CH713554A1

CH713554A1 - Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialien und diesbezüglicher Behälter mit Ausgiessaufsatz.

Info

Publication number: CH713554A1
Application number: CH00286/17A
Authority: CH
Inventors: Müller Florian; Haas Benjamin
Original assignee: Alpla Werke Alwin Lehner Gmbh & Co Kg
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-14
Also published as: CN110505955A; MX2019009825A; US20200016842A1; BR112019018319A2; WO2018162227A1; EP3592537A1; RU2019131686A; AR111126A1

Abstract

Es ist ein Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffen beschrieben, bei dem ein erster Abschnitt (7) eines ersten Bauteils (3) und ein zweiter Abschnitt (15) eines von dem ersten Bauteil (3) verschiedenen zweiten Bauteils (14) miteinander fest verbunden werden. Erfindungsgemäss besteht der erste Abschnitt (7) aus einem ersten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil polarer Kunststoff ist, und der zweite Abschnitt (15) aus einem zweiten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil unpolarer Kunststoff ist, oder umgekehrt. Dabei wird die Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt (7) und dem zweiten Abschnitt (15) des ersten bzw. des zweiten Bauteils mit Hilfe von eingestrahlter Laserenergie (6) erstellt. Der von der eingestrahlten Laserenergie (6) zuerst beaufschlagte erste Abschnitt (7) ist wenigstens teilweise transparent gegenüber der eingestrahlten Laserenergie (6). Die eingestrahlte Laserenergie (6) wird wenigstens zum Teil wenigstens in einem Fügebereich absorbiert, in dem der erste und der zweite Abschnitt unter Krafteinwirkung und einander überlappend aneinander anliegen. Auf diese Weise wird zwischen den beiden Bauteilen eine formschlüssige unlösbare Verbindung erstellt.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialien gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch einen gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Behälter mit Ausgiessaufsatz.

[0002] Zur Verbindung von Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialien sind aus dem Stand der Technik verschiedene Techniken bekannt. Dazu zählen verschiedene Arten von formschlüssigen Verbindungen, reibschlüssige Verbindungen, Verbindungen durch Verformung, wie z.B. Nieten, Verbindungen durch mechanische Hilfsmittel, wie z.B. Schrauben, und stoffschlüssige Verbindungen, beispielsweise Schweissverbindungen oder Klebeverbindungen. Auch sind Kaschierungen bekannt, um verschiedene Kunststoffmaterialien miteinander zu verbinden. Abgesehen von den mechanischen Festigkeiten, die solche Kunststoff-Kunststoff Verbindungen aufweisen müssen, besteht vielfach die Anforderung, dass die Verbindungen von Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialien insbesondere dicht gegenüber Fluiden, also Gasen und Flüssigkeiten, und rieseiförmigen Gütern wie beispielsweise Puder sein sollen. Mit Hinblick auf die unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften, welche die aus voneinander verschiedenen Kunststoffen bestehenden Bauteile aufweisen können, ist diese Aufgabe nicht trivial. Als Beispiel sei die Verbindung eines Ausgiessers mit einem Behälterhals genannt. Der Behälter und sein Hals bestehen z.B. aus Polyethylenterephthalat (PET), während der Ausgiesser z.B. aus Polypropylen (PP) bestehen kann. So gehört PET zu den polaren Kunststoffen und PP zu den unpolaren Kunststoffen. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass eine stoffschlüssige Verbindung dieser beiden Kunststoffe, generell von polaren und unpolaren Kunststoffen, untereinander nicht machbar ist. Im Gegensatz hierzu ist das Schweissen von polaren Kunststoffen untereinander und von unpolaren Kunststoffen untereinander machbar.

[0003] Die in der Vergangenheit üblichen Behältnisse aus Weiss- oder Buntblech, aus Glas oder auch aus Keramik werden in zunehmendem Mass von Behältnissen aus Kunststoff abgelöst. Insbesondere für die Verpackung fluider Substanzen, beispielsweise von Getränken, fliessfähigen Lebensmitteln wie z.B. Ketchup, Sugo, Pesto, Saucen, Senf, Mayonnaise und dergleichen, Haushaltsprodukten, Pflegeprodukten, Kosmetika usw., kommen mittlerweile hauptsächlich Kunststoffbehältnisse zum Einsatz. Das geringe Gewicht und die geringeren Kosten spielen sicher eine nicht unerhebliche Rolle bei dieser Substitution. Die Verwendung rezyklierbarer Kunststoffmaterialien, die Verwendung von Biokunststoffen und die insgesamt günstigere Gesamtenergiebilanz bei ihrer Herstellung tragen auch dazu bei, die Akzeptanz von Kunststoffbehältnissen, insbesondere von Kunststoffflaschen, beim Konsumenten zu fördern.

[0004] Für eine kostengünstige Herstellung eines Grossteils der heutzutage eingesetzten Kunststoffbehälter haben sich im Wesentlichen zwei Verfahren etabliert, nämlich das Extrusionsblasverfahren und das Streckblasverfahren. Beim Extrusionsblasverfahren wird ein Abschnitt eines ein- oder mehrschichtig extrudierten Kunststoffschlauchs in eine Formkavität eines Blasformwerkzeugs eingesetzt und durch ein mit Überdruck zugeführtes Medium, üblicherweise Luft, zu dem gewünschten Behälter aufgeblasen. Beim Spritzgiessverfahren wird zunächst in einem Spritzgiessverfahren ein Preform von üblicherweise länglicher, röhrchenartiger Gestalt hergestellt, der an seinem einen Längsende mit einem Boden verschlossen ist und am anderen Längsende einen Halsabschnitt aufweist. Die Herstellung der Preforms kann zeitlich und/ oder räumlich getrennt vom nachfolgenden Blasverfahren erfolgen. In einem alternativen Verfahren wird der hergestellte Preform ohne zwischenzeitliche Abkühlung unmittelbar nach seiner Herstellung weiter verarbeitet. Dies kann beim sogenannten Spritzblasen mit Hilfe einer einzigen maschinellen Anlage erfolgen, auf welcher der Preform gespritzt, zu einem Behälter der gewünschten Form aufgeblasen und entformt wird. Beim Blasverfahren kann der Preform auch noch zusätzlich mittels eines Reckdorns axial gereckt werden.

[0005] Als Rohstoffe für die Herstellung der Preforms für das Streckblasverfahren kommen Materialien zur Anwendung, deren Hauptbestandteil, also 90% und mehr, beispielsweise aus PET, PET-G, HDPE, PP, PS, PVC, PEN, PA, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PLA, PEF oder PPF, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe besteht. Die Kunststoffe oder Teile davon können eingefärbt und/oder beschichtet sein. Bedingung für die einsetzbaren Kunststoffe ist ihre Eignung für das jeweilige Herstellverfahren des Preforms. Hierbei kann der Preform bereits als fertiger Behälter verwendet werden. Auch kann der Behälter aus dem Preform durch ein nachfolgendes Streckblasverfahren oder auch durch Extrusionsblasformen gefertigt sein. Aufgrund des unterschiedlichen Fertigungsverfahrens können die verwendeten Kuststoffe unterschiedlich sein.

[0006] Je nach Art der auszugiessenden Substanz werden die Kunststoffbehälter oft mit unterschiedlichen Ausgiessern versehen. Der Ausgiesser soll beispielsweise ein verschüttungsfreies Ausgiessen ermöglichen, eine Dosierung vereinfachen oderein flächiges Ausbringen der im Behälter enthaltenen Substanz erlauben. Neben der Anpassung an die jeweilige Substanz hat die Verwendung eines Ausgiessers auch den Vorteil, dass die gleiche Art von Kunststoffbehältern je nach Wunsch der Abfüller mit einem unterschiedlichen Ausgiesser ausgestattet werden kann. Der Ausgiesser kann mit Einrichtungen ausgestattet sein, die ein Verschliessen des Behälters ermöglichen. Beispielsweise kann dazu an der Oberseite des Ausgiessers ein schwenkbares Deckelteil angelenkt sein. Alternativ dazu können am Behälterhals oder am Ausgiesser Mittel vorgesehen sein, die eine formschlüssige Verbindung, beispielsweise mit einem Drehverschluss, ermöglichen. Die Mittel können z.B. Aussengewindeabschnitte oder Kulissenführungen für einen Bajonettverschluss und dergleichen sein, die mit korrespondierend ausgebildeten formschlüssigen Elementen am Verschlussteil Zusammenwirken. Der Ausgiesser besteht üblicherweise aus einem vom Kunststoffmaterial des Kunststoffbehälters verschiedenen Kunststoffmaterial, wie z.B. einem Polyolefin, insbesondere PP, und wird meist in einem Spritzgiessverfahren hergestellt.

CH 713 554 A1 [0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Behältnis mit einem Ausgiesselement bereitzustellen, mit dem Bauteile aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialien miteinander verbunden werden können. Das Verfahren soll beispielsweise für eine fluiddichte Verbindung eines Ausgiesselements mit einem geblasenen Kunststoffbehälter ebenso einsetzbar sein, wie für eine fluiddichte Verbindung des Ausgiessers mit einem in einem Spritzgiessverfahren hergestellten Preform. Auf Klebstoffe und/oder zusätzliche mechanische Verbindungselemente soll verzichtet werden können. Es soll auch ein entsprechendes Behältnis mit einem damit verbundenen Ausgiesselement bereitgestellt werden, wobei das Behältnis und das Ausgiesselement aus voneinander verschiedenen Kunststoffen bestehen.

[0008] Die erfindungsgemässe Lösung der vorstehend geschilderten Aufgaben besteht in einem Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialien sowie einem Kunststoffbehältnis mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

[0009] Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffen vor, bei dem ein erster Abschnitt eines ersten Bauteils und ein zweiter Abschnitt eines von dem ersten Bauteil verschiedenen zweiten Bauteils miteinander fest verbunden werden. Dabei bestehen der erste Abschnitt aus einem ersten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil unpolarer Kunststoff ist, und der zweite Abschnitt aus einem zweiten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil unpolarer Kunststoff ist, oder umgekehrt. Die Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des ersten bzw. des zweiten Bauteils wird mit Hilfe von eingestrahlter Laserenergie erstellt. Der von der eingestrahlten Laserenergie zuerst beaufschlagte erste Abschnitt ist wenigstens teilweise transparent gegenüber der eingestrahlten Laserenergie. Die eingestrahlte Laserenergie wird wenigstens zum Teil wenigstens in einem Fügebereich absorbiert, in dem der erste und der zweite Abschnitt unter Krafteinwirkung und einander überlappend aneinander anliegen. Auf diese Weise wird zwischen den beiden Bauteilen, respektive dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt, eine formschlüssige unlösbare Verbindung erstellt.

[0010] Im Gegensatz zu den bekannten Laserschweissverfahren des Stands der Technik werden für das erfindungsgemässe Verfahren Bauteile als Fügepartner herangezogen, deren zu verbindende Abschnitte aus einem polaren und einem unpolaren Kunststoff gebildet sind. Bei der Beaufschlagung mit und Absorption der eingestrahlten Laserenergie wird hierdurch keine gemeinsame Schmelzseele der beiden Bauteile, respektive Fügepartner ausgebildet. Vielmehr wird der beaufschlagte erste der beiden Fügepartner soweit lokal erwärmt und erweicht, dass sich der zweite Kunststoff des zweiten Fügepartners durch die auf ihn wirkende Kraft, die in der Regel durch Vorspannung erzeugt wird, unter einer Materialverdrängung des ersten Kunststoffs des ersten Fügepartners in diesen ersten Kunststoff hineinerstreckt. Dadurch wird zwischen den beiden Fügepartnern ein Formschluss erzeugt, der zusätzlich von einem Kraftschluss unterstützt sein kann. Die Materialverdrängung, und damit die Verbindung der beiden Fügeteile, können im Wesentlichen linienförmig und/oder flächig sein. Es versteht sich, dass sich zur Erzeugung der Verbindung der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt, die in der Regel beide flächig ausgebildet sind, einander überlappen. Die zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt erzeugte Verbindung ist zumindest in axialer Richtung, also unter Wirkung von Scherkräften, unlösbar. Hierbei kann der zweite Fügepartner, respektive der zweite Abschnitt des Fügepartners, aus einem Kunststoff bestehen, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert, Hierdurch kann die teilweise Absorption über den Fügebereich hinaus auch noch in dem Kunststoff des zweiten Fügepartners, respektive dessen zweiten Abschnitts, erfolgen. Die zumindest teilweise Absorption der eingestrahlten Lasereenergie ist somit nicht auf den Fügebereich begrenzt. Es kann in dem Fügebereich ein Additiv angeordnet werden, das den Energieeintrag in die beiden Fügepartner durch wenigstens teilweise Absorption der eingestrahlten Laserenergie unterstützt, so dass die zumindest teilweise Absorption der eingestrahlten Laserenergie auf den Fügebereich begrenzt erfolgen kann. In der Regel sind hierbei beide Fügepartner für die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise transparent. Das Additiv oder der Kunststoff kann Füllstoffe besitzen, die die Wellenlänge des eingestrahlten Laserlichts zumindest teilweise absorbieren. Das Additiv kann auf einem der Fügepartner oder auch auf beide Fügepartner insbesondere in dem Fügebereich aufgetragen sein oder in den Kunststoff zumindest im Fügebereich eingemischt sein. Auch kann der Kunststoff als solches bereits gegenüber der eingestrahlten Laserenergie zumindest teilweise absorbierend sein, so dass auf ein Einmischen von Füllstoffen und/oder dem Additiv verzichtet werden kann. Ferner kann auch ein die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbierender Kunststoff zusätzlich mit einem Additiv in dem Fügebereich kombiniert sein. Bei geeigneter Auswahl des Additivs kann die Absorption durch teilweise Reflexion an den Füllstoffen unterstützt werden. Bei geeigneter Ausbildung der Bauteile und/oder des Fügebereichs kann die Verbindung auch fluiddicht, also dicht gegenüber Flüssigkeiten und Gasen, aber auch dicht gegenüber rieselfähigen Feststoffen wie beispielsweise Puder sein. Durch ein Anordnen des Additivs in dem Fügebereich zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt kann die Laserenergie direkt dort eingebracht werden, wo sie zum Erweichen des einen Kunststoffs benötigt wird. Es versteht sich, dass zumindest durch Wärmestrahlung auch der andere Kunststoff erwärmt wird. Im Grunde ist damit, wenn erforderlich, das punktförmige Einbringen der Laserenergie möglich. Entsprechend sind keine grossflächigen Erwärmungen der Bauteile notwendig, die diese schädigen könnten. Beispielsweise kann der Ausgiessaufsatz aus PP und der Halsabschnitt 3 aus PET gefertigt sein. Die Erweichung von PET beginnt ab etwa 70°C und die von PP ab etwa 120°C. Somit ist das PET schon bei einer Temperatur erweicht, bei der das PP noch fest ist. Damit kann sich das PP aufgrund seiner Vorspannung in das PET unter dessen Verdrängung hinein erstrecken. Durch weiteres Erwärmen kann das PP sich ebenfalls erweichen und bildet in einer Grenzschicht mit dem PET ein Gemisch, welches in abgekühltem Zustand zu einer unlösbaren Verbindung führt. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Erstellung

CH 713 554 A1 einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialen ist einfach, schnell und kostengünstig durchführbar. Das erfindungsgemässe Verfahren erfordert gegenüber bekannten Laserschweissverfahren praktisch keinen grundsätzlich verschiedenen apparativen Aufbau.

[0011] Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der zweite Abschnitteinen Kunststoff auf, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert. Beispielsweise kann der verbleibende Körper des zweiten Bauteils aus einem für die eingestrahlte Laserenergie transparenten Kunststoff ausgestaltet sein, bei dem lediglich der zweite Abschnitt aus einem Kunststoff besteht, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert. Dieser Kunststoff kann beispielsweise in einem 2K-Spritzgiessverfahren aufgebracht werden. In der Regel sind die beiden Kunststoffe, also der Kunststoff des verbleibenden Körpers des zweiten Bauteils und der Kunststoff des zweiten Abschnitts, entweder polar oder unpolar. Der Kunststoff des zweiten Abschnitts kann sich von dem Kunststoff des verbleibenden Körpers des zweiten Bauteils dadurch unterscheiden, dass dem Kunststoff, aus dem der verbleibende Körpers des zweiten Bauteils gefertigt wird, Füllstoffe und/oder ein Additiv zugemischt wurden, die die Laserenergie zumindest teilweise absorbieren.

[0012] Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das zweite Bauteil einen Kunststoff auf, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert. Entsprechend wird das erste Bauteil dann für die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise transparent sein, so dass das erste Bauteil durchstrahlt wird, auf das zweite Bauteil auftrifft und dort aufgrund der Absorption zu einem Erweichen des ersten und des zweiten Abschnitts führt.

[0013] Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in dem Fügebereich ein für die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbierendes Addutiv angeordnet.

[0014] Eine weitere Verfahrensvariante kann vorsehen, dass das Additiv wenigstens an demjenigen Abschnitt angeordnet ist, der von der eingestrahlten Laserenergie nach Durchstrahlen des ersten Abschnitts erreicht wird. Damit ist der erste Abschnitt durchgängig für die Wellenlänge des eingesetzten Laserlichts, welches an dem zweiten Abschnitt zumindest teilweise absorbiert wird. Die Energieaufnahme über das Additiv einerseits und die Wärmestrahlung andererseits reicht aus, den Formschluss, unterstützt von einem Kraftschluss, zwischen den Fügepartners zu erzeugen.

[0015] In einer weiteren Verfahrensvariante wird das Additiv am oder im zweiten Abschnitt des zweiten Bauteils vorgesehen, das erst nach dem Durchstrahlen des ersten Abschnitts mit der Laserenergie beaufschlagt wird.

[0016] In einer weiteren Verfahrensvariante wird das Additiv hierbei als Beschichtung aufgetragen. Das Additiv kann hierbei auch als zweite Kunststoffkomponente bei der Fertigung des Bauteils durch Überspritzen aufgebracht werden. Das Beschichten kann auch durch Tintenstrahldruck, Tampondruck, Flexodruck oder ähnliches erfolgen. Als Beschichtung werden Werkstoffe eingesetzt, die aus Russ bestehen, Russ enthalten und/oder Stoffe enthalten, die zumindest teilweise die Laserenergie absorbieren. Statt Russ kann hierbei auch eine Multipurpose Kaschierung eingesetzt werden.

[0017] In einer Verfahrensvariante der Erfindung wird das Additiv wenigstens in den Kunststoff der Fügebereichs des ersten und/oder des zweiten Abschnitts eingebettet. Die derart ausgebildeten Bauteile können beispielsweise in einem speziellen 2-Komponenten Kunststoffspritzverfahren hergestellt werden. Schliesslich kann auch vorgesehen sein, dass das Laserenergieabsorbierende Additiv im Wesentlichen gleichmässig wenigstens über den zweiten Abschnitt des zweiten Bauteils verteilt, vorzugsweise eingebettet, wird.

[0018] Das erfindungsgemässe Verfahren kann für eine Verbindung von unterschiedlich gestalteten Kunststoffbauteilen eingesetzt werden. Die Bauteile können flach oder gekrümmt ausgebildet sein. Das erfindungsgemässe Verfahren kann sich aber insbesondere bei der Verbindung von Funktionsteilen, wie z.B. einem Ausgiesselement, mit einem Behältnis als sehr zweckmässig erweisen. Bei dieser Verfahrensvariante können als erstes oder zweites Bauteil ein Ausgiessaufsatz und als korrespondierendes zweites oder erstes Bauteil ein Kunststoffbehältnis, das ein Füllvolumen umschliesst, eingesetzt werden. Eine rückstandsfreie Verbindung derartiger Bauteile kann gerade in der Lebensmittelindustrie von Interesse sein. Das Kunststoffbehältnis kann dabei als ein Preform, der beispielsweise in einem Spritzgiessverfahren oder in einem Fliesspressverfahren hergestellt sein kann, oder als ein in einem Blasverfahren hergestellter Kunststoffbehälter ausgebildet werden.

[0019] Gemäss einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist der Ausgiessaufsatz und das Kunststoffbehältnis in dem Fügebereich vor dem Einbringen der Laserenergie eine Vorspannung auf. Diese Vorspannung wirkt in der Regel in etwa senkrecht auf die spätere Belastungsrichtung der beiden aneinander gefügten Bauelemente. Die Vorspannung ist zwischen etwa 5 MPa und etwa 35 MPa, bevorzugt zwischen etwa 15 MPa und etwa 30 MPa und besonders bevorzugt zwischen etwa 20 MPa und etwa 27 MPa.

[0020] Eine Verfahrensvariante kann vorsehen, dass an dem Ausgiessaufsatz eine Dichtschürze ausgeformt wir, die zylindrisch, konisch oder konvex ausgebildet wird. Ferner kann der Fügebereich durch die Dichschürze und einen mit der Dichtschürze korrespondierenden Aufnahmeabschnitt des ein Füllvolumen umschliessenden Kunststoffbehältnisses ausgebildet werden. Die Dichtschürze kann mit einer Wandung eines Halsabschnitts des Kunststoffbehältnisses eine Dichtzone bilden. Die durch Eintrag von Laserenergie gebildete fluiddichte Verbindung zwischen dem Ausgiessaufsatz und dem Kunststoffbehältnis kann dabei beispielsweise direkt in der Dichtzone erfolgen. In einer weiteren Verfahrensvariante kann die Dichtfunktion von der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Ausgiessaufsatz und dem Kunststoffbehältnis getrennt werden. In diesem Fall kann der Fügebereich von einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt gebildet werden, die nicht nicht die Dichtschürze und eine mit der Dichtschürze korrespondierender Aufnahmeabschnitt des ein

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Füllvolumen umschliessenden Kunststoffbehältnisses sind. Beispielsweise kann dieser Abschnitt als ein die Dichtschürze umgebender zylindrischer Mantel ausgebildet sein, der ein Halsteil des Kunststoffbehältnisses umgreift, während die Dichtschürze in einen Aufnahmeabschnitt am Halsteil des Kunststoffbehältnisses ragt und zusammen mit einer Innenwandung des Halsteils eine Dichtzone bildet. Anstatt eines Mantels können am Ausgiessaufsatz auch axial abragende Wandungsteile vorgesehen sein, die für eine Verbindung mit der Aussenwandung des Kunststoffbehältnisses ausgebildet sein können.

[0021] Die Dichtschürze kann derart ausgebildet werden, dass die gegenüber einem Aufnahmeabschnitt des Kunststoffbehältnisses eine Vorspannung aufweist. Dies kann die Dichtfunktion verbessern und/oder die Erstellung der formschlüssigen Verbindung erleichtern. Die Vorspannung kann dabei durch ein Übermass des Ausgiessaufsatzes in seiner Dichtschürze gegenüber einem Durchmesser des Aufnahmeabschnitts des Kunststoffbehältnisses erzielt werden.

[0022] Eines der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile, insbesondere ein als ein Kunststoffbehältnis ausgebildetes Bauteil, kann aus einem Kunststoff gefertigt werden, dessen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, polarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus PET, PET-G, PET-X, PVC, PEN, PA, PC, PU, PMMA, POM, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PEF oder PPF, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt wird. Die genannten Kunststoffe sind hinsichtlich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften hinlänglich bekannt und sind insbesondere auch für einen Einsatz in einem Streckblasverfahren gut geeignet.

Das andere der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile, insbesondere ein als ein Ausgiessaufsatz ausgebildetes Bauteil, kann aus einem Kunststoff gefertigt werden, dessen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, unpolarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus HDPE, PP, PS, LDPE, LLDPE, PTFE, PS, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PLA, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt wird. Auch diese Kunststoffe sind hinsichtlich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften hinlänglich bekannt und sind insbesondere auch für einen Einsatz in einem Spritzverfahren gut geeignet.

[0023] Für die Erstellung der formschlüssigen, gegebenenfalls durch einen Kraftschluss unterstützten, Verbindung zwischen den beiden aus polarem und unpolarem Kunststoff gefertigten Kunststoffbauteile wird als Quelle für die eingestrahlte Laserenergie ein Laser mit einer Wellenlänge von 800 nm bis 1200 nm oder von 1800 nm bis 2400 nm eingesetzt. Laser dieser Wellenlängen liefern die gewünschte Energie, welche für die Erstellung der formschlüssigen Verbindung erforderlich ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Laser um einen Diodenlaser. Diodenlaser weisen geringe Anschaffungs- und Wartungskosten auf, sind langlebig und leistungsstark.

[0024] Bei einer Verfahrensvariante zur Verbindung von rotationssymmetrischen Bauteilen kann die Laserenergie gleichzeitig über 360° eingestrahlt werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer speziellen Laseroptik erreicht werden. Bei Bedarf kann die eingestrahlte Laserenergie mit Hilfe von Abschirmblenden selektiv auf ausgewählte Winkelbereiche innerhalb von 360° konzentriert werden. Ferner können zum Verbinden von rotationssymmetrischen Bauteilen diese zum Einstrahlen der Laserenergie rotatorisch und/oder translatorisch an einem Laser vorbei bewegt werden. In der Regel wir hierbei die Laserenergie punktförmig eingebracht. Durch Wahl der Geschwindigkeit wird im Allgemeinen eine gleich-massige Verbindungsqualität über dem Umfang erzielt. Idealerweise sind der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt parallel und das Laserlicht wird senkrecht zu den beiden Abschnitten eingebracht.

[0025] Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines Kunststoffbehältnisses mit einem ein Füllvolumen umschliessenden Körper und einem daran anschliessenden Halsabschnitt, der mit einem Ausgiessaufsatz verbunden ist. Der Ausgiessaufsatz kann dabei in seinem Fügebereich formschlüssig mit dem Fügebereich des Halsabschnitts verbunden sein.

[0026] Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Kunststoffbehältnis mit einem ein Füllvolumen umschliessenden Körper und einem daran anschliessenden Halsabschnitt mit einem ersten Abschnitt aus einem ersten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil polarer Kunststoff ist, der mit einem Ausgiessaufsatz mit einem zweiten Abschnitt aus einem zweiten Kunststoff verbunden ist, dessen Hauptbestandteil unpolarer Kunststoff ist, oder umgekehrt, vorgeschlagen. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt überlappen sich und zwischen dem ersten Abschitt und dem zweiten Abschnitt ist in einem Fügebereich eine formschlüssige unlösbare Verbindung ausgebildet. Hierdurch kann also ein Kunststoffbehälter aus polarem Kunststoff gefertigt werden, an den ein Ausgiesssaufsatz fluiddicht und unlösbar verbunden ist.

[0027] Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem Fügebereich der erste Kunststoff durch den zweiten Kunststoff unter Ausbildung einer im Wesentlichen konkaven Grenzschicht verdrängt. Der durch die eingetragene Laserenergie aufgeweichte erste Kunststoff kann in Verbindung mit dem unter Vorspannung stehenden zweiten Kunststoff an den wärmeren und damit weicheren Bereichen mehr verdrängt werden als an den kälteren und damit weniger weichen Bereichen. Damit kann sich im ersten Kunststoff eine im Wesentlichen konkav gewölbte Grenzschicht ausbilden.

[0028] Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der Grenzschicht der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff im Wesentlichen ohne Ausbildung einer Schmelzeverbindung ineinander geflossen. Hierbei können in der Grenzschicht der polare und der unpolare Kunststoff miteinander unlösbar verzahnt sein.

[0029] Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der an einer Innenseite des Halsabschnitts ausgebildete erste Abschnitt und der an einer Aussenseite des Ausgiessaufsatzes ausgebildete zweite Abschnitt in dem Fügebereich formschlüssig und fluiddicht unlösbar aneinander verbunden.

CH 713 554 A1 [0030] Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Ausgiessaufsatz eine zylindrisch, konisch oder konvex ausgebildete Dichtschürze auf, die mit einem mit der Dichtschürze korrespondierenden Aufnahmeabschnitt des Halsabschnitts eine fluiddichte Verbindung bildet, wobei der Fügebereich des Ausgiessaufsatzes und des Halsabschnitts des Kunststoffbehältnisses von der fluiddichten Verbindung verschieden ist. Hierbei ist der Fügebereich und die Dichtzone voneinander verschieden. Dies erlaubt eine optimierte Ausbildung der jeweiligen Dicht- und Fügebereiche. Das Additiv kann hierbei an einer Innenseite des Ausgiessaufsatzes, welcher den Fügebereich bildet, auf- oder eingebracht sein.

[0031] Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung der Fügebereich des Ausgiessaufsatzes von wenigstens einem Fortsatz gebildet ist, der sich axial erstreckt, den Halsabschnitt an seiner Aussenseite übergreift und mit der Aussenseite unlösbar verbunden ist. Es ist nicht notwendig, dass die Verbindung sich über den gesamten Umfang erstreckt. Vielmehr kann der Ausgiessaufsatz auch nur an zwei oder mehr Stellen mit dem Kunststoffbehältnis formschlüssig verdungen sein.

[0032] Das Kunststoffbehältnis kann ein Preform, der beispielsweise in einem Spritzgiessverfahren oder in einem Fliesspressverfahren hergestellt sein kann, oder ein blasgeformter Kunststoffbehälter sein. Beispielsweise kann es sich um einen aus einem Preform streckgeblasenen Kunststoffbehälter handeln.

[0033] Der aus einem unpolaren Kunststoff gefertigte Ausgiessaufsatz, der aus einem vom Kunststoffmaterial des Behältnisses verschiedenen Kunststoff besteht, kann ein integral ausgebildetes Verschlussteil aufweisen.

[0034] Einem Fachmann ist klar, dass auf das Verfahren gerichtete Merkmale, soweit sinnvoll, auch auf die Vorrichtung bezogen werden können, und umgekehrt.

[0035] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsvarianten unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:

Fig. 1 eine axial geschnittene Darstellung eines Kunststoffbehälters mit einem Ausgiessaufsatz;

Fig. 2 und Fig. 3 zwei Darstellungen zur Erläuterung des Verbindungsprinzips;

Fig. 4 eine axiale Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Kunststoffbehälters mit einem

Ausgiessaufsatz und;

Fig. 5 ein vergrössertes Detail des Kunststoffbehälters mit dem Ausgiessaufsatz gemäss Fig. 4.

[0036] Das Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen zwei aus voneinander verschiedenen Kunststoffen bestehenden Bauteilen, bei der das erste Bauteil aus einem ersten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil polarer Kunststoff ist, und das von dem ersten Bauteil verschiedene zweite Bauteil aus einem zweiten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil unpolarer Kunststoff ist, oder umgekehrt,, wird im Folgenden am Beispiel eines mit einem Ausgiessaufsatz versehenen Kunststoffbehälters erläutert. Ein Kunststoffbehälter, der beispielsweise in einem Streckblasverfahren aus einem zuvor in einem Spritzgiessverfahren oder in einem Fliesspressverfahren gefertigten Preform hergestellt ist, ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Der Kunststoffbehälter 1 weist einen mit dem Bezugszeichen 2 angedeuteten Behälterkörper auf, an den ein Halsabschnitt 3 anschliesst, der eine rotationssymmetrische Öffnung 4 aufweist. Der Behälterkörper 2 und der Halsabschnitt 3 können durch einen sogenannten Supportring 5 voneinander getrennt sein. Der Halsabschnitt einschliesslich des Supportrings 5 bleibt beim Streckblasen in der Regel unverändert. Somit entsprechen der Halsabschnitt 3 und der Supportring 5 dem Halsabschnitt und dem Supportring des zuvor in einem Spritzgiessverfahren oder in einem Fliesspressverfahren hergestellten Preforms. Das erfindungsgemässe Verfahren ist daher an einem Preform ebenso durchführbar wie an einem daraus hergestellten Behälter.

[0037] Fig. 1 zeigt einen an der Öffnung 4 montierten Ausgiessaufsatz, der das Bezugszeichen 11 trägt. Aus Gründen der besseren Übersicht wurde auf eine unterschiedliche Schraffur des im axialen Schnitt gezeigten Kunststoffbehälters 1 und des Ausgiessaufsatzes 11 verzichtet. Der Ausgiessaufsatz 11 besitzt ein mit einer Ausgiessöffnung 12 versehenes plattenförmiges Flanschteil 13, das sich an einem die Öffnung 4 des Halsabschnitts 3 berandenden Mündungsrand 6 abstützt. Die Ausgiessöffnung 12 des Ausgiessaufsatzes 11 ist wiederverschliessbar und daher mit einem Verschlussteil 18 ausgestattet, das beispielsweise als ein Klappverschluss (Flip Top) ausgebildet ist und über ein Scharniergelenk 19 am plattenförmigen Flanschteil 13 angelenkt ist. Vom plattenförmigen Flanschteil 13 erstreckt sich eine Dichtschürze 14 in den Halsabschnitt 3 hinein. Die Dichtschürze 14 kann zylindrisch, konisch oder konvex ausgebildet sein und sorgt für eine fluiddichte Verbindung zu einer Innenwandung 7 des Halsabschnitts 3 im Aufnahmebereich für die Dichtschürze 14. Die Dichtschürze 14 kann gegenüber einem Innendurchmesser im Halsabschnitt 3 ein Übermass aufweisen, damit ihre Aussenwandung 15 gegenüber der Innenwandung 7 des Halsabschnitts 3 eine Vorspannung aufweist. Bei einem Innendurchmesser von 26 mm bis 30 mm und auch grösser kann dieses über einen grössten Aussendurchmesser der Dichtschürze 14 gemessene Übermass beispielsweise 0,2 mm bis etwa 1 mm betragen. Bei kleineren Innendurchmessern des Halsabschnitts im Aufnahmebereich kann das Übermass auch kleiner sein und beispielsweise 0,1 mm bis 0,3 mm betragen. Die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 und die Innenwandung 7 des Halsabschnitts 3 im Aufnahmebereich für

CH 713 554 A1 die Dichtschürze 14 bilden eine fluiddichte, also gegenüber Gase und Flüssigkeiten, aber auch gegenüber Feststoffen wie Pulver oder Puder dichte Dichtzone zwischen dem Ausgiessaufsatz 11 und dem Halsabschnitt 3 des Kunststoffbehälters 1.

[0038] Der Kunststoffbehälter 1 besteht beispielsweise aus dem ersten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, polarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus PET, PET-G, PET-X, PVC, PEN, PA, PC, PU, PMMA, POM, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PEF oder PPF, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt ist. Der Ausgiessaufsatz 11 besteht in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus dem zweiten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, unpolarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus HDPE, PP, PS, LDPE, LLDPE, PTFE, PS, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PLA, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt ist.

[0039] Zur Erstellung einer mechanisch belastbaren Verbindung zwischen dem Halsteil 3 des Kunststoffbehälters 1 und dem Ausgiessaufsatz 11, die frei ist von Rückständen, beispielsweise Mikropartikeln, Kleberesten und dergleichen, schnell durchführbar und einfach in den Prozess integrierbar ist, bietet sich das aus dem Stand der Technik bekannte Laserschweissverfahren an. Allerdings sind lediglich Kunststoffe gleicher Polarität, also polare Kunststoffe mit polaren Kunststoffen und unpolare Kunststoffe mit unpolaren Kunststoffen, miteinander verschweissbar. Kunststoffe ungleicher Polarität, also polare Kunststoffe mit unpolaren Kunststoffen, und umgekehrt, sind miteinander nicht verschweissbar. Somit ist der erste Kunstsoff des Kunststoffbehälters 1, der polar ist, und der zweite Kunststoff des Ausgiessaufsatzes 11, der unpolar ist, miteinander nicht verschweissbar. Überraschenderweise zeigte sich, dass auch Bauteile, die aus voneinander verschiedenen Kunststoffen bestehen, also aus polaren und unpolaren Kunststoffen, durch eine Beaufschlagung mit Laserenergie miteinander verbindbar sind. Die Verbindung ist ausreichend mechanisch belastbar und erlaubt beispielsweise eine fluiddichte, insbesondere flüssigkeitsdichte Verbindung eines Ausgiessaufsatzes mit einem Kunststoffbehältnis, das beispielsweise ein spritzgegossener oder fliessgepresster Preform oder ein aus einem Preform oder auch Schlauch geblasener Kunststoffbehälter, also ein streckgeblasener oder ein extrusionsgeblasener Kunststoffbehälter sein kann.

[0040] In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 31 ein Laser angedeutet. Der Laser 31 weist beispielsweise eine Wellenlänge von 800 nm bis 1200 nm auf. Beispielsweise handelt es sich um einen Diodenlaser. Mit Hilfe einer Spezialoptik 32 kann die vom Laser 31 eingestrahlte Laserenergie L gleichzeitig über 360° auf die Fügebereiche des Halsabschnitts 3 und der Dichtschürze 14 des Ausgiessaufsatzes 11 gerichtet werden. In idealer Weise wird das Laserlicht senkrecht auf das Halsteil 3 und damit auch senkrecht auf die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 des Ausgiessaufsatzes 11 gerichtet. Falls erforderlich, kann die eingestrahlte Laserenergie mit Hilfe von Blenden selektiv auf ausgewählte Winkelbereiche konzentriert werden. Auch kann das Halsteil 3 mit dem eingesetzten Ausgiesselement 11 rotatorisch und/oder translatorisch an der Laserquelle in einer für das Verfahren günstigen Geschwindigkeit vorbeibewegt werden.

[0041] Fig. 2 und Fig. 3 zeigen schematisch die Verhältnisse bei der Erstellung einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen, von denen das erste Bauteil, nämlich das Halsteil 3, aus dem ersten polaren Kunstsoff besteht und das zweite Bauteil, nämlich der die Dichtschürze 14, aus dem zweiten unpolaren Kunststoff besteht. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind die beiden Bauteile mit einem Abstand voneinander dargestellt. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die beiden Bauteile zumindest in dem Bereich, der mit Laserenergie beaufschlagt wird, einander überlappen und und aneinander gepresst sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stehen die Innenwandung 7 des Halsteils 3 und die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 im Fügebereich unter einer Vorspannung von etwa 20 bis 27 MPa. Idealerweise ist der unter Vorspannung stehende Fügebereich gleichzeitig auch die Dichtzone des ersten und des zweiten Bauteils. Zur Herstellung einer unlösbaren und fluiddichten Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil muss der Bereich der Vorspannung nicht vollumfänglich mit Laserenergie beaufschlagt worden sein. Vielmehr ist auch ein abschnittsweises Einstrahlen von Laserenergie, wobei die Abschnitte auch punktförmig ausgebildet sein können, entlang der Linie oder Fläche, die vorgespannt sind zur unlösbaren und fluiddichten Verbindung ausreichend. Die Verbindung kann hierbei linienförmig oder flächig ausgebildet sein. Ein erster Abschnitt eines ersten Bauteils, beispielsweise der Halsabschnitt 3 der Kunststoffflasche 1 wird mit der Laserenergie L beaufschlagt. Der Halsabschnitt 3 ist wenigstens teilweise gegenüber der eingestrahlten Laserenergie L transparent. Nach dem Durchstrahlen des Halsabschnitts 3 gelangt die eingestrahlte Laserenergie L auf einen zweiten Abschnitt eines zweiten Bauteils, im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 des Ausgiessaufsatzes 11. Die Laserenergie wird mit Hilfe eines dort angeordneten Additivs 21 wenigstens zum Teil absorbiert. Hierbei kann der zweite Abschnitt des zweiten Bauteils, respektive die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14, die Dichtschürze 14 oder auch das zweite Bauteil selbst, respektive der Ausgiessaufsatz 11, aus einem Kunststoff gefertigt sein, der die eingestrahlte Laserenergie L zumindest teilweise absorbiert. Bei dem Additiv 21 handelt es sich um einen Stoff, der die eingestrahlte Laserenergie L möglichst gut absorbiert und in Wärme umwandelt. Das Additiv 21 kann aus Russ bestehen, Russ und/oder Stoffe enthalten, die zumindest teilweise die Laserenergie absorbieren. Das Additiv 21 kann als Beschichtung aufgebracht sein oder bereichsweise oder auch gesamthaft in das Kunststoffmaterial eingebettet sein. In der Regel ist das Additiv 21 an der Wandung des zweiten Bauteils angeordnet, die dem zu durchstrahlenden ersten Bauteil zugewandt ist. Fig. 2 zeigt entsprechend das Additiv 21 im Bereich der Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14. Es versteht sich, dass zusätzlich auch die Innenwandung 7 des Halsabschnitts 3 im Einsteckbereich mit einem Additiv versehen sein kann, um auch dort einen grösseren Energieeintrag zu unterstützen.

[0042] Durch die mit Hilfe des Additivs absorbierte eingestrahlte Laserenergie L wird die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 erwärmt und dehnt sich aufgrund der Vorspannung aus. Die Form der Ausdehnung ist aufgrund des durch die Laserstrahlung aufgebrachten Temperaturprofils bauchig oder im Wesentlichen konvex. Dies ist in Fig. 3 dargestellt.

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Gleichzeitig wird durch die eingestrahlte Laserenergie und durch Strahlungswärme auch die Innenwandung 7 des Halsbereichs 3 erwärmt und erweicht. Die sich ausdehnende Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 verdrängt den Kunststoff an der gegenüberliegenden Innenwandung 7 des Halsbereichs 3 und fliesst zusätzlich in diesen hinein. An der Aussenwandung 15 und der Innenwandung 7 bilden sich Undefinierte Strukturen mit Hinterschnitten aus, die durch den Kunststoff des jeweils anderen Fügepartners gefüllt werden, so dass sich die beiden Kunststoffe im Wesentlichen ohne Ausbildung einer Schweissverbindung aneinander verhaken. Der Ausgiessaufsatz 11 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus PP gefertigt und der Halsabschnitt 3 aus PET. Die Erweichung von PET beginnt ab etwa 70°C und die von PP ab etwa 120°C. Somit ist das PET schon bei einer Temperatur erweicht, bei der das PP noch fest ist. Damit kann sich das PP aufgrund seiner Vorspannung in das PET unter dessen Verdrängung hinein erstrecken. Durch weiteres Erwärmen kann das PP sich ebenfalls erweichen und bildet in einer Grenzschicht mit dem PET ein Gemisch, welches in abgekühltem Zustand zu einer unlösbaren Verbindung führt. Dadurch wird zwischen der Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 und der Innenwandung 7 des Halsbereichs 3 ein Formschluss erzeugt.

[0043] Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 bis Fig. 3 dadurch, dass die Fügefunktion und die Dichtfunktion zwischen dem Halsabschnitt 3 und der Dichtschürze 14 des Ausgiessaufsatzes 11 voneinander getrennt sind. Dazu weist der Ausgiessaufsatz 11 beispielsweise wenigstens einen axialen Fortsatz 16 auf, der sich von einem Umfangsrand des plattenförmigen Flanschteils 13 entlang des Halsabschnitts 3in Richtung des Behälterkörpers 2 erstreckt. Der wenigstens eine axiale Fortsatz 16 kann zylindrisch ausgebildet sein und sich überden gesamten Umfang erstrecken. Es können auch mehrere axiale Fortsätze 16 vorgesehen sein, die vom Umfangsrand des Flanschteils 13 abragen und den Halsabschnitt 3 an seiner Aussenwandung 8 übergreifen und unter Vorspannung an der Aussenwandung 8 anliegen.

[0044] Zur Erstellung einer mechanisch belastbaren Verbindung in radialer und axialer Richtung zwischen dem Ausgiessaufsatz 11 und dem Halsabschnitt 3 des Kunststoffbehälters 1 wird der axiale Fortsatz 16 mit eingestrahlter Laserenergie beaufschlagt. Der wenigstens eine, axiale Fortsatz 16 ist wenigstens teilweise nicht absorbierend gegenüber der eingestrahlten Laserenergie. Das an einer Innenwandung 17 des Fortsatzes 16 angeordnete Additiv 21 absorbiert die eingestrahlte Laserenergie und wandeln diese in Wärme um. Die Laserenergie gelangt zumindest durch Wärmestrahlung auch an die Aussenwandung 8 des Halsabschnitts 3 und erweicht diesen. Der Erweichungsvorgang kann zusätzlich durch an der Aussenwandung 8 vorgesehenes Additiv unterstützt sein. Infolge der Vorspannung dehnt sich die Innenwandung 17 des wenigstens einen Fortsatzes 16 aus. Dadurch verdrängt sie das erweichte Kunststoffmaterial der gegenüberliegenden Aussenwandung 8 des Halsabschnitts 3, und es entsteht ein Formschluss. Die Fügefunktion zwischen dem Ausgiessaufsatz 11 und dem Halsabschnitt 3 des Kunststoffbehälters 1 ist dadurch an die Aussenseite des Kunststoffbehälters 1 verlegt. Die von der Aussenwandung 15 der Dichtschürze 4 und der Innenwandung 7 des Halsabschnitts 3 gebildete Dichtzone weist dadurch keine Verbindungsfunktion auf und ist frei von durch die eingestrahlte Laserenergie bewirkten Deformationen.

[0045] Fig. 5 zeigt den Ausschnitt X aus der Fig. 4. Auch sind, wie bereits in den Figuren 2 und 3, aus Übersichtlichkeitsgründen die Fügepartner voneinander beabstandet dargestellt. Es sei hier auf die Ausführungen zu den Figuren 2 und 3 verwiesen, nämlich, dass die Fügepartner in der Fügezone, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel von der Dichtzone entkoppelt ist, aneinander unter Vorspannung stehen. Zusätzlich stehen die Aussenwandung 15 der Dichschürze 14 und die Innenwandung 7 des Halsabschnitts 3 für eine fluiddichte Verbindung unter Vorspannung. Deutlich sichtbar ist das Additiv 21 an der Innenseite 17 des Fortsatzes 16 angeordnet.

[0046] Das erfindungsgemässe Verfahren kann für eine Verbindung von unterschiedlich gestalteten Kunststoffbauteilen eingesetzt werden. Die Bauteile können flach oder gekrümmt ausgebildet sein. Das erfindungsgemässe Verfahren kann sich aber insbesondere bei der Verbindung von Funktionsteilen, wie z.B. einem Ausgiesser, mit einem Behältnis als sehr zweckmässig erweisen. Bei dieser Verfahrensvariante können als erstes oder zweites Bauteil ein Ausgiessaufsatz und als korrespondierendes zweites oder erstes Bauteil ein Kunststoffbehältnis, das ein Füllvolumen umschliesst, eingesetzt werden. Eine rückstandsfreie Verbindung derartiger Bauteile kann gerade in der Lebensmittelindustrie oder in der pharmazeutischen Industrie von Interesse sein. Das Kunststoffbehältnis kann dabei als ein Preform, der beispielsweise in einem Spritzgiessverfahren oder in einem Fliesspressverfahren hergestellt sein kann, oder als ein in einem Blasverfahren hergestellter Kunststoffbehälter ausgebildet sein. Die vorstehende Beschreibung von konkreten Ausführungsbeispielen dient nur zur Erläuterung der Erfindung und ist nicht als einschränkend zu betrachten. Vielmehr wird die Erfindung durch die Patentansprüche und die sich dem Fachmann erschliessenden und vom allgemeinen Erfindungsgedanken umfassten Äquivalente definiert.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffen, bei dem ein erster Abschnitt eines ersten Bauteils und ein zweiter Abschitt eines von dem ersten Bauteil verschiedenen zweiten Bauteils miteinander fest verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt aus einem ersten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil polarer Kunststoff ist, und der zweite Abschnitt aus einem zweiten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil unpolarer Kunststoff ist, oder umgekehrt, bestehen, dass die Verbindung zwischen dem ersten Abschitt und dem zweiten Abschnitt mit Hilfe von eingestrahlter Laserenergie erstellt wird,

CH 713 554 A1 dass der von der eingestrahlten Laserenergie zuerst beaufschlagte erste Abschnitt wenigstens teilweise transparent gegenüber der eingestrahlten Laserenergie ist, dass die eingestrahlte Laserenergie wenigstens zum Teil wenigstens in einem Fügebereich absorbiert wird, in dem der erste und der zweite Abschnitt unter Krafteinwirkung und einander überlappend aneinander anliegen, und eine formschlüssige unlösbare Verbindung zwischen den beiden Bauteilen erstellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt einen Kunststoff aufweist, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil einen Kunststoff aufweist, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fügebereich ein die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbierendes Additiv angeordnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv wenigstens an demjenigen Abschnitt angeordnet wird, der von der eingestrahlten Laserenergie nach Durchstrahlen des ersten Abschnitts erreicht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv am oder im zweiten Abschnitt vorgesehen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv als Beschichtung aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtung Werkstoffe eingesetzt werden, die aus Russ bestehen, Russ enthalten und/oder Stoffe enthalten, die zumindest teilweise die Laserenergie absorbieren.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv wenigstens in den Kunststoff des Fügebereichs des ersten und/oder des zweiten Abschnitts eingebettet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv im Wesentlichen gleichmässig wenigstens über den zweiten Abschnitt des zweiten Bauteils verteilt, vorzugsweise eingebettet, wird.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes oder zweites Bauteil ein Ausgiessaufsatz und als korrespondierendes zweites oder erstes Bauteil ein Kunststoffbehältnis, das ein Füllvolumen umschliesst, eingesetzt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbehältnis als ein Preform oder als ein in einem Blasverfahren hergestellter Kunststoffbehälter ausgebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgiessaufsatz und das Kunststoffbehältnis in dem Fügebereich vor dem Einbringen der Laserenergie eine Vorspannung aufweisen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung zwischen etwa 5 MPa und etwa 35 MPa ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ausgiessaufsatz eine Dichtschürze ausgeformt wird, die zylindrisch, konisch oder konvex ausgebildet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügebereich durch die Dichtschürze und einen mit der Dichtschürze korrespondierenden Aufnahmeabschnitt des ein Füllvolumen umschliessenden Kunststoffbehältnisses ausbildet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügebereich von einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt gebildet wird, die nicht die Dichtschürze und eine mit der Dichtschürze korrespondierender Aufnahmeabschnitt des ein Füllvolumen umschliessenden Kunststoffbehältnisses sind.
18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kunststoff, dessen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, polarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus PET, PET-G, PET-X, PVC, PEN, PA, PC, PU, PMMA, POM, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PEF oder PPF, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt wird.
19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kunststoff, dessen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, unpolarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus HDPE, PP, PS, LDPE, LLDPE, PTFE, PS, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PLA, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt wird.
20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle für die eingestrahlte Laserenergie ein Laser mit einer Wellenlänge von 800 nm bis 1200 nm oder von 1800 nm bis 2400 nm eingesetzt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Laser ein Diodenlaser eingesetzt wird.
22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden von rotationssymmetrischen Bauteilen die Laserenergie gleichzeitig über 360° eingestrahlt wird.

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23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingestrahlte Laserenergie mit Hilfe von Abschirmblenden selektiv auf ausgewählte Winkelbereiche innerhalb von 360° konzentriert wird.
24. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden von rotionssymmetrischen Bauteilen diese zum Einstrahlen der Laserenergie rotatorisch und/oder tranlatorisch an einem Laser vorbei bewegt werden.
25. Kunststoffbehältnis mit einem ein Füllvolumen umschliessenden Körper (2) und einem daran anschliessenden Halsabschnitt (3) mit einem ersten Abschnitt aus einem ersten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil polarer Kunststoff ist, der mit einem Ausgiessaufsatz (11) mit einem zweiten Abschnitt aus einem zweiten Kunststoff verbunden ist, dessen Hauptbestandteil unpolarer Kunststoff ist, oder umgekehrt, wobei sich der erste und der zweite Abschnitt überlappen und zwischen dem ersten Abschitt und dem zweiten Abschnitt in einem Fügebereich eine formschlüssige unlösbare Verbindung ausgebildet ist.
26. Kunststoffbehältnis nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fügebereich der erste Kunststoff durch den zweiten Kunststoff unter Ausbildung einer im Wesentlichen konkaven Grenzschicht verdrängt ist.
27. Kunststoffbehältnis nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass in der Grenzschicht der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff im Wesentlichen ohne Ausbildung einer Schmelzeverbindung ineinander geflossen sind.
28. Kunststoffbehältnis nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der an einer Innenseite des Halsabschnitts (3) ausgebildete erste Abschnitt und der an einer Aussenseite des Ausgiessaufsatzes (11) ausgebildete zweite Abschnitt in dem Fügebereich formschlüssig und fluiddicht unlösbar aneinander verbunden sind.
29. Kunststoffbehältnis nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgiessaufsatz (11) eine zylindrisch, konisch oder konvex ausgebildete Dichtschürze (14) aufweist, die mit einem mit der Dichtschürze (14) korrespondierenden Aufnahmeabschnitt des Halsabschnitts (3) eine fluiddichte Verbindung bildet, wobei der Fügebereich des Ausgiessaufsatzes (11) und des Halsabschnitts (3) des Kunststoffbehältnisses (1) von der fluiddichten Verbindung verschieden ist.
30. Kunststoffbehältnis nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügebereich des Ausgiessaufsatzes (11) von wenigstens einem Fortsatz (16) gebildet ist, der sich axial erstreckt, den Halsabschnitt (3) an seiner Aussenseite übergreift und mit der Aussenseite unlösbar verbunden ist.
31. Kunststoffbehältnis nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Preform oder ein blasgeformter Kunststoffbehälter ist.
32. Kunststoffbehältnis nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgiessaufsatz (11) ein integral ausgebildetes Verschlussteil (18) umfasst.

CH 713 554 A1 fig·. 1