DE3153212C2 - Vorrichtung zum Verschließen der Enden von zusammengesetzten Behältern durch Reibschweißen - Google Patents

Vorrichtung zum Verschließen der Enden von zusammengesetzten Behältern durch Reibschweißen

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DE3153212C2
DE3153212C2 DE3153212A DE3153212A DE3153212C2 DE 3153212 C2 DE3153212 C2 DE 3153212C2 DE 3153212 A DE3153212 A DE 3153212A DE 3153212 A DE3153212 A DE 3153212A DE 3153212 C2 DE3153212 C2 DE 3153212C2
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DE
Germany
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rotatable
mandrel
closure part
chuck
friction
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Expired
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DE3153212A
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English (en)
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Travis K. Ferguson Mo. Canup
Stephen E. Florisant Mo. Woerz
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BOISE CASCADE CORP BOISE ID US
Officemax Inc
Original Assignee
BOISE CASCADE CORP BOISE ID US
Boise Cascade Corp
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Description

Soweit mit den Verfahren und Vorrichtungen des Standes der Technik Oberhaupt eine Reibschweißverbindung eines Verschlußteils mit einem mit einer dünnen thermoplastischen Futterschicht versehenen zusammengesetzten Behälterkörper erzeugt werden kann, hat es sich auch noch herausgestellt daß nur schwierig eine gleichmäßige und absolute Dichtigkeit hergestellt werden konnte.
Es hat sich somit gezeigt, daß es zur Verbindung eines Kunststoff-Verschlußteils mit einem Behälterkörper, bei dem ϊλιγ eine dünne innere Futterschicht aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial für die Erzeugung einer Reibschweißverbindung zur Verfügung steht, erforderlich ist, ein besonders gestaltetes Verschlußteil zu wählen und die Vorrichtung zur Durchführung des Reibschweißens speziell im Hinblick auf die Eigenschaften der zu verbindenden Teile neu zu entwikkeln.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verbinden eines Endes eines senkrecht angeordneten, rohrförmigen, zusammengesetzten Behälterkörpers mit einem aus einem thermoplastischen synthetischen Kunststoffmaterial bestehenden Verschlußteils mittels Reibschweißen zu schaffen, wobei der Körper eine faserige Wandschicht, eine innere Futterschicht aus einem thermoplastischen synthetischen Kunststoffmaterial und eine äußere Etikettschicht aufweist und wobei das Verschlußstück gegenüber dem Körper eine ringförmige innere Rippe und einen äußeren glockenförmigen Bereich aufweist, welche konzentrisch in einem Abstand voneinander angeordnet sind und eine ringförmige Nut bilden zur Aufnahme des anstoßenden Endes des Körpers, und wobei die Seitenwände der Nut zum Boden hin konvergieren, die es ermöglicht, derartige zu verbindende Teile sicher miteinander zu verschweißen, ohne daß es während des Verschweißens zu einem Reibkontakt auf einer relativ großen Ringfläche kommt oder die Futterschicht nennenswerten nach außen gerichteten radialen Druckkräften ausgesetzt wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung mit einem senkrecht angeordneten stationären zentralen Dorn zum Einführen in das Innere des Behälterkörpers, einer Einrichtung zur lösbaren Befestigung des Behälterkörpers an dem zentralen Dorn, einem drehbaren Futter in vertikaler Ausrichtung mit und in Axialrichtung verschiebbar zu dem zentralen Dorn, wobei das drehbare Futter mit einer Drehgeschwindigkeit antreibbar ist, die ausreichend ist zur Erzielung einer Reibschweißverbindung, einer Einrichtung zur lösbaren Befestigung des Verschlußteils an dem drehbaren Futter und einer Einrichtung zur drehbaren Abstützung der Innenfläche der Rippe, wenn das drehbare Futter in Axialrichtung relativ zu dem zentralen Dorn verschoben wird, dadurch gelöst, daß die die Rippe abstützende Einrichtung als drehbarer Dorn mit einem scheibenförmigen Teil ausgeführt ist, der drehbar mit dem zentralen Dorn verbunden ist, und daß der scheibenförmige Teil einen Durchmesser etwa gleich dem von den vertikalen Innenflächen der Rippe gebildeten inneren Durchmesser der Rippe aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Abstützeinrichtung als drehbarer Dorn mit einem in Form einer Scheibe mit senkrechten Rändern ausgeführten Teil wird die mit ebenfalls vertikalen Innenwänden versehene Rippe des Verschlußteils bei ihrer axialen Verschiebung in Richtung des BehäJterkörpers nicht radial nach außen gedrückt, was es ermöglicht, daß der Rand des rohrförmigen Behälters die abgeschrägte Außenfläche der Rippe nur in einem schmalen ringförmigen Bereich berührt, in dem das thermoplastische Material des Verschlußstücks erwärmt und aufgeschmolzen wird und unter Bildung einer breiten Dichtverbindung nach unten abfließen kann, ohne daß das innere Futter einer reibenden Einwirkung auf der gesamten Breite der schließlich erhaltenen Dichtverbindung ausgesetzt wird. Damit wird praktisch ausgeschlossen, daß das innere Futter des Behälters bei der Herstellung der Reibschweißverbindung abgeschält oder verletzt wird.
Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch die Vorrichtung;
F i g. 2 und 3 einen Querschnitt bzw. eine Ansicht auf die Unterseite des drehbaren Spannfutters von Fig. 1;
Fig.4 und 5 einen Querschnitt bzw. eine Ansicht auf den drehbaren Dorn von F i g. 1;
Fig.6, 7 und 8 Querschnitte aufeinanderfolgender Zustände während des Reibschweißens unter Verwendung der Vorrichtung.
Die Vorrichtung weist, wie in F i g. 1 gezeigt ist, einen stationären, vertikal ausgerichteten zentralen Dorn 50 auf, auf den während des Reibschweißvorgangs abnehmbar ein Behälterkörper 12 aufgeschoben ist, dessen Wände (vgl. F i g. 6 bis 8) mindestens eine Körperwandschicht 16 aus einem faserigen Material, eine innere Futterschicht 18 aus einem thermoplastischen Kunststoff und eine äußere Etikettschicht 20 aufweisen. Klammern 52 halten den Behälterkörper 12 an dem Dorn 50, wodurch eine Relativbewegung des Behälterkörpers 12 gegenüber dem Dorn verhindert wird. Andere Befestigungsmittel, wie beispielsweise eine Unterdrucksaugvorrichtung.oder ein spreizbarer Dorn, können die in F i g. 1 gezeigten Klammern ersetzen.
Ein drehbarer Dorn 54 ist drehbar mit dem zentralen Dorn 50 verbunden und umfaßt einen scheibenförmigen Teil 54a und einen integralen Schaft 54£>, der in dem oberen Ende des zentralen Dorns 50 drehbar gelagert ist. Der drehbare und der zentrale Dorn weisen eine Vielzahl von vertikalen Luftkanälen 60 bzw. 62 auf. Die Kanäle 62 stehen mit der Atmosphäre in der Nähe der Basis des zentralen Dorns 50 in Verbindung. Diese Luftkanäle können anders ausgebildet sein als die dargestellten vertikalen Luftkanäle, solange sie einen Luftdurchgang von der Oberseite des drehbaren Dorns durch den zentralen Dorn zur Atmosphäre bilden.
Ein Querschnitt des drehbaren Dorns 54 ist in F i g. 4 gezeigt, eine Draufsicht auf den drehbaren Dorn 54 zeigt F i g. 5. Der Durchmesser des scheibenförmigen Teils 54a ist etwa gleich dem inneren Durchmesser einer ringförmigen inneren Rippe 14a des Verschlußteils 14, wobei diese ringförmige innere Rippe 14a konzentrisch von einem äußeren glockenförmigen Bereich 140 umgeben ist, so daß zwischen der Rippe 14a und dem glokkenförmigen Bereich 146 eine ringförmige Nut 26 gebildet wird (vgl. F i g. 6,7 und 8).
Die Rippe 14a ist dabei 20- bis 50mal stärker als die Futterschicht 18 des Behälterkörpers 12, die aus wirtschaftlichen Gründen so dünn wie möglich gehalten wird. Die Rippe 14a weist dabei eine nach unten verlaufende, nach innen gerichtete kegelförmige oder konische Außenfläche auf.
Auf der Oberseite des scheibenförmigen Teils 54a des drehbaren Dorns 54 ist ein zusammendrückbares Teil 64 befestigt; das Teil 64 ist aus einem geeigneten elasti-
55
60
65
14, und die Rippe 14a verkeilt zwischen der thermoplastischen Futterschicht 18 des Behälterkörpers 12 und 60
dem scheibenförmigen Teil 54a des drehbaren Doms 54.
Die drehende reibende Anlage zwischen dem thermoplastischen Innenfutter und der Rippe 14a erzeugt eine
Wärme, die ausreicht, die sich berührenden thermoplastischen Materialien zu erweichen und nachfolgend mit- 65
einander zu verbinden. Das drehbare Spannfutter 70
wird nach der Herstellung der Verbindung vom VerschluBteil 14 entfernt
sehen Material, wie beispielsweise Schaumgummi oder Während der Erzeugung der Reibschweißverbindung
dergleichen. fließt der Überschuß des geschmolzenen Kunststoffma- fi
Wie in den Fig. 1 bis 3 zu erkennen ist, ist ein vertikal terials, der während des Reibschweißprozesses entsteht,
verschiebbares, drehbares Spannfutter 70 axial mit ei- dank der Abstützung der Rippe 14a und deren nach
nem Vertikalabstand oberhalb des zentralen Doms 5 unten verlaufenden, nach innen gerichteten kegelförmi-
bzw. des drehbaren Doms 54 ausgerichtet, wobei das gen oder konischen Außenfläche nach unten, wie in
Spannfutter durch einen Drehantrieb 71 mit einer sol- F i g. 7 gezeigt ist, wodurch eine gleichmäßige Wand-
chen Rotationsgeschwindigkeit antreibbar ist, die für stärke ausgebildet wird und verhindert wird, daß die
eine Reibschweißverbindung ausreicht (beispielsweise thermoplastische Futterschicht 18 zerreißt (vgl. Fig.8).
ungefähr 3000 Upm). Das drehbare Spannfutter umfaßt io Damit wird durch Reibschweißen eine flüssigkeitsdichte
eine Einrichtung zur Befestigung des Endverschlußteils Abdichtung an einem Behälter mit einer zusammenge- ,i;
14 aus Kunststoff an seiner Unterseite. Im gezeigten setzten Behälterwand ausgebildet. :;·
Ausführungsbeispiel besteht die Befestigungseinrich- Sofort nach Beendigung des Reibschweißprozesses Ji
tung aus einer Unterdruckquelle 73, die über Kanäle 76 werden die Klammern 52 des zentralen Dorns 50 von |,
und öffnungen 78 mit einer ringförmigen Nut 72 in is dem Behälterkörper 12 entfernt, wonach der Behälter- |
Verbindung steht, die an der Unterseite des drehbaren körper mit dem angeschweißten Verschlußteil vom f;
Spannfutters 70 ausgebildet ist und mit deren Hilfe das Zentraldorn abgenommen wird. Dafür sind die Luftka- |
Endverschlußteil in der richtigen Lage gehalten wird. näle 60 und 62 vorgesehen, welche verhindern, daß sich |
Während der Herstellung der Reibschweißverbin- zwischen dem drehbaren Dorn 54 und dem Zentraldorn |
dung ist der Behälterkörper 12 auf dem Zentraldorn 50 20 50 und dem Ende des Behälterkörpers 12 ein Unter- ^
angeordnet und wird durch die Klammern 52 gehalten, druck ausbildet. I
so daß der Behälterkörper 12 weder eine Vertikal- noch j-
eine Rotationsbewegung relativ zu dem Dorn 50 aus- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen |
führen kann, während das Verschlußteil an dem drehba- ' If,
ren Spannfutter 70 angebracht ist 25 ',
Das drehbare Spannfutter 70 mit dem daran befestig- g
ten Verschlußteil 14 (Fig. 1) wird mit einer Rotations- J
geschwindigkeit gedreht, die für die gewünschte Reib- ; verschweißung ausreichend ist (d. h. etwa 3000 Upm).
Während das drehbare Spannfutter umläuft, wird es in 30
Vertikalrichtung axial nach unten verschoben, damit die ■ ij
Unterseite des kreisförmigen zentralen Bereichs 32 des .; '
Verschlußteils 14 mit dem zusammendrückbaren Teil 64 ;|
zur Anlage kommt wodurch der drehbare Dorn 54 in ψ
der Bohrung 55 mit der Rotationsgeschwindigkeit des 35 ;'
drehbaren Spannfutters 70 gedreht wird. In der Folge i
wird das drehbare Spannfutter 70 weiter nach unten g,
verschoben, das zusammendrückbare Teil 64 wird zu- |,
sammengepreßt und die Rippe 14a des Endverschluß- (J
teils wird, wie in F i g. 6 gezeigt durch den scheibenför- 40 -ΐ
migen Abschnitt 54a des drehbaren Doms abgestützt |
der sich mit einer Geschwindigkeit dreht die kleiner ?>
oder gleich ist der Geschwindigkeit des Verschlußteils ?ϊ
14. ö
Der scheibenförmige Teil 54a stützt die Rippe 14a 45 ff
gegen ein radial nach innen gerichtetes Ausweichen ab, · fr
wenn das sich drehende Verschlußteil 14 durch Absen- ff
kung mit dem Behälterkörper 12 in Kontakt gebracht £
wird. Der Drehantriebsmechanismus des drehbaren r
Spannfutters 70 wird ausgekuppelt bzw. ausgeschaltet so *■
damit das Spannfutter 70 ohne Antrieb frei weiterdre- g
hen kann. Wie aus F i g. 7 zu erkennen ist wird das Ver- ;!
schlußteil 14 schnell in das obere offene Ende des Behäl- \ terkörpers 12 eingeführt das in einem vorhergehenden
Arbeitsgang durch Einführung eines Formdorns erwei- 55
tert und zentriert wurde. Das erweiterte obere Ende des
Behälterkörpers 12 verkeilt bei seiner fortschreitenden
Einführung in die ringförmige Nut 26 des Verschlußteils

Claims (3)

1 2 abnehmbar ist Patentansprüche: 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Einrichtung (73) ?.ur lösbaren Befe-
1. Vorrichtung zum Verbinden eines Endes eines stigung des Verschlußteils (14) an dem drehbaren senkrecht angeordneten, rohrförmigen, zusammen- 5 Futter (70) eine Unterdruck-Einrichtung ist
gesetzten Behälterkörpers mit einem aus einem
thermoplastischen synthetischen Kunststoffmaterial
bestehenden Verschlußteil mittels Reibschweißen,
wobei der Körper eine faserige Wandschicht eine
innere Futterschicht aus einem thermoplastischen 10 Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung synthetischen Kunststoffmaterial und eine äußere zum Verbinden eines Endes eines senkrecht angeordne-Etikettschicht aufweist und wobei das Verschluß- ten, rohrförmigen, zusammengesetzten Behälterkörpers stück gegenüber dem Körper eine ringförmige inne- mit einem aus einem thermoplastischen synthetischen re Rippe und einen äußeren glockenförmigen Be- Kunststoffmaterial bestehenden Verschlußteil mittels reich aufweist welche konzentrisch in einem Ab- 15 Reibschweißen, wobei der Körper eine faserige Wandstand voneinander angeordnet sind und eine ringför- schicht eine innere Futterschicht aus einem thermoplamige Nut bilden zur Aufnahme des anstoßenden En- stischen synthetischen Kunststoffmaterial und eine äudes des Körpers, und wobei die Seitenwände der ßere Etikettschicht aufweist und wobei das Verschluß-Nut zum Boden hin konvergieren, mit stück gegenüber dem Körper eine ringförmige innere
20 Rippe und einen äußeren glockenförmigen Bereich auf-
a) einem senkrecht angeordneten stationären zen- weist welche konzentrisch in einem Abstand voneinantralen Dorn (50) zum Einführen in das Innere der angeordnet sind und eine ringförmige Nut bilden des Behälterkörpers (12), zur Aufnahme des anstoßenden Endes des Körpers, und
b) einer Einrichtung (52) zu lösbaren Befestigung wobei die Seitenwände der Nut zum Boden hin konverdes Behälterkörpers (12) an dem zentralen 25 gieren, mit einem senkrecht angeordneten stationären Dorn (50); zentralen Dorn zum Einführen in das Innere des Behäl-
c) einem drehbaren Futter (70) in vertikaler Aus- terkörpers, einer Einrichtung zur lösbaren Befestigung richtung mit und in Axialrichtung verschiebbar des Behälterkörpers an dem zentralen Dorn, einem zu dem zentralen Dorn (50), wobei das drehbare drehbaren Futter in vertikaler Ausrichtung mit und in Futter (70) mit einer Drehgeschwindigkeit an- 30 Axialrichtung verschiebbar zu dem zentralen Dorn, wotreibbar ist die ausreichend ist zur Erzielung bei das drehbare Futter mit einer Drehgeschwindigkeit einer Reibschweißverbindung; antreibbar ist, die ausreichend ist zur Erzielung einer
d) einer Einrichtung (73,76,72) zur lösbaren Befe- Reibschweißverbindung, einer Einrichtung zur lösbaren stigung des Verschlußteils (14) an dem drehba- Befestigung des Verschlußteils an dem drehbaren Futren Futter (70) und 35 ter und einer Einrichtung zur drehbaren Abstützung der
e) einer Einrichtung (54) zur drehbaren Abstüt- Innenfläche der Rippe, wenn das drehbare Futter in zung der Innenfläche der Rippe (14a,), wenn das Axialrichtung relativ zu dem zentralen Dorn verschodrehbare Futter (70) in Axialrichtung relativ zu ben wird.
dem zentralen Dorn (50) verschoben wird, die Aus der DE-OS 23 39 502 ist eine derartige gattungs-
40 gemäße Vorrichtung mit den geschilderten Vorrich-
dadurch gekennzeichnet ist, daß die die Ri- tungsmerkmalen bekannt Bei dieser Vorrichtung ist jepe (14a,) abstützende Einrichtung als drehbarer Dorn doch die Einrichtung zur drehbaren Abstützung der In-(54) mit einem scheibenförmigen Teil (54a,) ausge- nenfläche des durch Reibschweißen mit dem Behälterführt ist der drehbar mit dem zentralen Dorn (50) körper verbundener Randes des Verschlußteils so ausverbunden ist, und daß das scheibenförmige Teil 45 geführt, daß sie, aus der Richtung des Futters gesehen, (54a^ einen Durchmesser etwa gleich dem von den einen sich konisch erweiternden Randbereich aufweist, vertikalen Innenflächen der Rippe (14a,) gebildeten auf den das Verschlußteil aufgeschoben werden kann, so inneren Durchmesser der Rippe (14a,) aufweist daß der Rand des Verschlußteils radial nach außen ver-
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- lagert wird. Das ermöglicht einen Reibkontakt zwischen zeichnet daß der drehbare Dorn (54) einen integra- 50 dem Verschlußteil und der Innenwand des Behälterkörlen Schaft (54b) aufweist, der drehbar im oberen pers auf einem relativ breiten Bereich gleichzeitig. Ende des zentralen Doms (50) gelagert ist. Wenn jedoch der Behälterkörper aus einem Verbund-
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- material mit einer sehr dünnen thermoplastischen Futzeichnet, daß ein zusammendrückbares Teil (64) auf terschicht besteht, ergibt sich bei einem solchen Vorgeder Oberfläche des scheibenförmigen Teils (54a) des 55 hen infolge des Kontakts auf einer breiten Fläche die drehbaren Doms (54) vorgesehen ist, daß mit dem Gefahr eines Abschälens oder Zerreißens dieser Futter-Verschlußteil (14) während der Axialverschiebung schicht, bevor eine dichte Reibschweißverbindung herdes drehbaren Futters (70) in Eingriff kommt so daß gestellt werden konnte.
der drehbare Dorn (54) mit der gleichen Drehge- Ähnliche Probleme treten auch auf, wenn die in der
schwindigkeit wie das Futter (70) angetrieben wird. 60 US-PS 32 97 504, der US-PS 34 99 068, der US-PS
τ. τ CrriCiitUIig HaCii r^HäprüCn *j, uHuUrCu g€iC6nn~ -jι ι& tji , ucf KJiD-τ ο tv/ ι -j o£.\j IiHu ucf l/ij-\./o
zeichnet, daß das scheibenförmige Teil (54a,) des 20 27 023 beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen drehbaren Doms (54) vertikale Durchgangskanäle versuchsweise zur Erzeugung einer Reibschweißverbin-(60) zur Belüftung des Raums zwischen dem Ver- dung zwischen einem Verschlußteil und einem Behälterschlußteil (14) und dem scheibenförmigen Teil (54a,) 65 körper, der nur eine dünne thermoplastische Futterdes drehbaren Doms (54) aufweist, so daß der mit schicht aufweist, angewandt werden, da sie für eine Verdem Verschlußteil (14) durch Reibschweißen ver- bindung von Kunststoffteilen nahezu gleicher Stärke bundene Behälter (12) von dem zentralen Dorn (50) entwickelt wurden.
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