DE19716676A1 - Verfahren zum Verbinden zweier Teile - Google Patents

Verfahren zum Verbinden zweier Teile

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Teile.
Insbesondere beim Einsetzen von als Sichtfenster dienenden transparenten Scheiben in angepaßte Öffnungen von aus duroplastischem Kunststoff be­ stehenden Gehäusen, beispielsweise Gehäusen von elektrischen Stromver­ brauchs-Zählern, tritt das Problem auf, daß der thermoplastische Kunststoff der transparenten Scheibe und der duroplastische Kunststoff des Gehäuses nicht miteinander verschweißt werden können. Es ist insoweit bekannt ge­ worden, die Scheibe mit einem von einer Seite vorragenden Verbindungs­ steg zu versehen, der der Öffnung des Gehäuses angepaßt ist. Dieser Ver­ bindungssteg wird von einem Auflagerand umgeben, der in eine die Öff­ nung wiederum umgebende Ausnehmung eines Halterandes des Gehäuses einsetzbar ist. Der Scheitelbereich des Verbindungssteges wird nach außen in der Weise umgebördelt, daß er eine Haltefläche des Halterandes des Ge­ häuses übergreift. Dieses Umbördeln erfolgt in der Weise, daß ein mit Ul­ traschall erregter Stempel, eine sogenannte Sonotrode, gegen den Scheitel­ bereich des Verbindungssteges gedrückt wird, wodurch dieser nach außen umgebördelt wird. Während dieses Umbördelvorganges wird die dem Ver­ bindungssteg gegenüberliegende Seite der Scheibe abgestützt. Um dies zu ermöglichen, muß der Verbindungssteg an mehreren Stellen durchschnitten werden. Die Umbördelung ist rissig bzw. ausgefranst; die Verbindung zwi­ schen der Scheibe und dem Gehäuse ist nicht zuverlässig spritzwasser- und staubdicht.
Zur Befestigung der Scheibe im Gehäuse ist es weiterhin bekannt gewor­ den, einen zusätzlichen aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Rahmen einzusetzen, der mittels Ultraschall mit der Scheibe verschweißt wird, wodurch diese im Gehäuse gehalten wird. Schließlich ist es bekannt geworden, den Scheitelbereich mittels eines beheizten Stempels umzubör­ deln. Hierbei treten Spannungen auf; die dazu führen, daß das Gehäuse samt Scheibe anschließend getempert werden muß, um die Spannungen zu beseitigen. Trotzdem ist die Verbindung zwischen der Scheibe und dem Gehäuse nicht staub- und spritzwasserdicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Teils, insbesondere einer transparenten Scheibe, aus thermo­ plastischem Kunststoff mit einem zweiten Teil, insbesondere einem Gehäu­ se, aus nicht-thermoplastischem Werkstoff anzugeben, das zu einer staub- und spritzwasserdichten Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil und einem optisch ansprechenden Ergebnis führt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Der Kern der Erfindung liegt darin, daß der Verbindungssteg in seinem Scheitelbereich thermisch erweicht und verformt wird und daß die Ultraschallbeaufschlagung des ersten Teils, in der Regel also einer transpa­ renten Scheibe, von der dem Verbindungssteg entgegengesetzten Seite her erfolgt. Der Verbindungssteg wird aufgrund der Abstützung auf seiner In­ nenseite mit seiner Außenseite fest gegen den Halterand des zweiten Teils, in der Regel also eines Gehäuses, gedrückt, so daß hier eine flächige Anla­ ge gegeben ist. Außerdem wird der Scheitelbereich des Verbindungssteges unter weichplastischer Verformung, also ohne auszufransen, dicht an die Haltefläche des Halterandes umgebördelt. Durch die ergänzenden Maß­ nahmen nach Anspruch 2 bekommt der Bördelrand eine genau definierte glatte Außenform.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens mit einem Gehäuse und einer transparenten Scheibe, in Explo­ sionsdarstellung,
Fig. 2 einen Teilausschnitt aus Fig. 1 mit in das Gehäuse eingesteckter Scheibe und
Fig. 3 den Teilausschnitt gemäß Fig. 2 nach Herstellung der Verbindung zwischen Scheibe und Gehäuse.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist eine Aufnahme 1 auf; die auf einer Grundplatte 2 angebracht ist. Auf der Grundplatte 2 sind weiterhin einstellbare Anschläge 3 angebracht. Die Aufnahme 1 besteht im wesentli­ chen aus einem Metallblock, in dem eine temperaturgeregelte Heizung 4 angeordnet ist. Auf ihrer Oberseite 5 ist die Aufnahme 1 mit einer Auflage­ fläche 6 versehen, innerhalb derer eine Formnut 7 ausgebildet ist. Oberhalb der Oberseite 5 der Aufnahme 1 ist ein mit Ultraschall erregbarer Stempel, eine sogenannte Sonotrode 8, angeordnet, die zur Oberseite 5 der Aufnah­ me 1 hin zugestellt werden kann.
Es sind ein Gehäuse 9, und zwar ein Gehäuse für einen elektrischen Strom­ verbrauchszähler, und eine in dieses einzusetzende Scheibe 10 vorhanden, die miteinander verbunden werden sollen. Bei der Scheibe 10 handelt es sich um ein erstes Teil, während es sich bei dem Gehäuse 9 um ein zweites Teil handelt. Das Gehäuse 9 weist eine Frontwand 11 und umlaufende Seitenwände 12 auf; die in einem Außenrand 13 enden. In der Frontwand 11 ist eine Öffnung 14 ausgebildet, die von einem Halterand 15 umgeben ist und begrenzt wird. Dieser ist auf der Innenseite 16 des Gehäuses 9 mit einer Haltefläche 17 versehen und weist benachbart zur Außenseite 18 der Frontwand 11 eine umlaufende Ausnehmung 19 auf. Beim Aufsetzen des Gehäuses 9 auf die Aufnahme 1 wird der Halterand 15 mit dem äußeren Bereich seiner Haltefläche 17 auf die Auflagefläche 6 der Aufnahme aufge­ setzt. Der Außenrand 13 der Seitenwände 12 wird auf oder zwischen den Anschlägen 3 fixiert, wobei diese Anschläge 3 so ausgerichtet sind, daß der Halterand 15 die Formnut 7 von allen Seiten her gleichmäßig und nur teil­ weise überdeckt, wie es in Fig. 2 und 3 dargestellt ist.
Die Scheibe 10 weist an ihrer Innenseite 20 einen umlaufenden, vorsprin­ genden Verbindungssteg 21 auf; dessen Außenfläche 22 so geformt und dimensioniert ist, daß sie der Form und den Abmaßen der Öffnung 14 ent­ spricht. Die Innenfläche 23 dieses Verbindungssteges 21 ist derartig ge­ formt, daß sie dem Innenbereich der Formnut 7 entspricht. Wie Fig. 2 er­ kennen läßt, sitzt der Scheitelbereich 24 des Verbindungssteges 21 nach dem Einsetzen in die Öffnung 14 und auf die Aufnahme 1 am Boden der Formnut 7 auf. Von der Formnut 7 ist nur der die Haltefläche 17 untergrei­ fende Teil noch frei. Die Scheibe 10 weist weiterhin einen den Verbin­ dungssteg 21 außen umgreifenden Auflagerand 25 auf; der der Ausneh­ mung 19 angepaßt ist.
Wenn das Gehäuse 9 in der geschilderten Weise auf die Aufnahme 1 auf­ gesetzt und die Scheibe 10 in die Öffnung 14 in die in Fig. 2 dargestellte Lage eingesetzt worden ist, wird von der ständig beheizten Aufnahme 1 her Wärme zum einen auf den Halterand des Gehäuses 9 und andererseits auf den Verbindungssteg 21 und zwar im Scheitelbereich 24 und von der In­ nenfläche 23 her übertragen, wodurch der Verbindungssteg 21 der aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Scheibe 10 erweicht wird. Da das Gehäuse 9 aus duroplastischem Kunststoff oder gegebenenfalls einem anderen nicht-thermoplastischem Werkstoff besteht, wird es im Kontaktbe­ reich zur Aufnahme 1 nur erwärmt, aber nicht erweicht. Nunmehr wird die Sonotrode 8 von oben auf die Außenseite 26 der Scheibe 10, und zwar auf einen umlaufenden Außensteg 27 aufgesetzt und leicht gegen die Scheibe 10 in Richtung zur Aufnahme 1 hin gedrückt, wobei die Sonotrode 8 gleichzeitig Ultraschallschwingungen über den Außensteg 27 auf die Scheibe 10 ausübt. Hierbei wird die Scheibe 10 in die Öffnung 14 hinein­ gedrückt, bis ihr Auflagerand 25 gegen den Halterand 15 des Gehäuses 9 anliegt. Dieses Eindrücken der Scheibe 10 in die Öffnung 14 wird dadurch ermöglicht, daß während des Eindrückens unter Ultraschallbeaufschlagung der thermisch erweichte Scheitelbereich 24 des Verbindungssteges in der Formnut nach außen zu einem Bördelrand 28 umgeformt wird, wie es aus Fig. 3 erkennbar ist. Gleichzeitig wird der Verbindungssteg 21 etwas ge­ staucht, bis seine Außenfläche 22 fest am Halterand 15 anliegt. Die er­ reichte Verbindung zwischen Scheibe 10 und Gehäuse 9 ist staub- und spritzwasserdicht. Der Bördelrand 28 ist nicht ausgefranst oder rissig.

Claims (2)

1. Verfahren zum Verbinden zweier Teile mit folgenden Arbeitsschritten:
  • - Einsatz eines ersten Teils, insbesondere einer transparenten Scheibe (10),
    • - das aus thermoplastischem Kunststoff besteht,
    • - das einen von einer ersten Seite (20) vorstehenden umlaufenden Verbin­ dungssteg (21) mit einer Außenfläche (22), einer Innenfläche (23) und einem Scheitelbereich (24) aufweist,
    • - das einen den Verbindungssteg (21) nach außen überragenden Auflage­ rand (25) aufweist und
    • - das eine der ersten Seite abgewandte zweite Seite (26) aufweist,
  • - Einsatz eines zweiten Teils, insbesondere eines Gehäuses (9),
    • - das aus nicht-thermoplastischem Werkstoff, insbesondere aus duroplasti­ schem Kunststoff, besteht,
    • - das eine der Außenfläche (22) des Verbindungssteges (21) angepaßte Öffnung (14) aufweist,
      • - die durch einen Halterand (15) begrenzt ist,
        • - der auf einer ersten Seite (16) mit einer Haltefläche (17) versehen ist und
        • - der auf einer der ersten Seite (16) gegenüberliegenden zweiten Seite (18) mit einer Ausnehmung (19) zur Aufnahme des Auflagerandes (25) des ersten Teils versehen ist,
  • - Abstützen des zweiten Teils auf seiner ersten Seite (16) im Abstand von der Öffnung (14),
  • - Einführen des Verbindungssteges (21) des ersten Teils in die Öffnung (14) des zweiten Teils,
  • - thermisches Erweichen mindestens des Scheitelbereiches (24) des Ver­ bindungssteges (21) durch Wärmezufuhr vom Scheitelbereich (24) her und
  • - Ultraschall-Beaufschlagung des ersten Teils von seiner zweiten Seite (18) her unter Eindrücken des ersten Teils in die Öffnung des zweiten Teils bis zur Anlage des Auflagerandes (25) des ersten Teils in der Ausnehmung (19) des zweiten Teils bei gleichzeitiger Abstützung der Innenfläche (23) des Verbindungssteges (21) und plastischer Umbördelung des Scheitelbe­ reiches (24) des Verbindungssteges (21) nach außen zu einem die Halte­ fläche (17) untergreifenden Bördelrand (28).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest der Scheitelbereich (24) des Verbindungssteges (21) beim Umformen zum Bördelrand (28) allseitig geführt und gegen die Haltefläche (17) gedrückt wird.
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