Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils.

Bauteile aus Kunststoff werden verstärkt in unterschiedlichen industriellen Bereichen eingesetzt. Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich werden zur Her- Stellung von Kraftfahrzeugen verstärkt Bauteile aus Kunststoff eingesetzt.

Eine wesentliche Anforderung bei der Herstellung von derartigen Bauteilen sind die Genauigkeiten, mit welchen diese hergestellt werden, das heißt die zulässigen Toleranzen für derartige Bauteile werden sehr gering vorgegeben. Eine zusätzliche, wesentliche Anforderung besteht in vielen industriellen Ap- plikationen in den Reinheitsanforderungen für die Bauteile, das heißt bei deren Herstellung müssen Verunreinigungen dieser Bauteile weitestgehend vermieden werden.

Daraus resultieren entsprechend große Anforderungen an die Herstellungsprozesse der Bauteile. Kunststoffteile, die zur Herstellung der Bauteile verwendet weden, werden üblicherweise im Spritzgußverfahren hergestellt. Die Herstellung von derartigen Kunststoffteilen kann zwar mit hoher Genauigkeit erfolgen. Problematisch sind jedoch das Handling und die weiteren Prozesse zum Verbinden derartiger Kunststoffteile.

Ein bekannter Prozess zum Verbinden zweier Kunststoffteile zur Herstellung eines Bauteils ist das Reibschweißen. Problematisch hierbei ist zum einen das Ausrichten, Greifen, Positionieren und Fixieren der Kunststoffteile, das mit eigens hierfür konzipierten Vorrichtungen durchgeführt werden muss. Abgesehen davon, dass damit ein erheblicher konstruktiver Aufwand verbunden ist, ist hierbei nachteilig, dass bereits bei dem erforderlichen Handling der Kunststoffteile Verzüge auftreten können, die eine Ursache dafür sind, dass die vorgegebenen Toleranzen der herzustellenden Bauteile nicht eingehalten werden können. Weiter ist nachteilig, dass das Reibschweißen ein kontaktbehafteter Ar- beitsvorgang ist, der zu weiteren Verzügen der Kunststoffteile und damit des Bauteils führen kann. Zudem können dadurch Verunreinigungen in dem herzustellenden Bauteil entstehen, so dass auch die Reinheitsanforderungen für das Bauteil nicht mehr erfüllt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, wel- ches mit möglichst geringem konstruktivem Aufwand eine hochgenau und reproduzierbare Herstellung von Bauteilen der eingangs genannten Art ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines aus wenigstens zwei Kunststoffteilen bestehenden Bauteiles. Die Kunststoffteile werden mittels eines Spritzgußverfahrens in einer Spritzgußform hergestellt. Anschließend werden die Kunststoffteile in der Spritzgußform durch Schweißen miteinander verbunden.

Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Vorrichtung.

Im einfachsten Fall werden durch den Schweiß-Prozess zwei Kunststoff-Teile miteinander verbunden. Generell können auch mehrere Kunststoff-Teile durch Schweißen miteinander verbunden werden. Als Schweiß- Verfahren eignen sich prinzipiell das Spiegel-Schweißen, auch Heizelement Schweißen genannt, oder das elektromagnetische Widerstands-Schweißen. Besonders vorteilhaft erfolgt das Verbinden der Kunststoff-Teile durch Heißgas-Schweißen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können mit geringem konstruktivem Aufwand aus Kunststoffteilen bestehende Bauteile hergestellt werden, wobei die Herstellung reproduzierbar mit sehr hoher Genauigkeit erfolgen kann, das heißt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Bauteile mit sehr gerin- gen Toleranzen bereitgestellt werden. Weiterhin können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bauteile hergestellt werden, die auch sehr hohen Reinheitsanforderungen genügen, da die zur Herstellung der Bauteile benötigten Verfahrensschritte, nämlich das Spritzgußverfahren zur Herstellung der Kunststoffteile und das Heißgas-Schweißen zur Herstellung der Verbindung der Kunststoffteile zur Bildung des Bauteils Prozesse bilden, die dahingehend sehr gut kontrollierbar sind, dass Verunreinigungen in den Kunststoffteilen beziehungsweise in dem daraus gefertigten Bauteil weitestgehend vermieden werden.

Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die beiden Kunststoffteile in der Spritzgußform, in welcher diese durch das Spritzgußverfahren hergestellt werden, durch einen Schweißprozess, insbesondere einen Heißgasschweiß-Prozess verbunden werden. Damit werden keine separaten Vorrichtungen zum Handling der Kunststoffteile, insbesondere zu deren Positionierung, Ausrichtung und anschließenden Lagefixierung benötigt, um dann nachfolgend die Kunststoffteile durch das Schweißen, insbesondere das Heißgas-Schweißen verbinden zu können, was die Arbeitszeiten und Herstellkosten der Bauteile erheblich senkt.

Ein noch bedeutenderer Vorteil dieser Maßnahme besteht jedoch darin, dass dadurch die Genauigkeit und Qualität der Herstellung der Bauteile erheblich erhöht wird.

Dies beruht darauf, dass die Spritzgußform, in welcher die Kunststoffteile hergestellt werden, naturgemäß die passgenauere Aufnahme für die Kunststoffteile bildet um damit das nachfolgende Schweißen, insbesondere Heißgas- Schweißen durchzuführen. Da die Kunststoffteile während des gesamten Vor- gangs zur Herstellung des Bauteils durch den Schweißvorgang in der originären Spritzgußform verbleiben, können Verzüge oder sonstige Formänderungen der Kunststoffteile vermieden werden, so dass Bauteile mit sehr geringen Toleranzen hergestellt werden können. Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Spritzgußform weist ein Werkzeug mit wenigstens zwei gegeneinander positionierbaren Werkzeugteilen auf. Zur Herstellung der Kunststoffteile wird mittels des Spritzgußverfahrens das Werkzeug durch Zusammenfahren der Werkzeugteile geschlossen. Der Kunststoff wird in zwei von den Werkzeugtei- len begrenzten, beabstandet liegenden Hohlräumen eingespritzt.

Die simultane Herstellung beider Kunststoffteile in einer Spritzgußform ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass nachfolgend in dieser Spritzgußform das Verbinden der Kunststoffteile durch das Heißgas-Schweißen erfolgen kann. Hierzu wird nach Herstellung der Kunststoffteile mittels des Spritzgußverfahrens das Werkzeug geöffnet, und darauf die Werkzeugteile, an welchen jeweils eines der Kunststoffteile gelagert ist, so positioniert, dass die Kunststoffteile in einer Schweißposition angeordnet sind.

Vorteilhaft sind dabei in der Schweißposition die Kunststoffteile in Abstand gegenüberliegend angeordnet. Wesentlich hierbei ist, dass die Kunststoff-Teile in der Spritzgußform gelagert, ohne Verzüge und ohne Formänderungen in exakt definierten Positionen relativ zueinander angeordnet sind. Diese Genauigkeit wäre bei einer Entnahme der Kunststoff-Teile aus der Spritzgußform irreversibel zerstört. Dann wird in der Schweißposition ein Heizelement in dem Zwischenraum zwischen die Kunststoffteile eingebracht, wobei mit dem Heizelement zu verschließende Randbereiche der Kunststoffteile erwärmt werden. Vorteilhaft ist, dass im Fall des Heißgas Schweißens das Heizelement von einem Heizspiegel gebildet ist, mittels dessen die Randbereiche der Kunststoffteile berührungslos erwärmt werden.

Durch die berührungslose Erwärmung der Randbereiche der Kunststoffteile werden unerwünschte Verzüge oder Verformungen der Kunststoffteile vermieden. Zudem ist gewährleistet, dass keine unerwünschten Verunreinigungen der Kunststoffteile auftreten.

Nach der Erwärmung der Randbereiche der Kunststoffteile wird mittels des Heizelements dieses aus dem Zwischenraum entfernt und durch Schließen des Werkzeugs sind die Kunststoffteile gegeneinander geführt, so dass diese an den erwärmten Randbereichen miteinander zu dem Bauteil verschweißt werden.

Da die Werkteile der Spritzgußform exakt an die Geometrien der Kunststoffteile angepasste Aufnahmen bilden, ist gewährleistet, dass die Kunststoffteile bei dem Schweißvorgang ihre Formen exakt beibehalten. Nach dem Verschweißen wird das Werkzeug geöffnet und das Bauteil mittels Auswurfeinheiten aus der Spritzgußform entfernt.

Damit steht die Spritzgußform zur Herstellung neuer Kunststoffteile zur Verfügung, die dann nach dem erläuterten Verfahren wieder verschweißt werden können. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 : Darstellung einer Spritzgußform bei geschlossenem Werkzeug zur Herstellung zweier Kunststoffteile durch ein Spritzgußverfahren. Figur 2: Darstellung der Spritzform bei geöffnetem Werkzeug nach erfolgter Herstellung der Kunststoffteile, wobei jeweils an einem Werkzeugteil des Werkzeugs ein Kunststoffteil gelagert ist.

Figur 3: Darstellung der Spritzgußform bei in eine Schweißposition verfahrenem Kunststoffteil.

Figur 4: Anordnung gemäß Figur 3 mit einem Heizelement zwischen dem Kunststoffelement.

Figur 5: Darstellung der Spritzgußform bei geschlossenem Werkzeug zum Verschweißen der Kunststoffteile zu einem Bauteil.

Figur 6: Darstellung der Spritzgußform bei geöffnetem Werkzeug nach erfolgtem Verschweißen der Kunststoffteile.

Figur 7: Darstellung der Spritzguß form mit dem Werkzeug in einer

Entnahmeposition für die Entnahme des Bauteils.

Figur 8: Anordnung gemäß Figur 7 bei Entformen des Bauteils.

Figur 9: Darstellung der Spritzgußform vor Durchführung eines erneuten

Spritzgußvorgangs.

Die Figuren 1 bis 9 zeigen eine Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Spritzgußform 1 zur Herstellung zweier Kunststoffteile 2, 3. Die Spritzgußform 1 umfasst ein Werkzeug mit zwei gegeneinander bewegbaren Werkzeugteilen 4a, 4b. Die Werkzeugteile 4a, 4b können durch einen nicht gesondert dargestellten Hebemechanismus in vertikaler Richtung aufeinander zubewegt beziehungsweise voneinander abgehoben werden. Zudem ist eine Führungsschiene 5 vorgesehen, mittels derer das obere Werkzeugteil 4a in horizontaler Richtung quer zum unterem Werkzeugteil 4b bewegt werden kann. Der Hebemechanismus und die Führungsschiene bilden Positioniermittel. Wie insbesondere aus Figur 9 ersichtlich, welche die Werkzeugteile 4a, 4b ohne Kunststoffteile 2, 3 im geöffneten Zustand zeigt, weist jedes Werkzeugteil 4a, 4b Werkzeugeinsätze 6, 6a oder Kavitäten 7, 7a auf, die sich bei Schließen des Werkzeugs zu geschlossenen Hohlräumen ergänzen, in welche in einem Spritzgußvorgang Kunststoff eingespritzt wird, um damit die Kunststoffteile 2, 3 herzustellen. Den Kavitäten 7, 7a ist jeweils eine Auswurfeinheit 8, 9 mit motorisch betriebenen Auswurfstiften 8a, 9a zugeordnet. Mit den Auswurfeinheiten 8, 9 können fertiggestellte Kunststoffteile 2, 3 bei geöffnetem Werkzeug ausgeworfen werden. Die Figuren 1 bis 9 zeigen die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 1 zeigt die Spritzgußform 1 mit geschlossenem Werkzeug. In dieser Schließposition sind die Werkzeugteile so aufeinander zugefahren, dass die Werkzeugeinsätze 6, 6a und Kavitäten 7, 7a zwei Hohlräume ausbilden, in welche Kunststoff in einem Spritzguß-Vorgang eingespritzt wird um damit die bei den Kunststoffteilen 2, 3 herzustellen. Nach dem Einspritzen des Kunststoffs erfolgt in bekannter Weise ein Nachdrücken derart, dass die Werkzeugteile noch weiter gegeneinander gefahren werden, um einen vorgegebenen Druck auf die gerade erstellten Kunststoffteile 2, 3 auszuüben. Danach erfolgt ein Abkühlen der erstellten Kunststoffteile 2, 3 so dass diese in der Spritzgußform 1 ausgehärtet werden.

Nach dem so abgeschlossenen Spritzgußverfahren zur Herstellung der Kunststoffteile 2, 3 wird das Werkzeug durch Auseinanderfahren der Werkzeugteile 4a, 4b wie im Figur 2 dargestellt geöffnet. In dieser geöffneten Werkzeugposi- tion ist das erste Kunststoffteil 2 am oberen Werkzeugteil 4a angeordnet und dort fixiert, während das zweite Kunststoffteil 3 am unteren Werkzeugteil 4b angeordnet und fixiert ist. Anschließend erfolgt, wie in Figur 3 dargestellt, ein Einfahren der Kunststoffteile 2, 3 in eine Schweißposition. Hierzu wird das obere Werkzeugteil 4a mittels der Spritzgußform 1 verfahren, bis das Kunststoffteilteil 2 exakt oberhalb des Kunststoffteils 3 angeordnet ist, so dass die Kunststoffteile 2, 3 in Abstand gegenüberliegend angeordnet sind.

Zur Durchführung eines Heißgas-Schweißen-Prozesses wird, wie in Figur 4 dargestellt, in dem Zwischenraum zwischen den in der Schweißposition positionierten Kunststoffteilen 2, 3 ein Heizelement 10 eingebracht. Mit diesem Heizelement 10 erfolgt simultan eine berührungslose Erwärmung von Randbereichen beider Kunststoffteile 2, 3 wobei an diesen Randbereichen die Kunststoffteile 2, 3 später miteinander verschweißt werden sollen.

Das Heizelement 10 ist im vorliegenden Fall von einem Heizspiegel mit einem plattenfbrmigen Grundkörper gebildet, in welchem an der Ober- und Unterseite in definierte Sollpositionen, die an die Konturen der Randbereiche der Kunststoffteile 2, 3 angepasst sind, Löcher oder allgemein Öffnungen, insbesondere Düsenöffnungen, eingearbeitet werden. Durch diese Löcher wird Heißgas, insbesondere Heißluft, geblasen, so dass die Randbereiche der Kunststoffteile 2, 3 mit Heißgas beaufschlagt und dadurch erwärmt beziehungsweise angeschmolzen werden.

Nachdem mit dem Heizelement 10 die Randbereiche der Kunststoffteile 2, 3 erwärmt werden, wird das Heizelement 10 aus dem Zwischenram zwischen den Kunststoffteilen 2, 3 entfernt. Dann wird aus der Schweißposition heraus das Werkzeug geschlossen, wie in Figur 5 dargestellt. Dadurch werden die Kunststoffteile 2, 3 mit ihren vorab erwärmten Randbereichen aufeinander liegend gegeneinander gedrückt, wobei durch den ausgeübten Druck der Werkzeugteile 4a, 4b die Kunststoffteile 2, 3 miteinander zu einem Bauteil 1 1 verschweißt werden. Nachdem durch den Schweißvorgang die Kunststoffteile 2, 3 fest zu dem Bauteil 11 verbunden worden sind, wird, wie in Figur 6 dargestellt, das Werkzeug durch Auseinanderfahren geöffnet. Durch Betätigen der Auswurfeinheit 9 wird dabei das Bauteil 1 1 von dem unterem Werkzeugtel 4b abgelöst, so dass bei geöffnetem Werkzeug das Bauteil 1 1 in der Kavität 7 des oberen Werkzeugteils 4a angeordnet und fixiert ist.

Anschließend wird das Werkzeug, wie in Figur 7 dargestellt, noch weiter geöffnet. Dadurch wird das Bauteil 1 1 in eine Entnahmeposition eingebracht.

In dieser Entnahmeposition erfolgt, wie in Figur 8 dargestellt, das Entformen des Bauteils 1 1. Hierzu wird die Auswurfeinheit 8 betätigt, wodurch das Bauteil 1 1 aus der Kavität 7 des oberen Werkzeugs abgelöst wird.

Nach der Entformung des Bauteils 1 1 wird das Werkzeug in seine Spritzposition verfahren, welche in Figur 9 dargestellt ist. Hierzu wird das obere Werkzeugteil 4a entlang der Spritzgußform 1 verfahren, so dass dieses dem unteren Werkzeugteil 4b in Abstand gegenüberliegend angeordnet ist.

Aus der in Figur 9 dargestellten Spritzposition heraus, wird das Werkzeug wieder geschlossen, so dass wieder die in Figur 1 dargestellte Position des Werkzeugs eingenommen wird, in welcher von neuem durch einen Spritzguß- Vorgang neue Kunststoffteile 2, 3 hergestellt werden, die nachfolgend entspre- chend den Figuren 2 bis 9 dargestellten Prozessfolge durch Heissgas- Schweißen miteinander verbunden werden. Bezugszeichenliste

(i) Spritzgußform

(2) Kunststoffteil

(3) Kunststoffteil

(4a) oberes Werkzeugteil

(4b) unteres Werkzeugteü

(5) Führungsschiene

(6) Werkzeugeinsatz

(6a) Werkzeugeinsatz

(7) Kavität

(7a) Kavität

(8) Auswurfeinheit

(8a) Auswurf stift

(9) Auswurfeinheit

(9a) Auswurfstift

(10) Heizelement

(1 1) Bauteil