an ihrem Boden eine nach außen hin konkav gekrümmte Form auf.
[0023] Hierdurch wird die Zuführung des Heißgases in Richtung auf die zu erhitzende Fügefläche weiter konzentriert.
[0024] In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung weist die Ausnehmung einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf.
[0025] Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Anpassung an das aufzuheizende Teil und damit eine besonders schnelle Erhitzung.
[0026] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausnehmung dreidimensional gekrümmt.
[0027] Auf diese Weise kann eine Erhitzung von dreidimensional gekrümmten Fügeflächen erreicht werden.
[0028] Hierzu können im Gasführungsblock erste Bohrungsabschnitte vorgesehen sein, die sich im Wesentlichen in einer Verlängerung der Axialrichtung der einmündenden Röhrchen erstrecken und die über sich winklig dazu erstreckende zweite Bohrungsabschnitte mit der Ausnehmung des Gasführungsblocks verbunden sind. [0029] Auf diese Weise wird die Zuführung von Heißgas in eine dreidimensional gekrümmte Ausnehmung des Gasführungsblocks auf einfache Weise ermöglicht.
[0030] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Führungsblock aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und der Heizblock aus einer Eisenlegierung, vorzugsweise aus Stahl.
[0031] Da sich in der Ausnehmung des Gasführungsblocks eine etwa halb so hohe Temperatur (z.B. im Bereich von etwa 200°C) einstellt, wie im Bereich des Heizblocks, aus dem das Heißgas zugeführt wird (z.B. etwa 400°C) kann auf diese Weise eine Anpassung der thermischen Ausdehnung der unterschiedlichen Materialien (Aluminium bzw. Stahl) erreicht werden, da der Ausdehnungskoeffizient von Aluminium etwa doppelt so hoch wie der von Stahl ist. Außerdem ist Aluminium ein besonders guter Wärmeleiter und unterstützt somit eine gleichmäßige Erwärmung der zu erhitzenden Fügefläche.
[0032] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Heizblock über eine Mehrzahl von Röhrchen mit den Zuführkanälen im Gasführungsblock verbunden, wobei sich die Röhrchen vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken.
[0033] Dies ermöglicht einen vereinfachten Aufbau.
[0034] Sollten zur Gaszuführung verwendete Röhrchen nicht präzise mit zugeordneten Bohrungen im Gasführungsblock fluchten, so kann dies in einem gewissen Maße toleriert werden.
[0035] Außerdem wird vermieden, dass die im Stand der Technik bislang verwendete direkte Zuführung von Heißgas über Röhrchen zu den Fügeflächen von Hand durch Verbiegen der Röhrchen angepasst werden müssen, um Fehler auszugleichen, wie dies im Stand der Technik bislang notwendig war. Im Stand der Technik führte eine manuelle Verbiegung der Röhrchen zu unpräzisen und teilweise wellenartig verbogenen Röhrchen im Bereich ihrer Mündungen. [0036] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Röhrchen am Heizblock befestigt und greifen vorzugsweise in die Zuführkanäle des Gasführungsblocks mit Spiel ein.
[0037] Hierdurch wird einerseits eine sichere Führung des Heißgases in den Gasführungsblock bis in die kanalförmige Ausnehmung gewährleistet. Andererseits wird durch die Zugabe eines Spiels (beispielsweise ein etwa um 0,2 mm größerer Durchmesser) eine ausreichende Toleranz gewährleistet, um eine einfache Montage ohne eine manuelle Verbiegung der Röhrchen zu ermöglichen.
[0038] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausnehmung an ihrem Boden eine in Bezug auf die Fügefläche konkav gekrümmte Form auf.
[0039] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausnehmung einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf.
[0040] Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine besonders gute Anpassung für eine Konzentration des Heißgases für eine schnelle Erhitzung der Fügefläche.
[0041] In zusätzlicher Weiterbildung der Erfindung erstrecken sich einzelne Segmente über eine Länge von bis zu etwa 150 mm, vorzugsweise von bis zu etwa 100 mm in Richtung der mindestens einen Fügefläche.
[0042] Auf diese Weise können thermische Spannungen über geringfügige Spalte zwischen aneinander grenzenden Segmenten ausgeglichen werden, sofern sich solche infolge noch verbleibender Unterschiede zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien und nicht vollständig präzise Anpassung in den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten verbleiben, ausgeglichen werden.
[0043] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausnehmung dreidimensional gekrümmt, wobei bevorzugt im Gasführungsblock erste Bohrungsabschnitte vorgesehen sind, die sich im Wesentlichen in einer Verlängerung der Axialrich- tung der einmündenden Röhrchen erstrecken und die über sich winklig dazu erstreckende zweite Bohrungsabschnitte mit der Ausnehmung des Gasführungsblocks verbunden sind.
[0044] Auf diese Weise lassen sich auch dreidimensional gekrümmte Fügeflächen auf einfache Weise über dreidimensional entsprechend angepasste Ausnehmungen im Gasführungsblock erhitzen.
[0045] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
[0046] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 einen Teil-Querschnitt durch ein Kunststoffteil, das aus zwei Einzelteilen besteht, die jeweils in Umfangsrichtung verlaufende Fügeflächen aufweisen, wobei die beiden Einzelteile mit ihren zueinander komplementär ausgebildeten Fügeflächen, entlang derer eine Verschweißung erfolgen soll, aufeinander gelegt sind;
Fig. 2 einen Teil-Querschnitt durch ein Kunststoffteil gemäß Fig. 1 , bei dem die Fügeflächen sägezahnartig zwecks einer Oberflächenvergrößerung ausgebildet sind;
Fig. 3 einen Teil-Querschnitt durch ein Kunststoffteil gemäß Fig. 1 , bei dem die Fügeflächen zwecks einer Oberflächenvergrößerung gewellt ausgebildet sind;
Fig. 4 eine längs geschnittene perspektivische Ansicht durch eine Vorrichtung zur Erhitzung eines Kunststoffteils, das hier mit Abstand zu der Vorrichtung angeordnet ist; Fig. 5 einen Teil-Querschnitt durch den Gasführungsblock mit zugeordnetem Heizblock und einem zugeordneten, zu erhitzenden Kunststoffteil und
Fig. 6 einen Teil-Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Gasführungsblock dreidimensional gekrümmt ist, um ein Kunststoffteil mit einer dreidimensional gekrümmten Fügungsfläche erhitzen zu können.
[0047] Fig. 1 zeigt einen Teil-Querschnitt durch ein Kunststoffteil, das aus zwei Einzelteilen 10, 12 besteht, die jeweils eine umlaufende Fügefläche 14, 16 aufweisen, an der eine Verschweißung stattfinden kann. Die beiden Fügeflächen 14, 16 sind zueinander komplementär ausgestaltet. Zur Verschweißung werden beide Fügefläche auf einer Heizvorrichtung erhitzt, bis sie teigig werden, und können dann durch Zusammendrücken miteinander verschweißt werden.
[0048] Die Fig. 2 und 3 zeigen alternative Ausführungen der Fügeflächen mit einer sägezahnförmigen Struktur bei den Kunststoffteilen 10a, 12a gemäß Fig. 2 und mit wellig ausgeformten Fügeflächen 14, 16 bei den Kunststoffteilen 10b, 12b gemäß Fig. 3.
[0049] Im Vergleich zu einer eben ausgestalteten Fügefläche gemäß Fig. 2 wird hierbei die Außenoberfläche in diesem Bereich um einen Faktor von etwa 2 vergrößert. Teilweise werden derartige Ausgestaltungen von Fügeflächen genutzt, um eine Verkürzung der Aufheizzeit zu bewirken.
[0050] In Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erhitzen der Fügefläche eines Kunststoffteils mittels Heißgas dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 20 bezeichnet.
[0051] Ein zugeordnetes Kunststoffteil 10, dessen Fügefläche 14 mit dieser Vorrichtung 20 erhitzt werden kann, ist mit Abstand davon dargestellt. Hierbei handelt es sich um ein ovales Kunststoffteil, wobei hier nur das erste Kunststoffteil 10 dargestellt ist, das mit dem dazu komplementären zweiten Kunststoffteil 12 zusammengeschweißt werden soll.
[0052] Es versteht sich, dass die Fügeflächen der miteinander zu verschweißenden Kunststoffteile 10, 12 bzw. 10a, 12a bzw. 10b, 12b eine beliebige Form aufweisen können, insbesondere dreidimensional gekrümmt verlaufen können.
[0053] Die Erhöhungen und Vertiefungen der Fügeflächen erstrecken sich dann vorzugsweise entlang der Längsrichtung der Fügeflächen, so dass sich zueinander komplementäre Strukturen miteinander zugewandten Erhebungen bzw. Vertiefungen ergeben, die beim späteren Fügen der erhitzen Kunststoffteile ineinandergreifen.
[0054] Erfindungsgemäß wird an jedem der Kunststoffteile die Fügefläche mittels eines Heißgasstroms erhitzt, der aus der zugeordneten Vorrichtung gezielt auf die Fügefläche gerichtet wird. Erfindungsgemäß wird hierzu ein Gasführungsblock verwendet, in dem eine sich entlang der Fügefläche erstreckende Ausnehmung vorgesehen ist, durch die der Heißgasstroim konzentriert auf die Fügefläche gerichtet wird, wie nachfolgend noch anhand von Fig. 5 näher erläutert wird.
[0055] Die Vorrichtung 20 weist ein Heizwerkzeug 34 auf, das mittels elektrischer Heizelemente 30 beheizbar ist. Auf dem Heizwerkzeug 34 ist eine Platte 36 angeordnet, in der Hohlräume 28 vorgesehen sind. Durch die Hohlräume 28 verlaufen Leitungen 32, die mit radialen Austrittsöffnungen versehen sind, aus denen zugeführte Pressluft in die Hohlräume 28 austreten kann. In den Hohlräumen 28 befindet sich ferner eine Quarzsandfüllung, durch welche die Wärmeübertragungsfläche zur Erhitzung der Pressluft weiter vergrößert wird.
[0056] Das zu erhitzende Kunststoffteil 10 wird mittels einer Handlingeinrichtung auf die Vorrichtung 20 aufgelegt und kann dann durch Heißluft in kurzer Zeit auf die Zieltemperatur erhitzt werden. [0057] Aus den Hohlräumen 28 gelangt erhitzte Pressluft in einen umlaufenden ringförmigen Verteilerkanal 29, der in einem aufgesetzten Heizblock 22 ausgebildet ist. Aus dem Verteilerkanal 29 gelangt das Heißgas unmittelbar in Röhrchen 24 und strömt von dort in einen Gasführungsblock 26 mit einer U-förmigen Ausnehmung 38 aus, wie nachfolgend anhand von Fig. 5 näher erläutert wird.
[0058] Der Gasführungsblock 26 ist gemäß Fig. 5 einstückig aus einem Block hergestellt und besteht vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung. Im Gasführungsblock 26 ist eine Ausnehmung 38 von bevorzugt U-förmigem Querschnitt vorgesehen, die sich entlang der zu erhitzenden Fügefläche 14 erstreckt. Bevorzugt kann das zu erhitzende Kunststoffteil 10 mit seiner Fügefläche 14 in die Ausnehmung 38 während des Aufheizvorgangs hineinragen.
[0059] Der Gasführungsblock 26 ist über Abstandshalter 41 mit dem Heizblock 22 verschraubt (in Fig. 4 nicht dargestellt). Die zugeordneten Röhrchen 24, die im Heizblock 22 gehalten sind und aus dem Verteilerkanal 29 mit Heißgas versorgt werden, enden unmittelbar am Gasführungsblock 26. Im Gasführungsblock 26 sind zugeordnete Bohrungen 39 vorgesehen, durch welche das Heißgas aus den Röhrchen 24 in die Ausnehmung 38 strömt. Die Bohrungen enden winklig, vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig, in die Ausnehmung 38.
[0060] Die Kontur des Gasführungsblocks 26 und der darin vorgesehenen Ausnehmung 38 ist dem Verlauf der zu erhitzenden Fügefläche 14 des Kunststoffteils 10 angepasst, so dass die zugeführte Heißluft unmittelbar auf die zu erhitzende Fügefläche
14 konzentriert wird.
[0061] Durch die Form der Ausnehmung 38 und den relativ geringen Spalt zwischen der Ausnehmung 38 und der Fügefläche 14 kann die Erhitzungszeit gegenüber der herkömmlichen Erhitzung mittels aus Röhrchen austretender Heißluft deutlich reduziert werden, beispielweise von 25 Sekunden bei Verwendung von Röhrchen auf weniger als
15 Sekunden unter Verwendung des erfindungsgemäßen Gasführungsblocks. [0062] Der Heizblock 22 besteht typischerweise aus Stahl, während der Gasführungsblock 26 typischerweise aus einer Aluminiumlegierung besteht. Die Temperatur des Verteilerkanals 29 ist deutlich höher als die Temperatur im Bereich der Ausnehmung 38 des Gasführungsblocks 26. Während die Temperatur im Verteilerkanal 29 beispielsweise etwa 400°C beträgt, beträgt die Temperatur des Gasführungsblocks 26 im Bereich der Ausnehmung 38 beispielsweise etwa 200°C. Zum Ausgleich dieser Temperaturunterschiede werden die unterschiedlichen Materialien - Aluminium für den Gasführungsblock 26 und Stahl für den Heizblock 22 - verwendet. Da der Ausdehnungskoeffizient von Aluminium etwa doppelt so hoch ist wie derjenige von Stahl, ergibt sich bei doppelt so hoher Temperatur im Bereich des Heizblocks eine etwa gleich große thermische Ausdehnung des Heizblocks einerseits und des Gasführungsblocks 26 andererseits. Verschiebungen der Röhrchen 24, die im Heizblock 22 fixiert sind und in die zugeordneten Bohrungen 39 im Gasführungsblock 26 mit einem Spiel von beispielsweise 0,2 mm eingreifen, sind auf diese Weise minimal und können toleriert werden.
[0063] Sollen größere Kunststoffteile erhitzt werden, so wird der Gasführungsblock 26 aus mehreren Segmenten zusammengesetzt. Einzelne Segmente haben hierbei bevorzugt eine Größe von bis zu etwa 100 mm und werden dann über einen geringen Spalt mit dem jeweils nächsten Segment zusammengefügt. Die Spalte ermöglichen eine weitere Kompensation von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen.
[0064] Sollen dreidimensional gekrümmte Kunststoffteile mit dreidimensional gekrümmten Fügeflächen erhitzt werden, so ist auch dies unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich. Der Gasführungsblock 26 ist hierbei entsprechend mit einer dreidimensional gekrümmten Ausnehmung 38 versehen, die der dreidimensional gekrümmten Fügefläche des zu erhitzenden Kunststoffteils angepasst ist.
[0065] Wie in Fig. 6 dargestellt, verlaufen die zur Zuführung des Heißgases vorgesehenen Röhrchen 24 in einem gleichmäßigen Abstand zum Heißgasblock. Die betreffenden Bohrungen, aus denen die über die Röhrchen 24 zugeführte Heißluft in die Ausnehmung 38 gelangt, werden vorteilhafterweise aus zwei Bohrungsabschnitten zusammengesetzt. Hierbei verläuft jeweils ein erster Bohrungsabschnitt 42 in Axialrichtung eines zugeordneten Röhrchens 24, während ein dazu winklig angeordneter zweiter Bohrungsabschnitt 44 in die Ausnehmung 38 an der gewünschten Stelle ausmündet. Dies geschieht vorzugsweise annähernd rechtwinklig.
[0066] Auf diese Weise können auch dreidimensional gekrümmte Fügeflächen über einen geeigneten Gasführungsblock 26 erhitzt werden.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Schweißen von Kunststoffteilen (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b), bei dem zwei miteinander zu verschweißende Kunststoffteile (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b) mittels zweier einander zugewandter Fügeflächen (14, 16), die vorzugsweise zueinander komplementär ausgestaltet sind, miteinander verschweißt werden, wobei zumindest eine der beiden Fügeflächen (14, 16) erhitzt wird und die beiden Kunststoffteile (10, 12) anschließend durch Aneinanderdrücken der Fügeflächen (14, 16) miteinander verschweißt werden, wobei die zumindest eine Fügefläche (14, 16) mittels eines Heißgasstroms erhitzt wird, der durch eine sich entlang der Fügefläche (14, 16) erstreckende, kanalförmige Ausnehmung (38) eines Gasführungsblocks (26) auf die mindestens eine Fügefläche (14, 16) gerichtet wird, wobei der Heißgasstrom durch eine Mehrzahl von winklig in die Ausnehmung (38) mündenden Zuführkanälen (39; 42, 44) im Gasführungsblock (26) zugeführt wird, und wobei der Gasführungsblock (26) zumindest segmentweise einstückig mit der kanalförmigen Ausnehmung (38) ausgebildet ist. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Heißgasstrom über eine Mehrzahl von Röhrchen (22) in die Zuführkanäle (39; 42, 44) im Gasführungsblock (26) zugeführt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Heißgasstrom über einen Gasführungsblock (26) zugeführt wird, bei dem die Ausnehmung (38) an ihrem Boden (40) eine nach außen hin konkav gekrümmte Form aufweist. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Heißgasstrom über einen Gasführungsblock (26) zugeführt wird, bei dem die Ausnehmung (38) einen im Wesentlichen iförmigen Querschnitt aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Heißgasstrom über einen Gasführungsblock (26) zugeführt wird, bei dem die Ausnehmung (38) dreidimensional gekrümmt ist. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Heißgasstrom über einen Gasführungsblock (26) zugeführt wird, in dem erste Bohrungsabschnitte (42) vorgesehen sind, die sich im Wesentlichen in einer Verlängerung der Axialrichtung von Röhrchen (24) erstrecken, die über sich winklig dazu erstreckende zweite Bohrungsabschnitte (44) mit der Ausnehmung (38) des Gasführungsblocks (26) verbunden sind. Vorrichtung zum Schweißen von Kunststoffteilen (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b) entlang von miteinander zu verschweißenden Fügeflächen (14, 16), die vorzugsweise zueinander komplementär ausgestaltet sind, mit einem Heizblock (22), aus dem Heißgas zu der Fügefläche (14, 16) mindestens eines der Kunststoffteile (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b) zuführbar ist, wobei sich entlang der Fügefläche (14, 16) ein Gasführungsblock (26) erstreckt, der eine kanalförmige Ausnehmung (38) in Form eines sich entlang der Fügefläche (14, 16) erstreckenden Kanals aufweist, wobei im Gasführungsblock (26) eine Mehrzahl von Zuführkanälen (39; 42, 44) zur Zuführung von Heißgas vorgesehen sind, die winklig in die kanalförmige Ausnehmung (38) münden, wobei der Gasführungsblock (26) zumindest segmentweise einstückig mit der kanalförmigen Ausnehmung (38) ausgebildet ist. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Heizblock (22) über eine Mehrzahl von Röhrchen (22) mit den Zuführkanälen (39; 42, 44) im Gasführungsblock (26) verbunden ist, wobei sich die Röhrchen (22) vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der der Gasführungsblock (26) gemeinsam mit der kanalförmigen Ausnehmung (38) zumindest segmentweise aus einem Block hergestellt ist, vorzugsweise als Frästeil und/oder Bohrteil hergestellt ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der der Gasführungsblock (26) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht und wobei der Heizblock (22) aus einer Eisenlegierung, vorzugsweise aus Stahl, besteht. 16 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die Röhrchen (22) am Heizblock (22) befestigt sind und vorzugsweise in die Zuführkanäle (39; 42, 44) des Gasführungsblocks (26) mit Spiel eingreifen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , bei der die Ausnehmung (38) an ihrem Boden (40) eine nach außen hin konkav gekrümmte Form aufweist, wobei die Ausnehmung (38) vorzugsweise einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei der einzelne Segmente sich über eine Länge von bis zu etwa 150 mm, vorzugsweise von bis zu etwa 100 mm erstrecken. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, bei der die Ausnehmung (38) dreidimensional gekrümmt ist. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der im Gasführungsblock (26) erste Bohrungsabschnitte (42) vorgesehen sind, die sich im Wesentlichen in einer Verlängerung der Axialrichtung der einmündenden Röhrchen (42) erstrecken und die über sich winklig dazu erstreckende zweite Bohrungsabschnitte (44) mit der Ausnehmung (38) des Gasführungsblocks (26) verbunden sind.
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