DE102008038018A1

DE102008038018A1 - Baugruppe aus miteinander verschweißten Kunststoffteilen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102008038018A1
Application number: DE200810038018
Authority: DE
Inventors: Tobias Gruhler; Thomas Haas; Klaus Bendl
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2008-08-11
Filing date: 2008-08-11
Publication date: 2010-02-18

Abstract

Baugruppe mit mindestens drei an Schweißstellen miteinander verschweißten thermoplastischen Kunststoffteilen, in welcher zwischen einem ersten und einem zweiten Kunststoffteil ein Zwischenteil als drittes Kunststoffteil angeordnet ist; um die Schweißverbindungen einfacher und deshalb kostengünstiger herstellen zu können, wird die Baugruppe so gestaltet, dass sich das Zwischenteil auf dem ersten Kunststoffteil abstützt und mit einer dem zweiten Kunststoffteil zugewandten ersten Fügefläche an eine zweite Fügefläche des zweiten Kunststoffteils angrenzt, dass eine am ersten Kunststoffteil vorgesehene und dem zweiten Kunststoffteil zugewandte dritte Fügefläche an eine vierte Fügefläche des zweiten Kunststoffteils angrenzt und dass sich die Schweißstellen in der ersten und zweiten Fügefläche sowie in der dritten und vierten Fügefläche befinden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe mit mindestens drei an Schweißstellen miteinander verschweißten thermoplastischen Kunststoffteilen, in welcher zwischen einem ersten und einem zweiten Kunststoffteil ein Zwischenteil als drittes Kunststoffteil angeordnet ist.
Zum Verbinden thermoplastischer Kunststoffteile durch Schweißen sind mehrere insbesondere berührungslose Schweißverfahren bekannt. Bei allen diesen Verfahren wird der Kunststoff der beiden miteinander zu verbindenden Kunststoffteile in Bereichen (Fügeflächen) der Kunststoffteile, in denen die Teile miteinander verbunden werden sollen, aufgeschmolzen, worauf dann die Teile mit ihren Fügeflächen gegeneinander gepresst und dadurch miteinander verschweißt werden.
Bekannte, hierfür einsetzbare Schweißverfahren sind das Reibschweißen, ferner Verfahren, bei denen der Kunststoff durch eine Energiestrahlung aufgeschmolzen wird (Infrarotschweißen, das sogenannte Spiegelschweißen, und das Schweißen mittels Ultraschall), aber auch das sogenannte Heißgas-Schweißen, bei dem ein heißes Gas, das gegenüber der Kunststoffschmelze inert ist, aus einer oder mehreren Düsen auf gegen der zu erzeugenden Schweißnaht entsprechende Bereiche der miteinander zu verschweißenden Kunststoffteile gerichtet und dadurch in diesen Bereichen der Kunststoff auf geschmolzen wird (siehe zum Beispiel die DE-100 19 300-B4 und die EP-1 415 789-B1 ). Zum Reibschweißen sei noch bemerkt, dass sich damit zwei thermoplastische Kunststoffteile zwar in einem Schritt längs einer durch das Reibschweißen erzeugten Schweißnaht miteinander verbinden lassen, die Qualität dieser durch Reibschweißen erzeugten Schweißnaht genügt aber oft nicht allen Anforderungen, weil beim Reibschweißen feinteiliger Abrieb entsteht, insbesondere dann, wenn wenigstens eines der Kunststoffteile faserverstärkt ist, und dieser Abrieb beeinträchtigt nicht nur die Festigkeit der Verbindung, sondern auch die häufig gewünschte Gasdichtigkeit der Schweißnaht.
Die Herstellung einer Baugruppe der eingangs erwähnten Art erfolgt bislang in zwei Schritten: Zunächst wird das erste Kunststoffteil mit dem Zwischenteil verschweißt, und in einem zweiten Schritt werden das erste Kunststoffteil und das Zwischenteil mit dem zweiten Kunststoffteil verschweißt.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe der eingangs definierten Art zu entwickeln, welche einfacher und deshalb kostengünstiger hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe lässt sich erfindungsgemäß dadurch lösen, dass die Baugruppe so gestaltet wird, dass das Zwischenteil auf dem ersten Kunststoffteil aufliegt und mit einer dem zweiten Kunststoffteil zugewandten ersten Fügefläche an eine zweite Fügefläche des zweiten Kunststoffteils angrenzt, dass eine am ersten Kunststoffteil vorgesehene und dem zweiten Kunststoffteil zugewandte dritte Fügefläche an eine vierte Fügefläche des zweiten Kunststoffteils angrenzt, und dass sich die Schweißstellen zum einen in der ersten und zweiten Fügefläche und zum anderen in der dritten und vierten Fügefläche befinden.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass, wurden die Kunststoffteile über die ganzen Fügeflächen aufgeschmolzen, die Fügeflächen in der fertigen Baugruppe nicht mehr als Grenzflächen erkennbar sind.
Eine erfindungsgemäße Baugruppe lässt sich besonders einfach und kostensparend herstellen, weil sich nach dem Auflegen des Zwischenteils auf das erste Kunststoffteil der Kunststoff im Bereich der vier Fügeflächen durch ein hierfür geeignetes Werkzeug gleichzeitig überall dort aufschmelzen lässt, wo in der fertigen Baugruppe die Schweißstellen liegen, worauf das zweite Kunststoffteil so gegen das Zwischenteil und das erste Kunststoffteil gepresst wird, dass die erste und die zweite Fügefläche ebenso gegeneinander gepresst werden wie die dritte und die vierte Fügefläche und dadurch die Schweißstellen entstehen, durch die das erste Kunststoffteil samt Zwischenteil mit dem zweiten Kunststoffteil verbunden wird. Natürlich könnte man auch das erste Kunststoffteil mit aufgelegtem Zwischenteil gegen das zweite Kunststoffteil anpressen, um die Schweißverbindungen zu erzeugen.
Wie sich aus der folgenden Beschreibung noch ergeben wird, lassen sich auf diese Weise auch Schweißstellen in Form von Schweißnähten erzeugen, da es mit jedem der vorstehend erwähnten Schweißverfahren möglich ist, den Kunststoff in langgestreckten Bereichen der vier Fügeflächen überall gleichzeitig aufzuschmelzen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Baugruppe liegen (in einer Draufsicht auf die Baugruppe) die dritte und vierte Fügefläche neben einem Rand des Zwischenteils, so dass die dritte und vierte Fügefläche nur einen geringen Abstand vom Rand des Zwischenteils aufweisen. Dadurch ergibt sich eine besonders stabile Verbindung der drei Kunststoffteile miteinander. Bei dem Rand des Zwischenteils kann es sich um einen Außenrand, aber auch um einen im Inneren des Zwischenteils liegenden Rand handeln. Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Baugruppe liegt die erste Fügefläche jedoch in einem Außenrandbereich des Zwischenteils (in einer Draufsicht auf die Baugruppe); in einem solchen Fall können das erste und/oder das zweite Kunststoffteil hinsichtlich ihrer die dritte und die vierte Fügefläche bildenden Bereiche nahezu beliebig gestaltet werden. Außerdem hat eine solche erfindungsgemäße Baugruppe noch einen weiteren Vorteil: Bilden das erste und das zweite Kunststoffteil und/oder eines dieser beiden Kunststoffteile zusammen mit dem Zwischenteil einen oder mehrere Hohlräume, welcher bzw. welche flüssigkeits- und/oder gasdicht verschlossen sein muss bzw. müssen, kann es ausreichend sein, wenn nur eine in der ersten und zweiten Fügefläche liegende Schweißnaht oder eine in der dritten und vierten Fügefläche liegende Schweißnaht gas- bzw. flüssigkeitsdicht ist und den betreffenden Hohlraum bzw. die betreffenden Hohlräume umschließt.
Auch wenn die am Zwischenteil vorgesehene erste Fügefläche in einer Draufsicht auf die Baugruppe in einem Außenrandbereich des Zwischenteils liegt, könnte sich das letztere mit einem Bereich des Zwischenteils auf dem ersten Kunststoffteil abstützen, bei dem es sich nicht um einen Außenrandbereich des Zwischenteils handelt. Bevorzugt werden jedoch Ausführungsformen, bei denen das Zwischenteil mit einem Außenrandbereich auf dem ersten Kunststoffteil aufliegt bzw. sich auf diesem abstützt.
Grundsätzlich könnten (in einer Draufsicht auf die Baugruppe) die erste und die zweite Fügefläche einen vom Verlauf der dritten und der vierten Fügefläche unabhängigen Verlauf haben, bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Baugruppe verlaufen die erste und die zweite Fügefläche jedoch ungefähr parallel zur dritten und vierten Fügefläche (in einer Draufsicht auf die Baugruppe).
Wie vorstehend bereits angedeutet wurde, zeichnen sich zu bevorzugende Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Baugruppe dadurch aus, dass zur Bildung der Schweißstellen der Kunststoff der drei Kunststoffteile in den vier Fügeflächen mittels einer Energiestrahlung oder eines heißen Gases aufgeschmolzen wurde, wobei dieses heiße Gas gegenüber dem geschmolzenen Kunststoff inert sein sollte, damit die Qualität der Schweißstellen bzw. Schweißnähte nicht durch Oxidationsprodukte oder andere Reaktionsprodukte beeinträchtigt werden kann.
Besonders empfehlenswert sind erfindungsgemäße Baugruppen, bei denen mindestens bei einem der Kunststoffteile, insbesondere bei allen Kunststoffteilen, der thermoplastische Kunststoff ein Polyamid ist.
Ferner werden Ausführungsformen bevorzugt, bei denen aus Gründen der Einsparung von teurem Kunststoff sowie eines möglichst geringen Gewichts mindestens das erste und/oder das zweite Kunststoffteil ein durch Spritzgießen und gleichzeitiges physikalisches Schäumen einer Kunststoffschmelze erzeugtes Spritzgussteil ist. Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, dass sich auch zwei Schaumkunststoffteile oder ein Schaumkunststoffteil und ein ungeschäumtes Kunststoffteil durch Heißgas-Schweißen miteinander verbinden lassen, und zwar über eine qualitativ hochwertige Schweißstelle.
Erwähnt sei schließlich noch, dass eine erfindungsgemäße Baugruppe auch mehr als drei thermoplastische Kunststoffteile umfassen kann; so wäre es zum Beispiel möglich, zwei Zwischenteile, welche sich von dem ersten Kunststoffteil in entgegengesetzte Richtungen wegerstrecken, auf das erste Kunststoffteil aufzulegen und dann das zweite Kunststoffteil in erfindungsgemäßer Weise mit den beiden Zwischenteilen und dem ersten Kunststoffteil zu verschweißen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Baugruppe, welche sich dadurch auszeichnet, dass das Zwischenteil auf das erste Kunststoffteil aufgelegt und dann der Kunststoff der Kunststoffteile in den vier Fügeflächen aufgeschmolzen wird, worauf das zweite Kunststoffteil einerseits und das Zwischenteil sowie das erste Kunststoffteil andererseits mit ihren Fügeflächen gegeneinander gepresst werden.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn in den den zu erzeugenden Schweißstellen entsprechenden Bereichen der drei Kunststoffteile der Kunststoff überall gleichzeitig aufgeschmolzen wird, was mit allen vorstehend erwähnten berührungslos arbeitenden Schweißverfahren ohne weiteres möglich ist und zu überall qualitativ hochwertigen Schweißstellen führt.
Wie sich aus dem Vorstehenden bereits ergibt, wird für das erfindungsgemäße Verfahren das Heißgas-Schweißen besonders empfohlen. Beim Heißgas-Schweißen könnte der Heißgas-Strahl mittels einer Schlitzdüse erzeugt werden, wenn die Schlitzform der Kontur der zu erzeugenden Schweißstelle bzw. Schweißnaht angepasst ist. Bevorzugt werden jedoch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen der einer Schweißstelle entsprechende Bereich eines Kunststoffteils mittels einer Gruppe von Heißgas-Düsen erhitzt wird, welche der Form der zu erzeugenden Schweißstelle entsprechend angeordnet und auf das Kunststoffteil gerichtet sind. Dies wird vor allem dann bevorzugt, wenn die zu erzeugende Schweißstelle bzw. Schweißnaht nicht in einer Ebene verläuft, da dann die Länge der insbesondere Hohlnadel-artigen Heißgasdüsen dem räumlichen Verlauf der zu erzeugenden Schweißstelle bzw. Schweißnaht ohne weiteres angepasst werden kann.
Damit sich in allen Fügeflächen, über die die Kunststoffteile miteinander verschweißt werden sollen, der Kunststoff problemlos überall und gleichzeitig aufgeschmolzen werden kann, wird empfohlen, für jede der Fügeflächen eine Gruppe von Heißgasdüsen zu verwenden.
Für eine erfindungsgemäße Baugruppe lässt sich das Herstellverfahren noch dadurch vereinfachen und mit hoher Wiederholgenauigkeit durchführen, dass das Zwischenteil am ersten Kunststoffteil mechanisch vorfixiert wird, insbesondere mittels einer Clips-Verbindung, ehe das Zwischenteil mit dem zweiten Außenteil bzw. das zweite Außenteil mit dem ersten Außenteil und dem Zwischenteil verschweißt wird. Auf diese Weise lässt sich einfach gewährleisten, dass das Zwischenteil sowohl beim Aufschmelzen des Kunststoffs, als auch bei der Herstellung der Schweißstellen bzw. der Schweißnähte eine gewünschte Position am ersten Außenteil und damit gegenüber den beiden Außenteilen der fertigen Baugruppe einnimmt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten zeichnerischen Darstellung sowie der nachfolgenden Beschreibung einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe und des Verfahrens sowie eines Schweißwerkzeugs zu ihrer Herstellung. Dabei wird die Erfindung anhand einer als Ventilhaube für einen Hubkolben-Verbrennungsmotor gestalteten Baugruppe erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine isometrische Darstellung dreier Hauptteile einer als Ventilhaube gestalteten erfindungsgemäßen Baugruppe, nämlich eines schalenartigen Unterteils, eines plattenartigen Zwischenteils und eines haubenartigen Oberteils, vor dem Zusammenfügen dieser drei Teile;
2 eine Frontansicht des Zwischenteils;
3 einen vertikalen Längsschnitt durch den gemäß 1 rechten Bereich der Ventilhaube gemäß der Linie 3-3 in 1;
4A und 4B den in 3 mit C bezeichneten Ausschnitt in größerem Maßstab, und zwar vor dem Zusammenfügen des Oberteils, des Zwischenteils und des Unterteils (4A) und nach dem Zusammenfügen der drei Teile (4B);
5 einen vertikalen Schnitt durch periphere Randbereiche der zusammengefügten drei Teile zur Darstellung der Clips-Verbindung zwischen dem Unterteil und dem Zwischenteil;
6 eine perspektivische Darstellung eines Werkzeugs zum Heißgas-Schweißen zwecks Verbindung des Oberteils mit dem Unterteil und dem Zwischenteil, und
7 eine Seitenansicht dieses Werkzeugs gemäß 6 von links gesehen.
Die 1 zeigt ein haubenartiges Oberteil 10, ein plattenartiges Zwischenteil 12 und ein schalenartiges Unterteil 14 einer Ventilhaube für einen Hubkolben-Verbrennungsmotor. Bei allen drei Teilen handelt es sich um Kunststoffteile aus einem Polyamid, wobei es sich bei dem Oberteil 10 und dem Unterteil 14 erfindungsgemäß um im MuCell-Verfahren hergestellte Spritzguss-Schaumkunststoffteile handeln soll, beim Zwischenteil 12 jedoch um ein ungeschäumtes Kunststoffteil. Ferner sind erfindungsgemäß insbesondere das Oberteil 10 und das Unterteil 14 faserverstärkte Kunststoffteile, wobei die Verstärkungsfasern, insbesondere Glasfasern, im Mittel einige Zehntel Millimeter lang sein sollen.
In die erfindungsgemäße Ventilhaube ist, wie später noch etwas näher erläutert werden soll, eine Vorrichtung zum Abscheiden von Motoröltröpfchen aus einem Gasstrom integriert, welcher aus dem Kurbelgehäuse des Motors in dessen Ansaugtrakt zurückgeführt wird; deshalb weist die Ventilhaube einen Ölabscheidebereich 16 auf; ferner bildet die Ventilhaube erfindungsgemäß einen Unterdruckspeicherbereich 18, wobei der Vollständigkeit halber erwähnt sei, dass an der Bildung des Ölabscheidebereichs 16 sowohl das Oberteil 10, als auch das Zwischenteil 12 und das Unterteil 14 beteiligt sind (zusammen mit weiteren, im Folgenden noch zu erwähnenden Bauteilen), während der Unterdruckspeicherbereich 18 nur vom Oberteil 10 und dem Unterteil 14 gebildet wird.
Das Unterteil 14 ist mit Schraubenlöchern 20 versehen, um die Ventilhaube am Zylinderkopf des Motors montieren zu können (unter Zwischenschaltung einer Dichtung).
In die Oberseite des Unterteils 14 ist eine rahmenförmige, ebene und horizontal verlaufende Auflage 22 für das Zwischenteil 12 eingeformt, deren Verlauf (in einer Draufsicht auf das Unterteil 14) an die Kontur der Peripherie des Zwischenteils 12 angepasst ist und die der Abstützung des auf das Unterteil 14 aufgelegten Zwischenteils 12 dient.
In gleicher Weise ist in die Oberseite des Unterteils 14 eine rahmenförmige und horizontal verlaufende Auflage 24 für das Oberteil 10 eingeformt. Bezüglich der Gestaltung der beiden Auflagen 22 und 24 wird auf die im Folgenden noch zu beschreibenden 4A und 4B verwiesen.
Die 3 lässt die erfindungsgemäße Gestaltung des Ölabscheidebereichs 16 noch deutlicher erkennen, wobei die 3 auch erfindungsgemäße Bauteile der Ventilhaube zeigt, welche in 1 nicht dargestellt sind. Die 3 zeigt den Ölabscheidebereich 16 der Ventilhaube in einem vertikalen Schnitt.
Im Ölabscheidebereich 16 sind in das insgesamt schalenartige Unterteil 14 zwei Ölauffangwannen 30 und 32 eingeformt, in welche aus dem vorstehend beschriebenen Gasstrom abgeschiedenes Motoröl abfließt, und zwar durch Ölablauföffnungen 34 und 36 des Zwischenteils 12 (siehe auch 1). Um das abgeschiedene Motoröl in den Motoröl-Kreislauf des Motors zurückführen zu können, weisen die Ölauffangwannen 30 und 32 in ihren Böden Ablauföffnungen 38 und 40 auf.
Ehe auf die der Abscheidung von Öltröpfchen aus dem genannten Gasstrom dienenden Bauteile der erfindungsgemäßen Ventilhaube eingegangen wird, soll zunächst anhand der 3, 4A und 4B beschrieben werden, wie das Oberteil 10, das Zwischenteil 12 und das Unterteil 14 zusammengefügt und miteinander verschweißt sind.
Der in 3 mit C bezeichnete und in den 4A und 4B in größerem Maßstab dargestellte Ausschnitt lässt die Auflage 22 des Unterteils 14 für einen Umfangsrandbereich 42 des Zwischenteils 12 erkennen; auf diese Auflage 22 wird das Zwischenteil 12 lagerichtig aufgelegt und durch später noch zu beschreibende Mittel am Unterteil 14 mechanisch fixiert. Außerhalb (in Richtung auf die Peripherie der Ventilhaube) des Umfangsrandbereichs 42 des Zwischenteils 12 weisen das Unterteil 14 und das Oberteil 10 vor dem Verschweißen der beiden Teile miteinander in Umfangsrichtung der Ventilhaube verlaufende und aufeinanderzu ausgerichtete Rippen 44 und 46 auf, an denen die beiden Außenteile miteinander verschweißt werden. Ferner weist der Umfangsrandbereich 42 des Zwischenteils 12 an seiner Oberseite gleichfalls eine sich entlang der Peripherie des Zwischenteils 12 erstreckende Rippe 48 auf, in deren Bereich das Oberteil 10 und das Zwischenteil 12 miteinander verschweißt werden; am Oberteil 10 kann aber auch noch eine der Rippe 48 entsprechende und auf diese zu ausgerichtete, in den Zeichnungen nicht dargestellte Rippe vorgesehen sein, so dass das Außenteil 10 und das Zwischenteil 12 an diesen beiden Rippen miteinander verschweißt werden können.
In den 4A und 4B sind die vier Fügeflächen, in denen das Oberteil 10 mit dem Unterteil 14 und das Zwischenteil 12 mit dem Oberteil 10 verschweißt werden bzw. sind, mit 50, 52, 54 und 56 bezeichnet. Eine erste Fügefläche 50 wird von der Oberseite der Rippe 48 gebildet, sie liegt einer zweiten Fügefläche 52 an der Unterseite des Oberteils 10 gegenüber. Eine dritte Fügefläche wird von der Oberseite der Rippe 44 gebildet; sie liegt einer vierten Fügefläche 56 gegenüber, welche von der Unterseite der Rippe 46 gebildet wird. In den gegebenenfalls dann nicht mehr vorhandenen Grenz- oder Fügeflächen 50 und 52 liegt dann nach dem Verschweißen des Oberteils 10 mit dem Zwischenteil 12 eine erste Schweißnaht, und in den Fügeflächen 54 und 56 liegt nach dem Verschweißen des Oberteils 10 mit dem Unterteil 14 eine zweite Schweißnaht.
Vor dem Verschweißen der drei Teile 10, 12 und 14 miteinander weisen die Rippen 44, 46 und 48 sowie die gegebenenfalls am Oberteil 10 vorhandene, der Rippe 48 gegenüberliegende und vorstehend beschriebene Rippe in gemäß 4A vertikaler Richtung erfindungsgemäß ein gewisses Übermaß auf (gegenüber dem in 4B gezeigten Zustand nach dem Verschweißen der drei Teile miteinander), damit beim Heißgas-Schweißen nach dem Aufschmelzen des Kunststoffs in den Bereichen der vier Fügeflächen die drei Teile 10, 12 und 14 so gegeneinander gepresst werden können, dass sie in den in 4B dargestellten Positionen relativ zueinander verbunden sind.
Der wesentliche Vorteil der in den 4A und 4B dargestellten Anordnung der vier Fügeflächen ist darin zu sehen, dass nach dem Auflegen und Vorfixieren des Zwischenteils 12 auf das und an dem Unterteil 14 der Kunststoff der drei Teile in den Bereichen der vier Fügeflächen gleichzeitig und in einem Schritt aufgeschmolzen werden kann, worauf dann das Oberteil 10 gegen das Zwischenteil 12 und das Unterteil 14 gepresst und so in einem einzigen Schritt sowohl mit dem Zwischenteil 12 als auch mit dem Unterteil 14 über Schweißverbindungen verbunden wird.
Der vorstehend beschriebene Gasstrom, in dem feine und feinste Öltröpfchen dispergiert sind und aus dem dieser Ölnebel in der erfindungsgemäßen Ventilhaube abgeschieden werden soll, tritt durch eine in den 1 und 2 dargestellte Einströmöffnung 60 im Boden des Unterteils 14 von unten in die Ventilhaube ein und strömt dann über eine Durchlassöffnung 62 (siehe gleichfalls die 1) von unten in den Ölabscheidebereich 16 des Oberteils 10, was in 3 mit dem Pfeil F angedeutet wurde. Damit der zu behandelnde Gasstrom nicht mit schon abgeschiedenem und in der Ölauffangwanne 30 befindlichem Öl in Berührung kommt, ist das Unterteil 14 mit einer Trennwand 63 versehen. Im weiteren Verlauf durchströmt der Gasstrom Düsenöffnungen 64 einer Wand 66, welche den vom Ölabscheidebereich 16 des Oberteils 10 und dem Zwischenteil 12 gebildeten Hohlraum der Ventilhaube in zwei Kammern A und B (siehe 3) unterteilt. Die von den Düsenöffnungen 64 erzeugten Gasstrahlen treffen dann auf eine als Ganzes mit 68 bezeichnete Prallwand, welche sich vom Oberteil 10 nach unten in die Kammer A hineinerstreckt und an der die Gasströmung nach unten umgelenkt wird, so dass sie einen Spalt zwischen der Prallwand 68 und dem Zwischenteil 12 durchströmt, so wie dies in 3 mit dem Pfeil F' angedeutet wurde. Anschließend trifft die Gasströmung auf eine Prallplatte 70, welche sich vom Zwischenteil 12 nach oben in die Kammer A hineinerstreckt und durch welche die Gasströmung nach oben umgelenkt wird, so dass sie über die Prallplatte 70 hinwegströmt, so wie dies in 3 durch den Pfeil F'' angedeutet wurde. Der Gasstrom verlässt dann die Kammer A durch eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Öffnung im Ölabscheidebereich 16 des Oberteils 10.
An der Anströmseite der Wand 66 in der Kammer B abgeschiedene Öltröpfchen fließen an der Anströmseite der Wand 66 nach unten, und dieses abgeschiedene Öl fließt über die Ablauföffnung 34 in die Ölauffangwanne 30. An der Anströmseite der Prallwand 68 sowie gegebenenfalls an der Anströmseite der Prallplatte 70 in der Kammer A abgeschiedene Öltröpfchen tropfen bzw. fließen gleichfalls nach unten und gelangen dabei auf das Zwischenteil 12; dort anfallendes Öl fließt dann über die Ablauföffnung 36 in die Ölauffangwanne 32 ab. Die Prallplatte 70 dient aber hauptsächlich dem Zweck, durch die Prallwand 68 abgeschiedenes und auf den vom Zwischenteil 12 gebildeten Boden der Kammer gelangtes Öl daran zu hindern, vom Gasstrom mitgerissen zu werden, sondern es über die Ablauföffnung 36 ablaufen zu lassen.
Anhand der 2 und 5 soll nun erläutert werden, wie das Zwischenteil 12 am Unterteil 14 vorfixiert wird, damit es beim Verschweißen des Oberteils 10 mit dem Zwischenteil 12 und dem Unterteil 14 lagerichtig auf dem Unterteil 14 positioniert ist. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die 5 eine etwas anders gestaltete Peripherie des Zwischenteils 12 zeigt als die 3, 4A und 4B.
Nahe dem Umfangsrandbereich 42' des Zwischenteils 12 sind an dessen Unterseite zungenartige erste Rastelemente 74 angeformt, und zwar weist das Zwischenteil 12 längs seiner Peripherie mehrere solche im Abstand voneinander angeordnete Rastelemente 74 auf, deren untere freie Enden sich aus der in 5 gezeigten Position elastisch nach links (gemäß 5) auslenken lassen. An die Innenseite der Wand des Unterteils 14 sind wie Rastnasen gestaltete zweite Rastelemente 76 angeformt, und zwar in Positionen, welche den Positionen der Rastelemente 74 entsprechen, wenn das Zwischenteil 12 auf das Unterteil 14 aufgelegt ist. Da die Rastelemente 74 und 76 mit schrägen Aufgleitflächen versehen sind, rasten die Rastelemente 74 unter den Rastelementen 76 ein, wenn man das Zwischenteil 12 von oben auf das Unterteil 14 auflegt und nach unten drückt, so dass sich die vorstehend beschriebene Rast- oder Clips-Verbindung zwischen dem Zwischenteil 12 und dem Unterteil 14 ergibt.
Anhand der 6 und 7 wird im Folgenden noch der grundsätzliche erfindungsgemäße Aufbau eines Werkzeugs zum Heißgas-Schweißen erläutert, mit dem sich in den miteinander zu verschweißenden Bereichen (Fügeflächen) des Oberteils 10, des Zwischenteils 12 und des Unterteils 14 der erfindungsgemäßen Ventilhaube der Kunststoff in einem Schritt und überall gleichzeitig aufschmelzen lässt, worauf das Oberteil 10 sofort gegen das Zwischenteil 12 und das Unterteil 14 angepresst und so mit diesen beiden Teilen verschweißt wird.
Das in den 6 und 7 dargestellte und als Ganzes mit 100 bezeichnete Werkzeug hat mehrere Druckgas-Anschlüsse 102 für die Zuführung eines gegenüber der Kunststoffschmelze inerten und unter Druck stehenden Gases, bei dem es sich insbesondere um Stickstoff handelt. Das Druckgas strömt in nicht dargestellter Weise in einen Wärmetauscher 104, der mindestens ein nicht dargestelltes elektrisches Heizelement enthält, mit dem das Druckgas beim Durchströmen des Wärmetauschers 104 erhitzt wird. An der Oberseite und der Unterseite des Wärmetauschers 104 befindet sich jeweils eine Düsenplatte 106 bzw. 108; die Düsenplatte 106 ist mit einer ersten Gruppe 110 von feinen, hohlnadelartigen Heißgasdüsen 112 versehen, die sich von der Düsenplatte 106 vertikal nach oben erstrecken und an ihren oberen Enden feine Austrittsöffnungen für das Heißgas aufweisen. In gleicher Weise ist die Düsenplatte 108 mit einer zweiten Gruppe 114 von feinen, hohlnadelartigen Heißgasdüsen 116 versehen, die sich von der Düsenplatte 108 vertikal nach unten erstrecken und an ihren unteren Enden feine Austrittsöffnungen für das Heißgas aufweisen. Die Heißgasdüsen werden aus dem Wärmetauscher 104 mit Heißgas gespeist.
Was der Einfachheit halber in den 6 und 7 nicht oder nur teilweise dargestellt wurde, sind die folgenden Merkmale des erfindungsgemäßen Werkzeugs:
Nachdem die ersten und zweiten Fügeflächen 50, 52 in einer anderen horizontalen Ebene liegen als die dritten und vierten Fügeflächen 54, 56, weist sowohl die ersten Düsengruppe 110, als auch die zweite Düsengruppe 114 jeweils zwei Untergruppen von Heißgasdüsen 112 bzw. 116 auf, wobei die Heißgasdüsen der einen Untergruppe länger als diejenigen der anderen Untergruppe sind bzw. die Düsenöffnungen der einen Untergruppe in einer anderen, gemäß 7 horizontalen Ebene liegen als die Düsenöffnungen der anderen Untergruppe. Ferner sind erfindungsgemäß die Düsenöffnungen der einen Untergruppe der Gruppe 110 längs einer ersten Kurvenbahn angeordnet, die Düsenöffnungen der anderen Untergruppe der Gruppe 110 längs einer zweiten Kurvenbahn, die Düsenöffnungen der einen Untergruppe der Gruppe 114 längs einer dritten Kurvenbahn und die Düsenöffnungen der anderen Untergruppe der Gruppe 114 längs einer vierten Kurvenbahn, wobei der Verlauf der ersten Kurvenbahn dem Verlauf der zweiten Fügefläche 52, der Verlauf der zweiten Kurvenbahn dem Verlauf der vierten Fügefläche 56, der Verlauf der dritten Kurvenbahn dem Verlauf der ersten Fügefläche 50 und der Verlauf der vierten Kurvenbahn dem Verlauf der dritten Fügefläche 54 entspricht. Ferner liegen die Düsenöffnungen der Heißgasdüsen der vier Untergruppen in solchen Ebenen, dass sich das Werkzeug 100 bei vom Unterteil 14 und dem Zwischenteil 12 abgehobenem Oberteil 10 zwischen letzteres und das Unterteil 14 samt Zwischenteil 12 so einschieben und positionieren lässt, dass die Düsenöffnungen der verschiedenen Heißgasdüsen-Untergruppen von den den Untergruppen zugeordneten Fügeflächen alle denselben geringen Abstand aufweisen, welcher vorzugsweise in der Größenordung von 2 mm liegt. In diesem Zusammenhang wirkt es sich positiv aus, dass erfindungsgemäß nach dem MuCell-Verfahren hergestellte Ober- und Unterteile 10 bzw. 14 zumindest keine nennenswerten Verzüge aufweisen, so dass die zweite, dritte und vierte Fügefläche 52 bzw. 54 bzw. 56 eben sind und in gemäß der 4B horizontalen Ebenen verlaufen.
Erfindungsgemäß haben die Düsenöffnungen der Heißgasdüsen 112, 116 Durchmesser in der Größenordnung von 1 mm, und für miteinander zu verschweißende Teile wird vorzugsweise ein Polyamid verwendet, dessen Schmelztemperatur bei ca. 270°C liegt; dann wird das zum Heißgas-Schweißen verwendete Werkzeug so betrieben, dass die Temperatur des die Heißgasdüsen verlassenden Gases in einem Bereich von ca. 350°C bis ca. 400°C liegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10019300 B4 [0003]
- EP 1415789 B1 [0003]

Claims

Baugruppe mit mindestens drei an Schweißstellen miteinander verschweißten thermoplastischen Kunststoffteilen, in welcher zwischen einem ersten und einem zweiten Kunststoffteil ein Zwischenteil als drittes Kunststoffteil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Zwischenteil auf dem ersten Kunststoffteil abstützt und mit einer dem zweiten Kunststoffteil zugewandten ersten Fügefläche an eine zweite Fügefläche des zweiten Kunststoffteils angrenzt, dass eine am ersten Kunststoffteil vorgesehene und dem zweiten Kunststoffteil zugewandte dritte Fügefläche an eine vierte Fügefläche des zweiten Kunststoffteils angrenzt, und dass sich die Schweißstellen zum einen in der ersten und zweiten Fügefläche und zum anderen in der dritten und vierten Fügefläche befinden.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Draufsicht auf die Baugruppe die dritte und vierte Fügefläche neben einem Rand des Zwischenteils liegen.
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Draufsicht auf die Baugruppe die erste Fügefläche in einem Randbereich des Zwischenteils liegt.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Draufsicht auf die Baugruppe die erste Fügefläche in einem Außenrandbereich des Zwischenteils liegt.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenteil mit einem Außenrandbereich auf dem ersten Kunststoffteil aufliegt.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Fügefläche ungefähr parallel zur dritten und vierten Fügefläche verlaufen.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißstellen längs der ersten und zweiten Fügefläche sowie längs der dritten und vierten Fügefläche verlaufende Schweißnähte bilden.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Schweißstellen der Kunststoff der drei Kunststoffteile in den vier Fügeflächen mittels einer Energiestrahlung oder eines heißen Gases aufgeschmolzen wurde, welches gegenüber dem geschmolzenen Kunststoff inert ist.
Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenteil auf das erste Kunststoffteil aufgelegt und dann der Kunststoff der drei Kunststoffteile mindestens in Bereichen einer jeden der vier Fügeflächen aufge schmolzen wird, worauf das zweite Kunststoffteil einerseits und das Zwischenteil sowie das erste Kunststoffteil andererseits mit ihren Fügeflächen gegeneinander gepresst werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den den zu erzeugenden Schweißstellen entsprechenden Bereichen der drei Kunststoffteile der Kunststoff zumindest in allen diesen Bereichen überall gleichzeitig aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der einer Schweißstelle entsprechende Bereich eines Kunststoffteils mittels einer Gruppe von Heißgasdüsen erhitzt wird, welche der Form der zu erzeugenden Schweißstelle entsprechend angeordnet und auf das Kunststoffteil gerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der vier Fügeflächen eine Gruppe von Heißgasdüsen verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenteil am ersten Kunststoffteil mechanisch vorfixiert wird, ehe das Zwischenteil mit dem zweiten Kunststoffteil verschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenteil mittels einer Clipsverbindung am ersten Kunststoffteil vorfixiert wird.