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Dokumentenidentifikation DE10216175C1 24.07.2003
Titel Bauteil, insbesondere Behälter oder Rohr, und Verfahren zur Herstellung eines Behälters
Anmelder Stiebel Eltron GmbH & Co. KG, 37603 Holzminden, DE
Erfinder Finis, Frank, 34466 Wolfhagen, DE;
Staßfurth, Hans-Jürgen, 34253 Lohfelden, DE
DE-Anmeldedatum 12.04.2002
DE-Aktenzeichen 10216175
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.07.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.07.2003
IPC-Hauptklasse B65D 8/22
IPC-Nebenklasse F16L 9/12   B29C 65/06   B29C 69/00   B65D 8/04   
Zusammenfassung Ein Bauteil, insbesondere Behälter oder Rohr, besteht aus einem Innenmantel und einem Außenmantel aus Kunststoff. Der Innenmantel und der Außenmantel sind je aus zwei oder mehreren Kunststoffteilen zusammengesetzt und jeweils reibverschweißt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Bauteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters.

In der DE 26 05 103 B2 ist ein Wasserbehälter, insbesondere für einen Warmwasserbereiter, beschrieben, bei dem ein Kunststoff-Innenbehälter an seinen sphärisch gewölbten Enden Versteifungskappen trägt. Zur Verstärkung ist der Innenbehälter mit einer Glasfaserbewicklung versehen, die die Versteifungskappen am Innenbehälter hält. Eine Reibschweißverbindung ist dort nicht vorgesehen.

In der DE 44 44 118 C1 ist eine Mauerdurchführung beschrieben, deren Werkstoff überwiegend aus einem Kunststoff wie Polyethylen, Polypropylen oder dergleichen besteht. Der Rohrmantel und das übrige Rohr sind dabei durch Koextrusion erzeugt. Weiterhin nimmt das Schutzrohr eine Rohrleitung auf, die aus einem Kunststoff besteht, dessen Materialeigenschaften gleich oder ähnlich denen des Schutzrohres sind und sich die Materialien miteinander verschweißen lassen.

Die DE 31 48 537 C2 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines endseitig verschlossenen zusammengesetzten Behälters durch Reibschweißen. Der Behälter besteht dabei aus einem rohrförmigen Körper aus einer tragenden Schicht aus faserigem Material und einer inneren Schicht aus einem thermoplastischen synthetischen Kunststoffmaterial, wobei das mit einem Verschlussteil zu verbindende Ende des rohrförmigen Behälters nach außen konisch aufgeweitet wird und der Endbereich des Behälterkörpers zu einer Erweichung der sich berührenden thermoplastischen Massen und einem Abfließen des Überschusses des geschmolzenen Kunststoffmaterials der Rippe nach unten führt.

Eine Kunststoffhohlraumstruktur ist aus der DE 197 17 196 A1 bekannt, bei der wenigstens zwei Gehäuseteile mit korrespondierenden Dichtflächen mittels einer Reibkraft verbunden sind. Dabei ist ein Kunststoffgehäuseteil mit einer ersten Dichtfläche mit dem korrespondierenden Kunststoffgehäuseteil und der dazugehörenden Dichtfläche nach einer Vibrationsschweißung verbunden und die Kunststoffhohlraumstruktur gebildet.

Zur Verbindung von Kunststoffteilen sind neben Reibschweißverfahren auch Ultraschall-Schweißverfahren (vgl. DE 199 50 512 A1) bekannt.

Beim Reibschweißverfahren werden Bauteile zusammengedrückt und relativ zueinander bewegt, wobei ihr Schmelzpunkt erreicht wird. Die Bewegung ist insbesondere eine Rotation oder Vibration. Beim Ultraschall-Schweißen werden mittels einer Sonotrode in der Struktur eines Bauteils Schwingungen erzeugt, wodurch Schmelzwärme entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem die einzelnen Wandteile des mehrteiligen Wandverbunds bei entsprechender Materialauswahl und Formgestaltung sicher und stabil verbindbar sind. Weiter ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters aus einem solchen Bauteil vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe hinsichtlich des Bauteils durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen beschreiben die Unteransprüche. Die Innenmantelteile und die Außenmantelteile können je nach den an das Bauteil gestellten Forderungen aus Materialien unterschiedlicher Eigenschaften bestehen. Das Bauteil kann beispielsweise ein ein Medium führendes oder speicherndes Bauteil, beispielsweise Behälter eines Warmwasserbereiters, Rohr oder Druckausgleichsgefäß einer Heizungsanlage, sein.

Bei einem Wasserbehälter lässt sich als Material für die Teile des Innenmantels ein wasserdichtes Kunststoffmaterial und als Material für die Teile des Außenmantels ein stabileres Kunststoffmaterial verwenden, um den Innenmantel von außen zu stützen. Die Teile werden in einem je kostengünstigen Verfahren vorgefertigt und danach zusammengesetzt oder in einem 2-Komponenten-Spritzgießprozess gemeinsam hergestellt und in einem Reibschweißverfahren miteinander verschweißt. Beim Reibschweißen von Kunststoffen wird die zum Verschweißen notwendige Wärme in den zu verbindenden Teilen direkt durch Relativbewegung und Druck erzeugt. In einer ersten Phase der äußeren Reibung wird Wärme durch Festkörperreibung der zu verschweißenden Fügeflächen erzeugt. Ist an den Fügeflächen eine Plastifizierung erreicht, tritt eine zweite Phase innerer Reibung ein. Dabei wird die Wärme durch innere Reibung in der Schmelze erzeugt und das Material wird weiter aufgeschmolzen. Die Relativbewegung kann linear, oszillierend oder rotierend sein.

Die zur Verwendung kommenden verschiedenen Kunststoffmaterialien für die Innenmantelteile einerseits und die Außenmantelteile unterschiedliche Schmelztemperatur bzw. unterschiedliche Schmelztemperaturbereiche auf und differieren in der Aufschmelz-, Fließ- und Viskositätscharakteristik. Um dennoch die verschiedenen Kunststoffe in einem einzigen Schweißvorgang verbinden zu können, sind die Fügeflächen der Innenmantelteile und die Fügeflächen der Außenmantelteile derart unterschiedlich gestaltet, dass sich die Innenmantelteile einerseits und die Außenmantelteile andererseits im gleichen Reibschweißvorgang verbinden.

In Weiterbildung der Erfindung sind zur Übertragung der Reibschweißbewegung vom Außenmantel auf den Innenmantel Kupplungselemente vorgesehen. Damit genügt es, wenn ein Reibschweißapparat die zum Reibschweißen nötige Bewegung nur auf den Außenmantel überträgt, weil dieser seinerseits die Bewegung auf das Innenmantelteil überträgt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen aus Kunststoffteilen zusammengesetzten Behälter,

Fig. 2 einen Längsschnitt des Behälters,

Fig. 3 eine Aufsicht des Behälters,

Fig. 4a das obere Innenmantelteil und das obere Außenmantelteil teils ineinandergesteckt im Bereich der Fügeflächen,

Fig. 4b das untere Innenmantelteil und das untere Außenmantelteil teils ineinandergesteckt im Bereich der Fügeflächen,

Fig. 5a die vier Teile zusammengesetzt vor dem Verschweißen,

Fig. 5b eine Fig. 5a entsprechende Ansicht nach dem Verschweißen,

Fig. 6a und Fig. 6b zusammenpassende alternative Gestaltungen der Fügeflächen,

Fig. 6c die Teile nach Fig. 6a und 6b zusammengesetzt,

Fig. 7a und Fig. 7b zusammenpassende alternative Gestaltungen der Fügeflächen,

Fig. 7c die Teile nach Fig. 7a und 7b zusammengesetzt,

Fig. 8 ein Detail bei X in Fig. 1,

Fig. 9a, 9b, 9c Möglichkeiten eines modularen Behälteraufbaus.

Ein Behälter setzt sich aus einzeln vorgefertigten Kunststoffteilen 1, 2, 3, 4 zusammen. Die Teile 1 und 3 sind Innenmantelteile, die einen Innenmantel des Behälters bilden. Die Teile 2 und 4 sind Außenmantelteile, die einen Außenmantel des Behälters bilden. Die Innenmantelteile 1, 3 liegen flächig innen an den Außenmantelteilen 2, 4 an und sind durch sie gegen einen Behälterinnendruck gestützt. Die Innenmantelteile 1, 3 sind aus einem für den Anwendungsfall hinreichend wasserdichten, temperaturbeständigen Kunststoff, beispielsweise PSU (Polysulfon), hergestellt. Dessen Verarbeitungstemperatur liegt bei etwa 350°C. Die Außenmantelteile 2, 4 sind aus einem stabileren, steiferen Kunststoff, beispielsweise aus PA (Polyamid) mit einem Glasfaseranteil, hergestellt. Die Verarbeitungstemperatur des Kunststoffs liegt niedriger, etwa bei 270°C. Die Mantelteile 1 bis 4 sind rotationssymmetrisch zur Achse A ausgebildet. An den Mantelteilen 1 bis 4 sind an radial vorstehenden Rändern 5 bis 8 profilierte Fügeflächen 9 bis 12 gestaltet (vgl. Fig. 4a, Fig. 4b, Fig. 6, Fig. 7).

An der Fügefläche 9 des oberen Innenmantelteils 1 ist ein umlaufender Ringwulst 13 vorgesehen, dem eine Ringnut 14 der Fügefläche 11 des unteren Innenmantelteils 3 zugeordnet ist. An der Fügefläche 10 des oberen Außenmantelteils 2 ist ein umlaufender Ringwulst 15 gestaltet, dem eine Ringnut 16 der Fügefläche 12 des unteren Außenmantelteils 4 zugeordnet ist.

Zur um die Achse A drehfesten Verbindung des oberen Innenmantelteils 1 mit dem oberen Außenmantelteil 2 im zusammengesteckten Zustand sind formschlüssige Kupplungselemente vorgesehen, die von Zapfen 17 und passenden Löchern 18 gebildet sind. Zur um die Achse A drehfesten Verbindung des unteren Innenmantelteils 3 mit dem unteren Außenmantelteil 4 sind formschlüssige Kupplungselemente vorgesehen, die von Zapfen 19 und passenden Löchern 20 gebildet sind (vgl. Fig. 4a, 4b). Die Zapfen und die Löcher sind im Bereich der Fügeflächen 9 bis 12 vorgesehen. Die Fügeflächen 9 bis 12 liegen im zusammengesteckten Zustand der Mantelteile 1 bis 4 etwa in gleicher Ebene senkrecht zur Rotationsachse A (vgl. Fig. 2, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 6c, Fig. 7c).

Das Fügeflächenpaar 9, 11 der Innenmantelteile 1, 3 und das Fügeflächenpaar 10, 12 der Außenmantelteile 2, 4 sind im fertigen Zustand des Behälters reibverschweißt.

Die Außenmantelteile 2, 4 weisen in Fig. 1 außen Versteifungsrippen 21 auf, die sich am oberen Außenmantelteil 2 von einem Flanschbereich 22 zum Rand 6 und am unteren Außenmantelteil 4 von einem Dombereich 23 zum Rand 8 erstrecken. Im Bereich der Ränder 6, 8 sind in Fortsetzung der Versteifungsrippen 21 Anschlagflächen 24, 25 ausgebildet (vgl. Fig. 1, Fig. 8). Die Versteifungsrippen sind bei geeigneter anderer Gestaltung der Außenmantelteile 2, 4 nicht erforderlich. Die Anschlagflächen 24 dienen der Übertragung der um die Achse A erfolgenden Drehbewegung eines Reibschweißapparats auf das Außenmantelteil 2, wobei das Innenmantelteil 1 die Drehbewegung über die formschlüssige Zapfen-Lochverbindung 17, 18 mitmacht. Die Anschlagflächen 25 dienen der Festlegung des Außenmantelteils 4 gegenüber der Drehbewegung, wobei über die genannte Loch- Zapfenverbindung 20, 19 auch das Innenmantelteil 3 festgesetzt ist. Die Drehbewegung kann eine Rotation oder Vibration um die Achse A sein. Bei nicht rotationssymmetrischen Teilen kann auch eine Linearbewegung zum Reibverschweißen vorgesehen sein.

Der Verfahrensablauf zur Herstellung des Behälters, der ein Wasserbehälter eines Warmwasserbereiters sein kann, ist im wesentlichen folgender:

Die Innenmantelteile 1, 3 werden in die Außenmantelteile 2, 4 eingeschoben oder die Außenmantelteile 2, 4 werden auf die Innenmantelteile 1, 3 aufgeschoben. Das Innenmantelteil 1 mit dem Außenmantelteil 2 sowie das Innenmantelteil 3 mit dem Außenmantelteil 4 können je gemeinsam in einem 2-Komponenten-Spritzgießprozess hergestellt sein. Das Zusammenschieben entfällt dann. Die Innenmantelteile 1, 3 liegen dabei flächig in den Außenmantelteilen 2, 4 und die Zapfen 17 bzw. 19 greifen in die zugeordneten Löcher 18 bzw. 20.

Danach wird in einem Reibschweißprozess durch den Reibschweißapparat eine Relativbewegung zwischen den Fügeflächen 9, 11 und 10, 12 erzeugt und auf diese ein axialer Druck ausgeübt. Dabei erwärmen sich die Mantelteile 1 bis 4 im Bereich der Fügeflächen 9 bis 12 auf Schmelztemperatur. Nach genügender Plastifizierung der Werkstoffe der Mantelteile 1 bis 4 wird die Relativbewegung möglichst schnell beendet. Während des Beendens der Relativbewegung oder im Stillstand entsteht dann die endgültige Verbindung der Mantelteile 1 bis 4 unter Einwirkung des Axialdrucks, wobei sich zusätzlich auch der Rand 5 mit dem Rand 6 und der Rand 7 mit dem Rand 8 verbinden kann. Schließlich wird bei dem noch bestehenden Axialdruck die Schweißnaht abgekühlt.

Bei der Erwärmung der Fügeflächen 9 bis 12 bzw. Ränder 5 bis 8 lassen sich zwei Phasen unterscheiden. In der ersten Phase, die durch die äußere Reibung bestimmt ist, wird Wärme durch Festkörperreibung der zu verschweißenden Fügeflächen 9 bis 12 erzeugt, wobei diese einen plastischen Zustand annehmen. Eine dabei beachtliche Werkstoffgröße ist die Haftreibungszahl µ. Ausschlaggebende Prozessgrößen sind die Relativbewegung und der Axialdruck. In einer anschließenden zweiten Phase wird durch innere Reibung, d. h. Scherung, in den plastifizierten Werkstoffen, d. h. der Schmelze, erzeugt, wodurch die Werkstoffe weiter aufgeschmolzen werden. Beachtliche Werkstoffgrößen sind dabei die Viskosität der Schmelze, der Wärmeleitwert, die effektive Wärmeleitung und die Wärmekapazität. Ausschlaggebende Prozessgrößen sind die Relativbewegung und der Axialdruck.

Um trotz der unterschiedlichen Werkstoffe der Innenmantelteile 1, 3 einerseits und der Außenmantelteile 2, 4 andererseits die Innenmantelteile 1, 3 und die Außenmantelteile 2, 4 im gleichen Reibschweißprozess zu verbinden, wird die Geometrie der Fügeflächen 9 bis 12 angepasst gestaltet. Dies kann durch unterschiedliche Bemessung der Flankenwinkel W, die die Ringwulste 13, 15 bzw. die Ringnuten 14, 16 bilden, und/oder der Längen L der Ringwulste 13, 15 geschehen (vgl. Fig. 6a). Die Breite B der Ringwulste 13, 15 hängt mit der Haftreibungszahl µ und dem gewünschten tragenden Querschnitt der Verschweißung zusammen. Es sind dabei je nach den verwendeten Werkstoffen verschiedene Gestaltungen möglich, die auch davon abhängig sind, ob im jeweiligen Einsatzfall zunächst die Fügeflächen 9, 11 der Innenmantelteile 1, 3 oder die Fügeflächen 10, 12 der Außenmantelteile 2, 4 verschmelzen sollen.

Bei der Gestaltung der Fügeflächen 9 bis 12 und der Durchführung des Verfahrens sind folgende Gesichtspunkte beachtlich:

Die verschiedenen Kunststoffmaterialien weisen unterschiedliche Schmelztemperaturen bzw. Schmelztemperaturbereiche und eine stark differierende Aufschmelz-, Fließ- und Viskositätscharakteristik auf. Da die verschiedenen Materialien in einem einzigen Schweißvorgang möglichst gleichzeitig verbunden werden sollen, muss die Geometrie der Fügeflächen 9 bis 12 für verschieden gestaltete Wandungen der Innenmantelteile 1, 3 bzw. Außenmantelteile 2, 4 derart unterschiedlich gestaltet werden, dass durch die Prozessparameter des Reibschweißprozesses, nämlich Relativgeschwindigkeit und Druck, im Bereich der Ränder 5 bis 8 der Mantelteile 1 bis 4 eine ausreichende Aufschmelzung erreicht wird, die ein Verschweißen der Mantelteile ohne Schädigung eines der Materialien ermöglicht. Dabei werden die Parameter des Reibschweißprozesses auf die jeweilige Geometrien der Fügeflächen 9 bis 12 und die verwendeten Kunststoffmaterialien abgestimmt. Neben den Prozessparametern, nämlich Druck und Druckverlauf über den gesamten Schweißprozess und die Relativgeschwindigkeit, sind für die Aufschmelzcharakteristik auch die materialspezifischen Faktoren, wie Reibungskoeffizient, Wärmeleitung, innere Reibung und die Schweißnahtgeometrie verantwortlich. Die Schweißnahtgeometrie wird durch Gestaltung der Fügeflächen 9 bis 12, insbesondere der Gestaltung der Flankenwinkel W und der Länge L der Ringwulste 13, 15, gestaltet werden. Verschiedene Schweißbereiche der Fügeflächen 9 bis 12 können voreinander oder nacheinander bei unterschiedlicher Druckverteilung bereits in Kontakt kommen, wodurch Reibung entsteht. Durch die Abstimmung der Geometrie der Fügeflächen bzw. die Schweißnahtgeometrie und der Schweißparameter wird erreicht, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt, insbesondere der Beendigung der Relativbewegung, die zu verschweißenden Bereiche sich in einem schweißfähigen, plastischen Zustand befinden.

Beispielsweise kann, wenn der Werkstoff des einen Mantelteilpaars an sich später schmilzt als der des anderen Mantelteilpaars, die Länge L des Ringwulstes des einen Mantelteilpaars größer als die Länge L des Ringwulstes des anderen Mantelteilpaars so gewählt werden, dass bei dem einen Mantelteilpaar bereits Festkörperreibung auftritt, wenn das andere Mantelteilpaar noch nicht in Berührung steht, also dort noch keine Festkörperreibung auftritt.

Bei steilerem Flankenwinkel W des einen Mantelteilpaars wird der Materialquerschnitt des Ringwulstes größer. Hierdurch wird mehr Material aufgeschmolzen und die Wärmeenergie wird besser verteilt und gespeichert.

Bei der Durchführung des Reibschweißprozesses wird die Relativbewegung, nämlich Rotationsbewegung, Vibrationsbewegung oder Linearbewegung, vorzugsweise nicht geändert - außer des Startens und Stoppens. Der Axialdruck, Schweißdruck, lässt sich in Abhängigkeit von der Schweißphase ändern. Beispielsweise kann, nachdem der Werkstoff des einen Mantelteilpaars durch Festkörperreibung plastifiziert ist und in Scherung übergeht und der Werkstoff des anderen Mantelteilpaars gerade in Kontakt kommt, der Axialdruck erhöht werden, um den Werkstoff des anderen Mantelteilpaars schnell zur Scherung zu bringen.

Mögliche Parameter beim Rotationsschweißen sind in Abhängigkeit vom Durchmesser und der Relativgeschwindigkeit beispielsweise:

Axialdruck: etwa 5 N/mm2

Drehzahl: 250/min, wobei die Verschweißung jedoch innerhalb von wenigen Umdrehungen, beispielsweise 1 bis 10 Umdrehungen, erfolgt.

Mögliche Parameter beim Vibrationsschweißen sind:

Axialdruck: 1 bis 3 N/mm2

Schwingungsamplitude: 0,9 mm, d. h. 1,8 mm Schwingungsweite.

Fig. 6 zeigt speziell für ein Rotationsschweißen mögliche Geometrien der Fügeflächen 9 bis 12. Die Flankenwinkel W der Ringwulste 13 und der Ringnuten 14 der Innenmantelteile 1, 3 sind flacher als die Flankenwinkel W des Ringwulstes 15 und der Ringnut 16 der Außenmantelteile 2, 4. Der Querschnitt des Ringwulstes 13 und entsprechend der der Ringnut 14 ist größer als der Querschnitt des Ringwulstes 15 und der Ringnut 16 der Außenmantelteile 2, 4. Die Länge L des Ringwulstes 13 ist größer als die Länge L des Ringwulstes 15. Entsprechendes gilt für die Ringnuten 14 bzw. 16 (vgl. Fig. 6a und 6b). Die Breite B des Ringwulstes 13 ist größer als die Breite B des Ringwulstes 15.

Neben den Ringwulsten 13, 15 und den Ringnuten 14, 16 sind beidseitig Auskehlungen 26 vorgesehen, die der Aufnahme von Material im Schweißverfahren dienen. In Fig. 6c sind die Auskehlungen 26 noch frei, weil dort ein nur zusammengesteckter, jedoch noch nicht verschweißter Zustand dargestellt ist.

In Fig. 7 ist eine beispielsweise für ein Vibrationsschweißen geeignete Geometrie dargestellt. Am Grund der Ringnuten 14, 16 sind Sockel 27 ausgebildet, auf die die Ringwulste 13, 15 bei einem Axialdruck D treffen. Dabei ist die Gestaltung so gewählt, dass der Ringwulst 13 beim Axialdruck D auf den Sockel 27 der Ringnut 14 trifft, bevor der Ringwulst 15 auf den Sockel 27 der Ringnut 16 trifft.

In den Fig. 4 bis 7 ist an jedem der Ränder 5, 6 nur ein Ringwulst 13, 15 und entsprechend an jedem der Ränder 7, 8 nur eine Ringnut 14, 16 ausgebildet. Es kann jedoch auch ein anderes Paarungsprofil der Fügeflächen 9 bis 12 vorgesehen sein. Beispielsweise ist es möglich, an einem der Ränder 5, 6 oder beiden Rändern 5, 6 wenigstens zwei Ringwulste und entsprechende Ringnuten an den gegenüberliegenden Rändern auszubilden. Dadurch kann die Wanddicke der Mantelteile vergleichmäßigt werden. Außerdem wird die Fügefläche und damit die Festigkeit der Schweißnaht vergrößert.

In Fig. 9a, b, c sind modulare Behälteraufbauten schematisch gezeigt. Fig. 9a stellt einen Behälter entsprechend Fig. 2 dar, bei dem zwei Außenmantelteile 2, 4 mit innenliegenden - nicht zu sehenden - Innenmantelteilen vorgesehen sind. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9b ist zwischen die beiden Außenmantelteile 2, 4 ein weiteres Außenmantelteil 28 eingesetzt, das zylindrisch ist und in dessen Innern ein weiteres entsprechendes Innenmantelteil angeordnet ist. Im Bereich von Fügeflächenpaarungen 29, 30, die je den Fügeflächen 9 bis 12 entsprechen, sind die Außenmantelteile 2, 28 und 4 und die innenliegenden Innenmantelteile durch Reibverschweißung miteinander verbunden. In Fig. 9c ist zwischen das Außenmantelteil 28 und das Außenmantelteil 4 ein weiteres zylindrisches Außenmantelteil 31 eingefügt, in dem sich wiederum ein entsprechendes Innenmantelteil befindet. Die Außenmantelteile 2, 28, 31 und 4 sind zusammen mit den jeweils innenliegenden Innenmantelteilen jeweils über Fügeflächenpaarungen 29, 30, 32 miteinander reibverschweißt, wobei wiederum jede der Fügeflächenpaarungen 29, 30, 32 aus den beschriebenen Fügeflächen 9 bis 12 besteht. Damit ist es möglich, in dem beschriebenen Verfahren Behälter unterschiedlicher Volumina auf einfache Weise herzustellen, wobei gleiche Mantelteile verwendet werden können.


Anspruch[de]
  1. 1. Bauteil, insbesondere Behälter oder Rohr, bestehend aus einem Innenmantel und einem Außenmantel, wobei der Innenmantel einen Innenraum zur Aufnahme oder Leitung eines Mediums umschließt und der Außenmantel den Innenmantel stützt, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel und der Außenmantel jeweils aus zwei oder mehreren Kunststoffteilen bestehen, dass die Innenmantelteile (1, 3) in den Außenmantelteilen (2, 4) eingeschoben sitzen, oder die Innenmantelteile (1, 3) mit den Außenmantelteilen (2, 4) in einem 2- Komponenten-Spritzgießprozess hergestellt sind, dass die Innenmantelteile (1, 3) an aneinandergrenzenden Fügeflächen (9, 11) reibverschweißt und die Außenmantelteile (2, 4) an aneinandergrenzenden Fügeflächen (10, 12) reibverschweißt sind, und dass die Fügeflächen (9, 11) der Innenmantelteile (1, 3) und die Fügeflächen (10, 12) der Außenmantelteile (2, 4) derart unterschiedlich gestaltet sind, dass sich die Innenmantelteile (1, 3) miteinander und die Außenmantelteile (2, 4) miteinander im gleichen Reibschweißvorgang verbinden, wobei die Innenmantelteile (1, 3) einerseits und die Außenmantelteile (2, 4) andererseits aus unterschiedlichen Kunststoffen bestehen.
  2. 2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenmantelteile (2, 4) aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.
  3. 3. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Fügeflächenpaaren (9, 11) wenigstens ein Ringwulst (13) und eine Ringnut (14) und an den Fügeflächenpaaren (10, 12) wenigstens eine Ringwulst (15) und eine Ringnut (16) ausgebildet ist.
  4. 4. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenwinkel (W) der Ringwulste (13, 15) und/oder deren Längen (L) unterschiedlich und/oder deren Breiten (B) unterschiedlich gestaltet sind.
  5. 5. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kupplungselemente (17, 18, 19, 20) zur Übertragung der Reibschweißbewegung vom Außenmantelteil (2, 4) auf das Innenmantelteil (1, 3) vorgesehen sind.
  6. 6. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungselemente (17, 18, 19, 20) durch eine formschlüssige Geometrie im Bereich der Fügeflächen (9, 10, 11, 12) gebildet sind.
  7. 7. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenmantelteile (1, 3) und die Außenmantelteile (2, 4) rotationssymmetrische, insbesondere rohrförmige und/oder schalenförmige Formteile sind und die Fügeflächen (9, 10, 11, 12) senkrecht zur Rotationsachse (A) verlaufen.
  8. 8. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeflächen (9, 10, 11, 12) der Innenmantelteile (1, 3) und der Außenmantelteile (2, 4) etwa in der gleichen Ebene liegen.
  9. 9. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel und der Außenmantel je aus einer gleichen Anzahl von Innenmantelteilen (1, 3) bzw. Außenmantelteilen (2, 4) besteht.
  10. 10. Verfahren zur Herstellung eines Behälters aus einem Innenmantel und einem Außenmantel, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel und der Außenmantel je aus zwei oder mehreren Kunststoffteilen, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, zusammengesetzt werden, dass die den Außenmantel bildenden Außenmantelteile (2, 4) auf die den Innenmantel bildenden Innenmantelteile (1, 3) oder die den Innenmantel bildenden Innenmantelteile (1, 3) in die den Außenmantel bildenden Außenmantelteile (2, 4) gesteckt werden oder die Innenmantelteile 1, 3 mit den Außenmantelteilen (2, 4) in einem 2-Komponenten- Spritzgießprozess hergestellt werden, und dass die den Innenmantel bildenden Innenmantelteile (1, 3) an ihrer Fügefläche (9, 11) und die den Außenmantel bildenden Außenmantelteile (2, 4) an ihrer Fügefläche (10, 12) reibverschweißt werden.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass einem der Außenmantelteile (2) mittels eines Reibschweißapparats eine Reibschweißbewegung aufgeprägt wird und die Reibschweißbewegung vom Außenmantel (2) auf das in ihm sitzende Innenmantelteil (1) übertragen wird.






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