DE3430440A1 - Verfahren zum verbinden von kunststoff und metallische halterung fuer kunststoffmaterial - Google Patents

Verfahren zum verbinden von kunststoff und metallische halterung fuer kunststoffmaterial

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DE3430440A1
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Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFl KALLE Niederlassung der Hoechst AG
84/K 065
17. August 1984 WLJ-DI. Zk-ch
Verfahren zum Verbinden von Kunststoff und metallische Halterung für Kunststoffmaterial.
IO 15 20 25
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Kunststoff mit Metallen gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung sowie eine metallische Halterung für Kunststoffmaterial, hergestellt nach dem Verfahren.
Metall- Metall-Verbindungen durch Schweißen von Werkstücken aus gleichen oder verschiedenen Metallen unlösbar zu verbinden ist bekannt. Beim Schweißen erfolgt die Verbindung der beiden Metalle durch ein Schmelzen der beiden Werkstoffe selbst an der Berührungsstelle oder mit einem metallischen Zusatzwerkstoff, der den zu verbindenden Metallen in seinen Eigenschaften ähnlich ist. Die Temperatur der Verbindungsstelle liegt über dem Schmelzpunkt des oder der Metalle. Beim Schweißen unterscheidet man im wesentlichen zwischen Preß- und Schmelzschweißen, wobei beim Preßschweißen die metallischen Werkstoffe unter Druck bei örtlich begrenzter Erwärmung und zwar im allgemeinen ohne Zusatzweirkstoffe vereinige werden und beim Schmelzschweißen die metallischen Werkstoffe unter Anwendung von Wärme durch örtlich begrenzten Schmelzfluß mit oder ohne Einschmelzen eines Zusatzwerkstoffes miteinander verbunden werden.
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Beim Löten erfolgt die Verbindung der metallischen Werkstücke unter Anwendung eines Metalls und einer Legierung mit einem wesentlich niedrigeren Schmelzpunkt als der
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Schmelzpunkt bzw. die Schmelzpunkte der zu verbindenden Metalle.
Metall-Keramik-Verbindungen sind im allgemeinen Metalllötungen nach dem Zweischrittverfahren, das Einbrennen und Lötung umfaßt oder nach dem Einschrittverfahren, auch Hydridverfahren genannt, bei dem die Verbindungsflächen der Metallstücke mit Titanhydrid bestrichen und unter Zugabe von Silber oder Silber-Kupferlegierungen im Vakuum oder reinen Wasserstoff verlötet werden. Beim Zweischrittverfahren wird eine Pulvermischung aus Molybdän und Mangan mit Hilfe eines Bindemittels auf die mit dem Metall zu verbindenden Keramik aufgebracht und in einer Wasserstoffatmosphäre eingebrannt bzw. aufgesintert. Zusätzlich kann noch eine Nickelschicht aufgebracht werden und danach wird das Metall mit einem geeigneten Lot mit der Keramik verlötet.
Das Verschweißen von Kunststoffen erfolgt im allgemeinen durch ein Preßschweißverfahren, bei dem durch geeignete Elektroden die Werkstücke an der Schweißstelle durch einen starken Stromstoß erhitzt und im teigigen Zustand durch Zusammenpreßen vereinigt werden. Aus der DE-OS 33 25 339 ist das Verschweißen von Rändern von Kunstoffbahnen bekannt, die in einem Hochfrequenzfeld erwärmt und erweicht und anschließend zusammengepreßt werden. In dieser Druckschrift ist ein Thermoschweißverfahren beschrieben, mit dem Ränder von Bahnen aus Kunststoffen, insbesondere PVC und Mischpolymerisaten verschweißt werden, wobei die zu verschweißenden Ränder bis zum Er-
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weichen erwärmt und gleichzeitig zusammengepreßt werden. Vor dem Zusaramenpreßen werden die zu verschweißenden Ränder auf beiden freien Außenflächen mit je einer Trennlage, beispielsweise einem zumindest einseitig mit PTFE beschichtetem Glasfasergewebe abgedeckt und die Ränder über die ganze Länge zwischen geheizten Schienen während einer einstellbaren Schweißzeit und mit einstellbarem Schweißdruck zusammengepreßt.
Ferner sind iletall-Glasverbindungen und mit einer Metallschicht überzogene Kunststoffe bekannt, wobei das Metall durch Spritzen niedrig schmelzender Metalle, durch Aufdampfen, durch chemische Reduktion oder galvanisch aufgebracht werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine unlösbare Metall-Metallverbindung zum Einspannen von Kunststoffen herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren in der Weise gelöst, daß sowohl eine elektrische leitende Direktverbindung zwischen den Metallen an zumindest einer Stelle, an der Kunststoff nicht vorhanden ist, hergestellt wird, als auch der Kunststoff als Zwischenlage zwischen den Metallen eingebracht wird, die an einer Anzahl von Stellen durch den Kunststoff hindurch miteinander punktverschweißt werden.
Als Kunststoff wird zweckmäßigerweise eine Kunststofffolie mit einer Dicke bis zu 150 /um bzw. ein plattenförmiges biegesteifes Kunststoffmaterial verwendet. Die
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Metalle in Gestalt von Metallblechen weisen zweckmäßigerweise eine Dicke bis zu 1 mm auf.
Die Erfindung betrifft des weiteren eine metallische Halterung für KunststoCfmaterial, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, die sich dadurch auszeichnet, daß die ein- bzw. zweiteilige Halterung die Kante des dazwischenliegenden Kunststoffmaterials entlang einem Streifen beidseitig umschließt, daß eine elektrisch leitende Direktverbindung zwischen den Teilen der Halterung ztnüindest an einer Stelle ausgebildet ist, die das Kunststoffmaterial nicht umfaßt und daß die Halterung innerhalb des Streifens durch das dazwischenliegende Kunststoffmaterial hindurch elektrisch punktverschweißt ist.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 6 bis to.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren 1 bis 3 zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Ausführungsform einer einteiligen metalli- " sehen Halterung mit punktverschweißtem Kunst-
stoffmaterial,
Figur 2 eine Ausführungsform einer zweiteiligen metallischen Halterung mit punktverschweißtem Kunststoffmaterial, und
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Figur 3 eine andere Ausführungsform einer zweiteiligen metallischen Halterung mit punktverschweißtein Kunststoffmaterial.
Das Verfahren wird zunächst anhand der Figur 1 für das Verschweißen von Kunststoffen mit Metall beschrieben» Als Metall ist ein U-förmig gebogenes Metallblech 2 vorgesehen, in das Kunststoffmaterial 4, beispielsweise eine Kunststoffolie, eingeschoben ist. Die Dicke der Kunststoffolie beträgt bis zu 150 /um. Bei dem Metallblech 2 handelt es sich us Eisen=, Stahlblech, verzink= tes Blech oder VA-Stahl, mit einer Dicke bis zu 1 mm.
Wie beim Punktschweißen üblich, werden zwei stiftförmige Elektroden 12, 13 eines Schweißkreises 14 einer Schweißeinrichtung an je einen der beidseitig einen Streifen 5 des Kunststoffmaterials überlappenden Teile des Metallbiechs 2 angepreßt und über einen kurzen starken Stromstoß, durch das Kunststoffmaterial hindurch, die beiden Teile miteinander punktverschweißt. In Figur 1 sind zwei in einem bestimmten Abstand voneinander entfernt liegende Punktschweißstellen 3 angedeutet, die parallel zu der Biegekante des Metallblechs 2 verlaufen. Die Anzahl der Punktschweißstellen 3 richtet sich nach der Breite der metallischen Halterung 1 . Es werden im Querschnitt linsenförmige Punktschweißstellen 3 erhalten. Der Schweißkreis 14 umfaßt die Elektroden und den Sekundärkreis eines Transformators 15, dessen Primärkreis 16 die Schweißsteuereung für den zeitlich genau wiederholbaren Schaltvorgang und für die Steuerung der Elektroden enthält.
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HOECHST AKTIENGESELLSCHAFa KALLE Niederlassung der Hoechst AG
In einem praktischen Ausführungsbeispiel· wurde Hostaphan ® , eine Polyethylenteraphthalatfolie, mit einer Dicke von 125 /um mit einem Eisenblech von 1mm Stärke punktverschweißt. Die Reißfestigkeit der einzelnen Punktschweißstelle 3 betrug dabei 340 N/mm.
Bei dem vorliegenden VerTahren werden dementsprechend die zu verschweißenden Metallteile und das Kunststoffmaterial über die Länge bzw. Breite der Halterung währeid der Schweißzeit und mit dem geeigneten Schweißdruck an den einzelnen Punktschweißstellen 3 zusammengepreßt, bis eine Verbindung zwischen Metall-Metal·! stattgefunden hat, wobei durch den Wärmefluß an der PunktschWeifiste^e das Kunststoffmaterial wegschmilzto
Anstelle einer Kunststoffolie kann auch ein plactenförmiges, biegesteifes Kunststoffmaterial in die Halterung eingesetzt werden* Ebenso können nach diesem Prinzin Vliesstoffe und Gewebe aus Kunststoff oder sonstige dielektrische Materialien in die Halterung eingespannt und eingeschweißt werden.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht beispielsweise die Herstellung großflächiger Gewächshausfenster, die Scheiben aus biegesteifem und transparentem Kunststoffmaterial aufweisen und deren Rahmen an allen vier Seiten entsprechend den metallischen Halterungen nach den Figuren 1 bis 3 ausgebildet sind. Ebenso können die Rahmen
solcher Gewächshausfenster mit einer Kunststoffolie be-30
spannt sein. Weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich zum Beispiel bei Fenstern für Feuerlöschkästen und
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Schutzfenstern für Werkzeugmaschinen, d.h. bei solchen Fenstern, d*·£. nach Möglichkeit splitterfrei sein sollen.
Bei den metallischen Halterungen der Figuren 2 und 3 ist die Schweißeinrichtung für das Punktschweißen aus Cründen der besseren Übersicht und der größeren Klarheit weggelassen.
Die in Figur 2 dargestellte Halterung 1 besteht aus zwei Metallstreifen 7 und 8, zwischen den ein Streifen 5 des Kunststoffmaterials 4 eingeklemmt ist. Die beiden Metallstreifen 7 und 8 sind an zumindest einer Punktschweißstelle 11, im vorliegenden Fall an drei Punktschweißstellen 11 direkt miteinander punktverschweißt, ohne daß Kunststoffmaterial 4 an den Punktschweiß steller« 11 dazwischen liegt. Des weiteren sind die Metallstreifen 7 und 8 durch das dazwischen befindliche Kunststoffmaterial 4 hindurch an den Punktschweißstellen 3 punktverschweißt. Bei der Herstellung dieser zweiteiligen Halterung 1 zeigt sich überraschenderweise, daß es nicht möglich ist, die Punktschweißstellen 3 herzustellen, so lange keine elektrische Verbindung zwischen den beiden Metallstreifen 7 und 8 besteht. Es ist somit erforderlich zuerst zwischen den Metallstreifen 7 und 8 eine elektrische Direktverbindung durch die Punktschweißstellen 11 herzustellen, bevor es gelingt, die Metallstreifen 7 und 8 durch das dazwischen befindliche Kunststoffmaterial hindurch an den Punktschweißstellen 3 zu verschweißen. Bisher war es nicht bekannt, durch eia dielektrisches Material hindurch eine Verbindung zwischen
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Metallblechen durch elektrische Punktschweißung herstellen zu können.
Die in Figur 3 gezeigte Halterung 1 besteht aus zwei Winkelblechen 9 und 10, die ebenso wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 zuerst an den Punktschweißstellen 11 direkt miteinander verschweißt werden und erst danach durch den Streifen 5 des dazwischenliegenden Kunststorfmaterials 4 hindurch miteinander elektriscn punktverschweißt werden. Es müssen somit auch in diesem Fall die Winkelbleche erst durch Punktschweißung direkt miteinander verbunden werden, bevor durch das Kunststoffmaterial hindurch die Winkelblechen miteinander verschweißt werden können.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 und 3 können die Metallstreifen bzw. die Winkelbleche sich untereinander dickenmäßig unterscheiden. Üblicherweise bestehen die Metallstreifen bzw. die Winkelbleche aus dem gleichen Metall, jedoch sind auch unterschiedliche Metalle denkbar, soweit diese aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzung miteinander elektrisch punktverschweißt werden können.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zum Verbinden von Kunststoff mit Metallen gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl eine elektrisch leitende Direktverbindung zwischen den Metallen an zumindest einer Stelle, an der Kunststoff nicht vorhanden ist, hergestellt wird, alä auch der Kunststoff als Zwischenlage zwischen den Metallen eingebracht wird, die an einer Anzahl von Stellen durch de" Kunststoff hindurch miteinander punktverschweiß L werden.
    Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff eine Kunststoffolie mit einer Dicke bis zu 150 /um verwendet wird.
    Verj_änX"en nscu Ansprucu ι , uauurcn gekennzeichnet, daß als Kunststoff ein plattenförmiges biegesteifes Kunststoffraaterial verwendet wird.
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle in Gestalt von Metallblechen eine Dicke bis zu einem Millimeter aufweisen.
    Metallische Halterung für Kunststoffmaterial, hergestellt nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ein- bzw. zweiteilige Halterung (1) die Kante des dazwischen liegenden Kunststoffmaterials (4) entlang einem
    3430440 Streifen (5; beidseitig umschließt, daß eine elek I HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT trisch leitende Direktverbindung (6; 7) zwischen KALLE Niederlassung der Hoechst AG
    - 10 -     de^ Teilen (7, 8 bzw. 9, 10) der Halterung (1) zu     mindest an einer Stelle ausgebildet ist, d'e das Kunststoffm2tc:rial nicht umfaßt xind daß die Halte rung (1) innerhalb des Streifens (5) durch das da zwischenliegende Kunststoffmaterial· (4) hindurch 5 elektrisch punktverschweißt ist. Metallische Halterung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Halterung (1) aus einem U- förmig gebogenen Metallblech (2) besteht, das den IO 6. Streifen (5) des Kunststoffmaterials (4) um schließt. Metallische Halterung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Halterung (1) aus zwei Me ι % tallstreifen (7, S) besteht, von denen der Streifen X J 7. (5) des iCunststofrmaterials (4) festgehalten ist, daß die Metallstreifen (7, 8) einerseits durch das dazwischen befindliche Kunststoffmaterial (4) hin durch elektrisch punktverschweißt sind und anderer 20 seits an zumindest einer Punktschweißstelle (11) ohne dazwischenliegenden Kunststoffmaterial direkt miteinander elektrisch punktverschweißt sind. Metallische Halterung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Halterung (1) aus zwei Win- 25 kelblechen (9, 10) besteht, die durch elektrische 8. Punktschweißstellen (11) direkt miteinander verbun- 30
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    - 11 -
    den sind und daß die Winkelbleche (9, 10) durch den Streifen (5) des dazvzi sehen liegenden Kunststoffmaterials (4) hindurch miteinander elektrisch punktverschweißt sind.
    9. Metallische Halterung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial (4) eine Kunststoffolie, ein Gewebe, ein Vliesstoff oder ein plattenförmiger steifer Kunststoff mit einer Dicke bis zu 150 /um ist.
    10. Metallische Halterung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Halterung (1) eine Dicke bis zu 1 mm besitzt und Eisenblech, Stahlblech, verzinktes Blech oder VA-Stahl ist.
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