DE2443848A1 - Verfahren zum verbinden von werkstuecken aus thermoplastischen kunststoffen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Verbinden von Werkstücken aus thermoplastischen Kunststoffen Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, um Werkstücke, vornehmlich planparallele Scheiben aus thermoplastischen Kunststoffen, mechanisch zu verbinden. Die weitere Möglichkeit, eine solche Verbindung durch Verkleben zu erreichen, spielt in der Praxis eine große Rolle, ist jedoch bekanntlich mit einer Reihe von Nachteilen verbunden, unter denen die unzulängliche Festigkeit bei sehr hohen Belastungen besonders erwähnt sei. -Die nächstliegende Möglichkeit, Werkstücke der genannten Art mechanisch zu verbinden, ist die Verschraubung, und zwar entweder derart, daß in die zu verbindenden Kunststoffteile ein Gewinde geschnitten und diese dann mit einer Schraube verbunden werden.
• Eine andere Möglichkeit ist die Anbringung glatter Bohrungen, durch die der Bolzen der Schraube geführt und die Schraube mittels Gegenmutter arretiert wird. Dem Fachmann ist die hohe Kerbempfindlichkeit einiger tunststoffe, z.B. von Acrylglas, bei Bohrungen bekannt. Selbst bei sorgfältiger Bearbeitung können durch Lo chlaibung und Abmessungsänderungen als Folge von Temperaturschwankungen Kerbwirkungen entstehen, die bei Belastung zum Bruch führen.
• Bei der Verarbeitung von plattenförmigen Werkstücken ist häufig die Aufgabe zu lösen, stumpf aufeinander stoßende Teile, z.B. bei dem Anbringen von Treppenverkleidungen, Balkonbrüstungen, im Apparatebau oder bei der Herstellung von Möbelteilen, mechanisch miteinander zu verbinden. Am Beispiel dieser Aufgabe sei das erfindungsgemäße Verfahren, erläutert durch die Zeichnungen 1 bis 5, beschrieben.
• F i g u r 1 zeigt in der Aufsicht die miteinander zu verbindenden Teile A und B. Diese werden, wie F i g u r 2 zeigt, zunächst zusammengeführt und in beliebiger Weise in dieser Stellung arretiert.
• Danach wird eine Bohrung (1) so durch die beiden aneinanderliegenden Teile geführt, daß beide Teile A und B je eine halbkreisförmige Ausnehmung aufweisen. F i g u r 7 zeigt im Schnitt die Schraube (2), deren untere Kopfseite nicht plan ist, sondern eine Profilierung aufweist. Diese kann, wie zeichnerisch dargestellt, mit besonderem Vorteil ein oder mehrere konzentrisch um den Schaft ()) verlaufende Wulste (4) darstellen, so daß im Schnitt die ProSilierung sinuskurvenähnlich erscheint. Die Unterseite des Schraubenkopfes kann auch in einer beliebigen anderen Weise uneben ausgestaltet sein und z.B.
• höckerartige Erhebungen aufweisen. Auf den Schaft (5) wird die Scheibe (5) auSgesetzt, die entweder ein Innengewinde trägt oder/und mittels der Mutter (6) arretiert werden kann. Auch die Scheibe (5) wird mit Vorteil unplan ausgestaltet und trägt beispielsweise die unter (4) dargestellten Wulste oder andere Profilierungen (7).
• Der Durchmesser des Schaftes ()) ist kleiner als der Durchmesser der Bohrung (1)> so daß bei der späteren Verbindung der Teile A und B eine Lochlaibung ausgeschlossen ist.
• Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zunächst die Schraube (2) und Gegenscheibe (5), ggf. auch die Gegenmutter (6) in beliebiger Weise auf eine Temperatur erhitzt, die über der Glasumwandlungstemperatur Tg des zu verbindenden thermoplastischen Kunststoffes liegt. Bei Acrylglas mit einer Tg von 105 bis 1100 werden die genannten Teile beispielsweise auf 1600 erwärmt. Danach wird der Schaft (D) der Schraube (2) durch die Bohrung (1) geführt und die Scheibe (5), ggf. auch die Gegenmutter (6)> auf den Schaft aufgesteckt bzw. aufgeschraubt. Der Wärmeinhalt von Schraube und Scheibe ist so hoch, daß der Kunststoff an der Berührungsfläche über die Glasumwandlungstemperatur hinaus erwärmt, d.h. in den thermoelastischen Zustand übergeführt wird. Unter dem Anpreßdruck, der beim Anziehen der Scheibe (5) bzw. der Mutter (6) erzeugt wird, preßt sich die profilierte Oberfläche der beiden Metallteile in den Kunststoff unter Ausbildung des Negativs der Oberflächenprofilierung ein, d.h. bei der zeichnerisch dargestellten Ausbildung der Profilierung in Form eines konzentrischen Wulstes oder mehrerer konzentrischer Wulste bilden sich im Kunststoff entsprechende Rillen aus. Der Anpreßdruck wird so lange aufrechterhalten, bis der Kunststoff unter die Glasumwandlungstemperatur abgekühlt ist.Danach sind beide Werkstücke fest miteinander verbunden. Da die vom Druck der Verschraubung herrührende Belastung von der Wand des Bohrloches ferngehalten und gleichmäßig von den Auflageflächen (4) und (7) auf einen großen querschnitt übertragen wird, wird die Gefahr einer Kerbwirkung ausgeschlossen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann natürlich auch der Verbindung von zwei übereinander angeordneten Werkstücken dienen, wie dies in der Schnittzeichnung gemäß Figur 4 dargestellt ist: Durch die übereinanderliegenden Werkstücke C und D wird die Bohrung (1) geführt. In die Bohrung (1) wird die erwärmte Schraube (2) eingesetzt, und zwar zeigt Figur 4 die Schraube zum Zeitpunkt des Aufsetzens der Schraube nach Anbringen der Gegenscheibe (5). Wie aus Figur 5 ersichtlich, haben sich die Schraube (2) mit der Fläche (4) und die Gegenscheibe (5) mit der Fläche (7) in den erweichten Kunststoff eingepreßt, und zwar mit dem Ergebnis, daß nicht nur die Gefahr der Kerbwirkung ausgeschlossen wird, sondern beide Teile C und D auch verdrehungsfre46niteinander verbunden sind.
• Wenn auch, wie eingangs erwähnt, das erfindungsgemäße Verfahren vornehmlich der mechanischen Verbindung planparalleler Scheiben aus thermoplastischen Werkstoffen dient, kann von der vorliegenden Erfindung in allen Fällen Gebrauch gemacht werden, in denen Werkstücke beliebiger Form durch Verschraubung miteinander verbunden werden können. Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß bei den durch den Druck der Verschraubung zusammengehaltenen Teilen eine Lochlaibung ausgeschlossen ist und durch die gleichmäßige Verteilung des Druckes auf die Auflagefläche des Schraubenkopfes und der Gegenscheibe Kerbwirkungen nicht auftreten.
• Bei einer Zugbeanspruchung der gemäß Figur 2 miteinander zu verbindenden Teile A und B in Richtung der eingezeichneten Pfeile ist bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Festigkeit der Verbindung eine ungleich größere, als wenn bei sonst gleichem Vorgehen die erfindungsgemäß profilierten Flächen (4) und (7) plan wären. Dabei ist jedoch zusätzlich zu bedenken, daß Scheiben aus thermoplastischen Kunststoffen nicht ideal planparallel sind und daß auch die Auflageflächen von Schraubenkopf und Gegenscheibe bei technischem Einsatz keine Präzisionsvorrichtungen mit absolut planer Oberfläche darstellen. Selbst wenn die Bohrung so groß gehalten wird, daß zwischen Bohrwand und Schraubenschaft keine Berührung eintritt, ist beim Anziehen der Verschraubung der kalten, planflächigen Schraube und Gegenscheibe eine punktförmige Belastung des Werkstoffes mit der Folge der Kerbwirkung unvermeidlich.

Claims (2)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Verbindung von Werkstücken aus thermoplastischen Kunststoffen mittels Verschraubung, dadurch gekennzeichnet, daß bei stumpf aufeinanderstoßenden Teilen (A und B) diese so gebohrt werden, daß sich in jedem der beiden miteinander zu verbindenden Teile eine halbkreisförmige Bohrung befindet, und daß bei übereinander angeordneten Teilen (C und D) eine Bohrung durch beide Teile hindurchgeführt wird, daß weiterhin eine über die Glasumwandlungstemperatur des in Frage stehenden Kunststoffes hinaus erwärmte Schraube (2), deren Schraubenkopf an der Auflageseite (4) profiliert ausgestaltet ist und deren Schaft ()) einen kleineren Durchmesser hat als die Bohrung (1), durch die Bohrung geführt, danach mit der Gegenscheibe (5), deren Auflagefläche (7) profiliert sein kann, verreinigt, in an sich bekannter Weise auf den Schart bis zum Einpressen des Profils mit der Fläche (4) bzw. der Profile mit den Flächen (4) ) und (7) in die Kunststoffoberfläche angezogen und in dieser Stellung bis zum Abkühlen von Schraube und Gegenscheibe gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung der Auflagefläche (4) oder/und der Auflagefläche (7) derart geschieht, daß diese Fläche bzw. Flächen wenigstens einen konzentrisch angeordneten Wulst, mit Vorteil deren mehrere aufweist bzw. aufweisen.