K U N S T S T O F F O B J E K T E N M ITTE LS A U F H E I Z M I T T E L M IT G E RI N G E R CU RI E T E M P E RATU R

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet des thermischen Verbindens zweier Objekte aus Kunststoff mittels Induktionsschweißens. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Aufheizmittel aus einem ferromagnetischen Material, eine verschweißte Anordnung sowie ein

Schweißsystem mit einem solchen Aufheizmittel sowie ein Verfahren zum thermischen Verbinden zweier jeweils ein Kunststoffmaterial aufweisenden Objekte.

Hintergrund der Erfindung

Objekte aus Kunststoff können thermisch miteinander verbunden werden, indem ein elektrisch leitfähiges Material zwischen die beiden zu

verbindenden Objekte eingebracht wird und dieses durch ein

elektromagnetisches Wechselfeld erhitzt wird, welches von einem speziell ausgebildeten Generator erzeugt wird. Bei dem sog. Induktionsschweißen von Kunststoffobjekten erfolgt eine elektromagnetische Kopplung zwischen einem magnetischen und elektrisch leitfähigen Material und einem Induktionsgenerator im Wesentlichen über ein zeitlich veränderndes

Magnetfeld, welches von einer Spule des Induktionsgenerators erzeugt wird .

Das Prinzip des Induktionsschweißens wird insbesondere beim thermischen Verbinden der Enden von zwei Kunststoffrohren mittels einer

Kunststoffmuffe verwendet, welche über die beiden zu verschweißenden Enden geschoben wird . Ein magnetisches und elektrisch leitfähiges

Aufheizmittel wird dabei zwischen die Kunststoff muffe und die Mantelfläche von jeweils einem Endabschnitt der beiden zu verbindenden Rohre

eingebracht und induktiv erhitzt, so dass die Außenseiten der beiden

Endabschnitte sowie die Innenseite der Kunststoff muffe aufgeschmolzen werden und bei einem nachfolgenden Abkühlen eine dauerhafte

Schweißverbindung eingehen. Induktionsschweißverfahren sind beispielsweise in EP 2 452 805 AI offenbart.

Ein technisches Problem beim Induktionsschweißen besteht jedoch darin, die Wärmemenge bzw. die thermische Energie, welche über das

Aufheizmittel zugeführt wird, so einzustellen, dass zum einen eine stabile thermische Schweißverbindung gewährleistet ist und zum anderen die Formstabilität der miteinander zu verschweißenden Objekte nicht gefährdet ist. Nur so können mittels Induktionsschweißens "gute"

Schweißverbindungen erzielt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde das Induktionsschweißen in Hinblick auf "gute" Schweißverbindungen zu verbessern. Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen

Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden

Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein

Aufheizmittel zum thermischen Verbinden zweier jeweils ein

Kunststoffmaterial aufweisenden Objekte, wobei beim Verbinden ein erstes inneres Objekt zumindest teilweise von einem zweiten äußeren Objekt umgeben ist und sich das Aufheizmittel zwischen dem ersten inneren Objekt und dem zweiten äußeren Objekt befindet. Das beschriebene Aufheizmittel weist eine bandartige Struktur auf, in welcher eine Mehrzahl von Öffnungen ausgebildet ist. Die Öffnungen sind derart dimensioniert, dass

aufgeschmolzenes Kunststoffmaterial des ersten inneren Objekts und/oder des zweiten äußeren Objekts eindringen und sich mit aufgeschmolzenem Kunststoffmaterial des jeweils anderen Objekts verbinden kann. Alternativ oder in Kombination sind die Öffnungen mit einem Kunststoffmaterial gefüllt, welches sich mit aufgeschmolzenem Kunststoffmaterial des ersten inneren Objekts und/oder des zweiten äußeren Objekts verbinden kann. Die bandartige Struktur weist ein ferromagnetisches Material auf, welches induktiv erhitzbar ist und welches eine Curie-Temperatur hat, die geringer ist als 460°C. Dem beschriebenen Aufheizmittel liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Verwenden eines ferromagnetischen Materials mit einer in Bezug zu dem Material der beiden zu verbindenden Objekte geeigneten Curie- Temperatur eine automatische Temperaturbegrenzung bei einem

thermischen Verbindungsvorgang gegeben ist. Dies bedeutet, dass bei einer Curie-Temperatur, welche auf der einen Seite ausreichend hoch ist, um das Kunststoffmaterial von zumindest einem der beiden Objekte aufzuschmelzen, und welche auf der anderen Seite nicht so hoch ist, so dass das Kunststoffmaterial auf eine Temperatur gebracht wird, welche zu einer thermischen Zerstörung von zumindest einem der beiden Objekte führt. Eine solche thermische Zerstörung kann beispielsweise dadurch gegeben sein, dass das betreffende Objekt soweit aufschmilzt, dass sich seine Form während des thermischen Verbindungsvorgangs nicht

unerheblich verändert. Insbesondere sollte das ferromagnetische Material eine Curie-Temperatur haben, welche, sofern diese Curie-Temperatur bei einem thermischen Verbindungsvorgang auch erreicht wird, innerhalb einer typischen für einen thermischen Verbindungsvorgang benötigten Zeitdauer, lediglich zu einer Aufschmelzung einer Oberflächenschicht von zumindest einem der beiden Objekte führt.

Unter dem Begriff "Material" kann in diesem Dokument sowohl ein

"einheitliches" Material mit einer einheitlichen "Curie-Temperatur" als auch ein Materialbestandteil oder mehrere Materialbestandteile einer

Zusammensetzung von verschiedenen Materialien verstanden werden. Insbesondere kann sich der Begriff "Material" zumindest auf einen einzelnen Stoff (z. B. zumindest ein Legierungsbestandteil) oder auf eine

Materialzusammensetzung (z.B. Legierung) beziehen.

Bevorzugt ist das Aufheizmittel derart ausgebildet, dass es auf beiden Seiten der bandartigen Struktur zu einer Erwärmung des angrenzenden Kunststoffmaterials führt. Dies bedeutet, dass bei einem thermischen Verbinden nicht lediglich ein Objekt an das andere Objekt angeschweißt wird, sondern dass beide Objekte zumindest annähernd symmetrisch miteinander verschweißt werden. Somit können im aufgeheizten Zustand beide Kunststoffmaterialien durch die in der bandartigen Struktur

ausgebildeten Öffnungen hindurchfließen oder sich mit bereits in den Öffnungen befindlichem Kunststoffmaterial verbinden, so dass sich eine Mehrzahl von kleinen Schweißverbindungen durch die Öffnungen in der bandartigen Struktur hindurch ausbilden. Dies führt nach einem Abkühlen zu einer besonders hohen Festigkeit der resultierenden thermischen

Verbindung . Es wird darauf hingewiesen, dass die in diesem Dokument beschriebene Aufheizung zum Teil durch magnetische Verluste und zum Teil durch elektrische Verluste bewirkt wird. Unter magnetische Verluste werden in diesem Zusammenhang sog. Ummagnetisierungsverlusten am Aufheizmittel verstanden, welche mit der ferromagnetischen Magnetisierbarkeit des Aufheizmittels zusammenhängen und auch als Hystereseverluste bezeichnet werden können. Die elektrischen Verluste sind insbesondere ohmsche Verluste in Verbindung mit induzierten Strömen, insbesondere

Wirbelströmen, die bei der induktiven Wechselwirkung des Aufheizmittels mit einem von einem entsprechenden Generator erzeugten

elektromagnetischen Feld erzeugt werden.

Bei Erreichen der Curie-Temperatur des Aufheizmittels fallen die

Ummagnetisierungsverluste weg und die Einkopplung von Energie in das Aufheizmittel ist entsprechend reduziert, weil nur noch die elektrischen Verluste zu einer (weiteren) Erwärmung des Aufheizmittels beitragen. Je nach konkreter Ausgestaltung des Aufheizmittels kann dieses Wegfallen des durch Ummagnetisierungsverluste bewirkten Energieeintrags bereits zu einer Temperaturbegrenzung ausreichen. Ggf. kann eine entsprechende Reduktion der Einkopplung von Energie auch von einem Induktions- generator erkannt werden, von welchem dann "weniger Leistung

entnommen wird". In diesem Zusammenhang kann der Induktionsgenerator als die Primärseite eines ganzen Aufheizsystems angesehen werden, welches aus dem Induktionsgenerator und dem (sekundärseitigen)

Aufheizmittel besteht. Ein Erkennen einer reduzierten Leistungsentnahme kann als Signal verwendet werden, den Induktionsgenerator so

anzusteuern, dass die induktive Energieübertragung weiter reduziert oder sogar abgeschaltet wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das ferromagnetische Material eine Curie-Temperatur, die geringer ist als 400°C, insbesondere geringer als 300°C und weiter insbesondere geringer als 250°C. Dies hat den Vorteil, dass auch für Kunststoffobjekte, welche einen vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt haben, auch bei einem längeren induktiven Schweißvorgang und/oder bei einem Schweißvorgang mit hoher induktiver Primärenergie (von einem Generator erzeugt) eine hohe Formstabilität der beiden zu verschweißenden Objekte gewährleistet werden kann.

Eine Curie-Temperatur deutlich über dem Schmelzpunkt der beteiligten Kunststoffe trägt zu einer schnellen Aufheizung beim Schweißprozess bei und verhilft damit zu einer Arbeitszeitverkürzung für den Schweißprozess. Bei einer relativ hohen Curie-Temperatur muss das Aufheizmittel in Bezug auf Wärmeableitung, Wärmekapazität und Aufheizgeschwindigkeit dahingehend optimiert werden, dass die sich im Aufheizmittel schnell akkumulierende Energie derart an den Kunststoff abgeleitet werden kann, dass dieser nicht beschädigt wird . Wie nachfolgend im Detail beschrieben, lässt sich durch die Verwendung von Materialien mit verschiedenen Curie- Temperaturen der makroskopisch in Erscheinung tretende

Übergangsbereich des Verlusts der ferromagnetischen Eigenschaften spreizen bzw. verschieben und so die Funktion der Temperaturbegrenzung zusätzlich gestalten

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die bandartige Struktur mehrere ferromagnetische Materialien auf, welche unterschiedliche Curie-Temperaturen haben. Dies hat den Vorteil, dass durch eine geeignete Mischung der Mengenverhältnisse (Massen- oder Volumenverhältnisse) der unterschiedlichen ferromagnetischen Materialien eine für die jeweilige Anwendung optimale mittlere Curie-Temperatur eingestellt werden kann. Die beschriebenen unterschiedlichen ferromagnetischen Materialien können auch dazu führen, dass dem

Aufheizmittel zumindest zwei verschiedene Curie-Temperaturen zugeordnet sind . Dies bedeutet in der Praxis, dass zu Beginn einer

Verbindungsvorgangs, wenn die Temperatur des Aufheizmittel und des umgebenden Kunststoffmaterial noch relativ gering ist, beide Materialien zu einem induktiven Heizen mit einer vergleichsweise hohen Heizleistung beitragen. Wenn die Temperatur später einen Wert erreicht, der über der Curie-Temperatur desjenigen Materials liegt, welches die geringere Curie- Temperatur hat, dann wird der Heizvorgang nur noch mit einer

vergleichsweise geringen Heizleistung stattfinden. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise eine besonders genaue Steuerung des thermischen Verbindens der beiden Objekte. Es wird darauf hingewiesen, dass eine derartige stufenartige Steuerung der Heizleistung im Prinzip mit einer beliebigen Anzahl an ferromagnetischen Materialien mit jeweils unterschiedlichen Curie-Temperaturen realisiert werden kann. In der Praxis sollte es jedoch für viele Anwendungen ausreichend sein, wenn die bandartige Struktur lediglich zwei

ferromagnetische Materialien mit unterschiedlichen Curie-Temperaturen aufweist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die bandartige Struktur einen schichtweisen Aufbau von unterschiedlichen Materialien auf, welche insbesondere eine unterschiedliche Härte, eine unterschiedliche Elastizität und/oder eine unterschiedliche Duktilität aufweisen.

Durch eine geeignete Einstellung der Mengenverhältnisse der

unterschiedlichen Materialien ist es somit möglich, die mechanischen

Streckeigenschaften des Aufheizmittels so zu modifizieren, dass sich beim Verstecken gezielt Verformungen ergeben, welche zu einer Verbesserung, das heißt zu einer erhöhten mechanischen Festigkeit, der erzeugten

Schweißverbindung beitragen. Die Verformungen können insbesondere Höhenunterschiede und/oder Verrundungen am Übergang zwischen der Oberfläche des bandartigen Materials in die Öffnungen sein.

Nach derzeitiger Erkenntnis eignet sich für den beschriebenen schichtweisen Aufbau insbesondere eine Kombination aus zwei oder mehr Schichten der folgenden metallischen Legierungen : Cu-Al, Fe-Cu, Fe-Edelstahl, CU-Sn, FeAI, Al-Mg. Um für die jeweilige Anwendung optimale mechanische

Streckeigenschaften zu erzielen, ist es auch möglich, innerhalb einer

Legierung die Verhältnisse zwischen den an der Legierung beteiligten

Metallen anzupassen. Um den Einfluss verschiedener Elastizitäten auf die Qualität und

insbesondere auf die Festigkeit einer Schweißverbindung zu untersuchen, wurden von den Erfindern eine Reihe von Experimenten durchgeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass durch gezieltes Einstellen der Längselastizität der bandartigen Struktur eine deutliche Verbesserung des Schweißergebnisses erreicht werden kann. Dabei ist die Längselastizität die Elastizität der bandartigen Struktur entlang ihrer länglichen Erstreckung, welche entlang der Oberfläche zumindest des ersten inneren Objekts wirkt. Bei einem Verschweißen von Rohren ist diese längliche Erstreckung die tangentiale Richtung entlang der zylindrischen Mantelfläche des betreffenden Rohres.

Bei diesen Experimenten hat sich insbesondere ergeben, dass bei zu kleiner Längselastizität, d .h. wenn das Aufheizhilfsmittel zu steif bzw. zu starr ist, das Aufheizmittel nicht über die ganze Verbindungsfläche den nötigen Kontaktdruck aufbauen kann, der für eine systematische und bevorzugt anisotrope Verflüssigung von dem betreffenden Kunststoffmaterial erforderlich ist. Ebenso ist auch bei einer zu großen Längselastizität an keiner Stelle der gewünschte Anpressdruck vorhanden. Es hat sich gezeigt, dass Längselastizitäten von 30 N bis 300 N für eine relative Dehnung von 0,1% und insbesondere von 60 N bis 200 N für eine relative Dehnung von 0,1% zu besonders guten Schweißergebnissen führen. Es wird darauf hingewiesen, dass hier die Längselastizitäten der Federkonstante der bandartigen Struktur entspricht (vgl. Hook'sches Gesetz).

Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass der schichtweise Aufbau auch mehrere Schichten von Materialien mit unterschiedlichen Curie-Temperaturen aufweisen kann. Dies hat den Vorteil, dass zum

Einstellen von zumindest einer für den speziellen Anwendungsfall geeigneten Curie-Temperatur keine Legierung aus unterschiedlichen

Materialien mit verschiedenen Curie-Temperaturen hergestellt werden muss.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die bandartige Struktur konfiguriert, um eine geschlossene bandartige Struktur zu bilden, welche durchgängig elektrisch leitfähig ist. Anschaulich ausgedrückt entspricht das Aufheizmittel einer

Kurzschlusswicklung eines Transformators, die als Sekundärwicklung eine besonders effektive elektromagnetische Kopplung, insbesondere eine besonders effektive induktive Kopplung, mit einer erregenden Primärspule des Transformators eingehen kann. Dabei ist in bekannter Weise die Primärspule, welche eine oder bevorzugt mehrere Windungen aufweist, ein wesentlicher Bestandteil eines Gerätes, mit welchem die beiden Objekte thermisch miteinander verbunden und insbesondere miteinander

verschweißt werden können . Bei der Anwendung des beschriebenen Aufheizmittels für ein thermisches Verbinden der zwei Objekte kann die bandartige Struktur einfach um das innere Objekt herumgewickelt werden, so dass die beiden Enden der bandartigen Struktur überlappen und so ein geschlossenes Band bilden, welches eine Sekundärspule mit einer einzigen Wicklung darstellt. Für manche Anwendungen, beispielsweise einem Verschweißen von zwei Kunststoffrohren mittels einer die beiden Enden der Kunststoffrohre umgebenden Muffe (hier stellen die beiden Kunststoffrohre das innere Objekt und die Muffe das äußere Objekt dar), kann die bandartige Struktur auch von Anfang an eine geschlossene Struktur sein, welche durch ein einfaches Überstülpen über ein Ende von zumindest einem Kunststoffrohr einfach zwischen die Kunststoffrohre und die Muffe eingebracht wird .

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das

Aufheizmittel ferner eine Haftkraftveränderungsschicht auf, welche an zumindest einer Oberfläche der bandartigen Struktur angebracht oder ausgebildet ist.

Die Haftveränderungsschicht kann auf vorteilhafte Weise dazu beitragen, dass das Fließverhalten von aufgeschmolzenem Kunststoff, welcher mit dem Aufheizmittel in Kontakt kommt, in Hinblick auf eine nach dem Abkühlen besonders stabile Schweißverbindung eingestellt werden kann. Wenn sich nämlich im Verlauf des thermischen Verbindens bzw. des Verschweißens die Oberfläche der beiden Kunststoffobjekte verflüssigt, dann können Zustände von gefangenen Luftblasen entstehen, falls sich um die jeweilige

Erwärmungsstelle herum bereits alle pneumatischen Verbindungen "zur Außenwelt" geschlossen haben. Die dadurch auftretende Druckerhöhung wirkt hilfreich für das Unterschützen der gewünschten Vorzugsfließrichtung des flüssigen Kunststoffes durch das Aufheizmittel hindurch. Dabei ist es von Bedeutung, dass die Benetzung der Oberfläche des Aufheizmittels von optimalen adhäsiven Effekten begleitet wird, so dass der Weg des geringsten Widerstandes des flüssigen Kunststoffes der Weg durch die Öffnungen des Aufheizmittels hindurch ist und Luftblasen nicht im Innern der Öffnungen verbleiben. Dadurch kann verhindert werden, dass der aufgeschmolzene Kunststoff das Aufheizmittel (durch die Öffnungen hindurch) durchdringen kann .

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die

Haftkraftveränderungsschicht an der Oberfläche der bandartigen Struktur eine Haftkraftverstärkungsschicht auf und/oder die Haftveränderungsschicht weist an den Seitenwänden der Öffnungen eine

Haftkraftreduzierungsschicht auf.

Durch eine Haftkraftverstärkung zwischen der Oberfläche der bandartigen Struktur und dem jeweiligen Kunststoffobjekt kann nach einem Abkühlen zusätzlich zu der Schweißverbindung zwischen beiden Kunststoffobjekten auch eine feste Verbindung zwischen der Oberfläche der bandartigen

Struktur und dem jeweiligen Kunststoffobjekt hergestellt werden. Dazu sind bevorzugt beide (flächigen) Oberflächen der bandartigen Struktur mit einer Haftkraftverstärkungsschicht versehen. Durch eine Haftkraftreduzierungsschicht im Bereich der Öffnungen kann das Fließverhalten von verflüssigtem Kunststoff durch die bandartige Struktur hindurch verbessert werden. Dadurch ergibt sich nach dem Abkühlen eine mechanisch besonders stabile direkte Verbindung zwischen beiden

Kunststoffobjekten .

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die

Haftkraftveränderungsschicht eine Oxidschicht. Alternativ oder in

Kombination weist die Haftkraftveränderungsschicht Carbonate auf. Eine Oxidschicht und insbesondere eine Metalloxidschicht kann, so haben es die Erfinder des beschriebenen Aufheizmittels herausgefunden, auch eine (gezielt ausgebildete) Oxidschicht an der Oberfläche der bandartigen

Struktur sein. Derartige Oxidschichten können beispielsweise gebildet werden durch eine gezielte Lagerung der bandartigen Struktur in einer Atmosphäre, die wenigstens 10% einer Sauerstoffmodifikation, also naszierender (atomarer) Sauerstoff (O), molekularer Sauerstoff (02) und/oder Ozon (03) enthält, und der Rest der Atmosphäre aus einem

Inertgas gebildet ist. Das Inertgas kann ein Edelgas, bevorzugt He, Ar, Ne und/oder Stickstoff sein .

Die Metalloxidschicht kann mindestens eines der folgenden Elemente enthalten : Fe, Cr, Ni, allenfalls auch Cu. AI, Zn, Sn sowie Seltene Erden Metalle. Des Weiteren können die Metalloxide speziell an der Oberfläche Anteile von mindestens einem der folgenden Elemente enthalten : Au, Ag, Cu, Rh.

Als besonders wirksam haben sich in diesem Zusammenhang Oberflächenschichten erwiesen, die zusätzlich zu den Metalloxiden auch Carbonate enthalten. Dies kann durch Zusatz von geringen Mengen an C02 erreicht werden, wobei die geringe Menge an C02 weniger als 10 Gewichtsprozent (Gew.%) und bevorzugt weniger als 1 Gew% beträgt, um die Bildung der gewünschten Metalloxide nicht zu sehr zugunsten von Carbonaten zu verschieben.

Eine besonders geeignete Schichtzusammensetzung kann beispielsweise bei Temperaturen von 5°C bis 120°C, bevorzugt von 15°C bis 80°C, über einen Zeitraum von wenigstens 48 Stunden, bevorzugt wenigstens 96 Stunden, gebildet werden. Um die Reaktionsdauer des Gemisches aus Sauerstoff, Kohlendioxid und/oder Inertgas deutlich zu verringern, kann die Oberfläche der bandartigen Struktur mit einem atomaren Plasma, welches neben Schutzgas (vorzugsweise Argon) auch die reaktiven Gasbestandteile 02 und C02 enthält, beaufschlagt werden. Dadurch kann die gewünschte Haftveränderungsschicht innerhalb von wenigen Sekunden oder sogar Sekundenbruchteilen aufgebaut werden. Ferner können auch andere

Elemente wie beispielsweise Si, B, Ti und/oder Zr durch Zusatz

entsprechender Precursorgase in die Oberfläche der bandartigen Struktur integriert werden. In diesem Zusammenhang hat sich herausgestellt, dass insbesondere Si und Ti zur Herstellung einer besonders geeigneten

Haftveränderungsschicht beitragen können. Durch eine geeignete Auswahl der Zusammensetzung der Haftveränderungsschicht können deren gewünschte (Haft)Eigenschaften eingestellt werden.

In manchen Ausführungsbeispielen haben die Oxidschichten eine

Schichtdicke von kleiner als lOpm, insbesondere kleiner als 500nm, vorzugsweise kleiner als 50nm oder idealerweise kleiner als lOnm. Es wird darauf hingewiesen, dass bei einem schichtweisen Aufbau von

Oxiden mit den erwähnten Eigenschaften im Sinne einer Haftungssteuerung insbesondere sehr dünne Schichten von Vorteil sind, weil damit der negative Einfluss der Sprödigkeit von Oxiden minimiert wird und trotzdem die haftungssteuernden Eigenschaften schon voll ausgeprägt sind. Bereits mit Schichtdicken unter lOnm (typsicherweise lnm bis 5nm) wurden bei experimentellen Untersuchungen sehr gute Ergebnisse erzielt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung haben die

Öffnungen einen mittleren Abstand s voneinander, welcher in Bezug zu einer Dicke d der bandartigen Struktur zumindest eine der folgenden Gleichungen erfüllt: 0,5 < s/d < 2; 0,7 < s/d < 1,5; 0,8< s/d < 1,3; 0,9< s/d < 1,1.

Die beschriebenen Öffnungs- bzw. Lochgeometrien führen, so hat sich in experimentellen Untersuchungen herausgestellt, zu einer qualitativ besonders festen Schweißverbindung . Dabei können die Öffnungen entweder (a) regelmäßig (mit einem festen Versatz zwischen in

verschiedenen Richtungen benachbarten Öffnungen) oder (b) unregelmäßig angeordnet sein. Anschaulich ausgedrückt ist neben der chemischen

Oberflächenbeschaffenheit der bandartigen Struktur also auch deren Geometrie maßgeblich für die Qualität einer Schweißung . Die Endfestigkeit einer Schweißverbindung kann bei einer geeigneten Loch- bzw.

Öffnungsgeometrie deshalb besonders hoch sein, weil sich nach dem

Verfestigen des verflüssigten Kunststoffes keine anisotropen

Festigkeitswerte in Bezug auf Scherkräfte zeigen. Auch ein Abschälen von Teilen eines Kunststoffobjekts kann durch die Wahl einer geeigneten Lochgeometrie verhindert werden, wobei ein Abschälen insbesondere ein räumliches Trennen eines Bereiches mit zwischenzeitlich verflüssigten Kunststoff von einem Bereich mit stets festem Kunststoff umfassen kann.

In absoluten Zahlen kann bei bestimmten Ausführungsformen der mittlere Abstand s im Bereich zwischen 0,1mm und 5mm liegen. Gleiches gilt für die Dicke d, welche ebenfalls im Bereich zwischen 0,1mm und 5mm liegen kann.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Übergang zwischen der flächigen Oberfläche der bandartigen Struktur und einer Öffnung verrundet. Dadurch können auf vorteilhafte Weise "scharfe

Wegänderungen" bzw. abrupte Richtungsänderungen des flüssigen

Kunststoffs auf seinen Weg in die betreffende Öffnung hinein vermieden werden. Dies kann zu einer signifikanten Verbesserung des Fließverhaltens führen. Unter dem Begriff "Verrundung" kann in diesem Zusammenhang

insbesondere verstanden werden, dass der Übergang von der flächigen Oberfläche der bandartigen Struktur in die betreffende Öffnung frei von Ecken und Kanten ist. Die Verrundung muss also nicht zwingend einen Radius eines gedachten Kreises haben. Im Falle von zylindrischen Öffnungen ist der Übergang bei einer Draufsicht auf die bandartige Struktur ein Kreis bzw. ein Kreisring . Dabei hängt die Breite des Rings von dem Ausmaß der Verrundung ab. Eine besonders einfache Verrundung kann mit einem Senken realisiert werden, welches beispielsweise mittels eines Senkkopfbohrers durchgeführt wird . Dabei erhält der Bereich der Verrundung die Form eines Kegelstumpfes.

Bei manchen Ausführungsbeispielen hat die Verrundung einen Radius von mehr als lOpm, insbesondere mehr als 70pm und weiter insbesondere mehr als 300pm.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen zumindest einige der Öffnungen jeweils eine Längsachse auf, welche mit einer

Flächennormale der Oberfläche der bandartigen Struktur einen Winkel von ungleich Null bilden.

Anschaulich ausgedrückt sind zumindest einige der in der bandartigen Struktur ausgebildeten Öffnungen schräge Öffnungen. Diese führen dazu, dass in einer Fließrichtung die Richtungsänderung des flüssigen Kunststoffes auf seinem Weg in die Öffnung hinein vergleichsweise klein ist

(insbesondere kleiner als 90°). Auch wenn in der entgegengesetzten

Fließrichtung die Richtungsänderung des flüssigen Kunststoffes auf seinem Weg in die Öffnung hinein größer ist (insbesondere größer als 90°), kann eine solche Anisotropie zu einem insgesamt verbesserten Fließverhalten führen. Die Längsachsen Verschiedener öffnungen können auch

unterschiedlich sein, wobei in Bereichen mit unterschiedlichen zu

erwartenden Fließrichtungen die Längsachsen der betreffenden Öffnungen bevorzugt jeweils gegen die Fließrichtung geneigt sind .

Ferner hat sich gezeigt, dass bei schrägen Öffnungen die mechanische Festigkeit der miteinander verschweißten Kunststoffobjekte erhöht sein kann. Insbesondere bei unterschiedlichen Richtungen bzw. Orientierungen der Öffnungen findet beim Abkühlen und dem damit verbundenen Erstarren eine Verspannung mit der bandartigen Struktur statt. Diese kann nach dem Prinzip von "Spannbeton" die Gesamtfestigkeit der Schweißverbindung erhöhen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das

Aufheizmittel ferner zumindest eine weitere bandartige Struktur auf, welche neben der bandartigen Struktur angeordnet ist, wobei die weitere

bandartige Struktur zumindest annähernd parallel zu der bandartigen Struktur orientiert ist.

Der Abstand zwischen einander benachbarten Bahnen kann beispielsweise zwischen 0,5mm und 50 mm, insbesondere zwischen 0,8mm und 10mm und weiter insbesondere zwischen 1mm und 1,5mm betragen.

Anschaulich ausgedrückt wird das Aufheizmittel mit zumindest zwei separaten Bahnen von bandartigen Strukturen gebildet. Dies hat den Vorteil, dass mit lediglich einer Art von bandartigen Struktur Aufheizmittel mit beliebiger Breite hergestellt werden können. Dabei kann das

Aufheizmittel mehrstückig sein, d.h. die bandartige Struktur und die zumindest eine weitere bandartige Struktur sind nicht miteinander verbunden und werden vor einem Schweißvorgang separat zwischen die beiden zu verschweißenden Objekte eingelegt. Die verschiedenen bandartigen Strukturen können jedoch auch (an ihren Längsseiten) miteinander verbunden sein. Dabei kann die Verbindung unmittelbar, beispielsweise mit einer gewissen Überlappung, realisiert sein. Alternativ können die bandartigen Strukturen auch über ein nichtleitendes bzw. nicht ferromagnetisches Material verbunden sein, was in

Übereinstimmung mit der vorstehend beschrieben separaten Konfiguration dazu führt, dass in Bezug auf einen induktiven Schweißvorgang das

Aufheizmittel zumindest zwei separate Sekundärspulen gebildet sind .

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die bandartige Struktur eine Oberfläche mit Erhöhungen und Vertiefungen auf, wobei ein mittlerer Höhenunterschied zwischen den Erhöhungen und den Vertiefungen im Bereich zwischen 0,01mm und 2mm, insbesondere im Bereich zwischen 0,1mm und 1,5mm und weiter insbesondere im Bereich zwischen 0,5mm und 1,2mm liegt. Die Oberflächenrauigkeit kann auf Dickenunterschieden der bandartigen Struktur und/oder auf einer Vielzahl von lokalen Deformationen bzw.

Verbiegungen basieren .

Die hier beschriebene Rauigkeit ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das zweite äußere Objekt, beispielsweise eine Muffe, aus einem Kunststoff mit thermisch schrumpfenden Eigenschaften besteht. Dadurch wird beim

Schweißvorgang ein beidseitiger Anpressdruck auf das Aufheizmittel ausgeübt. Durch die raue Gestaltung der Oberfläche der bandartigen

Struktur kann erreicht werden, dass der Übergang zum Kunststoff an den Punkten der größten Erhöhung einen höheren Anpressdruck ausgesetzt ist als in anderen Bereichen. Aufgrund des höheren Drucks wird eine bessere Wärmeankopplung erreicht, was wiederum zu einem früheren Aufschmelzen in der entsprechenden Region führt. Diese Vorschmelze wird nun beim langsamen Erweichen des gesamten Kunststoffteils bevorzugt in die

Öffnungen gedrückt, was zu einer besonders festen Verbindung zwischen den Kunststoffteilen führt. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung beschrieben, welche aufweist (a) ein erstes inneres Objekt, welches ein erstes Kunststoffmaterial aufweist, das eine erste Schmelztemperatur hat; (b) ein zweites äußeres Objekt, welches das erste innere Objekt zumindest teilweise umgibt und welches ein zweites Kunststoffmaterial aufweist, das eine zweite Schmelztemperatur hat; (c) ein Aufheizmittel, welches sich zwischen dem ersten inneren Objekt und dem zweiten äußeren Objekt befindet, wobei das Aufheizmittel eine bandartige Struktur aufweist. Die bandartige Struktur weist ein ferromagnetisches Material auf, das induktiv erhitzbar ist und das eine vorbestimmte Curie-Temperatur hat, welche höher ist als die erste Schmelztemperatur und/oder die zweite

Schmelztemperatur. In der bandartigen Struktur ist eine Mehrzahl von Öffnungen ausgebildet, in welchen sich ein verfestigtes Kunststoffmaterial befindet, welches das erste innere Objekt mit dem zweiten äußeren Objekt verbindet. Ferner liegt eine erste Temperaturdifferenz zwischen der vorbestimmten Curie-Temperatur und der ersten Schmelztemperatur und/oder eine zweite Temperaturdifferenz zwischen der vorbestimmten Curie-Temperatur und der zweiten Schmelztemperatur im Bereich zwischen 5K und 100K.

Auch der beschriebenen Anordnung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine gezielte Auswahl der beteiligten Materialien, nämlich dem ersten Kunststoffmaterial, dem zweiten Kunststoffmaterial und dem

ferromagnetischen Material, auf zuverlässige Weise eine besonders gute Schweißverbindung zwischen beiden Kunststoffobjekten hergestellt worden ist. Diese gute Schweißverbindung, welche aus einem Schweißvorgang resultiert, bei dem eine automatische Temperaturbegrenzung stattgefunden haben kann, zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Form der beiden Kunststoffobjekte aufgrund lediglich einer oberflächlichen

Kunststoffverflüssigung erhalten geblieben ist und trotzdem eine mechanisch feste Schweißverbindung hergestellt wurde. Beim Verschweißen der beiden Kunststoffobjekte wurde zumindest annähernd genau diejenige Menge an ersten und/oder zweiten Kunststoffmaterial aufgeschmolzen, welche einerseits eine mechanisch feste Verbindung zur Folge hat und welche andererseits die Formstabilität der beiden Objekte nicht

beeinträchtigt, weil nur eine oberflächennahe Schicht von Kunststoffmaterial aufgeschmolzen wurde.

Das sich in den Öffnungen befindliche verfestigte Kunststoffmaterial kann das erste Kunststoffmaterial des ersten inneren Objekts und/oder das zweite Kunststoffmaterial des zweiten äußeren Objekts sein. Alternativ oder in Kombination kann es sich auch um ein Kunststoffmaterial handeln, welches bereits vor dem Schweißvorgang in den Öffnungen vorhanden war. Das Aufheizmittel kann insbesondere ein Aufheizmittel sein, welches die Eigenschaften von zumindest einem der vorstehendend anhand von mehreren Ausführungsbeispielen beschriebenen Aufheizmittel aufweist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt bzw. liegen die erste Temperaturdifferenz und/oder die zweite Temperaturdifferenz im Bereich zwischen 10K und 80K, insbesondere im Bereich zwischen 20K und 60K und weiter insbesondere im Bereich zwischen 30 und 50K. Dies hat den Vorteil, dass die Qualität der Schweißverbindung besonders hoch ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die beiden Kunststoffmaterialien gleich. Dies hat den Vorteil, dass in Hinblick auf eine gute Schweißverbindung lediglich eine Abstimmung zwischen zwei

Temperaturen, der Curie-Temperatur und der (einheitlichen)

Schmelztemperatur erfolgen muss. Zudem verbinden sich gleiche

Kunststoffmaterialien besonders gut, so dass die Festigkeit der

Schweißverbindung besonders hoch ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die

Anordnung ferner ein drittes inneres Objekt auf, welches ein drittes

Kunststoffmaterial aufweist, das eine dritte Schmelztemperatur hat, wobei das zweite äußere Objekt auch das dritte innere Objekt zumindest teilweise umgibt und wobei sich das Aufheizmittel auch zwischen dem dritten inneren Objekt und dem zweiten äußeren Objekt befindet. Dies hat den Vorteil, dass mit der beschriebenen Anordnung mehr als zwei Kunststoff Objekte

miteinander verbunden sind, so dass sich ein besonders breiter technischer Anwendungsbereich für die beschriebene Anordnung ergibt.

Bevorzugt ist das dritte Kunststoffmaterial das gleiche Kunststoffmaterial wie das erste Kunststoffmaterial und/oder das zweite Kunststoffmaterial . Damit ergeben sich die gleichen Vorteile, die vorstehend für zwei gleiche Kunststoffmaterialien beschrieben sind .

In einer besonderen Ausführungsform, kann das dritte Kunststoffmaterial eine Zusammensetzung (aus mehreren Kunststoffen) sein oder ein Additiv aufweisen, welches eine reaktive Veränderung im Zuge der Aufheizung bzw. des Schmelzens bewirkt.

Solche Reaktionen können beispielhaft sein :

(A) Vernetzung durch Polymeraddition (also Epoxidgruppe mit Amin, Amid, Säure, Säureanhydrid, Alkohol, Phenol, Thiol oder Isocyanat (auch verkappt mit Amin, Amid, Alkohol, Phenol, Thiol)

(B) Vernetzung durch Wasserstoffelimination durch Peroxide und/oder Azoverbindungen

(C) Verknüpfung von Polymerketten durch Vinylpolymerisation, Silan- Vinyladdition, Thio-click-Addition, Azid-click-Addition

Anschaulich ausgedrückt können also auch reaktive Schmelzkleber in den thermischen Verbindungsvorgang miteinbezogen werden. Insbesondere können ggf. auch die zu verbindenden Polymeroberflächen des ersten inneren (Polymer)Objekts und des zweiten äußeren (Polymer)Objekts in die o.g . Reaktionen eingreifen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das erste innere Objekt ein Kunststoffrohr, das dritte innere Objekt ist ein weiteres Kunststoffrohr und das zweite äußere Objekt ist eine Kunststoff muffe, welche zwei einander zugewandte Enden, ein Ende des Kunststoffrohres und ein weiteres Ende des weiteren Kunststoffrohres, umschließt. Mit der beschriebenen Anordnung kann auf vorteilhafte Weise eine Rohrleitung gebildet werden, welche aus mehreren Kunststoffrohren zusammengesetzt ist. Um einen widerstandsarmen Durchfluss von einem Fluid an der Stelle der Verbindung der beiden Kunststoffrohre zu gewährleisten, können die beiden stirnseitigen Enden der beiden beteiligten Kunststoffrohren einen möglichst kleinen Abstand voneinander aufweisen. Die Kunststoffrohre können Fernwärmerohre sein, welche ggf. nach außen und/oder nach innen thermisch isoliert sind . Optional können die

Fernwärmerohre in bekannter Weise ein inneres Rohr bzw. ein Kernrohr aus Metall (z.B. Stahl) beinhalten, wobei aneinander gefügte Kernrohre miteinander verschweißt sein können.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System beschrieben, welches aufweist (a) eine Anordnung der vorstehend beschriebenen Art und (b) einen Generator zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes, welches eine Primärspule des Generators induktiv mit dem Aufheizmittel koppelt. Dem beschriebenen System liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Verwendung von geeigneten Materialien für die Anordnung bei einem

Schweißvorgang eine Überhitzung der Anordnung auf effektive Weise verhindert werden kann, weil eine induktive Energieübertragung von dem Generator auf das Aufheizmittel bei dem Erreichen der Curie-Temperatur automatisch stoppt. Dies hat den Vorteil, dass eine Überhitzung der

Kunststoffobjekte auch dann verhindert werden kann, wenn der Generator über keine oder lediglich eine ungenaue Steuerung der induktiven

Energieübertragung verfügt.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn es sich bei dem Generator um einen mobilen Generator handelt, so dass der Abstand zwischen der Primärspule und dem Aufheizmittel nicht genau vorgegebenen, so dass man in der Praxis lediglich eine sehr ungenaue Kenntnis über die induktiv übertragene Leistung hat. Durch eine geeignete Wahl der Curie-Temperatur kann, wie bereits vorstehend im Detail erläutert, automatisch eine optimale

Selbstbegrenzung des induktiven Energieeintrags erfolgen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum thermischen Verbinden zweier jeweils ein Kunststoffmaterial aufweisenden Objekte beschrieben. Das Verfahren weist auf (a) ein Anlegen eines

Aufheizmittels an ein erstes inneres Objekt oder an ein zweites äußeres Objekt, wobei das Aufheizmittel eine bandartige Struktur mit einer Mehrzahl von Öffnungen und ein ferromagnetisches Material aufweist; (b) ein

Anordnen des zweiten äußeren Objekts relativ zu dem ersten inneren Objekt, so dass das erste innere Objekt zumindest teilweise von dem zweiten äußeren Objekt umgeben ist und sich das Aufheizmittel zwischen dem ersten inneren Objekt und dem zweiten äußeren Objekt befindet; (c) ein induktives Erhitzen des Aufheizmittels, so dass Kunststoffmaterial des ersten inneren Objekts und/oder Kunststoffmaterial des zweiten äußeren Objekts aufschmilzt; (d) ein Eindringen von aufgeschmolzenem Kunststoffmaterial des ersten inneren Objekts und/oder von aufgeschmolzenem Kunststoffmaterial des zweiten äußeren Objekts in die Öffnungen, so dass die beiden Kunststoffmaterialien miteinander in Kontakt kommen, und/oder Aufschmelzen von Kunststoffmaterial, welches sich bereits in den Öffnungen befindet; (e) ein Reduzieren einer auf das

Aufheizmittel induktiv übertragenen Leistung infolge einer Annäherung der Temperatur des ferromagnetischen Materials an eine Curie-Temperatur des ferromagnetischen Materials; und (f) ein Abkühlen des aufgeschmolzenen Kunststoffmaterials des ersten inneren Objekts und/oder des

aufgeschmolzenen Kunststoffmaterials des zweiten äußeren Objekts, so dass die beiden Objekte mechanisch miteinander verbunden sind .

Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine induktive Energieübertragung von einem Generator mit einer induktiven Primärspule auf das Aufheizmittel automatisch reduziert und letztendlich insbesondere mit Hilfe einer intelligenten Ansteuerung der Primärspule gestoppt wird, wenn die Temperatur des ferromagnetischen Materials sich an die Curie-Temperatur annähert und diese ggf. sogar erreicht. Durch eine geeignete Wahl der beteiligten Materialien kann somit erreicht werden, dass immer ein zumindest annähern optimaler Energiebetrag induktiv auf das Aufheizmittel übertragen wird .

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Aufheizmittel derart an das erste innere Objekt oder an das zweite äußere Objekt angelegt, dass die beiden Enden der bandartigen Struktur überlappen.

Anschaulich ausgedrückt wird eine geschlossene Schleife gebildet, welche in Bezug auf die induktive Kopplung eine kurzgeschlossene Sekundärspule mit einer Wicklung darstellt. Die induktive Energieübertragung basiert zumindest teilweise auf der makroskopischen elektrischen Leitfähigkeit. Eine geschlossene Windung erlaubt eine besonders effektive induktive Einkopplung von Energie.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das

Aufheizmittel derart an das erste innere Objekt oder an des zweite äußere Objekt angelegt wird, dass die beiden Enden der bandartigen Struktur voneinander getrennt sind .

Anschaulich ausgedrückt wird eine offene Schleife gebildet. Die induktive Energieübertragung erfolgt hier im Wesentlichen durch

Ummagnetisierungsverluste und die Erzeugung von Wirbelströmen, wobei Wirbelströme eine mikroskopische Leitfähigkeit der bandartigen Struktur erfordern.

Durch eine Konzentration auf eine Erwärmung bzw. Aufheizung

ausschließlich basierend auf Ummagnetisierungsverlusten (durch Wegfall einer makroskopischen Sekundärwicklung) kann die Erregungsfrequenz der Primärspule eines Induktionsgenerators erhöht werden. Dies hat eine bessere Energieeffizienz während des Schweißprozesses zur Folge und lässt zudem auch vielfältige Geometrien für die Primärspule zu. Insbesondere muss die Primärspule beim Schweißprozess nicht mehr um das erste innere Objekt herum geschlossen sein, da ja kein sekundärseitiger Kurzschluss gegeben ist. Auch dadurch vergrößert sich die Vielfalt für mögliche

Geometrien von Primärspulen. Insbesondere können Geometrien von Primärspulen verwendet werden, welche lediglich wenig verschmutzungs- und/oder verschleißanfällige Steckverbindung beinhalten.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit auf eine Vorrichtung bezogene Ansprüche und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter

Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieses Dokuments sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Figur la zeigt in einer Draufsicht ein Aufheizmittel mit einer Mehrzahl von

Öffnungen, die einer bandartigen Struktur unregelmäßig angeordnet sind.

Figur lb zeigt in einer Draufsicht ein Aufheizmittel mit einer Mehrzahl von

Öffnungen die in einem regelmäßigen Raster angeordnet sind. Figur 2 zeigt in einer Seitenansicht ein Aufheizmittel, welches zwei

Schichten von ferromagnetischen Materialien aufweist, die unterschiedliche Curie-Temperaturen haben.

Figur 3 zeigt in einer Seitenansicht ein Aufheizmittel mit einer

Haftveränderungsschicht, welche auf einer bandartigen Struktur mit einem ferromagnetischen Material ausgebildet ist.

Figur 4 zeigt in einer vergrößerten Querschnittsansicht ein Aufheizmittel mit einer Öffnung, welche in einer bandartigen Struktur ausgebildet ist, wobei auf den beiden flächigen Oberflächen der bandartigen Struktur jeweils eine Haftverstärkungsschicht und an den Wänden der Öffnung eine Haftreduzierungsschicht ausgebildet ist. Figur 5 zeigt in einer vergrößerten Querschnittsansicht eine in einer bandartigen Struktur ausgebildete Öffnung, welche an einer

Oberseite eine Verrundung aufweist.

Figur 6 zeigt in einer vergrößerten Querschnittsansicht ein Aufheizmittel mit einer schrägen Öffnung .

Figur 7 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Anordnung mit zwei inneren Rohren und einer äußeren Muffe, welche allesamt mittels eines Aufheizmittels mit insgesamt vier bandartigen Strukturen miteinander verschweißt wurden .

Figur 8 zeigt in einer Querschnittsansicht ein Aufheizmittel, welches eine geschlossene Struktur bildet und sich zwischen einem inneren

Rohr und einer äußeren Muffe befindet.

Figur 9 zeigt in einer Querschnittsansicht ein Aufheizmittel, welches eine offene Struktur bildet und ein inneres Rohr teilweise umgibt.

Detaillierte Beschreibung

Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden detaillierten

Beschreibung Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen

Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw.

Komponenten von einer anderen Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit einem Bezugszeichen versehen sind, welches sich von dem Bezugszeichen der gleichen oder zumindest funktionsgleichen Merkmale bzw.

Komponenten lediglich in der ersten Ziffer unterscheidet. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen

Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen

Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit

dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen

Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.

Außerdem wird darauf hingewiesen, dass raumbezogene Begriffe, wie beispielsweise "vorne" und "hinten", "oben" und "unten", "links" und

"rechts", etc. verwendet werden, um die Beziehung eines Elements zu einem anderen Element oder zu anderen Elementen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Demnach können die raumbezogenen Begriffe für Ausrichtungen gelten, welche sich von den Ausrichtungen unterscheiden, die in den Figuren dargestellt sind . Es versteht sich jedoch von selbst, dass sich alle solchen raumbezogenen Begriffe der Einfachheit der Beschreibung halber auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausrichtungen beziehen und nicht unbedingt einschränkend sind, da die jeweils dargestellte

Vorrichtung, Komponente etc., wenn sie in Verwendung ist, Ausrichtungen annehmen kann, die von den in der Zeichnung dargestellten Ausrichtungen verschieden sein können.

Figur la zeigt in einer Draufsicht ein Aufheizmittel 100. Das Aufheizmittel 100 besteht im Wesentlichen aus einer bandartigen Struktur 102, in welcher eine Mehrzahl von Öffnungen 110, beispielsweise mittels Stanzens, ausgebildet ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 110 räumlich unregelmäßig angeordnet. Wie vorstehend eingehend erläutert, ermöglichen die Öffnungen bei einem Schweißvorgang ein Durchließen von aufgeschmolzen Kunststoffmaterial durch die

bandartige Struktur 102. Alternativ oder Kombination kann sich auch bereits vor dem eigentlichen Schweißvorgang ein geeignetes Kunststoffmaterial in den Öffnungen befinden, welches sich beim

Verschweißen dann mit den Kunststoffmaterialien der beiden zu

verschweißenden Objekte verbindet. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen liegt eine Länge L der bandartigen Struktur 102 in einem Bereich von 40mm bis 3200mm und insbesondere im Bereich von 60mm bis 800mm. Ein typisches Verhältnis zwischen der Länge L und einer Breite B der bandartigen Struktur 102 ist kleiner als 1 : 10, insbesondere kleiner als 1 : 100.

Figur lb zeigt in einer Draufsicht ein Aufheizmittel 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier sind die Öffnungen 110 in einem regelmäßigen Raster angeordnet. In anderen nicht dargestellten Ausführungsformen sind die Öffnungen so gegeneinander versetzt, dass sich ebenfalls ein regelmäßiges Muster ergibt.

Sowohl regelmäßig als auch unregelmäßig angeordnete Öffnungen 110 können einen mittleren Abstand zueinander haben, welcher im Bereich zwischen 0,1mm und 5mm und insbesondere im Bereich zwischen 0,5mm und 3mm liegt.

Die bandartige Struktur 102 kann aus einem gelochten Metallband bestehen. Das ferromagnetische Material der bandartigen Struktur 102 kann beispielsweise Stahl sein. Um eine zusätzliche nicht dargestellte Konturierung zu erreichen, kann das gelochte Metallband ein mittels einer ausreichenden Zugkraft gestrecktes Metallband sein.

Die bandartige Struktur 102 kann bei anderen Ausführungsformen ein gewobenes oder geflochtenes Gelege aus Einzeldrähten sein. Diese können optional eine funktionale Beschichtung für eine verbesserte Wärmeleitung, einen Korrosionsschutz, etc. haben. Figur 2 zeigt in einer Seitenansicht ein Aufheizmittel 200, welches zwei Schichten von ferromagnetischen Materialien aufweist. Eine erste Schicht 206 weist ein erstes ferromagnetisches Material einer ersten Curie- Temperatur auf. Die zweite Schicht 207 weist ein zweites ferromagnetisches Material mit einer zweiten Curie-Temperatur auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Curie-Temperaturen unterschiedlich. Damit kann sich eine mittlere Curie-Temperatur des

Aufheizmittels 200 ergeben, welche durch eine geeignete Wahl der beiden ferromagnetischen Materialien auf die jeweilige spezifische

Schweißanwendung angepasst werden kann.

In anderen Ausführungsformen stellt sich keine gemeinsame mittlere Curie- Temperatur ein, so dass ein induktiver Energieeintrag auf das Aufheizmittel 200 nach einem Erreichen der niedrigeren Curie-Temperatur reduziert aber nicht vollständig unterbunden wird . In der Folge wird sich bei gleicher induktiver Erregung eine langsamere Temperaturerhöhung ergeben, wobei mit dem Erreichen der höheren Curie-Temperatur eine induktive Kopplung zwischen einer Erregerspule und dem Aufheizmittel ausgeschalten wird .

Bei bevorzugten Ausführungsformen liegt eine Dicke D des Aufheizmittels 200 in einem Bereich zwischen 0,1mm und 5mm, und insbesondere im Bereich zwischen 0,5mm und 3mm. Diese Dimensionen gelten auch für eine bandartige Struktur, welches lediglich aus einer Schicht von einem

ferromagnetischen Material besteht.

Es wird darauf hingewiesen, dass das Aufheizmittel 200 an seinen flächigen Seiten, d .h. in Figur 2 an der oberen Oberfläche und/oder an der unteren Oberfläche, eine Oberflächenrauigkeit aufweisen kann. Eine solche

Oberflächengenauigkeit basiert auf Erhöhungen und Vertiefungen, welche zueinander einen mittleren Höhenunterschied aufweisen. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist dieser mittlere Höhenunterschied größer als ΙΟμηη. Eine Oberflächenrauigkeit kann auch bei einer einschichtigen bandartigen Struktur zu verbesserten Schweißergebnissen führen. Figur 3 zeigt in einer Seitenansicht ein Aufheizmittel 300 mit einer

Haftveränderungsschicht 320, welche auf einer bandartigen Struktur 102 ausgebildet ist, die ein ferromagnetisches Material 305 aufweist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Haftverhinderungsmittel eine einfache Oxidschicht.

Die Haftveränderungsschicht 320 kann dazu beitragen, dass das

Fließverhalten von aufgeschmolzenem Kunststoff, welcher mit dem

Aufheizmittel 300 in Kontakt kommt, in Hinblick auf eine nach dem

Abkühlen besonders stabile Schweißverbindung zu verbessern.

Figur 4 zeigt in einer vergrößerten Querschnittsansicht ein Aufheizmittel 400 mit einer Öffnung 110, welche in einer bandartigen Struktur 102 ausgebildet ist. Auf den beiden flächigen Oberflächen, d.h. der Unterseite und der Oberseite, der bandartigen Struktur 102 ist jeweils eine

Haftverstärkungsschicht 422 ausgebildet. An den Seitenwänden der Öffnung 110 ist eine Haftreduzierungsschicht 424 ausgebildet. Dadurch kann auf vorteilhafte Weise das Fließverhalten von aufgeschmolzenem Kunststoff durch die Öffnung 110 hindurch verbessert werden, so dass sich durch die Öffnung 110 hindurch eine besonders stabile Kunststoffverbindung ausbilden kann. Ferner kann durch eine Haftkraftverstärkung an den beiden flächigen Oberflächen der bandartigen Struktur 102 auch eine mechanisch mehr oder weniger starke Verbindung zwischen dem Aufheizmittel 400 und dem jeweiligen Kunststoffobjekt hergestellt werden. Dies trägt zu einer weiteren Verbesserung der gesamten Schweißverbindung bei. Figur 5 zeigt in einer vergrößerten Querschnittsansicht ein Aufheizmittel 500, bei dem ebenfalls in einer bandartigen Struktur 102 aus einem ferromagnetischen Material 305 eine Mehrzahl von Öffnungen 110 ausgebildet ist. Wie aus der exemplarisch dargestellten Öffnung 110 ersichtlich, erfolgt ein Übergang von einer flächigen Oberseite der bandartigen Struktur in die Öffnung 110 mit einer Verrundung 530. Diese trägt dazu bei, dass ein zunächst horizontal fließendes aufgeschmolzenes Kunststoffmaterial beim Eindringen in die Öffnung 110 nicht um eine Ecke herum fließen muss. Dadurch wird das Fließverhalten des aufgeschmolzen Kunststoffs in die Öffnung 110 hinein verbessert.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen liegt ein Radius R der Verrundung in einem Bereich von l pm bis lOOpm . Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass anstelle von einer im Querschnitt kreisförmigen Verrundung auch andere Arten von Abschrägungen, beispielsweise eine Versenkung, zu einem verbesserten Fließverhalten von aufgeschmolzenem Kunststoff in die Öffnung 110 hinein beitragen können .

Figur 6 zeigt in einer vergrößerten Querschnittsansicht ein Aufheizmittel 600 mit einer bandartigen Struktur 102, in welcher eine Mehrzahl von schrägen Öffnungen 610 ausgebildet ist. Die "Schrägheit" der Öffnungen bezieht sich dabei auf einen Winkel, welcher zwischen einer Längsachse 610a der Öffnung 610 und einer Flächennormalen 600a der flächigen Oberflächen der bandartigen Struktur 102 gebildet ist. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen liegt dieser Winkel in einem Bereich zwischen 10° und 60°, insbesondere in einem Bereich zwischen 20° und 50° und weiter insbesondere in einem Bereich zwischen 30° und 40°.

Figur 7 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Anordnung 785 mit zwei jeweils als Rohr ausgebildeten inneren Kunststoffobjekten 760 und 780 und einem äußeren als eine Muffe ausgebildeten äußeren Kunststoffobjekt 770, welche allesamt mittels eines Aufheizmittels 700 miteinander verschweißt wurden. Das Aufheizmittel 700 umfasst gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt vier bandartige Strukturen, eine erste bandartige Struktur 102 sowie drei weitere bandartigen

Strukturen 750, 752 und 754, welche mit jeweils einer geringen

Beabstandung parallel zueinander um das Kunststoffrohr 760 bzw. um das weitere Kunststoffrohr 780 umwickelt wurden. Das vier bandartige

Strukturen umfassende Aufheizmittel 700 befindet sich, wie aus Figur 7 ersichtlich, zwischen der Muffe 770 und dem Kunststoffrohr 760 bzw.

zwischen der Muffe 770 und dem weiteren Kunststoff roh r 780.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Figur 7 die Anordnung 785 grundsätzlich in einer Draufsicht zeigt. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist lediglich die Muffe 770 in einer

Querschnittsansicht dargestellt.

Figur 8 zeigt ein System 890 aufweisend (a) die Anordnung 785, welche in einer Querschnittsansicht dargestellt ist, und (b) einen Induktionsgenerator 895, welcher dafür vorgesehen ist, das Aufheizmittel 100 induktiv zu erwärmen und so die Muffe 770 mit dem Kunststoffrohr 760 zu

verschweißen. Der Induktionsgenerator 895 weist eine

Erregungseinrichtung 896 sowie eine Primärspulenanordnung mit einer Mehrzahl von Primärspulen 897 auf, welche Primärspulenanordnung um die Muffe 770 herum angeordnet ist und welche von der Erregungseinrichtung 896 mit einem elektrischen Wechselstrom bestromt werden kann.

Wie aus Figur 8 ersichtlich, ist gemäß dem hier dargestellten

Ausführungsbeispiel das Aufheizmittel 100 vollständig um das

Kunststoffrohr 760 gewickelt, so dass sich zwischen den beiden Enden des Aufheizmittels 760 ein nicht dargestellter Überlapp ergibt. Das Aufheizmittel kann somit als eine (geschlossene) Sekundärspule angesehen werden, die mit der Mehrzahl der Primärspulen 897 elektromagnetisch und damit auch induktiv gekoppelt ist.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Primärspulenanordnung alternativ auch lediglich eine einzige Primärspule aufweisen kann, welche um die Muffe 770 herum verläuft. Eine solche um die Muffe 770 herum gelegte einzige Primärspule kann beispielsweise mit geeigneten elektrischen Steckverbindungen realisiert werden, welche nach einem hoffentlich erfolgreichen Schweißvorgang geöffnet werden können, so dass die einzige Primärspule von der Anordnung 785 entfernt werden kann. Die induktive Kopplung zwischen dem Induktionsgenerator 895 bzw. dessen

Primärspulenanordnung und dem Aufheizmittel 100, welches eine geschlossene Spulenwindung darstellt, entspricht der magnetischen bzw. induktiven Kopplung in einem herkömmlichen Transformator, wobei die Primärspulenanordnung der Primärspule des Transformators und das Aufheizmittel 100 der Sekundärspule des Transformators entspricht.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen besteht die Muffe 770 aus einem Material, welches bei einem virtuellen Schweißvorgang ohne einen

Gegendruck durch das Kunststoffrohr 760 eine Schrumpfung entlang ihres Umfangs ausführen würde, welche mindestens 10%, bevorzugt mindestens 20% und weiter bevorzugt mindestens 30% beträgt. Dadurch wird in der Praxis, also mit einem Gegendruck durch das Kunststoff roh r 760, eine mechanische Spannung erzeugt, welche zu einer Verbesserung des

Schweißergebnisses führt.

Figur 9 zeigt in einer Querschnittsansicht ein Aufheizmittel 900, welches das Kunststoffrohr 760 lediglich teilweise umgibt und somit eine offene Struktur bildet. Der offene Bereich ist in Figur 9 mit dem Bezugszeichen 900a gekennzeichnet. Wie bereits vorstehend beschrieben, kann bei der durch das Aufheizmittel 900 gegebenen offenen Schleife eine induktive Energieübertragung lediglich durch die Erzeugung von Wirbelströmen gewährleistet werden, welche eine mikroskopische Leitfähigkeit der bandartigen Struktur des Aufheizmittel 900 erfordern. Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff "aufweisen" nicht andere Elemente ausschließt und dass das "ein" nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.

BEZUGSZEICHEN :

100 Aufheizmittel

102 bandartige Struktur

110 Öffnungen

L Länge

B Breite

200 Aufheizmittel

206 erste Schicht / erstes ferromagnetisches Material mit erster Curie- Temperatur

207 zweite Schicht / zweites ferromagnetisches Material mit zweiter Curie-Temperatur 300 Aufheizmittel

305 ferromagnetisches Material

320 Haftkraftveränderungsschicht

D Dicke

Aufheizmittel

Haftkraftverstärkungsschicht

Haftkraftreduzierungsschicht

500 Aufheizmittel

530 Verrundung

R Verrundungsrad

600 Aufheizmittel

600a Flächennormale

610 schräge Öffnung

610a Längsachse 700 Aufheizmittel

750 weitere bandartige Struktur

752 weitere bandartige Struktur

754 weitere bandartige Struktur

760 erstes inneres Objekt / Kunststoffrohr

770 zweites äußeres Objekt / Muffe

780 drittes inneres Objekt / weiteres Kunststoffrohr

785 Anordnung

890 System

895 Generator / Induktionsgenerator

896 Erregungseinrichtung

897 Primärspule

900 Aufheizmittel

900a offener Bereich