DE19912099A1 - Verfahren zur Herstellung einer Schmelzverbindung zwischen zwei vorgefertigten Kunststoff-Teilen - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Schmelzverbindung zwischen zwei vorgefertigten Teilen (1, 2), die thermoplastischen Kunststoff aufweisen, wobei zwischen den zu verbindenden Flächen der vorgefertigten Teile (1, 2) ein drittes Teil (3) angeordnet wird, das einen thermoplastischen Kunststoff aufweist, der mit dem Kunststoff oder den Kunststoffen der beiden zu verbindenden Teile (1, 2) verschmelzbar ist und bis zur Verschmelzung der Kunststoffe der drei Teile (1-3) erwärmt wird und dann die geschmolzenen Bereiche der drei Teile (1-3) ausgehärtet werden, ist erfindungsgemäß dafür gesorgt, daß im dritten Teil (3) bei seiner Herstellung Metallteilchen eingebettet werden und die Erwärmung der drei Teile (1-3) durch induktive Erwärmung der Metallteilchen in einem elektromagnetischen Wechselfeld bewirkt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schmelzverbindung zwischen zwei vorgefertigten Teilen, die thermoplastischen Kunststoff aufweisen, wo­ bei zwischen den zu verbindenden Flächen der vorgefer­ tigten Teile ein drittes Teil angeordnet wird, das ei­ nen thermoplastischen Kunststoff aufweist, der mit dem Kunststoff oder den Kunststoffen der beiden zu verbin­ denden Teile verschmelzbar ist und bis zur Verschmel­ zung der Kunststoffe der drei Teile erwärmt wird und dann die geschmolzenen Bereiche der drei Teile ausge­ härtet werden.

Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise aus DE 42 39 909 C1 bekannt.

Zur Herstellung einer Schmelzverbindung zwischen Kunst­ stoff-Teilen sind grundsätzlich mehrere Verfahren be­ kannt, zum Beispiel Ultraschall-Schweißverfahren, Spie­ gel-Schweißverfahren und Reib-Schweißverfahren. Die Ausübung dieser Verfahren ist häufig schwierig und/oder zeitaufwendig, insbesondere wenn die zu verbindenden Flächen schwer zugänglich sind und/oder eine kompli­ zierte Form haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Schmelzverbindung zwischen zwei vorgefertigten Teilen, die thermoplastischen Kunststoff aufweisen, anzugeben, das auch bei komplizierteren und/oder schwer zugänglichen Flächen der zu verbinden­ den Teile einfacher, sicherer und rascher ausführbar ist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im dritten Teil bei seiner Herstellung Metallteilchen eingebettet werden und die Erwärmung der drei Teile durch induktive Erwärmung der Metallteilchen bewirkt wird.

Bei dieser Lösung kann das dritte Teil an der Verbin­ dungsfläche des einen der zu verbindenden Teile ange­ ordnet werden, bevor das andere der zu verbindenden Teile in die Verbindungslage relativ zu dem einen Teil gebracht wird. Danach wird dann das andere Teil in die Verbindungslage gebracht. Diese relative Anordnung der drei Teile ist in der Regel auch dann leicht durchführ­ bar, wenn die zu verbindenden Flächen der beiden zu verbindenden Teile in ihrer Verbindungslage nicht oder nur schwer zugänglich sind. Nachdem alle Teile in die Verbindungslage gebracht worden sind, können sie in ei­ nem elektromagnetischen Wechselfeld, z. B. einer Spule oder Mikrowellenstrahlungsquelle, angeordnet und durch die dabei erfolgende induktive Erwärmung der Metall­ teilchen das dritte Teil als Ganzes oder, wenn die Me­ tallteilchen nur in an die zu verbindenden Flächen an­ grenzenden Randbereiche des dritten Teils eingebettet sind, geschmolzen und dadurch auch gleichzeitig die zu verbindenden Flächen geschmolzen und durch das Ver­ schmelzen der aneinander angrenzenden Flächen der drei Teile verbunden werden. Das Verschmelzen der drei Teile läßt sich sehr rasch und gezielt ohne große Wärmeverlu­ ste durchführen, insbesondere bei einer Serienferti­ gung, da sich hierbei alle vormontierten Teilegruppen aus den drei Teilen nacheinander kontinuierlich durch das Wechselfeld befördern lassen.

Vorzugsweise hat das dritte Teil eine den zuverbinden­ den Flächen der vorgefertgigten Teile weitgehend ange­ paßte Form. Es ergibt sich dann sehr rasch eine lücken­ lose und fluiddichte Schmelzverbindung, die zudem hohen Trennkräften widersteht.

Wenn das dritte Teil in der Form eines O-Rings ausge­ bildet wird, kann es zwischen zusammengesteckten Endab­ schnitten zylindrischer Teile, wie einem Rohrstutzen und einem Schlauch, angeordnet und dann mit den beiden Teilen verschmolzen werden. Dadurch ergibt sich zwi­ schen den beiden Teilen zumindest eine sehr dichte Ver­ bindung, die zumindest geringen Trennkräften der Ver­ bindung standhält, was häufig dann ausreichend ist, wenn keine hohen Trennkräfte auftreten.

Vorzugsweise wird das eine der beiden zu verbindenden Teile mit einer Ringnut zur Aufnahme des O-ringförmigen dritten Teils versehen. Die Ringnut ergibt zum einen eine Lagesicherung des dritten Teils beim Zusammen­ stecken der beiden zu verbindenden Teile und vergrößert zum anderen die Berührungsfläche zwischen dem O-ring­ förmigen dritten Teil und dem mit der Ringnut versehe­ nen Teil, so daß sich eine bessere Dichtwirkung zwi­ schen diesen Teilen ergibt.

Die Metallteilchen können als Fasern, Späne oder Pulver ausgebildet und in verteilter Form zumindest in den an den zu verbindenden Flächen angrenzenden Bereichen des dritten Teils eingebettet werden. Diese Teilchen ermög­ lichen eine großflächige Berührung mit dem Kunststoff- Granulat des dritten Teils durch Vermischung der Me­ tallteilchen mit dem Kunststoff-Granulat, bevor das Ge­ misch mittels eines Formwerkzeugs unter Einschmelzung der Metallteilchen in dem Kunststoff des dritten Teils in die gewünschte Form gebracht wird. Bei der indukti­ ven Erwärmung durch Wirbelströme in den Metallteilchen wird dann der thermoplastische Kunststoff aufgrund der großflächigen Berührung mit den Metallteilchen sehr rasch und gleichförmig geschmolzen. Die gegenüber den Pulverteilchen etwas größeren Metallfasern oder Metall- Späne ermöglichen die Ausbildung stärkerer Wirbelströme und damit einer besonders raschen Erwärmung der Teil­ chen und der zu verschmelzenden Kunststoffe.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste­ hend anhand der beigefügten Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungs­ beispiel einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schmelzverbindung zweier Teile durch ein drittes Teil,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungs­ beispiel einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schmelzverbindung zweier Teile durch ein drittes Teil, Fig. 3 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungs­ beispiel einer Schmelzverbindung zweier Teile durch ein drittes Teil und

Fig. 4 einen Schnitt durch ein viertes Ausführungs­ beispiel einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schmelzverbindung zweier Teile durch ein drittes Teil.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist zwischen zwei vorgefertigten Teilen 1, 2, die thermoplastischen Kunststoff aufweisen, eine Schmelzverbindung durch ein drittes Teil 3, das thermoplastischen Kunststoff mit darin eingebetteten Metallteilchen aufweist und zwi­ schen den beiden Teilen 1 und 2 angeordnet ist, durch induktive Erwärmung der Metallteilchen hergestellt. Bei dem Teil 1 handelt es sich um einen abgewinkelten Kupp­ lungsstutzen, ähnlich dem in der DE 195 35 413 C1 dar­ gestellten, und bei dem Teil 2 um einen Teil einer Wand eines Kunststoff-Tanks eines Kraftfahrzeugs mit einer Öffnung 4, mit deren Öffnungsrand das Teil 3 durch die Erwärmung der Metallteilchen in dem Teil 3 verschmolzen ist. Das ebenso wie die Teile 1 und 2 vorgefertigte Teil 3 hat die Form eines Ringes oder einer kurzen Hül­ se mit einem radial inneren Flansch 5 und einem radial äußeren Flansch 6. Der radial innere Flansch 5 hat axial durchgehende Löcher 7, in die axiale Vorsprünge 8 des Teils 1 eingreifen. Die Löcher 7 und Vorsprünge 8 haben kleine radiale Vorsprünge oder Hinterschneidun­ gen, die sich beim Zusammenstecken der Teile 1 und 3 nach Art einer Schnappverbindung aufgrund einer gewis­ sen Elastizität der Kunststoffe beider Teile 1 und 3 hintergreifen. Ferner übergreift das Teil 1 den an den Flansch 6 angreifenden Endabschnitt des Teils 3 mit ei­ nem umlaufenden Vorsprung 9. An den Grenzflächen der Teile 1 und 3 ergibt sich mithin nicht nur eine Schmelzverbindung, sondern auch eine formschlüssige Verbindung, während zwischen den Teilen 2 und 3 ledig­ lich eine Schmelzverbindung ausgebildet ist.

Der Vorteil dieser Art von Schmelzverbindung durch in­ duktive Erwärmung der im Teil 3 enthaltenen Metallteil­ chen, bei denen es sich um Fasern, Späne oder Pulver aus Metall handeln kann, besteht darin, daß die Verbin­ dung sehr rasch ausführbar ist, indem die drei Teile 1, 2 und 3, nachdem sie in ihre Zusammenbaulage gebracht worden sind, entweder in einem elektromagnetischen Wechselfeld angeordnet oder durch dieses hindurchge­ führt werden, oder umgekehrt, oder bei einer Serienher­ stellung von Schmelzverbindungen solcher Teile diese nacheinander kontinuierlich durch das Wechselfeld hin­ durchbefördert werden. Anschließend werden dann die ge­ schmolzenen Bereiche der drei Teile 1, 2 und 3, bei­ spielsweise durch Abkühlung, ausgehärtet.

Die Herstellung des Teils 3 kann durch Vermischung der Metallteilchen mit einem Granulat aus einem thermopla­ stischen Kunststoff, der im geschmolzenen Zustand mit dem thermoplastischen Kunststoff oder den Kunststoffen der beiden Teile 1 und 2 eine Schmelzverbindung ein­ geht, in einem Formwerkzeug unter Erwärmung erfolgen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die normaler­ weise schwer zugänglichen Flächen von Teilen 1 und 2, die nicht nur durch eine Schmelzverbindung, sondern auch formschlüssig verbunden werden sollen, auf diese Weise leichter verbindbar sind als durch ein Reib-, Spiegel- oder Ultraschall-Schweißverfahren oder durch Anwendung eines Haftvermittlers.

Alternativ kann die geschmolzene Masse des Teils 3 mit den darin eingebetteten Metallteilchen in einem Form­ werkzeug, in dem das vorgefertigte Teil 1 bereits ange­ ordnet ist, an das Teil 1 angegossen und dabei das Teil 3 geformt werden. Anschließend können die Teile 2 und 3 durch induktive Erwärmung der Metallteilchen verschmol­ zen werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 werden zwei durch eine Schmelzverbindung fluiddicht zu verbindende rohrförmige Teile 1 und 2 mit ihren Endabschnitten zu­ sammengesteckt. Dann wird ein drittes Teil 3 in Form eine zylindrischen Hülse aus dem gleichen Material wie das Teil 3 nach Fig. 2 zwischen den Endabschnitten der Teile 1 und 2 angeordnet oder vor dem Zusammenstecken der Teile 1 und 2 auf der Innenseite des Teils 1 oder der Außenseite des Teils 2 angeordnet. Dann werden alle drei Teile 1, 2 und 3 durch induktive Erwärmung der Me­ tallteilchen, die im Teil 3 eingebettet sind, geschmol­ zen, so daß zumindest ihre aneinandergrenzenden Berei­ che verschmolzen werden. Danach werden die geschmolze­ nen und verschmolzenen Bereiche der drei Teile wiederum ausgehärtet.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bildet das Teil 1 einen etwa gabelförmigen Klemmhalter für ein zylin­ drisches Teil 10, zum Beispiel ein elektrisches Kabel, und das Teil 2 wiederum die Wand eines Kraftstoffbehäl­ ters. Das Teil 3 hat die Form einer Platte, die zwi­ schen den Teilen 1 und 2 angeordnet wird, bevor die drei Teile 1, 2 und 3, die wiederum die gleichen Mate­ rialien wie die Teile 1, 2 und 3 bei den Ausführungs­ beispielen nach den Fig. 1 und 2 aufweisen, durch in­ duktive Erwärmung der im Teil 3 enthaltenen Metallteil­ chen verschmolzen werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bildet das Teil 1 einen Schlauch aus thermoplastischen Kunststoff, der auf einem tannenbaumartig gerippten Endabschnitt des in diesem Falle einen Rohrstutzen bildenden Teils 2 aus thermoplastischem Kunststoff im Reibschluß aufgeschoben ist. Das dritte Teil 3 hat die Form eines O-Rings, das wiederum thermoplastischen Kunststoff und Metallteil­ chen enthält und in einer Ringnut 11 in der Außenseite des gerippten Endabschnitts des Teils 2 zwischen den beiden Teilen 1 und 2 angeordnet ist. Das Teil 3 ist wiederum durch induktive Erwärmung der in seinem thermoplastischen Kunststoff eingebetteten Metallteil­ chen mit den Teilen 1 und 2 verschmolzen. Auf diese Weise ergibt sich ebenfalls eine sehr fluiddichte Ver­ bindung zwischen den Teilen 1 und 2, um die im übrigen reib- und formschlüssige Verbindung der Teile 1 und 2 zusätzlich fluiddicht und axial noch etwas höher be­ lastbar auszubilden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung einer Schmelzverbindung zwischen zwei vorgefertigten Teilen (1, 2), die thermoplastischen Kunststoff aufweisen, wobei zwi­ schen den zu verbindenden Flächen der vorgefertig­ ten Teile (1, 2) ein drittes Teil (3) angeordnet wird, das einen thermoplastischen Kunststoff auf­ weist, der mit dem Kunststoff oder den Kunststoffen der beiden zu verbindenden Teile (1, 2) verschmelz­ bar ist und bis zur Verschmelzung der Kunststoffe der drei Teile (1-3) erwärmt wird und dann die ge­ schmolzenen Bereiche der drei Teile (1-3) ausgehär­ tet werden, dadurch gekennzeichnet, daß im dritten Teil (3) bei seiner Herstellung Metallteilchen ein­ gebettet werden und die Erwärmung der drei Teile (1-3) durch induktive Erwärmung der Metallteilchen bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Teil (3) eine den zu verbindenden Flächen (1, 2) der vorgefertigten Teile weitgehend angepaßte Form aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das dritte Teil (3) in der Form eines O-Rings ausgebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden zu verbindenden Teile (1, 2) mit einer Ringnut (11) zur Aufnahme des O-ring­ förmigen dritten Teils (3) versehen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen als Fasern, Späne oder Pulver ausgebildet und in verteilter Form zumindest in den an den zu verbindenden Flä­ chen angrenzenden Bereichen des dritten Teils (3) eingebettet werden.