Aufgabe der Erfindung ist es, eine Baugruppe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die in einem Ultraschall-Schweißverfahren fest und dicht, insbesondere wasserdruckdicht, verbindbar ist, ohne dass hohe Anforderungen an die einzuhaltenden Toleranzen gestellt sind.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Schrägen ist erreicht, dass die Ultraschall-Übertragungsbereiche, deren Teil sie sind, auch bei größeren Toleranzen sicher aufeinander treffen, so dass dort beim Einschalten der Ultraschall-Schweißanlage die Ultraschallenergie sicher übertragen wird, was zu einer festen und dichten Verbindung der Kunststoffteile führt. Die eine Schräge und/oder die andere Schräge kann an der gut bzw. dem Loch ausgebildet sein. Der jeweiligen Schräge ist eine Kante der Feder oder des Zapfens zugeordnet. Es kann also die eine Schräge an der Nut bzw. dem Loch und die andere Schräge an der Feder bzw. dem Zapfen ausgebildet sein. Bevorzugt sind beide Schrägen am gleichen der beiden Kunststoffteile ausgebildet.

Durch den weiteren, zwischen den Schrägen liegenden Ultraschall-Übertragungsbereich, der ein kuppenförmiges Profil, insbesondere ein spitzkegelförmiges, stumpfkegelförmiges oder gerundet kegelförmiges Profil aufweist, ist gewährleistet, dass im Ultraschall- Schweißverfahren auch eine Ultraschall-Schweißverbindung zwischen den Schrägen bzw. Kanten erfolgt, wobei über diesen zwischen den Schrägen bzw. Kanten liegenden weiteren Ultraschall-Übertragungsbereich Ultraschallenergie unabhängig und zusätzlich zu den beiden anderen Ultraschall-Übertragungsbereichen übertragen wird. Insgesamt ist dadurch eine feste und dichte, wenig toleranzabhängige Verbindung der beiden Kunststoffteile erreicht, die auch hohen Druck- bzw. Zugbelastungen Stand hält, die zwischen den beiden Kunststoffteilen wirken.

An die Nut-Feder-Kontur schließt sich eine konkave Wölbung an. Durch diese wird eine Belastung der von der Nut-Feder-Kontur gebildeten Verbindung verringert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen einer Baugruppe ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.

Bei einem bevorzugten Verfahren zum Verbinden der Kunststoffteile werden diese zunächst maschinell oder manuell aufeinander gesetzt, wobei die Schräge oder Schrägen des einen Kunststoffteils an einer Kante oder Kanten des anderen Kunststoffteils aufeinander treffen oder zunächst das truppenförmige Profil des einen Kunststoffteils am anderen Kunststoffteil anliegt. Anschließend wird die Ultraschall-Schweißanlage eingeschaltet, wobei über die Ultraschall-Übertragungsbereiche Ultraschallenergie auf die Kunststoffteile übertragen wird, so dass sie sich unter der Wirkung des linear angetriebenen Stempels verbinden. Vorzugsweise beginnen sich zunächst die die Schrägen aufweisenden Ultraschall-Übertragungsbereiche zu verbinden und anschließend setzt die Ultraschall-Energieübertragung auch zwischen dem das kuppenförmige Profil aufweisenden Ultraschall-Übertragungsbereich ein. Dadurch ist in für die Verbindung vorteilhafter Weise erreicht, dass die Verbindung von außen – den beiden Schrägen – nach innen – beim kuppenförmigen Profil – nacheinander erfolgt. Die Verbindung wird im Ultraschall-Schweißverfahren von außen, also den Schrägen, nach innen, also beim kuppenförmigen Profil, nacheinander geschaffen. Dadurch wird die Zeit, die zum Verbinden des Schmelzprozesses im Ultraschall-Schweißverfahren benötigt ist, verkürzt.

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

1 schematisch eine Ultraschall-Schweißanlage zur Verschweißung von zwei Kunststoffteilen mit diesem,

2a eine Detailansicht der aufeinander gesetzten Kunststoffteile vor dem Verschweißen,

2b eine Detailansicht der Kunststoffteile nach dem Verschweißen,

3a eine Alternative zu 2a,

3b die Kunststoffteile nach 3a verschweißt,

4a eine Alternative zu 2a,

4b die Kunststoffteile nach 4a verschweißt,

5 eine Aufsicht auf ein Kunststoff-Hydraulikteil eines Wasser-Durchlauferhitzers mit einer Kammer, die durch einen Deckel zu verschließen ist,

6 eine weitere Gestaltung von im Ultraschall-Schweißverfahren zu verbindenden Kunststoffteilen,

7 eine weitere Alternative von im Ultraschall-Schweißverfahren zu verbindenden Kunststoffteilen mit Nut-Feder-Kontur,

8 eine Baugruppe aus zwei im Ultraschall-Schweißverfahren zu verbindenden Kunststoffteilen mit Loch-Zapfen-Kontur.

Zwei Kunststoffteile 1, 2, insbesondere Spritzgussteile, sollen im Ultraschall-Schweißverfahren verbunden werden. Eine Ultraschall-Schweißanlage, mit der die beiden Kunststoffteile 1, 2 zu verbinden sind, weist einen Amboss 3 und eine Sonotrode 4 auf, zwischen die die beiden Kunststoffteile 1, 2 einsetzbar sind. Die Sonotrode 4 ist mittels eines Ultraschallgenerators 5, der beispielsweise eine Ultraschallfrequenz von etwa 20 kHz erzeugt, erregbar und mittels eines Stempels 6 durch einen Linearantrieb in Richtung des Ambosses 3 druckbar (vgl. 1).

Das erste Kunststoffteil 1 weist eine Nut 7 auf. Das zweite Kunststoffteil 2 ist mit einer der Nut 7 zugeordneten Feder 8 versehen, wobei die Nut-Feder-Kontur zum Verbinden der beiden Kunststoffteile 1, 2 dient. Die 1, 2a, 3a, 4a, 6, 7 zeigen eine solche Nut-Feder-Kontur 7, 8.

Die Nut 7 läuft um eine Öffnung 9 des Kunststoffteils 1 durchgehend um. Die geschlossene Umlaufgeometrie ist beispielsweise oval oder eiförmig (vgl. 5) oder kreisrund (vgl. 6, 7). Sie kann jedoch auch beliebig. vieleckig, beispielsweise rechteckig oder sternförmig, sein. Zur Ultraschall-Schweißverbindung mittels der Ultraschall-Schweißanlage 3, 4, 5, 6 sind im Querschnitt der Nut-Feder-Kontur 7, 8 drei Ultraschall-Übertragungsbereiche A, B, C gestaltet.

Ein erster Ultraschall-ilbertragungsbereich A ist nach 1, 2a und 3a dadurch gestaltet, dass an den an den Grund 10 der Nut anschließenden Rand 11 eine Schräge 12 gestaltet ist, der eine Kante 13 der Feder 8 zugeordnet ist.

Ein zweiter Ultraschall-Übertragungsbereich B ist bei den 2a und 3a dadurch gebildet, dass an dem anderen an den Grund 10 anschließenden Rand 14 der Mut 7 eine weitere Schräge 15 gestaltet ist, der eine Kante 16 der Feder 8 zugeordnet ist.

Ein dritter Ultraschall-Übertragungsbereich C ist nach den 1, 2a, 3a, 4a dadurch gestaltet, dass an der Feder 8 ein kuppenförmiges Profil 17 ausgebildet, welches dem Grund 10 der Nut 7 zugeordnet ist. Das kuppenförmige Profil 17 kann im Querschnitt spitzkegelförmig, stumpfkegelförmig oder gerundet kegelförmig gestaltet sein.

Bei der Ausführung nach 4a sind die Schrägen 12, 15 an der Feder 8 – umgekehrt wie in 2a und 3a – ausgebildet. Dementsprechend bestehen die Kanten 13, 16 an den Rändern 11, 14 der Nut 7.

Wenn die beiden Kunststoffteile 1, 2 – vor ihrer Ultraschallverbindung – aufeinander gesetzt werden, dann ergibt sich bei den unterschiedlichen Gestaltungen nach den 2a, 3a und 4a folgendes:

Bei der Gestaltung nach 2a berühren sich zunächst die Ultraschall-Übertragungsbereiche A und B, indem die Kanten 13, 16 an den Schrägen 12, 15 anliegen. Damit ist zugleich eine Selbstzentrierung der Kunststoffteile 1, 2 erreicht. Das kuppenförmige Profil 17 berührt zunächst den Grund 10 der Nut 7 noch nicht. Anschließend wirkt dann die Ultraschall-Schweißanlage, wobei unter der Ultraschallenergie die Kanten mit den Schrägen verschweißen und die Feder 8 in die Nut 7 in Richtung des Pfeiles P eingedrückt wird. Im Verlauf des Verfahrens trifft dann das kuppenförmige Profil 17 auf den Grund 10 der Nut 7, wodurch auch der dritte Ultraschall-Übertragungsbereich C wirksam wird, wobei nun das kuppenförmige Profil 17 mit dem Grund 10 der Nut 7 verschweißt. Dadurch ist eine homogene dichte und druckfeste, dauerhafte Verschweißung der beiden Kunststoffteile 1, 2 erreicht, wie sie in 2b dargestellt ist.

Die Gestaltung von Nut 7 und Feder 8 nach 3a ist so gewählt, dass sich beim zunächst drucklosen Aufeinandersetzen der beiden Kunststoffteile 1, 2 erst das kuppenförmige Profil 17 und der Grund 10 der Nut 7 berühren. Unter der Wirkung der Ultraschall-Schweißenergie und des Linearantriebs wird zunächst das kuppenförmige Profil 17 mit dem Grund 10 der Nut 7 verschweißt. Bei diesem Vorgang treffen die Kanten 13, 16 der Feder 8 auf die Schrägen 12, 15, so dass das Nut-Feder-Profil auch dort verschweißt. Der endgültige Verschweißungszustand der beiden Kunststoffteile 1, 2 ist in 3b dargestellt.

Bei der Ausführung nach 4a berühren sich beim zunächst drucklosen Zusammensetzen – wie bei der Ausführung nach 2a – die Schrägen 12, 15 und Kanten 13, 16, wodurch eine Selbstzentrierung der Kunststoffteile 1, 2 erreicht ist. Es wirken also zunächst die beiden Ultraschall-Übertragungsbereiche A und B. Der dritte Ultraschall-Übertragungsbereich C wird wirksam, sobald das kuppenförmige Profil 17 auf den Grund 10 der Nut 7 trifft. Im Endeffekt entsteht die gleiche Verschweißung (vgl. 4b) wie bei 2b.

Eine Alternative zu der Gestaltung nach 4a, bei der die Schrägen 12, 15 an der Feder 8 ausgebildet sind, kann darin bestehen, dass die Dimensionierung so vorgenommen wird, dass sich beim zunächst drucklosen Aufeinandersetzen der beiden Kunststoffteile 1, 2 zuerst das kuppenförmige Profil 17 auf den Grund 10 trifft. Es wird dann – anders als bei der Gestaltung nach den 2a und 4a – zunächst der mittlere Ultraschall-Übertragungsbereich C wirksam, bevor die Verschweißung in den beiden anderen Ultraschall-Übertragungsbereichen A und B erfolgt.

Bei den 2a, 3a und 4a ist davon ausgegangen, dass das kuppenförmige Profil 17 an der Feder 8 ausgebildet ist. Es ist jedoch auch möglich, für die Gestaltung des Ultraschall-Übertragungsbereichs C das kuppenförmige Profil 17 am Grund 10 der Nut 7 auszubilden (vgl. 8). Es ist auch möglich, die eine Schräge an der Nut 7 und die andere Schräge an der Feder 8 auszubilden.

5 zeigt ein Kunststoffteil 1 in Aufsicht, das ein wasserdurchströmtes Teil eines Durchlauferhitzers mit einem Wassereinlass 18 und einem Wasserauslass 19 ist. In dem Kunststoffteil 1 ist eine Kammer 20 ausgebildet, in die zur Durchflussmessung ein Flügelrad einsetzbar ist und die an ihrer öffnung 9 mittels eines vom zweiten Kunststoffteil 2 gebildeten Deckels abschließbar ist. Die öffnung 9 der Kammer 20 weist einen ovalen oder eiförmigen Umfangsrand 21 auf. In diesem ist umlaufend um die öffnung 9 bzw. die Kammer 20 die Nut 7 mit den Schrägen 12,15 ausgebildet. Dementsprechend ist dann der Deckel zum Verschluss der Kammer 20 mit einer umlaufenden Feder 8 versehen. Durch die beschriebene Ultraschall-Verschweißung ist es möglich, die Kammer 20 durch den Deckel so wasserdicht und druckfest zu verschliepen, dass auch höhere in der Kammer 20 auftretende Drücke als der normale Wasserdruck nicht zu Undichtigkeiten führen, obwohl zwischen den beiden Kunststoffteilen zwangsläufig Toleranzen in den Abmessungen der Nut und der Feder bestehen. Die Breite der Nut ist wesentlich kleiner als der Durchmesser der Öffnung 9, um die sie umläuft (vgl. 5, 6, 7). Die Breite der Nut 7 liegt beispielsweise im Bereich von wenigen mm, beispielsweise etwa 3 mm, wogegen der Durchmesser der Öffnung einige cm, beispielsweise 2 bis 3 cm, beträgt.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es ist ein zylindrisch-rohrförmiges Kunststoffteil 1 mit einer radialen Öffnung 9 vorgesehen, die durch das zweite Kunststoffteil 2 mittels der beschriebenen Nut-Feder-Kontur 7, 8 im Ultraschall-Schweißverfahren verschlossen ist. Auch hier ist die Öffnung 9 durch das beschriebene Verfahren mittels des Deckels so verschlossen, dass aufgrund der beschriebenen Ultraschall-Verschweißung über die Nut-Feder-Kontur 7, 8 eine auch gegen hohe Innendrücke dauerhaft feste dichte Verbindung besteht.

7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Nach 7 ist in der Umgebung der Öffnung 9 des Kunststoffteils 1 ein weiteres Kunststoffteil 2 angeschlossen, dessen Durchflussquerschnitt kleiner ist als der des Kunststoffteils 1. Die beiden Kunststoffteile 1 und 2 sind in der oben beschriebenen Weise mittels einer um die Öffnung 9 umlaufenden Nut-Feder-Verbindung 7, 8 druckfest, dicht verbunden.

Bei der Ausführung nach 6 ist an der Öffnung 9 des ersten Kunststoffteils 1 ein Kunststoffteil 2 als geschlossener Deckel angeordnet, wogegen bei der Ausführung nach 7 an die Öffnung 9 des ersten Kunststoffteils 1 sich ein zweites Kunststoffteil 2 anschließt, das – anders als bei den 5 und 6 – kein geschlossener Deckel ist, sondern selbst in einem offenen Kanal 22, dessen Querschnitt kleiner ist als der Durchmesser der Öffnung 9 des ersten Kunststoffteils 1, weiterleitet.

Bei den Ausführungsbeispielen nach 1 bis 7 läuft die die beiden Kunststoffteile 1,2 verbindende Nut-Feder-Kontur um eine Öffnung 9 des ersten Kunststoffteils 1 um.

Um den Einfluss von Belastungen im Bereich der Öffnung 9 des ersten Kunststoffteils 1 auf die Ultraschall-Schweißverbindung zwischen dem ersten Kunststoffteil 1 und dem zweiten Kunststoffteil 2 zu verringern, ist im zweiten Kunststoffteil 2 eine um die öffnung 9 umlaufende konkave Wölbung 23 gestaltet. Diese dient dazu, dass aufgrund der Kunststoffeigenschaften des Kunststoffteils 2 die Nut-Feder-Verschweißung 7, 8 der Kunststoffteile 1, 2 wenigstens teilweise entlastet ist.

Wie die 2b, 3b, 4b zeigen, besteht die in die öffnung 9 übergehende umlaufende konkave Wölbung 23 auch nach dem Ultraschall-Verschweißen noch, so dass die konkave Wölbung 23 im Betrieb der Baugruppe wirksam ist. Die 2b, 3b, 4b zeigen auch, dass nach dem Ultraschall-Verschweißen nicht nur die innere, zur öffnung 9 freie, konkave Öffnung 23 besteht, sondern auch außen, also zum Umgebungsdruck hin, ein freier Spalt 24 besteht. Auch dieser entlastet die Ultraschall-Schweißverbindung zwischen den Kunststoffteilen 1 und 2, wenn im Innern der Kammer 20 – über die Öffnung 9 – ein hoher Innendruck entsteht.

8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Loch-Zapfen-Verbindung. Am ersten Kunststoffteil 1 ist ein Loch 7' ausgebildet. Am zweiten Kunststoffteil 2 ist ein Zapfen 8' ausgebildet. Die Schräge 12 ist am Loch 7' ausgebildet. Die Kante 13 ist am Zapfen 8' gestaltet. Die Schräge 12 und die Kante 13 sind einander zugeordnet. Es wäre auch, wie oben beschrieben, hier möglich, die Schräge 12 am Zapfen 8' und dementsprechend die Kante 13 an dem Loch 7' zu gestalten. Die Schräge 12 und die Kante 13 bilden einen ersten Ultraschall-Übertragungsbereich A.

Zur Bildung eines zweiten Ultraschall-Übertragungsbereichs C ist bei der Ausführung nach 8 am Grund des Lochs 7' das kuppenförmige Profil 17 ausgestaltet, das dem Zapfen 8' zugeordnet ist. Es sind hier also zwei Ultraschall-Übertragungsbereiche, nämlich die Ultraschall-Übertragungsbereiche A,C vorgesehen, wobei der Ultraschall-Übertragungsbereich A von einer umlaufenden Schräge 12 und einer diesem zugeordneten Kante 13 gebildet ist. Es wäre auch möglich, die Schräge 12 am Zapfen 8' zu gestalten und dementsprechend dann die Kante 13 am Loch 7' vorzusehen.

Bei der Loch-Zapfen-Verbindung ist ein Ultraschall-Übertragungsbereich B überflüssig, weil der erste Ultraschall-Übertragungsbereich A um den Zapfen 8' umläuft. Es genügen hier die Ultraschall-Übertragungsbereiche A und C.

Nach 8 ist vorgesehen, dass sich beim zunächst drucklosen Zusammensetzen der Kunststoffteile 1 und 2 die Kante 13 mit der Schräge 12 berührt. Erst unter der Wirkung der Ultraschall-Schweißanlage kommt der Zapfen 8' mit dem kuppenförmigen Profil 17 in Berührung, wodurch auch dann dort die Ultraschall-Schweißverbindung stattfindet. Es wäre jedoch auch möglich, die Gestaltung nach 8 ähnlich wie bei 3a so zu treffen, dass zunächst das kuppenförmige Profil 17 mit dem Zapfen 8' in Verbindung tritt und sich dann erst danach während der Wirkung der Ultraschall-Schweißanlage die Kante 13 und die Schräge 12 berühren.

Die Gestaltung nach 8, bei der das kuppenförmige Profil 17 am Grund des Loches 7' gestaltet ist, lässt sich auch auf die Ausführungen nach den 2a, 3a, 4a in der Weise übertragen, dass dort das kuppenförmige Profil 17 nicht an der Feder 8, sondern am Grund 10 der Nut 7 vorgesehen wird.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den 5, 6, 7 läuft die Nut-Feder-Kontur um eine Öffnung 9 um. Bei anderen Anwendungsbeispielen zur Verbindung einer Baugruppe aus zwei Kunststoffteilen kann die Nut-Feder-Kontur linear oder kurvenförmig oder eckig gestaltet sein, ohne dass sie um eine Öffnung umläuft, beispielsweise wenn zwei plattenförmige Kunststoffteile miteinander verbunden werden sollen.