DE2629336A1

DE2629336A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbindung von substraten

Info

Publication number: DE2629336A1
Application number: DE19762629336
Authority: DE
Inventors: Philip Lee Brooks
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1975-06-30
Filing date: 1976-06-30
Publication date: 1977-02-03
Also published as: FR2316464B1; US4092193A; BE843655A; FR2316464A1; DE2629336C2; JPS5231271A; CA1082754A; US4126759A; GB1557710A

Description

300 Constitution Drive, Menlo Park, California 94025 United States of America

Verfahren und Vorrichtung zur Verbindung von Substraten

Es ist oft notwendig, verschiedene Produkte oder Materialien, besonders solche, die in einem kontinuierlichen Verfahren z.B. durch Weben, Extrusion oder Walzen hergestellt werden, miteinander oder mit einem zweiten Material oder Produkt auf eine Weise zu verbinden, bei der so viele Eigenschaften wie möglich des ursprünglichen Produkts, z.B.seine physikalische Gestalt und/oder seine chemischen Eigenschaften zum Ausdruck kommen. Wenn z.B. zylindrische Schichtträger miteinander verbunden werden, ist es häufig vorteilhaft, die unzerstörte zylindrische Form mit einer minimalen Verzerrung des Innen- und Außendurchmessers des Schichtträgers aufrechtzuerhalten. Auf ähnliche Weise ist es häufig vorteilhaft, flexible Materialien unter Verwendung eines flexiblen Materials oder von metallischen Gliedern mittels einer intermetallischen Verbindung unter Beibehaltung der ursprünglichen Form oder Konfir/guration zu verbinden.

SolcheÜberlegungen sind besonders wichtig, wenn die mechanischen Eigenschaften der Verbindung sehr nahe an diejenigen der Schichtträger herankommen müssen. Eine äeife Klemmverbindung zwischen relativ weichen Trägerschichten

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kann bei der Extrusion zu einem dünnen,schwachen Abschnitt führen, während eine weiche Verbindung zwischen steifen , Trägerschichten zu überbeanspruchung durch das stärkere ι Material auf beiden Seiten neigt. Weiter kann auch die ; Form oder der Umriss der Verbindung wichtig sein. So neigt beispielsweise eine kontinuierliche Form weniger zu Spannungs-i punkten als eine diskontinuierliche. Eine diskontinuierliche : Verbindung kann auch einfach deswegen unerwünscht sein, weil sie nicht in den erforderlichen Raum passt,oder weil die i ) elektrische oder chemische Kontinuität unterbrochen worden i ist. I

Im allgemeinen ist es schwierig, eine Vereinigung zwischen Materialien nach ihrer Herstellung su erhalten, die Eigenschaften aufweist, welche den Eigenschaften der Materialien

! selbst sehr nahekommen. Die Verbindung von metallischen Substraten veranschaulicht diese Probleme. So wird beispielsweise auf vislen Gebieten die Lichtbogen- oder Autogenschweißung zunehmend schwerer handzuhaben, wenn nicht gar unmöglich^ well die Produkte in Erfüllung der Anforderungen moderner |

■ Technologie immer kleiner werden. Auch können die hohen Temperaturen, die bei solchen Verfahren erzeugt werden, ein Problem darstellen, wenn die zu verbindenden Produkte oder die umgebenden Materialien durch Hitze nachteilig beeinflußt werden.

Herkömmliches Löten ist dann ungeeignet, wenn die gebildete Verbindung im wesentlichen die gleiche innere oder äußere Konfiguration aufweisen muss, wie die zu verbindenden Substrate. Lötmittel, einmal verschmolzen, muß ebenfalls enthalten sein. Wenn die zu verbindenden Substrate groß in ihrer Abmessung oder Masse sind, kann außerdem die zum Erhitzen auf die Löttemperatur erforderliche Wärme die umgebenden Materialien schädigen. Weiter werden beim herkömmlichen Löten Wärme und Lötmittel beide von außen auf die zu bildende

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Verbindung aufgebracht. Das kann bei der Verbindung von Substraten gewebter, perforierter oder anderweitig poröser Bauart unwirksam sein, da das geschmolzene Lötmittel längs und/oder durch die Zwischenräume des heißen äußeren Substrats fließt, dagegen nicht einseitig in die Zwischenräume des kälteren inneren Substrata.

Das Verbinden von metallischen Teilen miteinander oder eines metallischen Teils mit einem Kunststoffteil mittels eines schmelzbaren Kunststoffklebers brrngt viele der beim Löten auftretenden Probleme mit sich, insbesondere das Problem des Festhaltens des geschmolzenen Materials,um eine spzezielle Form zu erzielen. Darüberhinaus ist häufig für die Herstellung einer Kunststoffverbindung Druck erforderlich, dessen Anwendung sich als extrem schwierig bei einer zylinderförmigen, kugelförmigen oder komplexeren Bauweise erweist.

Einfache Pressverbindungen können einige dieser mit Kunststoffklebern verbundenen Probleme lösen, werfen jedoch selbst andere Probleme auf. So kann z.B. der hohe Druck, der für die Herstellung einer schwingungsfesten oder gegen andere Beanspruchungen beständigen Verbindung zwischen dem Befestigungsmittel und den Substraten erforderlich ist, empfindliche Teile schädigen. Auch kann dieser Druck zu einer Versprödung und/oder Verzerrung oder Verminderung des Querschnitts der zu verbindenden Materialien führen. Mechanische

Befestigungsmittel neigen auch zur Sperrigkeit und erfordern j komplexe Werkzeuge für ihre Installation, da die Verwendung j eines einfachen Werkzeugs zu einer überbeanspruchung durch J den Bedienungsmann führen kann. Muß dagegen ein kompliziertes j Werkzeug verwendet werden, ist es üblicherweise groß im Verhältnis zu der damit zu verrichtenden Arbeit und teuer. Weiter wird hierdurch nicht völlig die Möglichkeit ausgeschlossen, daß beim Klemmen, Festziehen oder Tiefziehen überschüssige Kraft angewandt wird.

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Im Hinblick auf diese Probleme besteht ein Bedarf für eine Vorrichtung, die die Vereinigung von Schichtträgern bewirkt, die im wesentlichen ihre Konfiguration und ihre physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften beibehalten, und die physikalisch und wirtschaftlich sowohl für die Anwendung im Freien als auch in der Fabrik unter den verschiedensten Bedingungen geeignet ist.

Gegenstand der Erfindung ist eine Kuppelungsvorrichtung für die Verbindung .von Substraten miteinander, gekennzeichnet

• durch ein inneres Teil, auf dem ein schmelzbares Material angeordnet ist, das nach dem Schmelzen durch oder um die zu verbindenden Substrate fließt und diese nach dem Abkühlen miteinander verbindet, ein äußeres Teil und einen vom inneren und äußeren Teil gebildeteten Zwischenraum für den Einsatz ■ der zu verbindenden Substrate, der das schmelzbare Material im geschmolzenen Zustand aufnehmen kann.

Die Vereinigung der Schichtträger bzw. der Substrate wird erreicht, indem diese zwischen Innen- und Außenteil eingesetzt werden, die Anordnung erhitzt wird, um die Temperatur

• des schmelzbaren Materials zu erhöhen, bis dieses schmilzt und durch Fließen in Berühung mit den erhitzten Substraten kommt, wobei dieser Fluß durch Kapillarwirkung erleichtert werden kann, worauf nachfolgend die Anordnung gekühlt wird, wodurch das schmelzbare Material erhärtet.

• Das äußere Teil ist vorzugsweise entweder durchsichtig oder weist Perforierungen auf, um eine visuelle Kontrolle der ; Verbindung zu ermöglichen und so positiv anzuzeigen, daß { das schmelzbare Material richtig und ausreichend geflossen ist. Die äußeren und inneren Teile wirken gemeinsam als Einrichtung zum Festhalten oder Festklemmen der Substrate in j der für die Verbindung geeigneten Lage. In einer anderen ^; bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Außen-

teil aus einer metallischen Klammer.

Die Erfindung wird nachfolgend ausführlicher beispielhaft anhand

haben:

anhand der Zeichnungen erläutert, die folgende Bedeutung j

Figur 1 ist ein Querschnitt, der das Wesen der Erfindung illustriert.

Figur 2 stellt in perspektivischer Sicht einen teilweisen Schnitt durch eine Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung dar.

Figuren 3 bis 5 zeigen in perspektivischer Sicht Innenteile, die für die Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendbar sind.

Figuren 6 und 7 sind Ansichten eines Quer- und eines Längs- '

Schnitts durch eine Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Figuren 8 und 9 illustrieren eine Anwendung der Erfindung.

Figuren 10 und 11 zeigen eine weitere Anwendung der Erfindung.!

ι Figuren 12 und 13 zeigen noch eine weitere Anwendung der

Erfindung. i

Figur 14 illustriert in perspektivischer Sicht ein für die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignetes Teil.

Figur 15 zeigt eine weitere Anwendung der Erfindung.

In Figur 1 ist schematisch'das Grundprinzig der Erfindung dargestellt, bei dem vorteilhaft der Temperaturgradient angewendet wird, der beim Erhitzen der Kupplungsvorrichtung

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gemäß der Erfindung von außen auftritt. In Figur 1 stellt
das am weitesten innen-liegende Teil 1 das Innenteil der
Kupplungsvorrichtung dar; das benachbarte und weitere Teil

2 stellt das schmelzbare Material dar, welches vom Innenteil getragen wird; das kreisförmige Teil 3 bildet das äußere
Teil der Kupplungsvorrichtung; Teile 4 und 5 sind zu verbi'ndende Schichtträger, die Einrichtungen aufweisen, mit
deren Hilfe das schmelzbare Material durch die Substrate
durch/oder um sie herum treten kann, um Kontakt zu erzielen.

Wenn das Außenteil 3 erhitzt wird, bildet sich in der

Anordnung ein Temperatugefälle aus. Schmilzt das schmelz- \

bare Material,fließt es daher in Richtung auf das Außenteil !

3 und durch und um die Substrate 4 und 5« Sind die Substrate I

4 und 5 metallisch und das schmelzbare Material 2 ist ein ! geeignetes Lötmittel* so wird eine intermetallische Ver- !' bindung zwischen den Substraten 4 und 5 gebildet. Bei einer i bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Außenteil ι

3 entweder transparent odez% srenn @s undurchsichtig ist
weist es öffungen oder Fenster auf, um dem Bedienungspersonal die Beobachtung der Bildung einer Verbindung zu ermöglichen. Hierdurch wird siehergestellt, daß die verwendete Wärmequelle sum frühestmöglichen Zeitpunkt entfernt werden kann, so daß die zu verbindenden Substrate j oder die umgebenden Materialien nicht überhitzt werden.

In Figur 2, die der Klarheit wegen die gleiche Numerierung j wie Figur 1 aufweist, ist in teilweise aufgebrochener per- ; spektivischer Sicht eine gegenwärtig bevorzugte AusfÜrungs- , form der Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Das
Inneieil 1 und Außenteil 3 weisen rohrförmige Gestalt auf ^! und sind konzentrisch angeordnet, so daß sie einen ringförmigen Hohlraum 6 zur Aufnahme der rohrförmigen Substrate

4 und 5 (nicht gezeichnet) bilden. Das schmelzbare Material

2 ist um das Innenteil 1 angeordnet. Das schmelzbare Material, kann beispielsweise ein Lötmittel, ein thermoplastischer

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Klebstoff oder ein hitzehärtbarer Klebstoff sein. Das
schmelzbare Material wird naturgemäß nach der Art der zu
verbindenden Substrate ausgewählt.

Wie in Figur 2 dargestellt, besteht das Innenteil 1 aus
einem Zylinder. Dies ist notwendig, wenn die zu verbindenden
Substrate ein strömendes Medium, z.B. eine Flüssigkeit oder
ein Gas transportieren müssen. Auch ein Hohlzylinder kann
verwendet werden, um empfindliche Teile aufzunehmen und
diese von der zur Herstellung der Verbindung erforderlichen
Wärme abzuschirmen, Wenn jedoch die zu verbindenden Substrate j bloße Strukturteile sind, kann Innenteil 1 auch ein massiver
Zylinder sein. In Figur 2 ist das schmelzbare Material 2
nur um die Hälfte des Innenteils 1 herum angeordnet. Dies
ermöglicht etwas Fluß des schmelzbaren Materials 2 in
Längsrichtung während der Bildung der Verbindung,ohne AbflieiSanvon den Enden des Innenteils. Wenn jedoch andere
Mittel zur Begrenzung des Flusses in Längsrichtung vorgesehen sind, wie nachfolgend beschrieben, kann das schmelzbare Material und Innenteil eine gemeinsame Grenze aufweisen, i Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht : das Innenteil 1 aus einem wärmerUckstellfähigen Teil, welches | die Eigenschaft des elastischen Gedächtnisses aufweist und das beim Erhitzen auf einen größeren Durchmesser espandiert werden kann. Solch ein Teil kann sowohl aus metallischen als aus j polymeren Materialien, beispielsweise vom Typ der in
US-PS 3 783 037 und 2 027 962 beschriebenen Materialien nach j bekannten Methoden hergestellt werden. Insbesondere mit die- j sen Materialien kann eine Vielzahl von geeigneten schmelz- ! baren Materialien verwendet werden. Beispiele solcher schmelzbaren Materialien sind Lötmittel, Kitte, thermoplastische , Klebstoffe, schmelzbare keramische Massen, gefüllte Elastomere und in der Schmelze fließfähige Dispersionen und Suspensionen.

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In einigen Fällen kann es erwünscht sein, daß das schmelzbare Mittel klebrig ist. In einem solchen Fall kann ein Abziehpapier oder andere geeignete Schutzmittel vorhanden sein, die entfernt werden, wenn Kupplungsvorrichtung und Substrate zusammengesetzt werden. Wenn die Kupplungsvorrichtung samt eingesetzten Substraten erhitzt wird, kann das wärme-expandierbare Innenteil 1 einer Ausdehnung unterliegen, wodurch der Fluß des schmelzbaren Materials durch und um die zu verbindenden Substrate erzwungen wird.

Das äußere Teil 3 besteht vorteilhaft aus steifem Material und weist eine gute Wärmeleitfähigkeit auf. Dieses Teil wirkt zusammen mit dem Innenteil l,um den Fluß des schmelzbaren Mittels aufzunehmen und eine Gegenkraft darzustellen, wenn das Innenteil 1 sich in der Wärme ausdehnt. Das Außenteil 3 kann alternativ beispielsweise wärmerUckstellfähig sein, unabhängig davon, ob das Innenteil 1 diese Eigenschaft aufweist, um eine nach Innen gerichtete Presskraft bereitzustellen, durch die der Fluß des schmelzbaren Materials 2 erleichtert wird. Bei vielen Anwendungen kann das Außenteil 3 eine konventionelle Feder oder einstellbare Klammer sein, so lange ausreichend viel Wärme in die Anordnung eindringen kann.

In den Figuren 3-5 sind spezielle Ausführungsformen von Innenteilen dargestellt, die für erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtungen geeignet sind. In Figur 3 ist 7 ein einstückiges Innenteil aus einem Polymermaterial mit einem selektiv vernetzten Innenteil 8 und einem im wesentlichen nicht vernetzten Außenteil 9. Das Innenteil 8 ist vorzugsweise so weit vernetzt, daß es wärmerUckstellfähig gemacht werden kann,j

jedoch nicht bis zu einem solchen Ausmaß, daß es nicht mehr '

ι leicht verarbeitbar ist. Die Vernetzung von bestimmten Polymer^

materialien, um diese in wärmerückstellfähige Gegenstände j

umwandeln zu können, wird beschrieben in US-PS 3086 242, ; dessen Offenbarung dureh Verweis mit zum Gegenstand der vor-

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liegenden Erfindung gemacht wird. Einige Polymermaterialien haben allerdings bekanntlich die Eigenschaft,in solche wärmerückstellfähige Gegenstände umgewandelt werden zu können. Im Gebrauch schmilzt und fließt der nicht vernetzte Anteil 9 ' des Innenteils 7, wählend der vernetzte Anteil 8 starr bleibt,; oder die Eigenschaft der Wärmerückstellfähigkeit aufweist. ι

Eine der von Figur 3 ähnliche Bauweise kann erhalten werden, \ wenn man eine diskrete Schicht eines schmelzbaren Materials j mit einem nicht schmelzbaren Kernmaterial 8 kombiniert. ■

In Figur 4 ist auf dem Innenteil 10 ein aus Einzelteilchen bestehendes schmelzbares Mittel 11 angeordnet. Bei Gebrauch fließen die Einzelteilchen des schmelzbaren Mittels unter Bildung einer kontinuierlichen Masse zusammen. Solch ein Teil hat den Vorteil, daß es ohne Anwendung von Hitze, beispielsweise dadurch hergestellt werden kann, daß das aus einzelnen Teilchen bestehende schmelzbare Mittel· in einem geeigneten Bindemittel auf die Oberfläche aufgesprüht werden kann. Das Innanteil kann daher wärmerückstellfähig gemacht werden vor der Aufbringung des schmelzbaren Materials, da das Aufsprühen des schmelzbaren Materials das Innenteil nicht zu beeinträchtigen, z.B. dessen partielle Rückstellung zu bewirken braucht. Das bedeutet, daß das Innenteil um ein genaues und vorgegebenes Ausmaß deformiert werden kann, um die erwünschte Abmessung nach der Rückstellung sicherzustellen.

In Figur 5 besteht das Innenteil 12 aus einem in Längsrichtung aufgeschlitzten Rohr, um das herum schmelzbares Material 13 als kontinuierliches Band angeordnet ist. Das Innenteil 12 kann beispielsweise eine zusammengedrückte Feder sein, die sich unter Erzeugung einer Presskraft entspannt, wenn das schmelzbare Mittel 13 auf seine Schmelztemperatur erhitzt wird. Auf ähnliche Weise kann das Innenteil 12 so ausgestaltet sein, daß es sich Wärmeeinwirkung

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ausdehnt und einen hohen Prozentsatz an Rückstellfähigkeit aufgrund des Schlitzes haben kann.

In den bisher beschriebenen Ausführungsformen besteht die Kupplungsvorrichtung aus rohrförmigen Teilen, die eine hohe Symmetrie um ihre gemeinsame Achse aufweisen.Jedoch sind für den Fachmann ersichtlich auch unregelmäßige Bauweisen möglich. Zwei Beispiele hierfür werden in den Figuren 4 und ο gezeigt.

Figur 6 stellt im Querschnitt eine Kupplungsvorrichtung dar, die zur Verbindung von Substraten vonUhr^lasform verwendet werden können, die ein relativ unregelmäßig geformtes Innenteil 14, schmelzbares Material 15 und ein unregelmäßig geformtes Außenteil 16 aufweist.

In Figur 7 ist im Längsschnitt eine andere Ausführungsform der Erfindung zur Anwendung mit rohrförmigen Substraten dargestellt, die nahe an den zu verbindenden Enden gebogen sind. Die Kupplungsvorrichtung weist ein gebogenes Innenteil 17, ein schmelzbares Material 18 und ein gebogenes Außenteil auf.

In den Figuren 0 und 9 ist eine besondere Anwendung der Kupplungsvorrichtung von Figur 2 zur Verbindung von rohrförmigen Substraten 20 und 21 dargestellt, die z.B, eine Umfleohtung aus Drahtgewebe oder Kunststoff aufweisen. Figur 8 zeigt die Anordnung vor dem Erhitzen. In Figur 8 besteht das Innenteil 1 aus einem starren Rohr, das als Trägerglied und als Wärmeschild für die innerhalb der Umflechtungen 20 und 21 gelagerten Drähte 4 dient. Das schmelzbare Material 2 besteht aus einem Material, das nach seiner Fähigkeit ausgewählt wurde, die rohrförmigen umflochtenen Substrate miteinander zu verbinden. Besteht die Umflechtung aus Draht, so ist dieses Material vorzugsweise

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ein Lötmittel; besteht die Umflechtung aus Kunststoff, so wird bevorzugt ein geeigneter Klebstoff verwendet. Das Innenteil 1 und das schmelzbare Material 2 sind von einer solchen Größe, daß sie in das rohrförmige, umflochtene Teil 20 eingesetzt werden können. Die umflochtenen Sv;bstrate werden so angeordnet, daß sie einander überlappen, worauf ! das äußere Teil 3, das in diesem Fall ein wärmerückstellfähiges Teil ist, um diese Bestandteile herum angeordnet wird. j

Wenn die Anordnung von Figur 8 erhitzt wird, schrumpft das [ Teil 3 dicht auf die Substrate 20 und 21, zwingt diese in ^[ gegenseitigen Kontakt und das innere Substrat 20 in Kontakt i mit dem schmelzbaren Material 2. Während des Erhitzeas wird j äie Wärme durch die Substrate nach innen zu dem schmelzbaren j Material geleitet. Das schmelzbare Material schmilzt und i fließt, unter anderem durch Kapillarwirkung durch und um die \ gewebten Teile der umflochtenen Substrate. Austreten von j schmelzbarem Material an der äußeren Oberfläche des äußeren Substrats zeigt an, daß das schmelzbare Mittel ausreichend geflossen wird. Nach einem ausreichenden Fluß des schmelzbaren Materials kann die Wärmequelle entfernt und die Verbindung abgekühlt werden. Die erhaltene Verbindung ist in j Figur 9 dargestellt. j

Eine weitere Anwendung der Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung wird in den Figuren 10 und 11 dargestellt, wo ein Paar von starren Röhren 22 und 23 miteinander verbunden werden, die lediglich zum Zweck der Veranschaulichung als metallisch i angesehen werden. Wie in der Praxis üblich wurde ein Rohr (in diesem Fall 22) nahe an seinem Ende in Richtung des Durchmessers expandiert, damit es teleskopartig über ein Ende des anderen Rohres 23 montiert werden kann. Das gerade überlappende Rohr 23 ist mit einer Vielzahl von Perforationen 24 versehen. Das Innenteil 1 ist als eingeschnürtes,durch Wärme expandierbares elastomeres Rohr gezeichnet. Das schmelzbare Material 2 kann in diesem Fall geeigneterweise

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aus einem Gemisch von Lötmittel- und Flußmittel sein. Das Innenteil 1 wirkt gleichzeitig als "Damm" gegen die Bewegung des Lötmittels in Längsrichtung. Das Außenteil 3 ist bevorzugt wärmeschrumpffähig. Wenn die Anordnung von Figur 10 erhitzt wird, schmilzt das schmelzbare Material 2 und fließt in die Perforationen 24, wobei der Fluß durch Kapillarwirkung erleichtert und durch den Temperaturgradienten vergrößert wird, der durch das Erhitzen und die Rückstellung des elastomeren Innenteils 1, das radial expandiert, entsteht. Die Wirkungen des Erhitzens sind in Figur 11 gezeigt. Hier wird deutlich, daß das schmelzbare Material 2 unter Ausfüllung der Perforationen geflossen ist und die Rohre 22 und 23 miteinander verbindet. Das schmelzbare Material dringt auch in den Ringraum 4 zwischen den Rohren ein und erleichtert die Verbindung und wird unter dem Außenteil bei 5 sichtbar.

Eine Abwandlung der Kupplungsvorrichtungen von Figuren 10 und j 11 ist in den Figuren 12 und 13 dargestellt. Aus Figur 12 wird deutlich, daß die Rohre 26 und 27, die frei von Perforationen sind und unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, in überlappender Anordnung miteinander verbunden sind. Das Innenteil 29 unterscheidet sich vom Innenteil 1 der Figuren 10 und 11 darin, daß es kein regelmäßiger Zylinder sondern abgesetzt ist. Das schmelzbare Material 2 ist um den Teil i mit kleinerem Außendurchmesser herum angeordnet. Das Innenteili 1 ist weiter mit einem Damm 30 zur Begrenzung des Flusses des j schmelzbaren Mittels 2 in Längsrichtung versehen. Die Schulter; 31 des abgesetzten Zylinders blockiert den Längsfluß in der ' andern Richtung. Vorzugsweise sind sowohl innerer als auch 1 äußerer Teil wärmerückstellfähig, wobei das Innenteil 29 I wärmedehnbar ist, während das andere Teil durch Wärmeein- 1 wirkung schrumpft. Die Anordnung nach dem Erhitzen zeigt Figur 13· Das Erhitzen wird beendet, wenn das schmelzbare Material, nachdem es durch den Ringraum 4 geflossen ist, bei 5

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unter dem Außenteil 3 sichtbar wird, welches vorzugsweise durchsichtig oder mit Penstern oder anderen Einrichtungen versehen ist, durch die der Fluß des schmelzbaren Materials beobachtet werden kann.

Figur 14 zeigt ein weiteres Innenteil, das für die Erfindung geeignet ist, bei dem das Innenteil 1 um seinen Umfang herum eine Schichtstruktur 2 aufweist, die aus einem diskreten, zusammengerollten Band bzw. Streifen 32 besteht, der mit einem schmelzbaren Material 31 beschichtet ist. Die Doppelung stellt eine Wicklung dar, so daß nach Erhitzen der Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung das Außenteil (nicht gezeichnet, es kann sich jedoch um eines der vorstehend beschriebenen Teile handeln) die Ausübung einer Kraft auf die zu verbindenden Materialien veranlasst, wobei nicht nur das schmelzbare Material in oder um die zu verbindenden Materialien herum gepresst wird, sondern auch die Schicht 32 aufgrund ihrer gewendelten Struktur auf einen kleineren Durchmesser gezwungen wird. Nach Erhitzen und Abkühlen können auch die Kanten der Wicklung, zusammen mit den anderen zu verbindenden Materialien, durch das schmelzbare Material 31 verbunden werden.

In Figur 15 wird eine Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung gezeigt, deren Querschnitt einer flachen Umhüllung gleicht. Das äußere Teil 40 umgibt das starre Innenteil 4l j und das schmelzbare Material 42 und kann mittels eines Siegels bzw. einer Lasche 43 geöffnet werden. Bei dieser

besonderen Ausführungsform kann das starre Innenteil 4l I

direkt mit der benachbarten Wand 47 des Außenteils 40 ver- :

bunden sein oder nicht. Der Raum 44 zwischen schmelzbarem >

Material 42 und der gegenüberliegenden Wand des Außenteils \ 40 ist der Ort, an den die zu verbindenden Substrate 45 und

46 plaziert werden. In dieser Ausführungsform der Erfindung ;

werden die Vorteile de.r Technik des seitlichen Zugangs ver- ■ wirklicht. Die zu verbindenden Substrate können so fixiert

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werden, daß es unpraktisch ist, einen Bruch in den kontinuierlichen Materialien zu bewirken oder ein Ende der
Materialien verfügbar zu machen, um ein rohrförmiges Außenteil zur Herstellung, der Verbindung darüber zu schieben. : Speziell in Figur 15"-· wirkt die obere Oberfläche 48 des ^; Außenteils 40 (wenn es bei dieser Darstellung ein wärmerück- · stellfähiger Gegenstand ist, der die Eigenschaften des
elastischen Gedächtnisses nach US-PS 2 027 962 aufweist)
nach Erhitzen die Rückstellung des Außenteils. Weiteres
■ Erhitzen zwingt die zu verbindenden Materialien in enge
Berührung miteinander wie vorstehend beschrieben wurde. ·^; Wenn die Wärme das schmelzbare Material 42 erreicht, welches
eines der vorstehend erwähnten schmelzbaren Materialien sein
kann, wird dieses hinaufgezogen und/oder -gepresst durch oder j um die zu verbindenden Substrate in den durch diese Materialien

besetzten Raum 44. Wenn das schmelzbare Material 42 durch die \ zu verbindenden Materialien hindurch unter der Oberfläche
des Außenteils 40 sichtbar wird, ist die gewünschte Verbindung zustandegekommen ,und das Erhitzen kann unterbrochen
ι werden.

Die Kupplungsvorrichtungen gemäß der Erfindung haben den
Vorteil, daß jeder beliebige Teil des Gegenstands gemäß der

Erfindung aus einem starren Material bestehen kann. Daher j

kann in verschiedenen und speziellen Kombinationen diese _;

besondere Ausführungsform der Erfindung starre und elastische i

Materialien, schmelzbare und nicht schmelzbare Materialien, |

diskrete und monclithisdhe Schichtungen, expandier bare und _;

schrumpfbare rückstellfähige Materialien, Materialien, die _; rückstellfähig sind und solche die nicht rückstellfähig

sind sowie Metalle kombiniert mit nicht-metallischen Materi- I

alien, aufweisen. :

Die Temperatur,bei der die schmelzbaren Materialien und die
rückstellfähigen Materialien ihre speziellen Eigenschaften

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zeigen, ist selbstverständlich außer durch praktische Grenzen nicht beschränkt. So können z.B. bestimmte rückstellfähi.-e Materialien in ihrem Zustand vor der Rückstellung oder in nicht erweichtem Zustand lediglich bei sehr niedrigen Temperaturen, z.B. bei Kühlung mit flüssigem Stickstoff verbleiben und nach Erreichen von Umgebungstemperatur äer Rückstellung unterliegen,oder in einen fließfähigen Zustand übergehen. Weiter kann es sein, daß die verschiedenen Katerialien auf mehrere Grad Celsius erhitzt werden müssen, bevor sie die Eigenschaften zeigen, aufgrund deren sie für spezifische Anwendungen gemäß der Erfindung ausgewählt worden sind. Es ist ein weiterer Vorteil der Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung, daß Ausdehnung oder Schrumpfung eines jeden der verschiedenen Teile der Kupplungsvorrichtung durch einen anderen Teil beschränkt werden kann. So kann z.B. das Innenteil des Gegenstands gemäß der Erfindung in einen wärmerückstellfähigen Zustand durch physikalischen Kontakt oder ' durch Verbindung mit einem Ring aus Lötmittel gehalten werden,¹ der als schmelzbares Material wirkt. Nach Anwendung von Wärme

schmilzt das Lötmittel und fließt, worauf das Innenteil eine >

Expansion in Richtung des Durchmessers unterliegt, weswegen \ es ausgewählt worden ist. Diese Teile können auch Metallfedern, sein, die durch andere Teile unter Zug oder Druck gehalten werden und die Druck oder Zug oder beides ausüben, wenn das andere Teil, beispielsweise durch Schmelzen, nachgibt.

Die Erfindung hat weiter den Vorteil, daß als Erhitzungs- j methode jede beliebige bekannte Methode für das Erhitzen von i Materialien angewandt werden kann, z.B. Erhitzen durch Wärme- , leitung, durch Konvexion oder durch Strahlung, Induktionsheizung, kapazitive Hochfrequenzerwärmung, elektrische Wider- I Standsheizung,mittels exothermer Reaktion erzeugter Wärme, j durch Berührung mit einer heißen Lösung oder einem anderen ■ heißen Material, oder . ι dem Aussetzen von eingefrorenen Materialien auf Umgebungstemperatur oder niedrigere Temperaturen. Weiter kann bei jeder gegebenen Kupplungsvorrichtung

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jedes Teil bei der gleichen oder einer anderen Temperatur wie ein anderes Teil erstarren, schmelzen, erweichen, sich rückstellen oder dimensionsstabil bleiben.

Der Ausdruck "schmelzbares Material" umfasst nicht nur Materialien, die im strengen Sinne schmelzbar sind, d.h. solche, die einen scharfen Abfall der Viskosität bei einer besonderen Temperatur nach Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb der Lagerungstemperatur zeigen (d.h. Materialien mit einem definierten Schmelzpunkt in dem betreffenden Temperaturbereich), sondern auch Materialien, die nicht im strengen Sinn schmelzbar sind, d.h., die keinen scharfen Viskositätsabfall bei einer besonderen Temperatur zeigen (also Materialien ohne einen definierten Schmelzpunkt in dem betreffenden Temperaturbereich), die jedoch weniger viskos werden (also fließfähiger) beim Erhitzen auf Temperaturen oberhalb der Lagerungstemperatur.

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Claims

Ansprüche

1. Kupplungsvorrichtung zur Verbindung von wenigstens

\ / zwei Schichtträgern, gekennzeichnet durch ein inneres

Teil, auf dessen Außenseite ein schmelzbares Material angeordnet ist, ein äußeres Teil und einem Raum zwischen innerem und äußerem Teil für den Einsatz der zu verbindenden Schichtträger.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Innen- und Außenteil kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Innen- und Außenteil zylindrisch ausgebildet ι sind. j

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3# dadurch gekennzeichnetJ daß InnenT und Außenteil im wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil wärmeexpansionsfähig ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch ge- \ kennzeichnet, daß das Innenteil Einrichtungen zur Begren- j zung des Flusses des schmelzbaren Materials im geschmolze- '

nen Zustand aufweist. . ;

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil warmeschrumpffähig ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7* dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzbare Material aus einer diskreten Schicht auf dem betreffenden Teil besteht.

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9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - B, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzbare Material ein Lötmittel, Kitt, thermoplastischer Klebstoff, eine schmelzbare Keramikmasse, ein gefülltes Elastomeres, eine in der Schmelze fließfähige Dispersion und/oder eine in der Schmelze fließfähige Dispersion ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7* dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil und das schmelzbare Material die vernetzten und im wesentlichen nicht vernetzten Teile eines selektiv vernetzten Polymerteils bilden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerteil aus einem Hohlzylinder besteht.

12. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil aus einem in Längsrichtung aufgeschlitzten Hohlzylinder besteht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch ΐ gekennzeichnet, daß das Außenteil im wesentlichen durch- 1 sichtig ist. :

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil undurchsichtig ist und Perforationen aufweist. \

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß Innen- und Außenteil aus Metallen bzw. Metallegierungen und/oder Polymermassen hergestellt worden sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß inneres und/oder äußeres Teil ein Elastomermaterial enthalten, oder daraus bestehen.

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17. Vorrichtung nach Anspruch J - 16, dadurch gekennzeich-

net, daß das Innenteil eine zylindrische Feder ist, ,

die durch das schmelzbare Material zusammengedrückt
wird. I

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 17, dadurch j gekennzeichnet, daß das Außenteil eine vorzu-cr.-.'eise ^: zylindrische Federklemme ist. ■

19. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 - 18, dadurch gekenn- ! zeichnet, daß sowohl inneres als auch äußeres Teil \ in Längsrichtung aufgeschlitzt sind. j

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 19, dadurch j gekennzeichnet, daß das schmelzbare Material aus einer j Vielzahl von verschiedenen Materialien besteht. j

21. Verfahren zur Verbindung von wenigstens zwei Schicht— ! trägern, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil
eines jeden Schichtträgers a) in die Kupplungsvorrichtung gemäß Ansprüchen 1-20 einbringt b) die Anordnung
erhitzt, bis das schmelzbare Material fließt und wenigstens einen Teil der Oberflächen der benachbarten Substrate benetzt c) das schmelzbare Material sich verfestigen lässt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß
die benachbarten Teile der Substrate sich überlappen. j

25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß
der Fluß des schmelzbaren Materials durch Öffnungen in
einem der Substrate erleichtert wird.

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