DE2443848C3

DE2443848C3 - Verfahren zum Verbinden von Werkstücken aus thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE2443848C3
Application number: DE19742443848
Authority: DE
Inventors: Friedrich 6112 Gross-Zimmern Hanstein; Theodor Peter 6103 Griesheim Moench
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1974-09-13
Filing date: 1974-09-13
Publication date: 1980-02-07
Also published as: DE2443848B2; DE2443848A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden von stumpf aufeinander stoßenden Werkstücken, insbesondere von planparallelen Scheiben aus thermoplastischem Kunststoff. Die Möglichkeit, eine solche Verbindung durch Verkleben zu erreichen, spiel* 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem stumpf aneinander stoßende Werkstücke aus thermoplasiischem Kunststoff mechanisch verbunden werden können, ohne daß die Werkstücke durch l.ochlaibung und Kerbwirkungen aufgrund von Abmessungsänderungen als Folge von Temperaturschwankungen bei Belastung zu Bruch gehen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs I gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in der Aufsicht die miteinander zu verbindenden Teile A und B. Diese werden, wie Fig. 2 zeigtj zunächst stumpf zusammengeführt und in beliebiger Weise in dieser Stellung arretiert. Danach wird eine' Bohrung 1 so durch d!e beiden aneinanderliegenden Teile geführt, daß beide Teile A und B je eine halbkreisförmige Ausnehmung aufweisen. Fig.3 zeigt im Schnitt die Schraube 2, deren untere Kopfseite nicht plan ist, sondern eine ProfiÜerung aufweist. Diese kann, wie zeichnerisch däfgeslellf, mit besonderem Vorteil eifi öder mehrere konzentrisch um den Schaft 3 Verlaufende Wulste 4 darstellen, so daß im Schnitt die Profilierung sinuskurvenähniich erscheint. Die Unterseite des Schraubenkopfes kann auch in einer beliebigen anderen Weise uneben ausgestaltet sein und z. B. höckerartige Erhebungen aufweisen. Auf den Schaft 3 wird die Scheibe 5 aufgesetzt, 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 3 ist kle-ner als der Durchmesser der Bohrung 1, so daß bei der späteren Verbindung der Teile A und B eine Lochlaibung ausgeschlossen ist.

Zunächst werden die Schraube 2 und Gegenscheibe 5, ggf. auch die Gegenmutter 6 auf eine Temperatur erhitzt, die über der Glasumwandlungstemperatur T_g des zu verbindenden thermoplastischen Kunststoffes liegt. Bei Acrylglas mit einer T_g und 105 bis 110° werden die genannten Teile beispielsweise auf 160⁼ erwärmt. Danach wird der Schaft 3 der Schraube 2 durch die Bohrung 1 geführt und die Scheibe 5 und 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 Mutter 6 erzeugt wird, preßt sich die

jo 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 Glasiimwandlungstemperatur abgekühlt ist. Danach sind beiüw Werkstücke fesl miteinander verbunden. Da die vom Druck der Verschraubung herrührende Belastung von der Wanil des Bohrloches ferngehalten und gleichmäßig von den Auflageflächen 4 und 7 auf einen großen Querschnitt übertragen wird, wird die Gefahr einer Kerbwirkung ausgeschlossen.

Es können auch zwei übereinander angeordnete Werkstücke verbunden werden, wie dies in der Schnittzcichnung gemäß F ι g. 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 Fig 4 d"! Schraube zum Zeitpunkt des Aufsetzens der Schraube nach Anbringen der Gegenscheibe 5. Wie aus Fig. 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 bcde Teile fund D auch vcrdrehiingsfrei miteinander verbunden sind.

Wenn auch, wie eingangs erwähnt, das erfindungsge mäße Verfahren vornehmlich der mechanischen Verbin» dung planpafaileler Scheiben aus thermoplastischen Werkstoffen dient, kafin von der Vorliegenden Erfindung in allen Fällen Gebrauch gemacht werden, in denen Werkstücke beliebiger Form durch Verschraubung stumpf miteinander verbunden werden sollen. Alleri Ausführüngsfofmen ist gemeinsam, daß bei den durch den Druck der Verschraubung zusamindngdlialie· nefi 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 Fig.2 miteinander zu verbindenden Teile A und B in Richtung der eingezeichneten Pfeile ist bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Festigkeit der Verbindung e'ipe ungleich größere, als wenn bei sonst gleichem Vorgehen die Auflageflächen 4,5 plan wären. Dabei ist jedoch zusätzlich zu bedenken, daß Scheiben aus thermoplastischen Kunststoffen nicht ideal planpar-

alle) sind und daß auch die Auflageflächen vun 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, planförmigen Schraube und Gegenscheibe eine punktförmige Belastung des Werkstoffes mit der Folge der Kerbwirkung unvermeidlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden von stumpf aufeinanderstoßenden Werkstücken, insbesondere von planparallelen Scheiben, aus thermoplastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (A, B) so gebohrt werden, daß sich in jedem der beiden Werkstücke (A, B) eine halbkreisförmige Ausnehmung befindet, daß eine über die Glasumwandlungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffes hinaus erwärmte Schraube (2), deren Schraubenkopf an der Auflagefläche (4) profiliert ausgestaltet ist und deren Schaft (3) einen kleineren Durchmesser hat als die Bohrung (1) durch die Bohrung geführt wird, wonach eine Gegenscheibe (5), deren Auflagefläche (7) profiliert sein kann, auf den Schaft gesteckt wird, und daß mittels einer Mutter (6) oie Auflagefläche (4) bzw. die Auflageflächen (4, 7) in die Kunststoffoberfiäche eingepreßt wird, bzw. werden und daß die Verschraubung in dieser Stellung gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei übereinander angeordneten Teilen (C, D) die Bohrung durch bei ie Teile hindurchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung der Auflagefläche (4) und/oder der Auflagefläche (7) derart geschieht, dcJl diese Fläche bzw. Flächen wenigstens einen konzentrisch an^eordn^'en Wulst bzw. deren mehrere aufweist, bzw. aufweisen.