DE2315034A1 - Verfahren bei der friktionsschweissung von zwei gegenstaenden und zusammengehoerende gegenstaende zur ausuebung des verfahrens - Google Patents

Verfahren bei der friktionsschweissung von zwei gegenstaenden und zusammengehoerende gegenstaende zur ausuebung des verfahrens

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Description

26.3.1973
Dy. -foe. H. Μ: ΓSC!1E3LICH Di,.:.-I-:- K. r:.: :i SΓ ;· κ Λ-Ί (I Dr. rer. Γ,ζί. VV. K δ R B E R
BIr:--I- ■ J- .c.::!if»::Lii-EVERS S MÜNCHEN 22, Stemsüoristr. 10
NIELS HARILD, Lyngby, Dänemark, Lyngbygaardsvey 17 A
Verfahren bei der Friktionsschweissung von swei Gegenstanden und zusammengehörende Gegenstände zur Ausübung des Verfahrene
Patentanmeldung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren bei der Friktionsschweisaung von zwei Gegenständen aus thermoplastischem Material, β·Β. yon einen Behälterrumpf und einem Bodenteil oder von einer Behältermündungspartie und einem Deckel, die rotationssymmetrisch« Verbundteile haben, mit deren Hilfe sich die beiden Gegenstände dadurch miteinander verbinden lassen, dass sie, während sie relativ zueinander um die Symmetrieachse rotieren, gegeneinandergepresst werden, welche Verbundteile zu Beginn der Schweissung Hohlräume für die Aufnahme von beim Schweissen freiwerdendem ititerial bilden.
Aus der Beschreibung zum dänischen Patent Nr. 116 767 ist ein Ge£enstand aus thermoplastischem Formstoff bekannt geworden, dor durch Zusammenschweiesen von zwei Gegenständen durch Frikfcionsschweissung hergestellt ist, welche Gegenstände jeweils einen mit einer Friktionsfläche versehenen ersten Ansatz haben, und bei welchem wenigstens der eine Gegenstand auf der einen oder auf beiden Seiten des genannten Ansatzes einen hiermit parallel verlaufenden zweiten Ansatz hat, und wobei der Formstoffgegenstand zwischen den beiden Ansätzen einen Hohlraum aufweist, welcher Formstoff enthält, der beim Zusammenschweissen der genannten ersten Ansätze geschmolzen ist. Diese Formgebung der beiden zu verschweissenden Flächen bezweckt, eine dichte und kräftige Schweissnaht zu schaffen, die nicht nachbearbeitet v/erden braucht.
Die Ausbildung von drei konzentrischen Ansätzen mit geeigneten Abständen voneinander erfordert eine recht erhebliche Wandstärke.
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Ferner muss sowohl die Herstellung der zusammenzuschweissenden Gegenstände als auch die Ausführung der Schweissung mit hoher Genauigkeit erfolgen, wenn vermieden werden soll, dass die auf je einer Seite des zentralen, primären Schweissansatzes befindlichen Ansätze einander geradeeben erreichen, ohne so zusammengepresst zu worden, dass sio unter Abgabe von beim Schweissen freiwerdendem Material, dem sogenannten "Flash", miteinander ver-Hchweissen.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren angegeben, nach welchem dünnwandige Gegenstände zusammengeschweisst werden können und das Auftreten von sogenanntem "Flash" mit Sicherheit vermieden wird, ohne dass in_der Praxis unerfüllbare Anforderungen an die Genauigkeit der Ausführung der Gegenstände und der Ausführung der Schweissung gestellt werden«,
Die Forderung der Dünnwandigkeit von Behältern wird nicht nur Im Hinblick auf eine Herabsetzung des Materialverbrauchs, sondern auch als Massnahme im Umweltschutz gestellt, weil hierdurch die von Einwegverpackungen herrührende Abfallmenge reduziert wird. Dieser Forderung Hess sich Jedoch mit den bisher bekannten Verfahren nicht nachkommen, wenn die übrigen Anforderungen an die Festigkeit und Haltbarkeit dor Schweissung und an das Aussehen der Verpackung erfüllt werden sollten.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Verfahren gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass teils der eine Gegenstand ausgebildet wird mit einem ringförmigen Ende mit einem in einem Abstand von der Stirnfläche liegenden, umlaufenden Flansch, welchen Flansches Seitenfläche, die dem anderen Gegenstand zugekehrt ist, die primäre Schweissflache bildet, welchen Flanßches andere Seitenfläche, die Rückseite, beim Schweissen als Angriffsfläche für ein Haltewerkzeug dient, und welchen Flanfiches Kantenfläche eine sekundäre Schweiscflächo bildot, toils der andere Gegenstand ausgebildet wird mit Flächen> die zusammen mit Flächen am ringförmigen Ende des erstgenannten Gegenstands
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Hohlräume für die Aufnahme und Zurückhaltung von beim Schweissen freiwerdendem Material bilden, einer Fläche, die zur primären Schweissfläche am erstgenannten Gegenstand passt und beim Schweissen gegen diese gepresst wird, sowie einer ringförmigen Fläche, die so zur Kantenfläche des Flansches passt, dass diese FlSchen beim Schweissen zwischen sich eventuell beim Schweissen freiwerdendes Material aufnehmen, das vom Haltewerkzeug daran gehindert wird, zu entweichen.
Durch diese Massnahme wird die eigentliche Schweissverbindung •zum Flansch verlegt, während das rohrförmige Ende des einen Gegenstandes zusammen mit einer hierzu passenden Vertiefung im anderen Gegenstand diejenigen Hohlräume bildet, die das beim Schweissen freiwerdende Material aufnehmen sollen. Diese Hohlräume haben erfindungsgemäss vorzugsweise in von den Schweissflachen abgekehrter Richtung abnehmenden Querschnitt. Material, welches zur entgegengesetzten Seite der Schweissverbindung hin nu entweichen sucht, wird zu einer Richtungsänderung entlang der Kante des Flansches gezwungen und vom Werkzeug, welches gegen den Flansch anliegt, zurückgehalten. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass das Material zwischen der Kante des Flansches und der hierzu passenden Fläche am anderen Gegenstand mit diesen Flächen zusammenschmilzt und eine im wesentlichen homogene Einheit mit den Gegenständen bildet, so dass eine dichte und solide Verbindung erzielt wird, und zwar unangesehen der Tatsache, dass in radialer Richtung kein Druck auf die Gegenstände ausgeübt wird. Der Schweissdruck wird allein durch eine axiale Bewegung erzeugt, lässt sich jedoch genau ausüben, weil er nur durch die relativ dünne Materialschicht übertragen werden braucht, die den Flansch bildet.
Die Erfindung betrifft ferner zusammengehörende Gegenstände zur Ausübung des Verfahrens mit zueinander passenden, rotationssyrarnetrischen Schweissflächen und mit an diese angrenzenden, zu diesen passenden rotationssymraetrischen, hohlraumbildenden Flächen, die beim Zusammenfügen der Gegenstände vorzugsweise Ia-
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byrinthähnliche Hohlräume mit in von den Schweisaflächen abgekehrter Richtung abnehmendem Querschnitt bilden, wobei die Schweissfläche am einen Gegenstand von der einen Seitenfläche eines Flansches_gebildet wird, um den der andere Gegenstand schalenförmig herumfasst.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erklärt. Es zeigt
Fig. 1 zwei als Behälterteile ausgeführte Gegenstände mit ei· nem Abstand zwischen den Verbundteilen,
Fig. 2 die Behälterteile in dem Augenblick, in welchen die Schweissflachen in Eingriff miteinander gebracht sind,.
Fig. 3 den zusaimnengeschweissten Behälter, und
Fig. U den oberen der in Fig. 1 dargestellten Behälterteile von unten her gesehen.
Die Figuren 1-3 der Zeichnung veranschaulichen schematisch zwei Gegenstände 1 und 2 in drei verschiedenen Stellungen, die sie bei der Ausführung einer Friktionsschweissung relativ zueinander einnehmen. Der Übersichtlichkeit halber sind die benutzten Werkzeuge nicht eingezeichnet. Es sei jedoch erwähnt, dass jeder der Gegenstände, d.h.. der Behälter 1 und der Deckel 2, in einen Halter eingespannt ist, von denen der Halter für den Behälter 1 im allgemeinen stationär ist, während der Halter für den Deckel 2 in einer solchen Weise in einer Maschine montiert ist, dass er zwei Bewegungen ausführen kann, nämlich teils eine Rotation um die Symmetrieachse des Deckels, teils eine axiale Bewegung in Richtung Behälter.
Die Maschine ist zweckmässigerweise so eingerichtet, dass das Drehmoment und die Grosse des axialen Druckes, mit welchem die Gegenstände gegeneinandergepresst werden, zwecks Anpassung der Schweissbedingungen an die Art'des thermoplastischen Materials und an die Form, Grosse und Wandstärke der Gegenstände verstellbar ist. /
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in die Maschine eingebaute Momentkupplung sichert, dass der rotierende Teil angehalten wird, sobald das gewünschte Moment erreicht ist. Die Aufhebung der Verbindung zwischen dem Antriebsmechanismus und dem Halter für den Gegenstand kann eventuoll mit Hilfe einer Magnetkupplung erfolgen, die eventuell mit einer Bremse kombiniert sein kann.
Der axiale Druck, mit dem die Gegenstände gegeneinandergepresst werden, wird während des Schweissens und Härtens aufrecht erhalten.
Im allgemeinen wird-es zweckmässig sein, dass der gefüllte Behälter stationär 1st, während der Behälterteil, der als Deckel oder Boden aufgesetzt werden soll, rotiert, doch liegt es auf der Hand, dass das Entscheidende für die Schweissung lediglich der Umstand ist, dass die Teile relativ zueinander rotieren. Somit können beide Gegenstände eventuell in einander entgegengesetzten Richtungen rotieren. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Gegenstände vor der Rotation gegoneinandergepresst werden und dann zusammen rotieren, woraufhin der eine Gegenstand, sobald die Schweissung erfolgen soll, angehalten wird und der andere Gegenstand seine Rotation fortsetzt.
Um den sogenannten "Flash" zu vermeiden, müssen die Verbundteile der beiden Gegenstände auf besondere Weise ausgebildet werden, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert v/erden soll. Unter Verbundteilen sind diejenigen Teile der Gegenstände zu verstehen, die bei der Herstellung der Schweissverbindung zwischen den beiden Gegenständen zusammenwirken. Die Gegenstände selbst können beliebige Form besitzen, die Verbundteilo dahingegen müssen rotationssymmetrisch sein. Die Verbundteile umfassen teils Schweissflächen, teils andere zusammenwirkende Flachen.
Der Behälter 1 hat am ringförmigen Ende und in einem Abstand von der Stirnfläche 7 einen umlaufenden Flansch 3, der während des Schweissens auf seiner Rückseite 13 von einer Fläche an einem
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Haltewerkzeug unterstützt wird. Diese Fläche kann rauh oder gerillt sein, um die Haftung zu verbessern, und sie kann eine solche Form besitzen, dass beim Schweissen zwischen dem Rand des · Flansches 3 und dem Werkzeug zum Auffangen und Ausgleichen von "Flash" ein kleiner Zwischenraum verbleibt.
Der zum Behälter 1 gehörende Verbundteil ist aus einer Anzahl rotationssymmetrischer Flächen zusammengesetzt, die mit den Bezugs ziffer η 4, 5» 6» 7 bzw. 8 bezeichnet sind.
Die zu diesen passenden Flächen am Deckel 2 sind mit 4a, 5a, 6a, 7a bzw. 8a bezeichnet.
Die eigentlichen Schweissflächen 8ind die Flächen 5a und 5b, die 3ich in Fig. 2 berühren. Di© Flächen 4 und 4a befinden sich ebenfalls miteinander in Kontakt und bilden sekundäre Schweiseflächen, die beim Zusammenschweissen wie eine Art Führung-wirken.
Die Flächen 6 und 6a sind dahingegen keine Schweissflächen» Sie bilden miteinander, wie aus sowohl Fig» 2 als auch Fig. 3 hervorgeht, einen Hohlraum, der an dem den Schweissflächen 5 und 5a augekehrten Ende am breitesten und an demjenigen Ende am schinalöten ist, welches den Flächen 7 und 7a zugekehrt, ist, die zusammen mit dem genannten Hohlraum eine Art Labyrinth bilden, das verhindert/ dass "Flash" in das Innere des Behälters eindringen kann. .
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, fluchtet die Unterseite 9 des Dekkelrandes mit der Unterseite des Flansches 3· ·
Das Werkzeug, welches den Deckel hält, liegt gegen die Oberseite 12 des Deckels an und wird von einer inwendigen Führungsfläche am Deckel geführt. .
Der Deckel hat eine waagerechte, umlaufende Stapelfläche 11, die es ermöglicht, Deckel oder Behälter aufelnanderzustapeln und die beim Einsetzen des Gegenstandes in den Behälter als
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ehe benutzt werden kann. Die Materialverdickung an der betreffen· den Stelle bringt im öbrigen den Vorteil mit sich, dass eine Erhöhung des inwendigen Druckes auf den Deckel an dieser Stelle aufgenommen wird, wodurch die eigentliche Schweissverbindung in solchen Fällen entlastet wird. Dies kann z.B. in denjenigen Fällen Bedeutung haben, in welchen der Behälter als Flasche für Trinkwaren ausgebildet ist, die unter Kohlensäuredruck stehen·
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Claims (2)

Patentansprüche
1. Verfahren bei der Friktionsschweissung von zwei Gegenstanden (1 und 2) aus thermoplastischem Material, z.B. von einem Behälterrumpf (1) und einem Bodenteil (2). oder von einer Behältermündungspartie und einem Deckel, die rotationssymmetriache Verbundteile haben, mit deren Hilfe sich die beiden Gegenstände dadurch miteinander verbinden lassen, dass sie, während sie relativ zueinander um die Symmetrieachse rotieren, gegeneinandergepresst werden, welche Verbundteile zu Beginn der Schwoisöung Hohlräume für die Aufnahme von beim Schweissen freiv/erdendem Material bilden, dadureh gekennzeichnet t dass tejIs der eine Gegenstand (1) ausgebildet wird mit
a) einem ringförmigen Ende (la) mit einem in einem Abstand von der Stirnfläche liegenden, umlaufenden Flansch (3),
b) welchen Flansches (3) Seitenfläche (5), die dem anderen Gegenstand (2) zugekehrt ist, die primäre Schweissfläche bildet,
c) welchen Flansches (3) andere Seitenfläche, die Rückseite (13), beim Schweissen als Angriffsfläche für ein Haltewerkzeug dient, und
d) welchen Flansches (3) Kantenfläche (4) eine sekundäre Schweissfläche bildet,
teils der andere Gegenstand (2) ausgebildet wird mit
a) Flächen (6a, 7a), die zusammen mit Flächen (6, 7) am ringförmigen Ende (la) des erstgenannten Gegenstands (1) Hohlräume für die Aufnahme und Zurückhaltung von beim Schweissen freiwerdendem Material bilden,
b) einer Fläche (5a), die zur primären Schweissflaehe (5) am erstgenannten Gegenstand (1) passt und beim Schweissen gegen diese gepresst wird, sowie
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c) einer ringförmigen FlSehe (4a), die so zur Kantenfliehe (4) de» Flansches (3) passt, dass diese FlSchon boim Schweissen zwischen sich eventuell beim Schweissen freiwerdendes Material aufnehmen, das vom Haltewerkzeug daran gehindert wird, zu entweichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume mit in von den Schweissflächen abgekehrter Richtung abnehmendem Querschnitt und vorzugsweise mit einer oder mehreren ilichtungsänderungen mit labyrinthartigem Charakter ausgebildet werden·
.3. Zusammengehörende Gegenstände zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und mit zueinander passenden, rotationssymmetriöchen Schweissflächen, gekennzeichnet durch an die Schweissflächen angrenzende, zu diesen passende rotationssymmetrische, hohlraumbildende Flächen, die beim Zusammenfügen der Gegenstände voraufweise labyrinthShnliche Hohlräume mit in von den Schweissflächen abgekehrter Richtung abnehmendem Querschnitt bilden, wobei die Schweissfläche am einen Gegenstand von der einen Seitenfläche eines Flansches gebildet wird, um den der andere Gegenstand schalenförmig herumfasst.
Der Patentanwalt
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DE2315034A 1972-03-27 1973-03-26 Verfahren bei der friktionsschweissung von zwei gegenstaenden und zusammengehoerende gegenstaende zur ausuebung des verfahrens Pending DE2315034A1 (de)

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