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DE102023126828A1 - ULTRASONIC WELDING PROCESS FOR MANUFACTURING A WATER SEPARATOR - Google Patents

ULTRASONIC WELDING PROCESS FOR MANUFACTURING A WATER SEPARATOR Download PDF

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DE102023126828A1
DE102023126828A1 DE102023126828.7A DE102023126828A DE102023126828A1 DE 102023126828 A1 DE102023126828 A1 DE 102023126828A1 DE 102023126828 A DE102023126828 A DE 102023126828A DE 102023126828 A1 DE102023126828 A1 DE 102023126828A1
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DE
Germany
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support body
longitudinal
sonotrode
water separator
sieve element
Prior art date
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Pending
Application number
DE102023126828.7A
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German (de)
Inventor
Markus Sebbel
Tobias Schulte-Wülwer
Christiane Gamerschlag
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hengst SE and Co KG
Original Assignee
Hengst SE and Co KG
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Filing date
Publication date
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Priority to PCT/EP2024/077580 priority patent/WO2025073685A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallschweißverfahren zum Herstellen eines Wasserabscheiders mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Stützkörpers, der zylinderförmig um eine Längsachse ausgebildet ist, mit einem als außenliegende Erhöhungsstruktur ausgebildeten Plastifizierbereich, Plastifizieren des Plastifizierbereichs mittels einer Sonotrode mit einem linienförmigen Schweißbereich und gleichzeitiges Andrücken eines Siebelements derart an den Plastifizierbereich, dass das Siebelement mit dem Stützkörper verbunden wird. Ferner ist eine Stützkörper für einen Wasserabscheider und ein Wasserabscheider mit einem Stützkörper umfasst.The invention relates to an ultrasonic welding method for producing a water separator, comprising the following steps: providing a support body that is cylindrically shaped around a longitudinal axis and has a plasticizing region formed as an external raised structure; plasticizing the plasticizing region using a sonotrode with a linear welding region; and simultaneously pressing a sieve element against the plasticizing region such that the sieve element is connected to the support body. Furthermore, a support body for a water separator and a water separator with a support body are included.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallschweißverfahren zum Herstellen eines Wasserabscheiders sowie ein Stützkörper für einen Wasserabscheider.The invention relates to an ultrasonic welding method for producing a water separator and a support body for a water separator.

Wasserabscheider werden beispielsweise bei Verbrennungsmotoren zur Reinigung des Kraftstoffs eingesetzt. Durch die Abscheidung von Wasser aus dem Kraftstoff wird der Verschleiß der Motoren verringert und das Risiko von Schäden durch Korrosion reduziert. Häufig werden Wasserabscheider in mehrstufigen Kraftstofffiltern als letzte Stufe eingesetzt. Bekannte Wasserabscheider weisen ein hydrophobes Siebelement auf, das umfangsseitig auf eine zylindrische Stützstruktur aufgebracht ist. Die Stützstruktur wird häufig als Spritzgussteil hergestellt und weist Längs- und Querrippen auf. Der Kraftstoff durchströmt in der Regel das hydrophobe Siebelement radial von außen nach innen und gelangt durch die Öffnungen zwischen den Längs- und Querrippen ins Innere des zylinderförmigen Stützkörpers. Von da wird der Kraftstoff entlang der Längsrichtung des zylinderförmigen Stützkörpers abgeführt.Water separators are used, for example, in internal combustion engines to clean the fuel. By separating water from the fuel, engine wear and tear is reduced and the risk of corrosion damage is reduced. Water separators are often used as the final stage in multi-stage fuel filters. Common water separators have a hydrophobic screen element that is applied circumferentially to a cylindrical support structure. The support structure is often manufactured as an injection-molded part and has longitudinal and transverse ribs. The fuel usually flows radially through the hydrophobic screen element from the outside to the inside and enters the interior of the cylindrical support body through the openings between the longitudinal and transverse ribs. From there, the fuel is discharged along the longitudinal direction of the cylindrical support body.

Aus EP 3 890 863 B1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Wasserabscheiders und insbesondere zum Fixieren des hydrophoben Siebs auf dem Stützkörper bekannt. Gemäß einer ersten Alternative wird die Stützstruktur an den zu verschweißenden Punkten mit einem Laserstrahl erwärmt und dadurch plastifiziert. Das Siebgewebe ist dementsprechend transparent ausgebildet. Das Erwärmen mittels Laser benötigt jedoch eine aufwendige Optik, mittels welcher der Laser auf die zu erwärmenden Bereiche geleitet werden kann oder eine Vielzahl von Lasern, die einzeln an- und abschaltbar sind, um die Umfangskontur des Siebs verschweißen zu können. In einer alternativen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, eine Rollsonotrode zum Plastifizieren zu verwenden. Rollsonotroden haben jedoch den Nachteil, dass sie einen großen Bauraum benötigen und darüber hinaus eine aufwendige Mechanik besitzen.Out of EP 3 890 863 B1 A method for producing a water separator and, in particular, for fixing the hydrophobic sieve to the support body is known. According to a first alternative, the support structure is heated with a laser beam at the points to be welded and thus plasticized. The sieve fabric is accordingly transparent. However, heating by laser requires complex optics by means of which the laser can be directed to the areas to be heated, or a plurality of lasers that can be individually switched on and off in order to weld the peripheral contour of the sieve. In an alternative embodiment, it is proposed to use a roller sonotrode for plasticizing. Roller sonotrodes, however, have the disadvantage that they require a large installation space and, in addition, have complex mechanics.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein effizientes und robustes Herstellverfahren für Wasserabscheider sowie ein Stützkörper, auf die effizient und robust ein Sieb aufgebracht werden kann, bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an efficient and robust manufacturing method for water separators as well as a support body to which a sieve can be applied efficiently and robustly.

Die Aufgabe wird durch ein Ultraschallschweißverfahren sowie ein Stützkörper gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sowie des Stützkörper ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.This object is achieved by an ultrasonic welding method and a support body according to the independent claims. Preferred embodiments of the method and the support body are set out in the respective subclaims.

Gemäß einem ersten Aspekt umfasst das erfindungsgemäße Ultraschallschweißverfahren zum Herstellen eines Wasserabscheiders folgende Schritte: Bereitstellen eines Stützkörpers, der zylinderförmig um eine Längsachse ausgebildet ist, mit einem als außenliegende Erhöhungsstruktur ausgebildeten Plastifizierbereich, Plastifizieren des Plastifizierbereichs mittels einer Sonotrode mit einem linienförmigen Schweißbereich und Andrücken eines Siebelements derart an den Plastifizierbereich, dass das Siebelement mit dem Stützkörper verbunden wird.According to a first aspect, the ultrasonic welding method according to the invention for producing a water separator comprises the following steps: providing a support body which is cylindrical about a longitudinal axis and has a plasticizing region formed as an external raised structure, plasticizing the plasticizing region by means of a sonotrode with a linear welding region and pressing a sieve element onto the plasticizing region in such a way that the sieve element is connected to the support body.

Der Plastifizierbereich wird gemäß einem Aspekt der Erfindung durch die Sonotrode und insbesondere die Schwingung der Sonotrode erwärmt und damit plastifiziert. Bei der Sonotrode kann es sich beispielsweise um eine longitudinal, torsional oder transversal resonante Sonotrode handeln. Die Frequenz, mit welcher die Sonotrode angeregt wird, ist üblicherweise einstellbar. Über das Einstellen der Frequenz kann der Energieeintrag und damit das Erwärmen des Materials, aus welchem üblicherweise der Stützkörper hergestellt ist, und somit die Plastifizierung verändert werden. Die Frequenz ist vorzugweise steuerbar oder regelbar. Die Anregungsfrequenz kann insbesondere über die Dauer des Schweißvorgangs verändert werden. So besteht die Möglichkeit, den Energieeintrag beispielsweise zu erhöhen, wenn sich weite Bereiche der Sonotrode im Eingriff befinden, beispielsweise bei längs der Längsachse verlaufenden Längsstrukturen.According to one aspect of the invention, the plasticizing area is heated and thus plasticized by the sonotrode and in particular the vibration of the sonotrode. The sonotrode can, for example, be a longitudinally, torsional, or transversely resonant sonotrode. The frequency with which the sonotrode is excited is usually adjustable. By adjusting the frequency, the energy input and thus the heating of the material from which the support body is usually made, and thus the plasticization, can be changed. The frequency is preferably controllable or adjustable. The excitation frequency can be changed, in particular over the duration of the welding process. This makes it possible to increase the energy input, for example, when large areas of the sonotrode are engaged, for example in the case of longitudinal structures running along the longitudinal axis.

Mit der Sonotrode kann das Siebelement an den plastifizierten Plastifizierbereich angedrückt werden. Vorzugsweise wird das Siebelement in das plastifizierte Material eingedrückt, d. h. plastifizierte Material durchdringt Öffnungen oder Poren des Siebelements während dem Andrücken, sodass es neben einem Stoffschluss durch das Ultraschallschweißen auch zu einem Formschluss kommt. Nach dem Erkalten des vormals plastifizierten Materials ist das Siebelement fest mit dem Stützkörper verbunden. Zusätzlich oder alternativ kann das Siebelement durch die Siebelementzuführeinrichtung unter Spannung gehalten und an den Plastifizierbereich angedrückt werden.The sonotrode can be used to press the sieve element against the plasticized plasticizing area. Preferably, the sieve element is pressed into the plasticized material, i.e., the plasticized material penetrates openings or pores in the sieve element during the pressing process, resulting in both a material bond through ultrasonic welding and a positive connection. After the previously plasticized material has cooled, the sieve element is firmly connected to the support body. Additionally or alternatively, the sieve element can be held under tension by the sieve element feed device and pressed against the plasticizing area.

Gemäß einem Aspekt wird das Siebelement umfänglich mit dem Stützkörper unter einer rotatorischen Bewegung zwischen Stützkörper und Sonotrode um die Längsachse verbunden. Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird der Stützkörper gedreht, wohingegen die Sonotrode rotatorisch ortsfest angeordnet ist. Vorzugsweise beträgt die rotatorische Relativbewegung zwischen Stützkörper und Sonotrode weniger als 360° und liegt bevorzugt in einem Bereich von 345° bis 358° und weiter bevorzugt in einem Bereich von 350° bis 355°. Das Siebelement ist dabei in einer Ausführung derart ausgestaltet, dass es sich beim Aufwickeln auf dem Stützkörper nicht überlagert und somit den Stützkörper weniger als 360° umschlingt. Dadurch wird vermieden, dass an der Außenfläche des Wasserabscheiders eine Erhöhung ausgebildet ist. Um sicherzustellen, dass zwischen dem Stützkörper und dem Siebelement eine flüssigkeitsdichte Verbindung entsteht, sind üblicherweise zwei Plastifizierbereiche parallel zueinander in Längsrichtung angeordnet, so dass einer der beiden Plastifizierbereiche einen Anfang des Siebelements und ein zweiter Plastifizierbereich ein Ende des Siebelements mit dem Stützkörper verbindet. Alternativ können die beiden Plastifizierbereiche auch als gemeinsame Erhöhungsstruktur ausgebildet sein, so dass sowohl der Anfang als auch das Ende in einer gemeinsamen Erhöhungsstruktur verbunden werden.According to one aspect, the sieve element is connected circumferentially to the support body with a rotational movement between the support body and the sonotrode around the longitudinal axis. According to a preferred embodiment, the support body is rotated, whereas the sonotrode is arranged in a rotationally fixed position. The rotational relative movement between the support body and the sonotrode is preferably less than 360° and is preferably in a range from 345° to 358° and more preferably in a range from 350° to 355°. In one embodiment, the sieve element is designed such that it does not overlap when wound onto the support body and thus wraps around the support body by less than 360°. Avoid forming a raised portion on the outer surface of the water separator. To ensure a fluid-tight connection between the support body and the sieve element, two plasticizing regions are typically arranged parallel to each other in the longitudinal direction, so that one of the two plasticizing regions connects a beginning of the sieve element to the support body, and a second plasticizing region connects an end of the sieve element to the support body. Alternatively, the two plasticizing regions can also be formed as a common raised portion, so that both the beginning and the end are connected in a common raised portion.

Die Andrückkraft, mit welcher die Sonotrode das Siebelement an den Plastifizierbereich andrückt, wird vorzugsweise gesteuert oder geregelt. Insbesondere kann die Regelung der Andrückkraft kraft- oder weggeregelt sein. Hierzu ist die Sonotrode in Richtung des Siebelements bzw. des Stützkörpers zustellbar. Die Zustellung erfolgt insbesondere radial. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Sonotrode in Zustellrichtung ortsfest angeordnet, sodass während des Schweißvorgangs oder bei einem Werkstückwechsel kein Zu- oder Auffahren der Sonotrode erfolgt. Dadurch wird die Komplexität der Sonotrode und insbesondere die ihrer Aufhängung reduziert.The pressure force with which the sonotrode presses the screen element against the plasticizing area is preferably controlled or regulated. In particular, the pressure force can be force- or displacement-controlled. For this purpose, the sonotrode can be advanced in the direction of the screen element or the support body. The advancement occurs, in particular, radially. In an alternative embodiment, the sonotrode is fixed in the advance direction, so that the sonotrode does not move in or out during the welding process or when changing workpieces. This reduces the complexity of the sonotrode and, in particular, its suspension.

Gemäß einem Aspekt des erfindungsgemäßen Ultraschallschweißverfahrens wird der Plastifizierbereich mittels einer Sonotrode plastifiziert, die einen linienförmigen Schweißbereich aufweist. Als linienförmiger Schweißbereich ist insbesondere auch eine Schweißfläche anzusehen, die eine gewisse Breite aufweist. Die Breite ist jedoch in Bezug auf ihre Länge deutlich kleiner. Üblicherweise weisen gängige Sonotroden eine Breite von bis zu einigen Millimetern auf. Die Länge ist dabei abhängig von der Länge des Stützkörpers bzw. die Breite des Siebelements, das mit dem Stützkörper verschweißt werden soll. Die linienförmige Schweißfläche kann dabei gemäß einem Aspekt eben ausgebildet sein. Alternativ kann die Schweißfläche auch gekrümmt, insbesondere auch an den Radius der zylinderförmigen Stützstruktur angepasst sein. Zwischen dem linienförmigen Schweißbereich und dem Siebelement bzw. der Stützkörper findet insbesondere eine Relativbewegung statt, indem das Werkstück unter der Sonotrode hindurchgezogen wird.According to one aspect of the ultrasonic welding method according to the invention, the plasticizing area is plasticized by means of a sonotrode having a linear welding area. A welding surface having a certain width is also to be regarded as a linear welding area. However, the width is significantly smaller in relation to its length. Common sonotrodes usually have a width of up to a few millimeters. The length depends on the length of the support body or the width of the sieve element that is to be welded to the support body. According to one aspect, the linear welding surface can be flat. Alternatively, the welding surface can also be curved, in particular adapted to the radius of the cylindrical support structure. In particular, a relative movement takes place between the linear welding area and the sieve element or the support body, in that the workpiece is pulled under the sonotrode.

Vorzugsweise ist der linienförmige Schweißbereich der Sonotrode mit einer Messersonotrode realisiert. Messersonotroden verjüngen sich dabei von einer Aufhängung bzw. Anregungsfläche, über welche sie von einem Ultraschallgenerator zu Schwingungen angeregt werden, hin zu der Schweißfläche. Die Schweißfläche kann dabei als in Querschnitt V-förmig zulaufende Spitze oder als Fläche ausgebildet sein. Die V-förmige Spitze weist üblicherweise fertigungsbedingt einen Radius auf.The linear welding area of the sonotrode is preferably realized with a knife sonotrode. Knife sonotrodes taper from a suspension or excitation surface, via which they are excited to oscillate by an ultrasonic generator, to the welding surface. The welding surface can be designed as a tip with a V-shaped cross-section or as a flat surface. The V-shaped tip usually has a radius due to manufacturing requirements.

Gemäß einem Aspekt ist die Erhöhungsstruktur als eine geschlossene Erhöhungsstruktur ausgebildet. Als geschlossene Erhöhungsstruktur wird insbesondere verstanden, dass diese nicht unterbrochen ist und insbesondere alle Öffnungen im zylinderförmigen Stützkörper umschließt. Die geschlossene Erhöhungsstruktur kann dabei aus zumindest einer ersten und einer zweiten zur Längsachse parallelen Längsstruktur und zwei Umfangsstrukturen ausgebildet sein. Beim Herstellungsverfahren werden dann zunächst die erste Längsstruktur, anschließende unter der rotatorischen Relativbewegung die beiden Umfangsstrukturen und schließlich die zweite Längsstruktur mittels der Sonotrode plastifiziert. Dadurch wird das Siebelement umfänglich flüssigkeitsdicht mit dem Stützkörper verbunden, so dass die Flüssigkeit, insbesondere der Kraftstoff, ausschließlich durch das Siebelement und weiter durch die Öffnungen im Stützkörper ins Innere des Stützkörpers strömen kann.According to one aspect, the raised structure is designed as a closed raised structure. A closed raised structure is understood in particular to mean that it is uninterrupted and in particular encloses all openings in the cylindrical support body. The closed raised structure can be formed from at least a first and a second longitudinal structure parallel to the longitudinal axis and two circumferential structures. During the manufacturing process, first the first longitudinal structure, then the two circumferential structures under the relative rotational movement, and finally the second longitudinal structure are plasticized by means of the sonotrode. As a result, the sieve element is connected to the support body in a circumferentially liquid-tight manner, so that the liquid, in particular the fuel, can flow exclusively through the sieve element and further through the openings in the support body into the interior of the support body.

Die erste Längsstruktur, an welcher der Anfang des Siebelements verbunden ist, und die zweite Längsstruktur, an welcher das Ende des Siebelements verbunden ist, kann, wie oben bereits ausgeführt, als eine einzige Erhöhungsstruktur ausgebildet sein. Die erste und die zweite Längsstruktur können auf einer Längsstrebe des Stützkörpers ausgebildet sein. Die beiden Umfangsstrukturen können auf Querrippen des Stützkörpers ausgebildet sein und sind üblicherweise im Bereich von gegenüberliegenden Enden des zylinderförmigen Stützkörpers angeordnet. Mit den Umfangsstrukturen werden insbesondere die Seiten des Siebelements mit dem Stützkörper verbunden. Üblicherweise sind die beiden Längsstrukturen an den äußeren Querrippen angeordnet.The first longitudinal structure, to which the beginning of the sieve element is connected, and the second longitudinal structure, to which the end of the sieve element is connected, can, as already explained above, be formed as a single raised structure. The first and second longitudinal structures can be formed on a longitudinal strut of the support body. The two circumferential structures can be formed on transverse ribs of the support body and are usually arranged in the region of opposite ends of the cylindrical support body. The circumferential structures are used, in particular, to connect the sides of the sieve element to the support body. The two longitudinal structures are usually arranged on the outer transverse ribs.

Die Länge des linienförmigen Schweißbereichs kann vorzugsweise zumindest dem Abstand zwischen den beiden Umfangsstrukturen entsprechen. Dadurch können alle Plastifizierbereiche ohne eine Längsverschiebung der Sonotrode mit einer einzigen Sonotrode plastifiziert und das Siebelement mit dem Stützkörper verschweißt werden. Werden verschiedene Längen von Wasserabscheidern auf einer einzigen Produktionsmaschine hergestellt, so entspricht die Länge des linienförmigen Schweißbereichs vorzugsweise zumindest dem Abstand der beiden äußersten Umfangsstrukturen bei dem längsten, zu produzierenden Wasserabscheider. Der linienförmige Schweißbereich kann auch zweigeteilt sein oder mehrere Teile aufweisen, so dass unterschiedliche Längsabschnitte des linienförmigen Schweißbereichs von unterschiedlichen Sonotrodenabschnitten bereitgestellt werden. Dadurch kann die Länge des Schweißbereichs an die Länge des zu produzierenden Wasserabscheiders angepasst werden.The length of the linear welding area can preferably correspond at least to the distance between the two circumferential structures. This allows all plasticizing areas to be plasticized with a single sonotrode without longitudinal displacement of the sonotrode, and the sieve element can be welded to the support body. If different lengths of water separators are manufactured on a single production machine, the length of the linear welding area preferably corresponds at least to the distance between the two outermost circumferential structures in the longest water separator to be produced. The linear welding area can also be divided into two parts or have several parts, so that different longitudinal sections of the linear welding area are provided by different sonotrode sections. This allows the length of the welding area can be adapted to the length of the water separator to be produced.

Der linienförmige Schweißbereich ist üblicherweise parallel zur Längsachse ausgebildet. Die Sonotrode ist bevorzugt in Richtung der Mittelachse zustellbar, insbesondere in einer radialen Richtung. Dadurch kann die Sonotrode für den Schweißvorgang zugestellt werden und nach dem Schweißvorgang wieder zurückgefahren werden. Dadurch wird insbesondere der Werkstückwechsel vereinfacht. Für den Ultraschallschweißvorgang kann zusätzlich ein Amboss vorgesehen sein, welcher von innen ein Auflager bildet. Der Amboss kann vorzugsweise ins Innere des zylinderförmigen Stützkörpers ragen, so dass der Stützkörper und das Filterelement zwischen der Sonotrode, insbesondere dem Schweißbereich der Sonotrode, und dem Amboss angeordnet sind. Der Amboss kann ortsfest oder radial zustellbar ausgestaltet sein. Vorzugsweise werden der Stützkörper und das Siebelement zwischen Sonotrode und Amboss zusammengedrückt.The linear welding area is usually designed parallel to the longitudinal axis. The sonotrode is preferably adjustable in the direction of the central axis, in particular in a radial direction. This allows the sonotrode to be adjusted for the welding process and then retracted again after the welding process. This particularly simplifies workpiece changes. For the ultrasonic welding process, an anvil can also be provided, which forms a support from the inside. The anvil can preferably extend into the interior of the cylindrical support body, so that the support body and the filter element are arranged between the sonotrode, in particular the welding area of the sonotrode, and the anvil. The anvil can be designed to be stationary or radially adjustable. The support body and the sieve element are preferably pressed together between the sonotrode and the anvil.

Gemäß einem Aspekt des Ultraschallschweißverfahrens weist die Sonotrode einen Mittenbereich mit einem linienförmigen Schweißbereich auf. Die Endbereiche der Sonotrode sind jeweils mit einem Vorsprung versehen. Die Vorsprünge können beispielsweise ein insbesondere in Längsrichtung zacken- oder zahnartiges Profil aufweisen. Die Breite der Vorsprünge entspricht vorzugsweise der Breite des linienförmigen Schweißbereich. Sie können jedoch auch in Umfangsrichtung breiter ausgebildet sein. Die Erhöhungsstruktur ist zur Herstellung einer geschlossenen Ultraschallverschweißung dabei nicht als geschlossene Erhörungsstruktur ausgebildet, sondern umfasst insbesondere eine erste und eine zweite zur Längsachse parallele Längsstruktur. Der Mittenbereich plastifiziert während dem Ultraschallschweißverfahren die als Erhöhungsstruktur ausgebildete Längsstruktur bzw. die Längsstrukturen und die Vorsprünge an den Endbereichen plastifizieren unter der rotatorischen Relativbewegung den Stützkörper in Umfangsrichtung. Gleichzeitig wird von dem Mittenbereich und den Endbereichen das Siebelement angedrückt. Somit entsteht ein geschlossener Plastifizierbereich, welcher das Siebelement umfänglich mit dem Stützkörper verschweißt.According to one aspect of the ultrasonic welding process, the sonotrode has a central region with a linear welding region. The end regions of the sonotrode are each provided with a projection. The projections can, for example, have a serrated or tooth-like profile, particularly in the longitudinal direction. The width of the projections preferably corresponds to the width of the linear welding region. However, they can also be wider in the circumferential direction. To produce a closed ultrasonic weld, the raised structure is not designed as a closed raised structure, but rather comprises, in particular, a first and a second longitudinal structure parallel to the longitudinal axis. During the ultrasonic welding process, the central region plasticizes the longitudinal structure designed as a raised structure, or the longitudinal structures and the projections at the end regions plasticize the support body in the circumferential direction under the relative rotational movement. At the same time, the sieve element is pressed against the central region and the end regions. This creates a closed plasticizing region that welds the sieve element circumferentially to the support body.

Bei dem Herstellverfahren wird der Anfang des Siebelements mittels des Mittenbereichs an die Längsstruktur angeschweißt. Gleichzeitig sind die beiden Vorsprünge in den Endbereichen mit der Oberfläche des Stützkörpers im Eingriff. Der Eingriff kann an der Längsstruktur erfolgen, wenn die Länge der Längsstruktur ist größer als der Abstand zwischen den beiden Vorsprüngen. Anschließend sind unter einer rotatorischen Relativbewegung die Vorsprünge im Eingriff mit Querrippen der Stützstruktur und plastifizieren diese umfänglich in einem Plastifizierbereich. Der Mittenbereich ist üblicherweise nicht im Eingriff, da keine Erhöhungsstruktur vorhanden ist. Zum Abschluss des Schweißverfahrens wird das Ende des Siebelements mit einer Längsstruktur mittels des Mittenbereichs verschweißt. Somit ist das Siebelement umfänglich mit dem Stützkörper verschweißt.During the manufacturing process, the beginning of the sieve element is welded to the longitudinal structure via the central region. At the same time, the two projections in the end regions engage with the surface of the support body. The engagement can occur on the longitudinal structure if the length of the longitudinal structure is greater than the distance between the two projections. Subsequently, under a relative rotational movement, the projections engage with transverse ribs of the support structure and plasticize them circumferentially in a plasticizing region. The central region is usually not engaged because there is no raised structure. At the end of the welding process, the end of the sieve element is welded to a longitudinal structure via the central region. This means that the sieve element is circumferentially welded to the support body.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Stützkörper für einen Wasserabscheider. Der Stützkörper ist zylinderförmig um eine Längsachse ausgebildet und weist einen als außenliegende Erhöhungsstruktur ausgebildeten Plastifizierbereich auf. Vorzugsweise ist der Stützkörper aus Kunststoff gebildet und wird insbesondere durch Spritzgießen hergestellt. Alternativ kann der Stützkörper auch durch 3D-Druck hergestellt sein.Another aspect of the present invention relates to a support body for a water separator. The support body is cylindrically shaped around a longitudinal axis and has a plasticizing region formed as an external raised structure. The support body is preferably made of plastic and is produced in particular by injection molding. Alternatively, the support body can also be produced by 3D printing.

Die außenliegende Erhöhungsstruktur steht insbesondere radial nach außen vor. Dadurch können diese in einfacher Art und Weise gezielt von der Sonotrode mit einem linienförmigen Schweißbereich plastifiziert werden. Dadurch erfolgt ein selektives Plastifizieren der Erhöhungsstruktur.The outer raised structure protrudes radially outward. This allows the sonotrode to easily and precisely plasticize the raised structure with a linear welding area. This results in selective plasticization of the raised structure.

Der Stützkörper ist vorzugsweise aus einem einzigen Material, insbesondere einem Kunststoff, hergestellt. Dabei handelt es sich insbesondere um einen thermoplastischen Kunststoff. Bevorzugt handelt es sich bei dem thermoplastischen Kunststoff um Polyamid (PA). Alternativ kann der Stützkörper aus zwei oder mehreren Materialien bestehen, wobei zumindest der Plastifizierbereich aus einem mittels Ultraschall plastifizierbaren thermoplastischen Kunststoff besteht. Somit kann beispielsweise ein Grundkörper mit höherer Festigkeit hergestellt werden, auf den außenseitig der Plastifizierbereich aus einem thermoplastischen Kunststoff aufgebracht wird.The support body is preferably made of a single material, in particular a plastic. This is in particular a thermoplastic. The thermoplastic is preferably polyamide (PA). Alternatively, the support body can consist of two or more materials, with at least the plasticizing area consisting of a thermoplastic that can be plasticized by ultrasound. This makes it possible, for example, to produce a base body with greater strength, to which the plasticizing area made of a thermoplastic is applied on the outside.

Bevorzugt weist der zylinderförmige Stützkörper eine zur Längsachse parallele Längsrippe und in Umfangsrichtung ausgebildete Querrippen auf. Zwischen den Längs- und Querrippen sind Öffnungen ausgebildet, durch die das Fluid, insbesondere der Kraftstoff, hindurchströmen kann. Die Öffnungen sind beim Wasserabscheider durch das Siebelement verschlossen. Auf den Längs- und Querrippen ist der Plastifizierbereich bzw. die außenliegende Erhöhungsstruktur ausgebildet.The cylindrical support body preferably has a longitudinal rib parallel to the longitudinal axis and transverse ribs formed in the circumferential direction. Openings through which the fluid, in particular the fuel, can flow are formed between the longitudinal and transverse ribs. In the water separator, the openings are closed by the sieve element. The plasticizing area or the external raised structure is formed on the longitudinal and transverse ribs.

Der Plastifizierbereich ist vorzugsweise als geschlossener Plastifizierbereich ausgebildet, so dass das Siebelement über eine umlaufende Schweißnaht mit dem Stützkörper verbunden werden kann. Insbesondere ist der Plastifizierbereich als eine in sich geschlossene Erhörungsstruktur ausgebildet. Dieser kann eine erste und eine zweite zur Längsachse parallele Längsstruktur und zwei Umfangsstrukturen aufweisen. Die Umfangsstruktur kann dabei auf den Querrippen und die Längsstruktur auf Längsrippen ausgebildet sein. Die zwei Umfangsstrukturen des geschlossenen Plastifizierbereichs sind vorzugsweise auf gegenüberliegenden, äußeren, ringförmigen Querrippen ausgebildet. Dadurch kann der Stützkörper im Wesentlichen über die gesamte Länge mit einem Siebelement überzogen werden und an den beiden Enden verschweißt werden. Üblicherweise weist der zylinderförmige Stützkörper an einem ersten Ende eine geschlossene Stirnseite auf und an dem zweiten Ende eine Halterung, an welcher der Stützkörper beispielsweise an einem Ablauf bzw. Gehäuse gehalten wird und durch welche die Flüssigkeit abströmt. Diese Halterung kann einen größeren Durchmesser als die Querrippen aufweisen, so dass diese beispielsweise als Anschlag für einen auf den Wasserabscheider aufschiebbaren radialen Partikelfilter dient. Zudem wird dann durch die Halterung der Abflussquerschnitt nicht verringert.The plasticizing area is preferably designed as a closed plasticizing area, so that the sieve element can be connected to the support body via a circumferential weld seam. In particular, the plasticizing area is designed as a self-contained hearing structure. This can have a first and a second Longitudinal axis parallel longitudinal structure and two circumferential structures. The circumferential structure can be formed on the transverse ribs and the longitudinal structure on longitudinal ribs. The two circumferential structures of the closed plasticizing area are preferably formed on opposite, outer, annular transverse ribs. This allows the support body to be covered with a sieve element essentially over its entire length and welded at both ends. Usually, the cylindrical support body has a closed end face at a first end and a holder at the second end, on which the support body is held, for example, on a drain or housing and through which the liquid flows out. This holder can have a larger diameter than the transverse ribs, so that it serves, for example, as a stop for a radial particle filter that can be pushed onto the water separator. In addition, the holder then does not reduce the outflow cross-section.

Bevorzugt weist eine der äußeren, ringförmigen Querrippen zwei Umfangsstrukturen auf. Die zwei Umfangsstrukturen auf einer Querrippe können insbesondere auf der Seite angeordnet sein, auf der die Stirnseite des Stützkörpers geschlossen ist. Dadurch wird die Sicherheit erhöht, dass beispielsweise bei der Montage des Wasserabscheiders oder einem darauf angeordneten Partikelfilter die umlaufende Verschweißung intakt bleibt und dadurch die Funktionsfähigkeit des Wasserabscheiders gewährleistet wird. Sollte nämlich die äußere Verschweißung beispielsweise bei der Montage durch eine aufgestellte Kante des Siebelements zumindest bereichsweise abgerissen werden, so ist die Dichtigkeit durch die zweite Schweißnaht weiterhin gegeben.Preferably, one of the outer, annular transverse ribs has two circumferential structures. The two circumferential structures on a transverse rib can be arranged, in particular, on the side on which the end face of the support body is closed. This increases the reliability that, for example, during assembly of the water separator or a particle filter arranged thereon, the circumferential weld remains intact, thus ensuring the functionality of the water separator. Should the outer weld be torn off at least in part, for example during assembly due to a raised edge of the sieve element, the tightness is still ensured by the second weld seam.

Die erste und die zweite Längsnaht sind vorzugsweise auf einer einzigen Längsrippe angeordnet. Die erste Längsstruktur ist insbesondere dazu ausgebildet, dass der Anfang des Siebelements damit verschweißt wird und die zweite Längsstruktur dazu, dass das Ende des Siebelements damit verschweißt wird. Die erste und die zweite Längsstruktur können dabei als eine einzige Längsstruktur ausgebildet sein, welche derart ausgebildet sind, dass sowohl der Anfang als auch das Ende des Siebelements damit verschweißt werden können. Üblicherweise ist das Siebelement derart ausgebildet, dass sich der Anfang und das Ende nicht überlappen. Vielmehr kann das Siebelement derart ausgebildet sein, dass es die Stützstruktur in Umfangsrichtung nicht vollständig umschlingt.The first and second longitudinal seams are preferably arranged on a single longitudinal rib. The first longitudinal structure is designed in particular such that the beginning of the sieve element is welded thereto, and the second longitudinal structure is designed such that the end of the sieve element is welded thereto. The first and second longitudinal structures can be designed as a single longitudinal structure, which is designed such that both the beginning and the end of the sieve element can be welded thereto. Typically, the sieve element is designed such that the beginning and the end do not overlap. Rather, the sieve element can be designed such that it does not completely wrap around the support structure in the circumferential direction.

Vorzugweise weist der Stützkörper weitere Längs- und/oder Querrippen auf. Diese sind dazu ausgebildet, die Stabilität der Sieboberfläche zu gewährleisten, insbesondere, dass das Siebelement im Betrieb nicht nach innen gedrückt wird. Die Anzahl der Längs- und Querrippen kann dabei je nach Länge und Durchmesser des Stützkörpers variieren. Vorzugsweise können die weiteren Längs- und Querrippen innerhalb des in sich geschlossenen Plastifizierbereich einen oder mehrere weitere Plastifizierbereiche aufweisen. Dieser weitere Plastifizierbereich kann durch eine Erhöhungsstruktur ausgebildet werden. Der weitere Plastifizierbereich kann durchgehend im geschlossenen Plastifizierbereich oder punktuell bzw. abschnittsweise ausgebildet sein. Dadurch kann das Siebelement an diesem Plastifizierbereich zusätzlich fixiert werden. Dies kann insbesondere bei größeren Wasserabscheidern sinnvoll sein.The support body preferably has additional longitudinal and/or transverse ribs. These are designed to ensure the stability of the screen surface, in particular to ensure that the screen element is not pressed inwards during operation. The number of longitudinal and transverse ribs can vary depending on the length and diameter of the support body. Preferably, the additional longitudinal and transverse ribs can have one or more additional plasticizing areas within the self-contained plasticizing area. This additional plasticizing area can be formed by a raised structure. The additional plasticizing area can be continuous within the closed plasticizing area or can be formed at specific points or in sections. This can additionally fix the screen element to this plasticizing area. This can be particularly useful for larger water separators.

Der vorstehend beschriebene Stützkörper ist insbesondere vorgesehen, in einem erfindungsgemäßen Ultraschallschweißverfahren zum Herstellen eines Stützkörpers zu verwenden.The support body described above is particularly intended to be used in an ultrasonic welding method according to the invention for producing a support body.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein Wasserscheider mit einem Stützkörper, wie vorstehend beschrieben, wobei ein Siebelement den zylinderförmigen Stützkörper zumindest teilweise umfänglich umgibt und an dem Plastifizierbereich bzw. der Erhöhungsstruktur mit dem Stützkörper durch Ultraschallschweißen verbunden ist. Bevorzugt ist das Siebelement durch eine in sich geschlossene Schweißnaht mit dem Stützkörper verbunden.A further aspect relates to a water separator with a support body as described above, wherein a sieve element at least partially surrounds the cylindrical support body and is connected to the support body at the plasticizing region or the raised structure by ultrasonic welding. Preferably, the sieve element is connected to the support body by a self-contained weld seam.

Das Siebelement zur Herstellung des Wasserabscheiders ist insbesondere ein hydrophobes Material. Vorzugsweise besteht das Siebelement aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP). Es kann dabei als Rollenmaterial, welches beim Herstellen des Wasserabscheiders abgelängt wird, bereitgestellt werden. Alternativ kann das Siebelement auch vorkonfektioniert dem Prozess zugeführt werden.The sieve element used to manufacture the water separator is, in particular, a hydrophobic material. The sieve element is preferably made of polyethylene (PE) or polypropylene (PP). It can be provided as a roll material, which is cut to length during the production of the water separator. Alternatively, the sieve element can also be supplied to the process prefabricated.

Weitere Vorteile, Details und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

  • 1 einen erfindungsgemäßen Stützkörper für einen Wasserscheider;
  • 2 eine prinzipielle Anordnung eines Stützkörpers, eines Siebelements und einer Sonotrode in einem Ultraschallschweißverfahren zum Herstellen eines Wasserabscheiders;
  • 3a, b, c die Anordnung gemäß 2 in unterschiedlichen, einander nachfolgenden Zeitabschnitten während des Herstellverfahrens in einer Vorderansicht;
  • 4 eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; und
  • 5 eine Vorderansicht des Wasserabscheiders hergestellt gemäß dem Herstellungsverfahren aus 4.
Further advantages, details, and embodiments of the present invention will now be explained in more detail with reference to the following figures.
  • 1 a support body according to the invention for a water separator;
  • 2 a basic arrangement of a support body, a sieve element and a sonotrode in an ultrasonic welding process for producing a water separator;
  • 3a , b, c the arrangement according to 2 in different, successive periods during the manufacturing process in a front view;
  • 4 an alternative embodiment of the manufacturing method according to the invention; and
  • 5 a front view of the water separator manufactured according to the manufacturing method of 4 .

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Stützkörper 2 für einen Wasserabscheider 1. Der Stützkörper 2 ist zylinderförmig um eine Längsachse 3 ausgebildet. Der Stützkörper 2 weist ein erstes ringförmiges Ende 13 und ein entlang der Längsachse 3 gegenüberliegendes zweites ringförmiges Ende 14 auf. Am ersten Ende 13 vergrößert sich der Außendurchmesser vom zylinderförmigen Umfang nach außen weg, um im Inneren Platz für eine Halterung 15 zu schaffen. Durch das erste Ende 13 wird ein Ab- bzw. Zufluss zum Inneren des Stützkörpers 2 geschaffen. Das zweite Ende 14 ist als Deckel ausgebildet, so dass eine Stirnseite des Stützkörpers 2 verschlossen ist. Der zylinderförmige Stützkörper 2 weist vier Längsrippen 10 auf. Die Längsrippen 10 sind parallel zur Längsachse 3 ausgebildet und um jeweils 90° zueinander am Zylinderumfang versetzt. Zudem weist der Stützkörper 2 drei ringförmige Querrippen 11 auf. Eine erste Querrippe 11a ist am ersten Ende 13 ausgebildet, eine zweite ringförmige Querrippe 11b ist am zweiten Ende 14 ausgebildet und eine dritte Querrippe 11c ist zwischen der ersten und der zweiten Querrippe 11a, b ausgebildet. Zwischen den Längs- und Querrippen 10, 11 sind Öffnungen 12 im zylinderförmigen Bereich des Stützkörpers 2 ausgebildet. Der Stützkörper 2 ist üblicherweise ein Spritzgussteil. Eine alternative Herstellungsform stellt ein 3D-Druckverfahren dar. 1 shows a support body 2 according to the invention for a water separator 1. The support body 2 is cylindrically shaped around a longitudinal axis 3. The support body 2 has a first annular end 13 and a second annular end 14 opposite along the longitudinal axis 3. At the first end 13, the outer diameter increases outwards away from the cylindrical circumference in order to create space inside for a holder 15. The first end 13 creates an outflow and inflow to the interior of the support body 2. The second end 14 is designed as a cover, so that one end face of the support body 2 is closed. The cylindrical support body 2 has four longitudinal ribs 10. The longitudinal ribs 10 are formed parallel to the longitudinal axis 3 and are offset from one another by 90° on the cylinder circumference. In addition, the support body 2 has three annular transverse ribs 11. A first transverse rib 11a is formed at the first end 13, a second annular transverse rib 11b is formed at the second end 14, and a third transverse rib 11c is formed between the first and second transverse ribs 11a, 11b. Openings 12 are formed between the longitudinal and transverse ribs 10, 11 in the cylindrical region of the support body 2. The support body 2 is typically an injection-molded part. An alternative manufacturing method is a 3D printing process.

Der zylinderförmige Stützkörper 2 weist einen Plastifizierbereich 20 zum Plastifizieren und zum Verschweißen eines nicht gezeigten Siebelements mit dem Stützkörper 2 auf, der als außenliegende Erhöhungsstruktur 21 ausgebildet ist. Die außenliegende Erhöhungsstruktur 21 ist aus demselben Material wie der Stützkörper 2, einem plastifizierfähigen Kunststoff, integral mit dem Stützkörper 2 ausgebildet. Die außenliegende Erhöhungsstruktur 21 erstreckt sich radial von der zylindrischen Oberfläche des Stützkörpers 2 nach außen. Die Erhöhungsstruktur 21 weist eine Höhe im Bereich von einigen Millimetern auf. Im vorliegenden Fall umfasst die Erhöhungsstruktur 21 zwei Längsstrukturen 22 und drei Umfangsstrukturen 23. Die erste Längsstruktur 22a und die zweite Längsstruktur 22b sind auf derselben Längsrippe 10 ausgebildet und sowohl parallel zueinander als auch parallel zur Längsachse 3 ausgebildet. Die Längsstrukturen 22 erstrecken sich im Wesentlichen über den gesamten zylindrischen Bereich von der Durchmessererhöhung am ersten Ende 13 bis zum zweiten Ende 14. Eine erste Umfangsstruktur 23a ist als ringförmige Erhöhungsstruktur auf der ersten Querrippe 11a ausgebildet. Die zweite und die dritte Umfangsstruktur 23b, c sind auf der dritten Querrippe 11c am zweiten Ende 14 ausgebildet. Die erste Umfangsstruktur 23a und die zweite Umfangsstruktur 23b werden von den beiden Längsstrukturen 22 gekreuzt. Die Längsstrukturen 22 enden an der dritten Umfangsstruktur 23c. Drei der vier Längsrippen 10 sowie die zweite, mittlere Querrippe 11b weisen im vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Erhöhungsstruktur 21 auf. In alternativen Ausführungsformen können diese jedoch ebenfalls zumindest bereichsweise Plastifizierbereiche 20 bzw. Erhöhungsstrukturen 21 aufweisen, so dass auch hier eine Verschweißung des Stützkörpers 2 mit einem Siebelement 4 vorgenommen werden kann.The cylindrical support body 2 has a plasticizing region 20 for plasticizing and welding a sieve element (not shown) to the support body 2, which is designed as an external raised structure 21. The external raised structure 21 is made of the same material as the support body 2, a plasticizable plastic, and is formed integrally with the support body 2. The external raised structure 21 extends radially outward from the cylindrical surface of the support body 2. The raised structure 21 has a height in the range of a few millimeters. In the present case, the raised structure 21 comprises two longitudinal structures 22 and three circumferential structures 23. The first longitudinal structure 22a and the second longitudinal structure 22b are formed on the same longitudinal rib 10 and are parallel to one another as well as parallel to the longitudinal axis 3. The longitudinal structures 22 extend essentially over the entire cylindrical region from the diameter increase at the first end 13 to the second end 14. A first circumferential structure 23a is formed as an annular raised structure on the first transverse rib 11a. The second and third circumferential structures 23b, c are formed on the third transverse rib 11c at the second end 14. The first circumferential structure 23a and the second circumferential structure 23b are crossed by the two longitudinal structures 22. The longitudinal structures 22 end at the third circumferential structure 23c. Three of the four longitudinal ribs 10 and the second, central transverse rib 11b do not have a raised structure 21 in the present exemplary embodiment. In alternative embodiments, however, these can also have plasticizing regions 20 or raised structures 21 at least in some regions, so that the support body 2 can also be welded to a sieve element 4 here.

2 zeigt eine Anordnung zum Herstellen eines Wasserabscheiders 1 aus dem Stützkörper 2 gemäß 1 und einem Siebelement 4, welches als Bandmaterial bereitgestellt wird. Bei dem Herstellverfahren wird das Siebelement 4 mittels eines Ultraschallschweißverfahrens mit dem Stützkörper 2 verbunden. Hierzu wird der als außenliegende Erhöhungsstruktur 21 ausgebildete Plastifizierbereich 20 mittels einer Sonotrode 30 plastifiziert, indem dieser mechanisch zu Schwingungen angeregt wird. Die Sonotrode 30 weist einen linienförmigen Schweißbereich auf. Der linienförmige Schweißbereich wird durch eine Schweißfläche 31 gebildet. Die Schweißfläche 31 weist eine deutlich größere Länge entlang der Längsachse 3 im Vergleich zur Breite in Umfangsrichtung auf. Die Schweißfläche 31 ist dabei als ebene Fläche oder entlang der Breite als gekrümmte Fläche ausgebildet. Gleichzeitig wird durch die Sonotrode 30 das Siebelement 4 an den Stützkörper 2 bzw. den Plastifizierbereich 20 angedrückt, so dass das Siebelement 4 mit dem Stützkörper 2 verbunden bzw. ultraschallverschweißt wird. Üblicherweise umfasst die Ultraschallschweißvorrichtung neben der Sonotrode 30 einen nicht dargestellten Amboss. Der Amboss ist beim Ultraschallschweißen im Innere des Stützkörpers 2 angeordnet, so dass er als Auf- bzw. Wiederlager für den Stützkörper 2 während des Ultraschallschweißens dient. Mittels der Sonotrode 30 wird das Siebelement 4 in den von der Sonotrode 30 plastifizierten Plastifizierbereich 20 gedrückt, so dass nach dem Erkalten das Siebelement 4 mit dem Stützkörper 2 verbunden ist. 2 shows an arrangement for producing a water separator 1 from the support body 2 according to 1 and a sieve element 4, which is provided as strip material. During the manufacturing process, the sieve element 4 is connected to the support body 2 by means of an ultrasonic welding process. For this purpose, the plasticizing region 20, formed as an external raised structure 21, is plasticized by means of a sonotrode 30 by mechanically exciting it to vibrate. The sonotrode 30 has a linear welding region. The linear welding region is formed by a welding surface 31. The welding surface 31 has a significantly greater length along the longitudinal axis 3 compared to the width in the circumferential direction. The welding surface 31 is formed as a flat surface or as a curved surface along the width. At the same time, the sonotrode 30 presses the sieve element 4 against the support body 2 or the plasticizing region 20, so that the sieve element 4 is connected or ultrasonically welded to the support body 2. Typically, the ultrasonic welding device includes a sonotrode 30 and an anvil (not shown). During ultrasonic welding, the anvil is arranged inside the support body 2, serving as a support or abutment for the support body 2 during ultrasonic welding. The sonotrode 30 presses the sieve element 4 into the plasticizing area 20 plasticized by the sonotrode 30, so that after cooling, the sieve element 4 is connected to the support body 2.

Auf den Ablauf des Ultraschallschweißverfahrens zum Herstellen eines Wasserabscheiders wird anhand der 3a bis c näher eingegangen. 3a zeigt den Beginn des Ultraschallschweißverfahrens. Die Sonotrode wird in der in 3a gezeigten rotatorischen Position des Stützkörpers in Zustellrichtung Z zugestellt. Die Sonotrode 30 steht auf der in Drehrichtung D auf der Längsrippe 10 hinten liegenden Längsstruktur 22a und verschweißt den Anfang des als Bandmaterial zugeführten Siebelements 4 mit dem Stützkörper 2. Der Stützkörper 2 wird dann um die Längsachse 3 in Drehrichtung D in Drehung versetzt, so dass sich der Stützkörper 2 relativ zur Sonotrode bewegt und zwischen der Sonotrode 30 und dem nicht gezeigten Amboss hindurchbewegt. Das Siebelement 4 wird nachgeführt, so dass es sich um den zylindrischen Bereich des Stützkörpers 2 wickelt. Im weiteren Verlauf der Drehung werden, wie in 3b gezeigt, die Umfangsstrukturen 23 der Erhöhungsstruktur 21 plastifiziert, so dass das Siebelement 4 an seinen lateralen Enden mit dem Stützkörper 2 verschweißt wird (vgl. 2). Während des Schweißvorgangs, d. h. insbesondere auch während des Drehens des Stützkörpers 2, wird die Anpresskraft der Sonotrode 30 gegen den Stützkörper 2 bzw. den Amboss gesteuert oder geregelt werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Schwingfrequenz der Sonotrode variiert werden. 3c zeigt den Abschluss des Ultraschallschweißverfahrens. Der Stützkörper 2 wurde um annähernd 360° gedreht und unter der Sonotrode 30 befindet sich nun die zweite Längsstruktur 22b der Erhöhungsstruktur 21. Damit wurde das Siebelement 4 an einer geschlossenen, umlaufenden Schweißnaht mit dem Stützkörper 2 ultraschallverschweißt. Somit wird eine flüssigkeitsdichte Schweißverbindung zwischen dem Siebelement 4 und dem Stützkörper 2 hergestellt. Nach dem Abschluss des Schweißvorgangs wir die Sonotrode 30 entgegen der Z-Richtung zurückgefahren.The process of the ultrasonic welding process for producing a water separator is explained using the 3a to c are discussed in more detail. 3a shows the beginning of the ultrasonic welding process. The sonotrode is inserted into the 3a shown rotational position of the support body in the feed direction Z. The sonotrode 30 stands on the longitudinal structure 22a located at the rear on the longitudinal rib 10 in the direction of rotation D and welds the beginning of the sieve element 4 supplied as strip material to the support body 2. The support body 2 is then rotated about the longitudinal axis 3 in the direction of rotation D, so that the support body 2 relative to the sonotrode and passes between the sonotrode 30 and the anvil (not shown). The sieve element 4 is guided so that it wraps around the cylindrical area of the support body 2. As the rotation continues, as shown in 3b shown, the peripheral structures 23 of the raised structure 21 are plasticized, so that the sieve element 4 is welded to the support body 2 at its lateral ends (cf. 2 During the welding process, i.e., in particular during the rotation of the support body 2, the contact force of the sonotrode 30 against the support body 2 or the anvil is controlled or regulated. Additionally or alternatively, the oscillation frequency of the sonotrode can also be varied. 3c shows the completion of the ultrasonic welding process. The support body 2 has been rotated approximately 360°, and the second longitudinal structure 22b of the raised structure 21 is now located beneath the sonotrode 30. Thus, the sieve element 4 has been ultrasonically welded to the support body 2 at a closed, circumferential weld seam. This creates a liquid-tight weld connection between the sieve element 4 and the support body 2. After the welding process is completed, the sonotrode 30 is retracted in the opposite direction to the Z direction.

In 2 überspannt das Siebelement 4 lediglich den Bereich von der ersten Umfangsstruktur 23a zur zweiten Umfangsstruktur 23b. Die Sonotrode 30 weist eine geringfügig größere Länge als der Abstand der beiden Umfangsstrukturen 23a, b auf. In einer alternativen Ausgestaltung kann das Siebelement 4 zusätzlich noch die dritte Umfangsstruktur 23c überspannen. Die Sonotrode 30 ist dann länger ausgestaltet, so dass sie von der ersten Umfangsstruktur 23a zur dritten Umfangsstruktur 23c reicht. Dies führt zu einer doppelten Schweißnaht am zweiten Ende des Wasserabscheiders. Dies stellt eine zusätzliche Sicherheit hinsichtlich der Dichtigkeit zwischen Stützkörper 2 und Siebelement 4 dar. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn über den Wasserabscheider 1 von der zweiten Seite 14 her eine vorgelagerte Filterstufe, beispielsweise ein Partikelfilter, oder ein Deckel übergestülpt wird. Dabei kann bei einer nicht sorgfältigen Montage zu einem Aufstellen und Ablösen des Siebelements 4 am zweiten Ende 14 kommen. Die Dichtigkeit ist aufgrund der zweiten Schweißnaht an der Umfangsstruktur 23b weiterhin gewährleistet.In 2 the sieve element 4 only spans the area from the first circumferential structure 23a to the second circumferential structure 23b. The sonotrode 30 has a slightly greater length than the distance between the two circumferential structures 23a, b. In an alternative embodiment, the sieve element 4 can additionally span the third circumferential structure 23c. The sonotrode 30 is then designed to be longer, so that it extends from the first circumferential structure 23a to the third circumferential structure 23c. This results in a double weld seam at the second end of the water separator. This provides additional security with regard to the tightness between the support body 2 and the sieve element 4. This is particularly advantageous if an upstream filter stage, for example a particle filter, or a cover is placed over the water separator 1 from the second side 14. If it is not installed carefully, the sieve element 4 can stand up and become detached at the second end 14. The tightness is still ensured due to the second weld seam on the peripheral structure 23b.

4 zeigt schematisch eine alternative Anordnung für ein erfindungsgemäßes Ultraschallschweißverfahren. Der um die Längsachse 3 ausgebildete zylindrische Stützkörper 2 ist schematisch in einer Schnittansicht dargestellt. An der Oberseite des Stützkörpers 2 wird das Siebelement 4 mit dem Stützkörper 2 ultraschallverschweißt. Die Schweißfläche 31 der Sonotrode 30 ist dreigeteilt. Der Mittenbereich 32 bildet einen linienförmigen Schweißbereich. Die beiden Endbereiche 33a, b der Schweißfläche 31 sind als Vorsprünge ausgebildet, welche über den linienförmigen Mittenbereich 32 hervorstehen. Die Vorsprunge 33a, b weisen ein zackenartiges Profil auf. Die Endbereiche 32a, b sind im Eingriff mit dem Stützkörper 2 und verschweißen das Siebelement 4 mit dem Stützkörper 2 unter Rotation des Stützkörpers 2 in einer Umfangsrichtung, ohne dass es dabei einer Erhöhungsstruktur bedarf. Die Drehposition des Stützkörpers 2 befindet sich in 4 zwischen dem Anfangsbereich 4a und dem Endbereich 4b des Siebelements. Zum Verschweißen des Anfangs- und Endbereichs 4a, b des Siebelements 4 weist der Stützkörper 2 zwei parallel zur Längsachse 3 ausgebildete Längsstrukturen 22a, b auf, die eine Erhöhungsstruktur 21 des Plastifizierbereichs 20 darstellen, wie dies in 5 gezeigt ist. Somit ist der Plastifizierbereich 20 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 und 5 aus einer Kombination von Erhöhungsstruktur 21 und des Stützkörpers 2 ohne Erhöhungsstruktur gebildet. Die Längsstrukturen 22a, b zum Verschweißen des Anfangs- und Endbereichs 4a, b des Siebelements 4 sind durch eine Erhöhungsstruktur 21 gebildet, wohingegen der umfänglich am Stützkörper 2 verlaufende Plastifizierbereich 20 zum Verschweißen der lateralen Bereiche des Siebelements 4 ohne Erhöhungsstruktur 21 am zylindrischen Stützkörper 2 ausgebildet ist. 4 schematically shows an alternative arrangement for an ultrasonic welding method according to the invention. The cylindrical support body 2 formed around the longitudinal axis 3 is shown schematically in a sectional view. On the upper side of the support body 2, the sieve element 4 is ultrasonically welded to the support body 2. The welding surface 31 of the sonotrode 30 is divided into three parts. The central region 32 forms a linear welding region. The two end regions 33a, b of the welding surface 31 are designed as projections which protrude beyond the linear central region 32. The projections 33a, b have a serrated profile. The end regions 32a, b engage with the support body 2 and weld the sieve element 4 to the support body 2 while rotating the support body 2 in a circumferential direction, without the need for a raised structure. The rotational position of the support body 2 is in 4 between the initial area 4a and the end area 4b of the sieve element. For welding the initial and end areas 4a, b of the sieve element 4, the support body 2 has two longitudinal structures 22a, b formed parallel to the longitudinal axis 3, which represent a raised structure 21 of the plasticizing area 20, as shown in 5 Thus, the plasticizing area 20 according to the embodiment of the 4 and 5 formed from a combination of raised structure 21 and the support body 2 without raised structure. The longitudinal structures 22a, b for welding the initial and end regions 4a, b of the sieve element 4 are formed by a raised structure 21, whereas the plasticizing region 20 extending circumferentially on the support body 2 for welding the lateral regions of the sieve element 4 is formed on the cylindrical support body 2 without raised structure 21.

Vorzugsweise wird das Siebelement als Bandmaterial bzw. als Rollenware bereitgestellt. In einem solchen Fall wird das Siebelement 4 von einer Ablängvorrichtung während oder nach dem Verschweißen mit dem Stützkörper 2 abgelängt. In der gezeigten Ausführungsform umschlingt das Siebelement 4 den Stützkörper fast vollständig, d. h. annähernd um 360°. Alternativ kann das Siebelement 4 vorkonfektioniert in der entsprechenden Länge bereitgestellt werden, ohne dass es einer Ablängvorrichtung bedarf.Preferably, the sieve element is provided as strip material or as a roll. In such a case, the sieve element 4 is cut to length by a cutting device during or after welding to the support body 2. In the embodiment shown, the sieve element 4 wraps almost completely around the support body, i.e., approximately 360°. Alternatively, the sieve element 4 can be provided prefabricated in the appropriate length without the need for a cutting device.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
WasserabscheiderWater separator
22
StützkörperSupport body
33
LängsachseLongitudinal axis
44
SiebelementSieve element
4a4a
Anfangsbereich des SiebelementsInitial area of the sieve element
4b4b
Endbereich des SiebelementsEnd area of the sieve element
1010
LängsrippeLongitudinal rib
11a, b, c11a, b, c
Querrippetransverse rib
1212
Öffnungopening
1313
erstes Endefirst end
1414
zweites Endesecond end
1515
Halterungbracket
2020
PlastifizierbereichPlasticizing area
2121
ErhöhungsstrukturIncrease structure
22a, b22a, b
LängsstrukturLongitudinal structure
23a, b, c23a, b, c
UmfangsstrukturScope structure
3030
SonotrodeSonotrode
3131
SchweißflächeWelding surface
3232
MittenbereichMid-range
33a, b33a, b
Endbereich mit VorsprungEnd area with projection
DD
DrehrichtungDirection of rotation
ZZ
ZustellrichtungDelivery direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 3 890 863 B1 [0003]EP 3 890 863 B1 [0003]

Claims (16)

Ultraschallschweißverfahren zum Herstellen eines Wasserabscheiders (1) mit folgenden Schritten: a. Bereitstellen eines Stützkörpers (2), der zylinderförmig um eine Längsachse (3) ausgebildet ist, mit einem als außenliegende Erhöhungsstruktur (21) ausgebildeten Plastifizierbereich (20), b. Plastifizieren des Plastifizierbereichs (20) mittels einer Sonotrode (30) mit einem linienförmigen Schweißbereich (31) und gleichzeitiges c. Andrücken eines Siebelements (4) derart an den Plastifizierbereich (20), dass das Siebelement (4) mit dem Stützkörper (2) verbunden wird.Ultrasonic welding method for producing a water separator (1), comprising the following steps: a. Providing a support body (2) that is cylindrical around a longitudinal axis (3) and has a plasticizing region (20) formed as an external raised structure (21); b. Plasticizing the plasticizing region (20) by means of a sonotrode (30) with a linear welding region (31); and simultaneously c. Pressing a sieve element (4) against the plasticizing region (20) such that the sieve element (4) is connected to the support body (2). Ultraschallschweißverfahren zum Herstellen eines Wasserabscheiders (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Siebelement (4) umfänglich mit dem Stützkörper (2) unter einer rotatorischen Relativbewegung zwischen Stützkörper (2) und Sonotrode (30) um die Längsachse (3) verbunden wird, insbesondere durch Drehen des Stützkörpers (2) um die Längsachse (3).Ultrasonic welding process for producing a water separator (1) according to Claim 1 , characterized in that the sieve element (4) is connected circumferentially to the support body (2) under a rotary relative movement between the support body (2) and the sonotrode (30) about the longitudinal axis (3), in particular by rotating the support body (2) about the longitudinal axis (3). Ultraschallschweißverfahren zum Herstellen eines Wasserabscheiders (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rotatorische Relativbewegung weniger als 360°, vorzugsweise 345°bis 358°, weiter vorzugsweise 350° bis 355° beträgt.Ultrasonic welding process for producing a water separator (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the rotational relative movement is less than 360°, preferably 345° to 358°, more preferably 350° to 355°. Ultraschallschweißverfahren zum Herstellen eines Wasserabscheiders (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Andrücken des Siebelements (4) durch die Sonotrode (30), insbesondere durch eine Messersonotrode erfolgt, und die Andrückkraft vorzugsweise gesteuert oder geregelt wird.Ultrasonic welding method for producing a water separator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressing of the sieve element (4) is carried out by the sonotrode (30), in particular by a knife sonotrode, and the pressing force is preferably controlled or regulated. Ultraschallschweißverfahren zum Herstellen eines Wasserabscheiders (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungsstruktur (21) als eine geschlossene Erhöhungsstruktur mit zumindest einer ersten und einer zweiten zur Längsachse (3) parallelen Längsstruktur (22a, b) und zwei Umfangsstrukturen (23a, b) ausgebildet ist, wobei zunächst die erste Längsstruktur (22a) mittels der Sonotrode (30) plastifiziert wird, anschließend unter der rotatorischen Relativbewegung die beiden Umfangsstrukturen (23a, b) mittels der Sonotrode (30) plastifiziert werden und schließlich die zweite Längsstruktur (22b) mittels der Sonotrode (30) plastifiziert wird.Ultrasonic welding method for producing a water separator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the raised structure (21) is designed as a closed raised structure with at least a first and a second longitudinal structure (22a, b) parallel to the longitudinal axis (3) and two circumferential structures (23a, b), wherein firstly the first longitudinal structure (22a) is plasticized by means of the sonotrode (30), then under the rotary relative movement the two circumferential structures (23a, b) are plasticized by means of the sonotrode (30) and finally the second longitudinal structure (22b) is plasticized by means of the sonotrode (30). Ultraschallschweißverfahren zum Herstellen eines Wasserabscheiders (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des linienförmigen Schweißbereichs (31) der Messersonotrode (30) zumindest dem Abstand zwischen den beiden Umfangsstrukturen (23a, b) entspricht.Ultrasonic welding process for producing a water separator (1) according to Claim 5 , characterized in that the length of the linear welding area (31) of the knife sonotrode (30) corresponds at least to the distance between the two circumferential structures (23a, b). Ultraschallschweißverfahren zum Herstellen eines Wasserabscheiders (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (30) einen Mittenbereich (32) mit einem linienförmigen Schweißbereich (31) und jeweils mit einem Vorsprung versehene Endbereiche (33a, b) aufweist und die Erhöhungsstruktur (21) zumindest eine erste und eine zweite zur Längsachse (3) parallele Längsstruktur (22a, b) umfasst, sodass der Mittenbereich (32) die Längsstrukturen (22a, b) und die Endbereiche (33a, b) unter der rotatorischen Relativbewegung den Stützkörper (2) in Umfangsrichtung plastifizieren und das Siebelement (4) andrücken.Ultrasonic welding method for producing a water separator (1) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the sonotrode (30) has a central region (32) with a linear welding region (31) and end regions (33a, b) each provided with a projection and the raised structure (21) comprises at least a first and a second longitudinal structure (22a, b) parallel to the longitudinal axis (3), so that the central region (32), the longitudinal structures (22a, b) and the end regions (33a, b) plasticize the support body (2) in the circumferential direction under the rotary relative movement and press the sieve element (4). Stützkörper (2) für einen Wasserabscheider (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (2) zylinderförmig um eine Längsachse (3) ausgebildet ist und einen als außenliegende Erhöhungsstruktur (21) ausgebildeten Plastifizierbereich (20) aufweist.Support body (2) for a water separator (1), characterized in that the support body (2) is cylindrical about a longitudinal axis (3) and has a plasticizing region (20) designed as an external raised structure (21). Stützkörper (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmige Stützkörper (2) eine zur Längsachse (3) parallele Längsrippe (10), in Umfangsrichtung ausgebildete Querrippen (11a, b, c) und eine dazwischen ausgebildete Öffnung (12) aufweist, auf welchen Längs- und Querrippen (10, 11a, b, c) die außenliegende Erhöhungsstruktur (21) ausgebildet ist.Support body (2) according to Claim 8 , characterized in that the cylindrical support body (2) has a longitudinal rib (10) parallel to the longitudinal axis (3), transverse ribs (11a, b, c) formed in the circumferential direction and an opening (12) formed therebetween, on which longitudinal and transverse ribs (10, 11a, b, c) the external raised structure (21) is formed. Stützkörper (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungsstruktur (21) als eine in sich geschlossene Erhöhungsstruktur mit zumindest einer ersten und einer zweiten zur Längsachse parallelen Längsstrukturen (22a, b) und zwei Umfangsstrukturen (23 a, b) ausgebildet ist.Support body (2) according to Claim 8 or 9 , characterized in that the raised structure (21) is designed as a self-contained raised structure with at least a first and a second longitudinal structure (22a, b) parallel to the longitudinal axis and two circumferential structures (23a, b). Stützkörper (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Umfangsstrukturen (23a, b) jeweils auf gegenüberliegenden äußeren, ringförmigen Querrippen (11a, c) ausgebildet sind.Support body (2) according to Claim 10 , characterized in that the two circumferential structures (23a, b) are each formed on opposite outer, annular transverse ribs (11a, c). Stützkörper (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der äußeren, ringförmigen Querrippen (11a, c) zwei Umfangsstrukturen (23b, c) aufweist.Support body (2) according to Claim 11 , characterized in that at least one of the outer, annular transverse ribs (11a, c) has two circumferential structures (23b, c). Stützkörper (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Längsstruktur (22a, b) auf einer einzigen Längsrippe (10) angeordnet sind.Support body (2) according to one of the Claims 10 until 12 , characterized in that the first and second longitudinal structures (22a, b) are arranged on a single longitudinal rib (10). Stützkörper (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (2) in dem von der geschlossenen Erhöhungsstruktur (21) umrahmten Oberflächenbereich zumindest eine weitere Längs- und/oder Querrippe (10, 11b) aufweist, welche vorzugsweise eine Erhöhungsstruktur (21) aufweist.Support body (2) according to one of the Claims 10 until 13 , characterized in that the support body (2) in the area defined by the closed elevation surface area framed by the raised structure (21) has at least one further longitudinal and/or transverse rib (10, 11b), which preferably has a raised structure (21). Wasserabscheider (1) mit einem Stützkörper (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei ein Siebelement (4) den Stützkörper (2) zumindest teilweise umfänglich umgibt und an der Erhöhungsstruktur (21) mit dem Stützkörper (2) durch Ultraschallschweißen verbunden ist.Water separator (1) with a support body (2) according to one of the Claims 8 until 14 , wherein a sieve element (4) at least partially surrounds the support body (2) and is connected to the raised structure (21) with the support body (2) by ultrasonic welding. Ultraschallschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein Wasserabscheider (1) nach Anspruch 15 hergestellt wird.Ultrasonic welding process according to one of the Claims 1 until 6 , in which a water separator (1) after Claim 15 is manufactured.
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