DE1479769B2

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Publication number: DE1479769B2
Application number: DE19641479769
Authority: DE
Priority date: 1964-12-10
Filing date: 1964-12-10
Publication date: 1970-04-09
Also published as: DE1479769A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Dies wird durch die Erfindung dadurch erreicht,

Verbinden von thermoplastischen, vorzugsweise durch daß während des Friktionsschweißens der Rand min-Tiefziehen hergestellten Kunststoffteilen durch Frik- destens eines der zu verbindenden Teile an der Obertionsschweißen und auf in einem Tiefziehverfahren fläche nahe der Schweißnaht zumindest bis zur hergestellte Kunststoffteile zur Durchführung dieses 5 Schmelztemperatur des Materials erwärmt wird.
Verfahrens. Dieses Erwärmen am Rand mindestens eines der

Es ist seit langem bekannt, Kunststoffteile durch zu verbindenden Teile kann, aber muß nicht zu einem Friktionsschweißung zu verbinden. Dabei werden zusätzlichen Verschweißen unmittelbar am Rand gewöhnlich zwei runde Teile aus thermoplastischem führen. Wesentlich ist es im Rahmen der Erfindung, Kunststoff durch Gegeneinanderdrehen aufeinander io daß der in der Nachbarschaft der eigentlichen gerieben bis zu einer Wärmeentwickung, die das Ma- Schweißstelle liegende Rand mindestens eines der zu terial plastisch werden läßt. Die beiden Teile werden verbindenden Teile weich und nachgiebig wird und dann an der Schweißstelle zusammengedrückt. dadurch die bisher beim Friktionsschweißen unver-

Dieses Friktionsschweißverfahren hat man bisher meidliche Reißgefahr beseitigt wird. Bei Polystyrol im wesentlichen nur bei aus thermoplastischem 15 beträgt die erforderliche Temperatur 120° C.
Kunststoff gespritzten Teilen angewandt. Das Frik- Will man solche Teile verbinden, die durch Tief-

tionsschweißverfahren hat nämlich Begleiterscheinun- ziehen von Kunststoff-Folie hergestellt sind, so wird gen, die bei gespritzten Kunststoffteilen schon zu er- man zweckmäßig den Schnittrand, und zwar dessen heblichen Verfahrensschwierigkeiten führen und seine obere scharfe Kante, mindestens eines der zu verbin-Anwendung bei aus thermoplastischer Kunststoff- 20 denden Teile als zu erwärmenden Randbereich wäh-Folie tiefgezogenen Teilen bisher praktisch unmög- len. Auf diese Weise erreicht man zugleich, daß auch lieh gemacht haben. die beim Ausstanzen aus der Kunststoffbahn ent-

Eine solche wesentliche Schwierigkeit tritt durch stehenden Haarrisse beseitigt werden bzw. verdas Entstehen von Materialkrümeln beim gegenseiti- schweißen. Die Reißgefahr ist dann nicht allein wähgen Reiben der Kunststoffoberflächen auf. Diese 25 rend des Friktionsschweißens selbst behoben, son-Materialkrümel wandern beim Aufeinanderreiben der dem auch für späterhin verringert. Handelt es sich beiden Kunststoff oberflächen seitlich aus und gelan- bei den zu verbindenden Teilen um solche, von denen gen dabei in die mehr oder weniger kaltbleibenden, der eine mehr, vielleicht sogar sehr viel mehr und der der Schweißstelle benachbarten Bereiche, wo sie ins- andere weniger tief gezogen sind, so wird zweckbesondere an dem gegenüber der Schweißstelle vor- 30 mäßig der Randbereich des tiefer gezogenen Teiles stehenden Außenrand der zu verbindenden Teile erwärmt.

leicht dazu führen können, daß einer der beiden Teile Die Randerwärmung kann zweckmäßig unmittelbar

gesprengt wird, also in Längsrichtung reißt. Diese zusammen mit dem Friktionsschweißen durchgeführt schon bei gespritzten Teilen aus thermoplastischem werden, nämlich dadurch, daß der zu erwärmende Kunststoff auftretende Gefahr ist naturgemäß bei 35 Randbereich während des Friktionsschweißens durch solchen Teilen, die aus thermoplastischer Kunststoff- Reibung am anderen zu verbindenden Teil erwärmt Folie tiefgezogen sind, sehr viel größer, weil einerseits wird. Man hat dabei die Möglichkeit, die gewünschte die Wandstärke tiefgezogener Teile sehr viel geringer Erwärmung durch Regulierung des im Randbereich als die Wandstärke gespritzter Teile ist und anderer- angewandten Druckes zu steuern. Man kann beiseits durch den Tiefziehvorgang eine Längsorientie- 40 spielsweise den Randbereich so steuern, daß nur ein rung der Struktur (Molekularstruktur) des Kunststof- Anschmelzen des Randbereiches, nicht aber ein Verfes erfolgt und daher tiefgezogene Kunststoffteile um schweißen mit anderen Kunststoffteilen eintritt. Hierso stärker eine bevorzugte Neigung zum Reißen in zu kann der zu erwärmende Randbereich unter geLängsrichtung aufweisen, je tiefer sie gezogen sind. ringerem Druck als der zu verschweißende Bereich Bei aus thermoplastischer Kunststoff-Folie tiefgezo- 45 an dem anderen zu verbindenden Teil gerieben genen Teilen kommt aber noch die wesentliche werden.

Schwierigkeit hinzu, daß sich durch die Versprödung Für manche Fälle, insbesondere beim Verschweißen

des Kunststoffes beim Tiefziehen und beim anschlie- von dünnwandigen tiefgezogenen Kunststoffteilen, ist ßenden Ausschneiden, insbesondere Ausstanzen, der es zweckmäßig, die Reißgefahr nicht allein am eigent-Teile aus der Kunststoffbahn an der Oberseite der 50 liehen Randbereich, sondern überhaupt in Nachbar-Schnittkante leicht Haarrisse bilden. Solche Haarrisse schaft der Friktionsschweißstelle zu beheben. Hierzu führen dazu, daß sich schon bei geringer Beanspru- können sich nach außen hin an die zu verschweißenchung am Randbereich des tiefgezogenen Teiles Aus- den Bereiche und gegebenenfalls seitlich an den zu gangsstellen für größere Risse bilden, da ja die Weiter- erwärmenden Randbereich noch Bereiche anschliereißfestigkeit gerade auch durch die obenerwähnte 55 ßen, in denen die Oberflächen der zu verbindenden Strukturbeeinflussung durch das Tiefziehverfahren sehr Teile in Abstand gehalten werden. Dadurch wird ausviel geringer als die Anreißfestigkeit des Materials ist. reichend Platz für die entstehenden Materialkrümel

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das be- geschaffen und verhindert, daß diese in den zu verkannte Friktionsschweißen von thermoplastischen bindenden Kunststoffteilen Risse hervorrufen. Eine Kunststoffteilen dahingehend zu verbessern, daß die 60 weitere wesentliche Verbesserung des Verfahrens erhöhte Reißgefahr in Nachbarschaft der Schweiß- nach der Erfindung ergibt sich noch, wenn das Frikstelle beseitigt wird. Dabei soll diese Reißgefahr nach tionsschweißen in mindestens zwei nebeneinanderlie-Möglichkeit so weitgehend herabgesetzt werden, daß genden Bereiche durchgeführt wird, die durch jeweils das Friktionsschweißen nicht allein für gespritzte einen Bereich getrennt sind, in welchen die Ober-Kunststoffteile wesentlich verbessert wird, sondern 65 flächen der zu verbindenden Teile in Abstand vonauch jetzt mit voller Sicherheit für im Tiefziehverfah- einander gehalten werden.

ren aus thermoplastischem Kunststoff hergestellte Zur Durchführung dieses Verfahrens mit Teilen,

Teile anwendbar wird. die im Tiefziehverfahren aus Kunststoff-Folie her-

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gestellt sind, soll der eine der zu verbindenden Teile denden Teile nach der Erfindung sind in F i g. 3 mit einem über den vorbereiteten Friktionsschweiß- schematisch wiedergegeben. Dort sind als zu verbinbereich vorstehenden Rand ausgebildet sein, der über dende Teile ein Behälter 5 mit einem Deckel 6 geden ebenfalls über den Friktionsschweißbereich vor- zeigt. Zur Durchführung des Verschweißvorganges stehenden Rand des anderen Teiles greift, die beiden 5 wird der Behälter in einer Auflage 7 gehalten. Die Randbereiche sollen zu gegenseitiger reibender Ober- Auflage 7 stützt sich gegen einen in der Behälterflächenberührung ausgebildet sein. Der Randbereich wand geformten, nach außen vorstehenden Ring 8 ab. des einen Teiles, der über den Rand des anderen Tei- Um den Behälter 5 während des Friktionsschweißvorles greift, bietet zwar schon einen bemerkenswerten ganges gegen Verdrehen zu sichern, können im BeSchutz für den übergriffenen Rand, aber die Praxis io reich des Ringes 8 und des darüber befindlichen Teihat gezeigt, daß schon harte Schläge auf den gegen- les der Behälterwandung Rippen 9 angebracht sein, über der Friktionsschweißstelle vorstehenden Rand Der Deckel 6 ist an seinem Außenrand mit einem bei tiefgezogenen Kunststoffteilen ausreichen können, über den Rand des Behälters 5 greifenden Kragen 10 um Risse bis in die Schweißstelle hinein hervorzu- ausgebildet, wobei sich die Innenfläche dieses Krarufen. Offenbar wird durch das Friktionsschweißen 15 genslO unter leichter Spannung gegen die Schneiddie ohnehin schon durch das Tiefziehverfahren herab- fläche des Behälters 5 preßt. Die eigentliche Schweißgesetzte Weiterreißfestigkeit des Materials noch fläche liegt im Bereich zwischen dem Behälterrand wesentlich verschlechtert. Durch die Randausbildung und dem Ring 8, wie dies bei 11 angedeutet ist. Die der zu verbindenden Teile gemäß der Erfindung wird Schweißfläche soll dabei einen Konus zwischen etwa während des Friktionsschweißvorganges die ge- 20 5 und 25° aufweisen.

wünschte Randerwärmung an dem übergriffenen Wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich, hat der

Rand hervorgerufen und dadurch eine Wärmebehand- ausgeschnittene Behälter an seiner Schnittfläche 12

lung des gestreckten Materials bis an die Friktions- vorn eine Spitze 13. Der Deckel 6 hat jedoch an dem

schweißstelle hervorgerufen, die geeignet ist, einer- zugeordneten Punkt, d. h. am Übergang zum Kragen-

seits im Rand bestehende Haarrisse zu beseitigen und 25 zeh einen Radius 14. Beim Friktionsschweißvorgang

andererseits die ursprünglichen Reißeigenschaften des wird daher dort von der Spitze 13 beginnend ein

Materials wiederherzustellen. rasches Aufweichen des Materials eintreten und ge-

AIs besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn rade dort an dem am meisten gefährdeten Punkt die

an mindestens einem der beiden Teile zwischen dem vom Ausschneiden oder Ausstanzen herrührenden

Friktionsschweißbereich und dem Randbereich ein 30 Haarrisse wegschaffen.

federnder Zwischenbereich ausgebildet ist. Auf diese Es ist besonders zweckmäßig, wenn der Rand des

Weise wird jegliche Keilwirkung beim Friktions- Deckels 6 innerhalb des Kragens 10 mit einer etwa

schweißen auf den Rand ausgeschaltet, und anderer- zylindrischen Innenfläche 15 ausgebildet ist, der dem

seits läßt sich der federnde Zwischenbereich von Fall Kragen 10' gegenüberliegt und mit diesem eine den

zu Fall entsprechend do;r. gewünschten Anlagedruck 35 Behälterrand aufnehmende Nut bildet. Dabei kann

des zu erwärmenden Randbereiches ausbilden. die Höhe des Kragens 10 kleiner als die zylindrische

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Innenfläche 15 gehalten werden, um dadurch das

Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Hineinfinden des Deckels bei einer automatischen

F i g. 1 einen tiefgezogenen Behälter, in den Deckel Aufdeckelung zu erleichtern. Der am Ende der Innenoder Boden in herkömmlicher Weise eingeklebt oder 4° fläche des Kragens 10 ausgebildete Radius 16 dient eingeschweißt ist, ebenfalls zum leichten Überwinden der Spitze 13,

F i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsart eines d. h. zum Erleichtern des Hineinfindens des Deckels.

Behälters mit in herkömmlicher Weise aufgeklebtem Zur Durchführung des Friktionsschweißens wird,

oder aufgeschweißtem Boden, wie bereits erwähnt, der Behälter 5 durch die Auf-

F i g. 3 einen tiefgezogenen Behälter, dessen Boden 45 lage 7 gehalten. Der Deckel 6 wird gegenüber dem

oder Deckel durch Friktionsschweißen im Verfahren Behälter 5 gedreht. Hierzu greift eine Stütze 17 unter

nach der Erfindung angebracht ist, die Wandung des Deckels 6. Die Stütze 17 wird dann

F i g. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung der gegenüber der Auflage 7 gedreht und unter Wirkung

Friktionsschweißstelle nach F i g. 3, von Federn od. dgl. axial in Richtung auf die Auf-

F i g. 5 einen Profilschnitt durch den Behälterrand 50 lage 7 zu gedrückt, so daß in dem eigentlichen

vor dem Anbringen des Deckels bzw. Bodens und Schweißbereich des Kragens 10 ein vorher bestimm-

Fig. 6 einen Schnitt durch eine etwas abgewan- ter Auflagedruck zwischen dem Behälter 5 und dem

delte Friktionsschweißstelle nach der Erfindung. Deckel 6 erzeugt wird. Der von der Stütze 17 aus-

F i g. 1 und 2 zeigen einen tiefgezogenen Behäl- geübte axiale Schub wird auch über die zylindrische ter 1, der eine Schneidkante 2 aufweist. Der in her- 55 Innenfläche 15 und den Kragen 10 auf die Spitze 13 kömmlicher Weise eingeschweißte oder eingeklebte und die ihr benachbarten Teile, nämlich die Schnitt-Deckel 3 hat eine Schneidkante 4. An diesen Schneid- fläche 12 und den durch die Formtechnik bedingten kanten 2 und 4 zeigen der Behälter 1 und der Dek- Radius 18 des Behälterrandes übertragen. Dadurch kel 3 feine Haarrisse vom Stanzwerkzeug bzw. von tritt zusammen mit dem im Bereich 10 stattfindenden der Säge. Diese Haarrisse begünstigen ein Weiter- 60 eigentlichen Friktionsschweißvorgang eine rasche reißen. Wird beispielsweise ein solcher Behälter, wie Reibungserwärmung und ein Aufweichen des Mateer in Fig. 1 dargestellt ist, stark belastet, so reißt er rials an der Spitze 13 ein, die sich von dort auf die an den Haarrissen ein, weil durch das Tiefziehen des Schnittfläche 12 und gegebenenfalls auch auf den Behälters 1 und des Deckels 3 die Weiterreißfestigkeit Radius 18 ausbreitet, wenn der Deckel der Form des von diesen Haarrissen aus stark herabgesetzt ist. Im 65 Radius 18 angepaßt ist. ■■
Beispiel der Fig. 2 sind die Verhältnisse etwa die Beim Friktionsschweißen werden auch im Bereich gleichen. der Spitze 13, der Schnittfläche 12 und des Radius 18

Das Verfahren und die Ausbildung der zu verbin- Materialkrümel und Materialperlen erzeugt. Um zu

verhindern, daß diese Materialkrümel und Schweißperlen das Aussehen des fertigen Gegenstandes verschlechtern und vor allem auch sich nicht zwischen dem Deckel und dem Behälterrand einklemmen und mindestens einen dieser Teile am Randbereich aufsprengen, d. h. zum Reißen bringen, ist im dargelegten Beispiel am Behälterrand der Durchmesser 19 an der Schnittfläche 12 etwas größer gehalten als der Körperdurchmesser 20. Dadurch entsteht ein Raum 21, der geeignet ist, Materialkrümel und Schweißperlen aufzunehmen. Zwischen der zylindrischen Innenfläche 15 des Deckelrandes und dem Behälterrand ist ein weiterer Aufnahmeraum 22 für Materialkrümel und Schweißperlen vorgesehen, die über den Radius 18 nach einwärts wandern. Dieser zweite Aufnahmeraum 22 kann dadurch geschaffen werden, daß sich die Wandstärke des Behälters 5 von der Schnittfläche 12 her nach der Behälterwandung zu stark vermindert.

Im Beispiel der Fig. 4 ist der Deckel 6 so ausgebildet, daß er in seinem Ubergangsbereich 23 vom Deckelrand zur eigentlichen Deckelfläche eine wulstartige Form hat und stark verdünnt sein kann. In diesem Übergangsbereich 23 kann dann der Deckel leicht gegen den Behälter 5 lidern. Beim Einschweißen ist der Druck an dieser Stelle so gering, daß keine Erwärmung entsteht oder zumindest keine Erwärmung, die geeignet ist, das Material zu erweichen. Mit dem wulstartigen Übergangsbereich 23 bildet der. Deckel 6 einen Abschluß für den nach außen vor- 30· stehenden Ring 8 des Behälters, so daß sich ein Aufnahmeraum 24 für Materialkrümel und Schweißperlen ergibt.

Im Beispiel der Fig. 6 ist der dem Kragen 10 gegenüberliegende Deckelrandbereich 25 etwas hinterschnitten ausgebildet. Dadurch liegt zwar der Radius 18 am Behälterrand frei, aber der Zwischenbereich 25 wirkt dafür als ein federndes Glied, das nach dem Erweichen der Spitze 13 die Schnittfläche 12 des Behälterrandes federnd in Eingriff mit der Innenfläche des Kragens 10 zieht.

Im Beispiel der F i g. 6 ist der Deckel 6 ohne den Übergangsbereich 23 ausgebildet und daher für solche Anwendungsfälle gedacht, in welchen Schweißperlen ohne Schaden in das Innere des Behälters fallen dürfen bzw. der Behälter noch an der gegenüberliegenden Seite offen ist und mit einem zweiten Deckel verschlossen werden soll.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden von thermoplastisehen, vorzugsweise durch Tiefziehen hergestellten Kunststoffteilen durch Friktionsschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß während des Friktionsschweißens der Rand mindestens eines der zu verbindenden Teile an der Oberfläche nahe der Schweißnaht zumindest bis zur Schmelztemperatur des Materials erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, zum Verbinden von durch Tiefziehen von Kunststoff-Folie hergestellten Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erwärmende Randbereich der Schnittrand, und zwar dessen obere scharfe Kante, mindestens eines der zu verbindenden Teile ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von verschieden tiefgezogenen Teilen der Randbereich des tiefer gezogenen Teiles erwärmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erwärmende Randbereich während des Friktionsschweißens durch Reibung am anderen zu verbindenden Teil erwärmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erwärmende Randbereich unter geringerem Druck als der zu verschweißende Bereich am anderen zu verbinden-

. den Teil gerieben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich nach außen hin an die zu verschweißenden Bereiche und seitlich an den zu erwärmenden Randbereich Bereiche anschließen, in denen die Oberflächen der zu verbindenden Teile in Abstand gehalten werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Friktionsschweißen in mindestens zwei nebeneinanderliegenden Bereichen durchgeführt wird, die durch jeweils einen Bereich getrennt sind, in welchem die Oberflächen der zu verbindenden Teile in Abstand voneinander gehalten werden.

8. Im Tiefziehverfahren hergestellte Kunststoffteile zum gegenseitigen Verbinden durch Friktionsschweißen im Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (6) der zu verbindenden Teile (5, 6) mit einem über den vorbereiteten Friktionsschweißbereich (11) vorstehenden Rand (10,15, 25) ausgebildet ist, der einen ebenfalls über den Friktionsschweißbereich (11) vorstehenden Rand (12, 13, 18) des anderen Teiles (5) anliegend übergreift.

9. Kunststoffteile nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem der beiden Teile (5, 6) zwischen dem Friktionsschweißbereich (11) und dem Kragen (10) ein federnder Zwischenbereich (25) ausgebildet ist.

10. Kunststoffteile nach Anspruch 8 oder 9, von denen der eine tiefer, beispielsweise als Behälter od. dgl., oder andere weniger tief, beispielsweise als Deckel oder Boden, gezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der weniger tiefgezogene Teil (6) an seinem Rand mit einem über die Schnittfläche (12) des tiefer gezogenen Teiles (5) greifenden Kragen (10) ausgebildet ist.

11. Kunststoffteile nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Zwischenbereich (25) am Rand des weniger tiefgezogenen Teiles (6) ausgebildet ist.

12. Kunststoffteile nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einem der beiden Teile (5, 6) Aufnahmeräume (21, 22, 24) für die beim Friktionsschweißen entstehenden Materialkrümel und Schweißperlen neben dem Friktionsschweißbereich (11) zu dessen beiden Seiten und neben dem zu erwärmenden Randbereich (12,13,18) vorgebildet sind.

13. Kunststoffteile nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (5, 6) im Friktionsschweißbereich (11) mit einem Konus von 5 bis 25° ausgebildet sind und daß der über den Friktionsschweißbereich (11)

vorstehende Kragen (10), die Schnittflächen (12) und der Zwischenbereich (25) bzw. eine Innenfläche (15) im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, wobei die die zylindrische Schnittfläche (12) des Teiles (5) umgreifenden Randbereiche S des Teiles (6) eine im wesentlichen zylindrische Aufnahmenut bilden.

14. Kunststoffteile nach Anspruch 9 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der als federnder Zwischenbereich ausgebildete innere Randbereich (25) der Aufnahmenut hinterschnitten ausgebildet ist.

15. Kunststoffteile nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Randbereich (25) bzw. die Innenfläche (15) der Aufnahmenut lan-

ger ist als der an der Schnittfläche (12) anliegende Kragen (10).

16. Kunststoffteile nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Aufnahmenut greifende Randbereich des einen Teiles (5) mit einer Spitze (13) und einem sich einwärts daran anschließenden Radius (18) und der diesen Randbereich übergreifende Kragen (10) an seinem Eingang mit einem Radius (16) ausgebildet ist.

17. Kunststoffteile nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (6) als Deckel ausgebildet ist und in seinem Übergangsbereich (23) vom Deckelrand zur Deckelfläche in wulstartiger Form mit stark verdünnter Wandstärke ausgebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen