AT334616B - Verfahren zum dichten verbinden eines behaltermantels aus thermoplastischem kunststoff mit einem boden- oder deckelteil aus thermoplastischem kunststoff mittels ultraschall - Google Patents

Verfahren zum dichten verbinden eines behaltermantels aus thermoplastischem kunststoff mit einem boden- oder deckelteil aus thermoplastischem kunststoff mittels ultraschall

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AT334616B
AT334616B AT290771A AT290771A AT334616B AT 334616 B AT334616 B AT 334616B AT 290771 A AT290771 A AT 290771A AT 290771 A AT290771 A AT 290771A AT 334616 B AT334616 B AT 334616B
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Description


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   Das Stammpatent betrifft ein Verfahren zum dichten Verbinden eines Behältermantels aus thermoplastischem Kunststoff mit einem Boden- oder Deckelteil aus thermoplastischem Kunststoff mittels
Ultraschall, das darin besteht, dass der Boden- bzw. Deckelteil in das offene Ende des Behältermantels eingeschoben wird, bis der Rand des Mantels über den Boden- bzw. Deckelteil vorsteht, und dass mittels einer als
Formwerkzeug ausgebildeten, relativ in Richtung der Behälterachse bewegbaren und in dieser Richtung schwingenden Sonotrode der überstehende Rand des Behältermantels bis zur Auflage am Boden- bzw. Deckelteil ringförmig nach innen gebogen und anschliessend überlappt verschweisst wird.

   Insbesondere soll das Verfahren nach dem Stammpatent ebenso wie die vorliegende Zusatzerfmdung zum Herstellen von flüssigkeitsdichten
Hüllen für galvanische Primärzellen oder Kondensatoren, z. B. Elektrolytkondensatoren, Anwendung finden, wobei mit dem Hüllenmantel Deckel- und Bodenteile aus thermoplastischem Kunststoff verbunden werden, in welche Kontaktstücke eingebettet sind. 



     Während   im Stammpatent als   Behälter- bzw.   Hüllenmaterial besonders Polypropylen, u. zw. sowohl für den
Mantel als auch für den Boden- bzw. Deckelteil, empfohlen worden ist, betrifft die Erfindung eine weitere
Ausgestaltung der Verfahrensweise nach dem Stammpatent, durch die es ermöglicht wird,   Behälter- bzw.   



   Hüllenteile miteinander zu verschweissen, die aus Kunststoffen mit unterschiedlichen   Erweichungs- bzw.   



   Schmelzpunkten bestehen. Ein solcher Schweissvorgang ist nach dem bisherigen Stand der Technik überhaupt nicht oder zumindest nicht befriedigend durchführbar, weil bei der Erhitzung der Kunststoffe durch Ultraschall zunächst der thermoplastische Kunststoff mit dem niedrigerem Schmelzpunkt erweicht wird und beim Aufbringen des für den Schweissvorgang notwendigen Druckes von der Schweissstelle weggedrückt,   d. h.   verdrängt wird. 



   Die erfindungsgemässe Ausgestaltung des Verfahrens nach dem Stammpatent geht von einer bereits im Stammpatent angegebenen Verfahrensvariante aus, bei welcher die in Richtung der Behälterachse schwingende
Sonotrode eine zu ihrer Stirnseite hin offene, den überstehenden Rand des Behältermantels aufnehmende ringförmige Formausnehmung aufweist, und besteht darin, dass ein Behältermantel aus einem thermoplastischen Kunststoff mit relativ niedrigerem Erweichung-un Schmelzpunkt, z. B. Hochdruck-Polyäthylen, und ein Bodenbzw. Deckelteil aus einem thermoplastischen Kunststoff mit relativ höherem Erweichung-un Schmelzpunkt, z. B. Niederdruck-Polyäthylen, miteinander verschweisst werden, wobei der Boden- bzw. Deckelteil einen vorspringenden, im wesentlichen komplementär zur ringförmigen Formausnehmung der Sonotrode gestalteten Umfangsrand aufweist. 



   Durch Anwendung des erfmdungsgemässen Verfahrens ist es beispielsweise möglich, den Mantel von Hüllen für galvanische Primärelemente aus gaspermeablem Hochdruckpolyäthylen und die Boden-und/oder Deckelteile aus gegen die darin eingebetteten Kontaktstücke gut abdichtendem, hartem Niederdruckpolyäthylen herzustellen. 



   Unter   einer "ringförmigen" Formausnehmung   ist dabei allgemein ein in sich geschlossener Hohlraum zu verstehen, der dem   z. B.   runden oder vieleckigen Umriss des Behältermantels folgt. Durch das Einschliessen des erweichenden und teilweise schmelzenden Mantelrandes in die ringförmige Formausnehmung wird eine Verdrängung des geschmolzenen Kunststoffes von der Schweissstelle verhindert und die Ausübung eines Pressdruckes auf den geschmolzenen Kunststoff ermöglicht, der im Zusammenwirken mit der Einwirkung von Ultraschall in später noch zu beschreibender Weise eine einwandfreie Schweissnaht ergibt. Nach dem Schweissvorgang wird die Erregung der Sonotrode unterbrochen, die Sonotrode aber noch eine für das Erstarren der Schweissnaht ausreichende Zeit in der Schweissstellung belassen. 



   Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen genauer beschrieben. Die   Fig. 1   und 2 zeigen schematisch den Gesamtaufbau einer Schweissvorrichtung nach dem Stammpatent mit einer Primärzelle vor und nach der Hüllenschweissung, während die Fig. 3 bis 6 Teilschnitte durch die Sonotrode und die miteinander zu verschweissenden Mantel- bzw. Bodenteile der Hülle in vier aufeinanderfolgenden Stadien des kombinierten Biege- und Schweissvorganges darstellen. 



   In den   Fig. 1   und 2 sind   mit--l--der   Pluspol (Kohlestift),   mit--2--die   Kontaktkappe,   mit--3--   
 EMI1.1 
 in einen zentralen Stutzenfortsatz des   Deckelteiles--5--eingesetzt,   welcher mit seinem freien Ende in die   Vergussmasse --3-- eingebettet   ist. Der so erhaltene Zusammenbau ist, mit der   Kontaktkappe--2--nach   unten weisend, auf einen   Stützring --30-- aufgesetzt,   der nur die Umfangsrandzone des Deckelteiles--S-abstützt. 



   In das offene bodenseitige Ende des   Hüllenmantels--6--aus   Hochdruck-Polyäthylen wird ein Bodenteil aus Niederdruck-Polyäthylen, in den ein   Bodenkontakt--8--gemäss   der   österr. Patentschrift Nr. 300061   eingebettet ist, so weit eingeschoben, dass der   Rand ---6a-- des Mantels --6-- über   den Bodenteil--7-vorsteht.

   Die   Überlapptverschweissung   des vorstehenden   Mantelrandes--6a--mit   dem Bodenteil--7-erfolgt mittels einer in vertikaler Richtung beweglichen Sonotrode--10--, die an einen Ultraschallgenerator angeschlossen ist. 

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 EMI2.1 
 Durchmesser dem Durchmesser des   Hüllenmantels--6--entspricht,   einer mit Krümmung anschliessenden, im wesentlichen senkrecht zur Sonotrodenachse verlaufenden   Formflächenzone--llb--und   einer mit Gegenkrümmung anschliessenden koaxialen inneren zylindrischen   Formflächenzone--llc--gebildet.   Die zylindrische Formflächenzone endet beispielsweise mit einem Grat--13--, an den eine hohlkonische Oberflächenzone--14--anschliesst.

   
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    -7a-- des Bodenteiles --7--,Formausnehmung--11--die   aussenseitig mit dem   Hüllenmantel--6--bedeckte Randleiste--7a--   aufnehmen kann, wenn die in Richtung des Doppelpfeiles--P--schwingende Sonotrode--10--aus der Ausgangsstellung nach Fig. 3 unter Umbiegung des vorstehenden   Randes--6a--des Mantels--6--gemäss   Fig. 4 gegen den Bodenteil --7-- bewegt wird. Bei der Weiterbewegung der   Sonotrode--10--in   die Stellung gemäss Fig. 5 erweicht der Mantelrand-6a-unter der Ultraschalleinwirkung weiter, um schliesslich teilweise zu schmelzen.

   In der in Fig. 6 gezeigten Schweissstellung der   Sonotrode --10-- ist   der ringförmige Hohlraum zwischen der Wandung der   Formausnehmung--11-und   der Randleiste--7a--des Bodenteiles--7-vollständig mit zum Teil geschmolzenem Hochdruck-Polyäthylen ausgefüllt und die Sonotrode übt einen die Schweissnaht aussenseitig formenden Pressdruck auf den eingeschlossenen, teils erweichten, teils geschmolzenen Kunststoff aus. 



   Da die durch den Doppelpfeil--P--angedeutete Schwingungsrichtung der Sonotrode parallel zu den zylindrischen   Formflächenzonen--lla   bzw. 11c-- der Formausnehmung --11-- verläuft, wird über diese Zonen weder Ultraschallenergie noch Pressdruck übertragen. Hingegen erfolgt über die im wesentlichen achssenkrecht verlaufende Formflächenzone --11b-- der Formausnehmung --11-- maximale Übertragung von Ultraschallenergie und auch maximale Übertragung von Pressdruck in der Schweissstellung nach Fig. 6.

   In den gekrümmten Übergangszonen oder Hohlkehlen zwischen den   Zonen--lla   und llb--und den Zonen--llb und llc--nimmt die Übertragung von Ultraschall und von Pressdruck von Null auf den Maximalwert zu bzw. vom Maximalwert auf Null ab, was es ermöglicht, die Verfahrensbedingungen so zu wählen, dass der Kunststoff des   Mantelrandes --6a-- nur   in der Mitte unter der   Formflächenzone-llb-der   Formausnehmung - geschmolzen wird, seitlich davon aber nur erweicht,   d. h.   teigig oder fest bleibt und daher keine Tendenz hat, aus den Fugen der von der   Formausnehmung --11-- und   der   Randleiste --7a-- gebildeten   zweiteiligen Pressform aufzutreten. Dadurch wird eine saubere Schweissnaht gewährleistet. 



   Im Bereich unter der   Formflächenzone --llb-- der Formausnehmung --11--,   wo maximale Ultraschall- und Druckübertragung stattfindet und daher die höchste Temperatur auftritt, schmilzt das 
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 Molekülplatzwechsel erzwungen wird und dadurch die Verschweissung erfolgt. 



   Wenn nach dem erfindungsgemässen Verfahren Behälter verschweisst werden sollen, in deren Deckelund/oder Bodenteil ein Kontaktstück eingebettet ist, das eine leitende Verbindung mit einer Gegenkontaktfläche an eine galvanische Primärzelle, einem Kondensator oder einem ähnlichen elektrotechnischen Gegenstand herzustellen hat, der vom Behälter umschlossen wird, dann wird gemäss der   österr. Patentschrift Nr. 269244   vor und während der Schweissung die bereits mit dem   Hüllenmantel   verbundene Stirnwand (Deckel- oder Bodenteil) der Hülle derart deformiert, dass nach der Schweissung durch elastische Rückverformung dieser Stirnwand ein ausreichender Kontaktdruck an der innenliegenden Kontaktstelle erzielt wird. 



   Beim Ausführungsbeispiel nach den   Fig. 1   und 2 wird zu diesem Zweck der elastisch deformierbare   Deckelteil--5--der   Zellenhülle vom Stützring --30-- nur an seinem Umfangsrand abgestützt, so dass er sich nach aussen durchwölben kann, und auf dem mit dem offenen Hüllenende zu verschweissenden Bodenteil   --7--,   in dem das   Bodenkontaktstück--8--eingebettet   ist, das mit dem Boden des Zinkbechers --4-Kontakt geben soll, wird ein Druck ausgeübt, durch den der   Deckelteil--5--gemäss Fig. 2   elastisch durchgewölbt wird. 
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 Hohlkörpers der Sonotrode ab. 



   Ein störendes Mitschwingen von Luft in den zwischen Sonotrode und Niederhalter eingeschlossenen Hohlräume kann durch Luftdurchlasskanäle --20f,10f-- im Niederhalter bzw. in der Sonotrode vermieden werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH : Verfahren zum dichten Verbinden eines Behältermantels aus thermoplastischem Kunststoff mit einem Boden- oder Deckelteil aus thermoplastischem Kunststoff mittels Ultraschall, insbesondere zur Herstellung einer Umhüllung für galvanische Primärzellen oder Kondensatoren, bei dem der Boden- bzw. Deckelteil in das offene Ende des Behältermantels eingeschoben wird, bis der Rand des Mantels über den Boden- bzw. Deckelteil vorsteht, und mittels einer als Formwerkzeug ausgebildeten, relativ in Richtung der Behälterachse bewegbaren und in Richtung der Behälterachse schwingenden Sonotrode eine zu ihrer Stirnseite hin offene, den überstehenden Rand des Behältermantels aufnehmende ringförmige Formausnehmung aufweist, dieser Rand des Behältermantels bis zur Auflage am Boden- bzw.
    Deckelteil ringförmig nach innen gebogen und sodann mit diesem überlappt verschweisst wird, nach Patent Nr. 326343, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behältermantel aus einem thermoplastischen Kunststoff mit relativ niedrigerem Erweichung-un Schmelzpunkt, z. B. Hochdruck-Polyäthylen, und ein Boden- bzw. Deckelteil aus einem thermoplastischen Kunststoff mit relativ höherem Erweichung-un Schmelzpunkt, z. B. Niederdruck-Polyäthylen, miteinander verschweisst werden, wobei der Boden- bzw. Deckelteil einen vorspringenden, im wesentlichen komplementär zur ringförmigen Formausnehmung der Sonotrode gestalteten Umfangsrand aufweist.
AT290771A 1970-12-10 1971-04-05 Verfahren zum dichten verbinden eines behaltermantels aus thermoplastischem kunststoff mit einem boden- oder deckelteil aus thermoplastischem kunststoff mittels ultraschall AT334616B (de)

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