DE2506692A1

DE2506692A1 - Verschlusstutzen

Info

Publication number: DE2506692A1
Application number: DE19752506692
Authority: DE
Inventors: Marian A Czerwiak
Original assignee: American Flange and Manufacturing Co Inc
Current assignee: American Flange and Manufacturing Co Inc
Priority date: 1974-02-19
Filing date: 1975-02-14
Publication date: 1975-09-04
Also published as: SE411035B; DK59175A; FI57726B; DK148095C; CA1036963A; NO750540L; NL7501964A; US3873132A; ATA120975A; SE7501784L; FI57726C; YU40075A; BE825548A; NL156104B; FR2261189A1; JPS5648289B2; IE41215L; FR2261189B1; DK148095B; DE2506692B2

Description

PATENTANWÄLTE

BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE 68 8 MÜNCHEN 22 ■ WIDENMAYERSTRASSE

BERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER MÜNCHEN: DIPL.-ING. HANS-H. WEY

American Flange & Berlin, den 14„ Februar 1975 Manufacturing Co., Inc.
New York, N.Y. (Ver.St.A.)

Verschlußstutzen

Die Erfindung betrifft einen Verschlußstutzen, der für die Befestigung mittels Induktionsschweißung an einer Kunststoffbehälterwandöffnung aus einem Kunstharzpreßstück besteht, das einen aufrecht stehenden, zylindrischen Hals, ein darin angebrachtes Gewinde und einen seitlich abstehenden ringförmigen, den Hals umgebenden Bund aufweist.

Bei der Herstellung von Kunststoffeimern und -trommeln hat man vorgeschlagen, einen Hals für die Aufnahme eines Verschlusses daran durch bleibende Verschweißung eines mit Innengewinde versehenen Verschlußstutzens um eine ebene, innerhalb der Behälterwand ausgebildete Öffnung vorzusehen. Eine mit Vorteil verwendete Schweißtechnik besteht im Zwischenlegen eines Induktionsschweißelements an der Stutzenbehälterwandgrenzflache. Das Schweißelement wird durch Verbringung der Verschlußbaugruppe in ein Hochfrequenz-Magnetfeld wirksam gemacht,

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BERL.N- TELEFON (030)8 3120 88 MÜNCHEN: TELEFON (089) 22 55

ΚαΓει! PROP.NDUS · TELEX 01 84 057 KABEL: PROPINDUS - TELEX 05 24

das eine SchmeTzzone und daraus sich ergebendes Verschweißen an der Stutzen-Behälterwand-Grenzfläche verursacht.

Bisher trat eine Anzahl von Schwierigkeiten bei den Versuchen auf, die vorerwähnte Schweißtechnik zu einem wirkungsvollen Behälterfertigungsvorgang zu verfeinern. Eine solche Schwierigkeit betrifft die Notwendigkeit einer fertigungsgerechten Anbringung des Schweißelements an der Nut in der Stutzenbasis, die zu einer ausschließlich von Hand erfolgenden Arbeitsweise entgegengesetzt ist. Ein anderes Problem betrifft die Notwendigkeit zur !wirksamen Formung eines Stranges von Induktionsschweißgut in einen vollständigen und durchlaufenden Ring. Jede Lücke oder jeder Zwischenraum, der an der beabsichtigten Verbindung der abgeschnittenen Strangenden auftritt, kann zu einem Fehlerrisiko beim Schweißen führen. Wenn einmal der Schweißgutstrang ordnungsgemäß an der Stutzenbasis angebracht ist, entsteht das Problem eines sicheren Festhaltens des Schweißelements innerhalb der Stutzenbasisnut während der anschließenden Transport- und Behandlungseinwirkungen.

Die Verschlußstutzenanordnung und das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung lösen in vorteilhafter Weise die vorerwähnten Probleme durch die Ausbildung einer neuen Nutgestaltung in der Stutzenbasis, die eine zufällige Verschiebung des Schweißelements auch unter den härtesten Behandlungsweinwirkungen ausschließt. Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren umfaßt die Zufuhr des Schweißelements als eines länglichen Stranges in eine kreisförmige Gesenkhöhlung, worauf das Schließen des Gesenks den Strang abschneidet und ihn als einen vollständigen Ring in die Stutzenbasisnut einsetzt.

Es ist demgemäß Hauptaufgabe der Erfindung, eine neue

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Kunststoffverschlußanordnung für das thermoplastische Verschweißen an einer Kunststoffbehälterwandöffnung
vorzusehen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren für die Anbringung eines Inductionsschweißelements an einen Verschlußstutzen vorzusehen, um das Anschweißen an
einer Behälterwandöffnung unter Verwendung der Induktionsschweißung zu erleichtern.

Ein noch weiterer Gegenstand der Erfindung besteht in der Formung eines Induktionsschweißelements aus einem länglichen Strang in einen vollständigen Ring und in
der Anbringung des Elements an einem Verschlußstutzen in der Weise, daß es sicher daran befestigt bleibt.

Andere und mehr ins einzelne gehende Gegenstände der
Erfindung liegen teilweise auf der Hand und gehen teilweise aus der anschließenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung hervor. In der letzteren zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte
Seitenansicht des Verschlußstutzens
nach der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt, der die Anfangsstellung des Schweißelements bei seiner Anbringung an der Stutzenbasis
veranschaulicht j

Fig. 3 einen Teilschnitt ähnlich Fig. 2, jedoch das Schweißelement vollständig in der
Stutzenbasis eingebracht veranschaulichend;

Fig. 4 eine vergrößerte Teildraufsicht auf die

Stutzenbasis mit dem angebrachten Schweißelement ;

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Fig. 5 einen Teilquerschnitt, der den Stutzen in der für das Verschweißen innerhalb einer Behälterwandöffnung erforderlichen Stellung veranschaulicht;

Fig. 6 einen Teilschnitt ähnlich Fig. 4, jedoch die fertiggestellte Schweißung und einen eingeschraubten Verschlußstopfen veranschaulichend ;

Fig. 7 einen auseinandergenoimnenen Schnitt durch den Mechanismus für das Anbringen des Schweißelements an der Stutzenbasis gemäß den Verfahrensschritten nach der Erfindung;

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8 - 8 in Fig. 7 in Pfeilrichtung gesehen;

Fig. 9 einen vergrößerten Teilschnitt ähnlich Fig. 8, der eine vorgerückte Stellung des Schweißgutstranges innerhalb des Anbringungsmechanismus veranschaulicht; und

Fig. 10 einen Teilschnitt ähnlich Fig. 9, der eine

weiter fortgeschrittene Lage des abgeschnittenen und zu einem vollständigen Ring geformten Schweißgutstranges veranschaulicht.

Wie aus Fig. 1 bis 6 ersichtlich, ist der Verschlußstutzen 1 aus einem thermoplastischen Kunstharz, wie z.B. Polyäthylen, geformt und besteht aus einem aufrecht stehenden zylindrischen Hals 2, der ein Innengewinde 3 aufweist. Das obere Ende des Stutzenhalses hat einen kurzen gewindelosen Teil 4 und endet in einer umfangsseitig verbreiterten Wulst 5. Die Außenfläche des Stutzenhalses hat einen kurzen Abschnitt 6 von vermindertem Durchmesser

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unterhalb des Wulstes 5 und ist dann in Umfangsrichtung bei 7 in einen unteren Einführabschnitt verdickt. Ein ringförmiger Bund 8 umgibt die Basis des Stutzenhalses und hat eine obere Oberfläche 9. Eine ringförmige, nach oben offene Nut 10 ist in der oberen Oberfläche in radialem Abstand nach außen von dem verdickten Einführabschnitt 7 des Stutzenhalses ausgebildet. Die Mündung der Nut 10 wird teilweise durch ein Paar ringförmige Rippen 11 abgedeckt, von denen jede auf einer Seite der Nut und sich über die obere Oberfläche 9 des Stutzens erstreckend ausgebildet ist. Eine zusätzliche ringförmige Rippe 12, die sich über die obere Oberfläche 9 erstreckt, ist an der äußeren Kante des Bundes 8 ausgebildet.

Der letzte Schritt bei der Herstellung des Stutzens betrifft die Anbringung eines Induktionsschweißelements 13 an dem Bund des Stutzens zur Bildung einer thermoplastischen Verbindung mit einer Behälterwandöffnung. Das Schweißelement, das hier benutzt wird, ist aus einem länglichen Strang thermoplastischen Materials von kreisförmigem Querschnitt hergestellt, das kleine, elektromagnetisch leitende Metallteilchen darin eingebettet enthält. Der Strang ist zu einem Ring geformt, der einander überlappende Endflächen 13a und 13b aufweist, die eine Überlappungsverbindung bilden und das Fehlen irgendeinesradialen Zwischenraums in der Schweißzone gewährleisten. Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, ist der Querschnittsdurchmesser des Schweißelements 13 im wesentlichen gleich der Breite der Nut 10 und etwas größer als der kürzeste Abstand zwischen den Rippen Eine auf das Schweißelement 13 aufgebrachte, abwärts gerichtete Kraft veranlaßt die biegsamen Rippen 11 sich zu öffnen und das Schweißelement in die Nut 10 eintreten zu lassen. Die anschließende Entspannung der Rippen nach der vollständigen Einbringung des Schweiß-

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elements innerhalb der Nut dient zum zwangsläufigen und sicheren Festhalten des Schweißelements an seiner Stelle. Der von den Rippen 11 ausgeübte mechanische Griff verhindert eine unbeabsichtigte Verschiebung des Schweißelements 13 während des Verpackens, des Transports und der weiteren Behandlung des fertiggestellten Stutzens,

Das Anschweißen des Stutzens 1 an einen Kunststoffbehälterwand-Abschnitt, wie z.B.einem Eimerdeckel 14, wird durch Einsetzen des Halses des Stutzens von unten nach oben durch die Behälterv/andöffnung 15 hindurch durchgeführt, die gerade über den verdickten Halseinführungsteil 7 paßt. Gemäß Fig. 9 ruht die Unterfläche der Behälterwand vor dem Schweißen auf dem Scheitel des Schweißelements 13 und gerade über den Rippen 11 und 12 auf. Die Verbindung des Stutzens mit dem umgebenden Behälterwandabschnitt durch Induktionsschweißung beginnt nach der Aufbringung einer vertikalen Kraft auf die Baugruppe und nach ihrer Einführung in das Magnetfeld eines Hochfrequenz-Induktions-Heizgenerators. Wenn das thermoplastische Harz des Schweißelements 13 zusammen mit den Wänden der Nut 10 zu schmelzen beginnt, schmelzen die Rippen 11 und 12 ebenfalls und veranlassen die obere Oberfläche 9 des Bundes 8 und die Unterfläche des Deckels 14 zusammenzukommen. Da die Rippe 12 von dem Schweißelement 13 weiter entfernt ist, neigt sie dazu, langsamer zu schmelzen und bildet so einen Damm gegen das Herausfließen des Schweißgutes. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist das Ergebnis eine ständige, homogene Verbindung an der Grenzfläche zwischen Stutzen und Behälterwand. Es ist zu bemerken, daß die Nut und die miteinander zusammenwirkenden Rippen auch auf der Unterseite des Stutzenbundes ausgebildet sein könnten, um das Anschweißen des Stutzens an die Außenfläche einer Behälterwand zu ermöglichen, wie dies an durch Blasen geformten Behältern erforderlich

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In den geschweißten Stutzen kann dann ein Verschlußstopfen 16 eingepaßt werden, der eine mit Gewinde versehene Seitenwand 17 hat, welche an ihrem oberen Ende in einen in Umfangsrichtung verbreiterten Kopf 18 ausläuft, der zum abdichtenden Eingriff mit dem Stutzenwulst 5 ausgebildet ist. Weiterer Schutz gegen Leckerscheinungen und unbefugte Entnahmen läßt sich durch Aufbördeln eines eingriffsicheren Kappensiegels (in der Zeichnung nicht dargestellt) um den Flanschwulst 5 herum vorsehen.

Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anbringung des Schweißelements an dem Stutzen ist auf Fig. 7 zu verweisen, die einen Anbringkopf 20 zeigt, der auf einer vertikal beweglichen Welle 21 befestigt ist. Der Kopf 20 besteht aus einem umgekehrten schalenförmigen Gehäuse 22, das eine Bodenwand 23 und eine davon herabhängende zylindrische Wand 24 hat, die in einer untersten Begrenzungsfläche 25 endet. Ein Durchlaß 24a , der in Fig. 8 ersichtlich ist, erstreckt sich unter einem Winkel durch die Wand 24 und steht mit dem Inneren des Gehäuses in Verbindung. Die Gehäusebodenwand 23 ist mit einer großen zentralen Öffnung 26 versehen, die von drei kleineren Löchern 27 umgeben ist. Ein Messer 28 ist in dem Gehäuse 22 untergebracht und hat eine Deckelwand 29, die von einer herabhängenden zylindrischen Wand 30 umgeben ist, welche an ihrem unteren Ende in einer Schneidkante 31 endet. Die Stange 21 ist in der zentralen Öffnung 26 der Gehäusebodenwand 23 verschiebbar und durch eine Mutter 32 an^der Messerdeckelwand befestigt. Ein zylindrischer Kolben 33 ist in dem Messer 28 vergleitbar angebracht und hat eine sich nach außen öffnende Nut 34, die auf seiner Außenfläche ausgebildet ist. Drei Schrauben 35 erstrecken sich durch die Löcher 27 in der Gehäusebodenwand 23 und sind an dem Kolben befestigt. Eine Druck-Scbraubenfeder 36 umgibt jede der

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Schrauben 35 in der Weise, daß das Messer 30 und der Kolben 33 auseinander gedruckt werden.

Beim Betrieb wird ein Stutzen 1 auf einen Amboß 37 gesetzt, der unter dem 'Anbringkopf 20 angeordnet ist. Ein !länglicher Strang des Induktionsmaterials 13 wird durch den Durchlaß 24a in der Gehäuseseitenwand 24 zugeführt und von der Nut 34 um den Kolben 33 herum in eine Ringform geführt. Der Kopf 20 wird dann über den Stutzen abgesenkt, wobei die Bestimmungsfläche auf der oberen Oberfläche 9 des Stutzenbundes zur Auflage gelangt und der Kolben 33 auf dem Stutzenwulst 5 aufruht. Eine fortgesetzte Abwärtsbewegung der Stange 21 überwindet den Druck der Federn 36 und bewegt das Messer 28 gegenüber dem Gehäuse und dem Kolben nach unten. Dabei wird die Schneidkante 31 über den Durchlaß 24a abgesenkt und

schneidet den Strang 13 längs der Innenfläche der Gehäusewand durch.

Wenn das Messer 28 fortfährt, sich nach unten zu bewegen, schiebt es das Schweißelement 13 vor sich her und drückt es zwischen die ringförmigen, aufrechtstehenden Rippen 11 des Stutzenbundes. Die abschließende Abwärtsbewegung des Messers 28 setzt das Schweißelement 13 fest in die Stutzennut 10 ein, worauf der Kopf 20 nach oben zurückgezogen wird und seine Teile in ihre Ausgangslage gelangen. Es ist zu bemerken, daß während des Abwärtsdrängens des Schweißelements 13 durch das Messer 28 die vordere Schnittkante 13a und die hintere Schnittkante 13b in einer gemeinsamen, sich in axialer Richtung erstreckenden Ebene ausgerichtet sind, wie aus Fig. 10 ersichtlich. Infolgedessen wird der Strang des Induktionsschweißmaterials in einen vollständigen, ununterbrochenen Ring geformt, wobei die unter einem Winkel verlaufenden Schnittkanten 13a und 13b die Bildung einer schädlichen, sich in radia-

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ler Richtung erstreckenden Lücke an der Verbindungsstelle infolge kleinerer Änderungen in der Stranglänge verhindern.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, wie ein Behälterverschlußstutzen, der. aus Kunstharz geformt ist, sehr leicht mit einem Induktionsschweißelement für die thermoplastische Induktionsschweißung an einer Behälteröffnung vereinigt werden kann. Der Vereinigungsvorgang gemäß der Erfindung, der sich sehr gut für eine automatische oder halbautomatische Fertigung eignet, trägt auch zu der Qualität und Wirksamkeit der Verbindung zwischen dem Stutzen und der Behälterwand bei.

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Patentansprüche;

Claims

Patentansprüche:

Verschlußstutzen, der für die Befestigung mittels Induktionsschweißung an einer Kunststoffbehälterwandöffnung aus einem Kunstharzpreß stück besteht, das einen aufrecht stehenden, zylindrischen Hals, ein darin angebrachtes Gewinde und einen seitlich abstehenden ringförmigen, den Hals umgebenden Bund aufweist, gekennzeichnet durch eine in axialer Richtung offene, kreisförmige Nut (10), die in dem Bund (8) so ausgebildet ist, daß sie ein Induktionsschv/eißelement (13) aufzunehmen vermag und Festhaltemittel (11) enthält, die in der Weise einstückig in Verbindung mit der Nut (10) geformt sind, daß sie das Schweißelement in seiner in der Nut (10) eingesetzten Stellung formschlüssig festhalten.
2. Verschlußstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festhaltemittel (11) die Öffnung der Nut (10) teilweise abdecken.
3. Verschlußstutzen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festhaltemittel ein Paar konzentrischer, aufrechtstehender, ringförmiger, die Nut (10) einfassender Rippen (11) umfassen.
4. Verschlußstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Induktionsschweißelement (13) als vollständiger Ring ausgebildet ist und in der Nut (10) festgehalten wird.
5. Versciiluß stutzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Induktions-

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schweißelement (13) einen kreisförmigen, vertikalen Querschnitt aufweist und sich über die Rippen (11) erstreckt.
6. Verschlußstutzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überlappungsverbindung in dem ringförmigen Induktionsschweißelement (13) ausgebildet ist.
7. Verschlußstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schraubgewinde (3) zur Aufnahme eines Verschlußstopfens (16) im Innern des Halses (2) ausgebildet ist.
8. Verfahren zur Herstellung von Verschlußstutzen nach Anspruch 1 bis 7 für das Befestigen mittels Induktionsschweißung an Behältern, gekennzeichnet durch die Schritte des Formens eines ringförmigen Verschlußstutzens aus thermoplastischem Kunstharz, des Abstützens dieses Verschlußstutzens in konzentrischer Ausrichtung zu einem Anbringkopf, Zuführen eines länglichen Stranges eines Induktionsschv/eißguts in den Anbringkopf, Aufeinanderzubewegen des letzteren und des Verschlußstutzens, Abschneiden des Stranges auf eine vorbestimmte Länge und Anbringung des Stranges ä.s vollständiger Ring an dem Verschlußstutzen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt des Abschneidens des Stranges innerhalb des Anbringkopfes und der Bildung einer Überlappungsverbindung an den Strangenden.
10. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt des formschlüssigen Festlegens des Stranges auf dem Verschlußstutzen.

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