DE3603627A1 - Verfahren und vorrichtung zum einarbeiten von oeffnungen in behaelter aus thermoplastischen kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einarbeiten von Öffnungen in Behälter aus thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere Kunststoff-Kraftstoffbehälter für Kraftfahrzeuge, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Kunststoff-Behälter werden je nach vorgesehenem Einsatzzweck in vielfältiger Form und aus den unterschiedlichsten Kunststoffen zunehmend verwendet. Unter anderem werden in neuerer Zeit auch die bisher aus Stahlblech hergestellten Kraftstoff-Vorratsbehälter von Kraftfahrzeugen aus thermoplastischen Kunststoffen, und zwar aufgrund der speziellen chemischen und mechanischen Eigenschaften vorzugsweise aus zur Gruppe der Polyolefine gehörenden Werkstoffen, wie Niederdruck-Polyäthylen oder auch Polypropylen, gefertigt. Dabei ergibt sich die Möglichkeit einer einstückigen Herstellung auch komplexer, hinsichtlich ihres Füllvolumens optimierter Behälterformen durch Anwendung des Blasformverfahrens. Bei diesem Herstellungsverfahren ist es allerdings schwierig, Öffnungen für Füllstutzen sowie den Anschluß von Entlüftungs- und Kraftstoffleitungen beim Blasvorgang mit zu erzeugen. Deshalb werden solche Öffnungen bisher durch Lochschneide- oder Bohrvorrichtungen nachträglich erzeugt, wobei sich kaum vermeiden läßt, daß Späne oder Abfall-Ronden ins Behälterinnere gelangen und sich nur schwer oder nur mit erhöhtem Aufwand automatisch entfernen lassen, was aber unbedingt erforderlich ist, um Verstopfungen in an die Öffnungen angeschlossenen Leitungen oder nachgeschalteten Aggregaten, wie Kraftstoffpumpen, Vergasern, Einspritzdüsen oder auch - nur zur Sicherheit vorgeschalteten - Filtern zu vermeiden. Gerade bei der Großserienfertigung, wie sie im Automobilbau üblich ist, ergeben sich daher erhebliche Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit für die Einarbeitung von Öffnungen in von der Innenseite nicht oder nur schwerzugängliche Behälter aus thermoplastischen Kunststoffen zu schaffen, bei welcher die Entstehung von Spänen oder das Eindringen größerer Abfallteile ins Behälterinnere von vornherein mit Sicherheit vermieden ist, wobei eine die Großserienfertigung nicht behindernde vollautomatische Bearbeitung möglich sein soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein als Sonotrode ausgebildetes Werkzeug mit einer der Form der einzuarbeitenden Öffnung entsprechend geformten Schneidkante auf die mit der Öffnung zu versehende Stelle des Behälters aufgesetzt, durch Ultraschall mit vergleichsweise hoher Amplitude erregt und solange eine ins Behälterinnere gerichtete Vorschubkraft auf das Werkzeug ausgeübt wird, bis durch die infolge der Ultraschallschwingungen im Schneidkantenbereich entstehende Wärme in Verbindung mit dem Schnittdruck der Schneidkante der von der Schneidkante umschlossene Abschnitt der Behälterwandung spanlos freigeschnitten ist, wobei der innerhalb der Werkzeug-Schneidkante liegende Behälterwandungs-Abschnitt gleichzeitig am Werkzeug festgehalten und nach durchgeführter Durchtrennung der Behälterwandung zusammen mit dem Werkzeug vom Behälter abgehoben und erst dann vom Werkzeug abgestreift wird. Somit wird also das bei Kunststoff- Werkstücken überwiegend nur zum Schweißen, d. h. als Fügeverfahren verwendete Ultraschall-Verfahren als Trennverfahren zum Heraustrennen von Wandungsabschnitten eingesetzt, wobei sich gegenüber spanenden Verfahren der zusätzliche Vorteil ergibt, daß die zu erzeugenden Öffnungen beliebige Form haben können, da die mit Ultraschall- Frequenz schwingende Schneidkante des Werkzeugs keine Drehbewegung ausführt. Die Form der Schneidkante bestimmt also die Form der herauszustellenden Öffnung und kann weitgehend beliebig vorgegeben werden. Soweit bisher einzelne Versuche vorgenommen wurden, in Werkstücken aus thermoplastischen Kunststoffen mit Ultraschall Trennvorgänge durchzuführen, geschah dies bisher nur an von beiden Seiten zugänglichen Werkstücken, bei denen auf der dem anzusetzenden Sonotroden-Werkzeug gegenüberliegenden Seite des Werkstücks eine feste, gegebenenfalls auch als Reflektor wirkende Abstützung zur Anlage bringbar war, was bei einstückig geschlossenen Behältern aber mangels Zugänglichkeit nicht möglich ist. Überraschenderweise hat sich nun aber gezeigt, daß eine solche Abstützung der Werkstücke rückseitig auch bei relativ elastischen Kunststoffmaterialien nicht erforderlich ist, wenn mit vergleichsweise hoher axialer Schwingungsamplitude der Schneidkante gearbeitet wird.

Um zu verhindern, daß der von der Schneidkante umschlossene Abschnitt der Behälterwandung nach deren Durchtrennung ins Innere des Behälters fällt, ist in einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, ihn durch Anlegen von Unterdruck an seiner werkzeugzugewandten Außenseite am bzw. im Werkzeug festzuhalten, wobei die Einwirkung des Unterdrucks dann zum Abstreifen des Abschnitts vom Werkzeug nach der erfolgten Bearbeitung unterbrochen und gegebenenfalls auch ein Überdruck auf den Abschnitt zur Einwirkung gebracht wird.

Alternativ kann der von der Schneidkante umschlossene Abschnitt der Behälterwandung auch mechanisch ergriffen und solange festgehalten werden, bis das Werkzeug mitsamt dem aus der Behälterwandung herausgetrennten Abschnitt vom Behälter abgehoben wird.

Besonders schnell und wirksam erfolgt das Einarbeiten der Öffnungen dann, wenn das Werkzeug in solchem Maße durch Ultraschall erregt wird, daß seine axiale Schwingungsamplitude im Angriffsbereich seiner Schneidkante an der Behälterwandung wenigstens 50 μm beträgt. Das schließt aber nicht aus, daß auch mit geringeren Schwingungsamplituden gearbeitet werden kann.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein an sich bekanntes - eigentlich zum Schweißen mittels Ultraschallenergie bestimmtes - Ultraschall-Gerät mit einem Erzeuger für hochfrequente mechanische Schwingungsenergie, die über ein Sonotroden-Werkzeug auf eine Werkstück- Oberfläche übertragbar ist, so ausgebildet werden, daß das Werkzeug an seiner, an der Behälterwandung anzusetzenden Vorderseite als offen mündender Rohrabschnitt ausgebildet ist, dessen die Mündung umgebende freie Kante durch messerartige Zuschärfung als geschlossene Schneidkante ausgebildet ist, wobei im Innern des Rohrabschnitts eine Einrichtung zum Festhalten des mittels des Werkzeugs aus der Behälterwandung freigeschnitten Wandungsabschnitts vorgesehen ist.

Dabei ist die Ausgestaltung zweckmäßig so getroffen, daß die Schneidkante des Ringmessers einen Gesamtschnittwinkel zwischen 5° und 9° hat, wobei der zwischen einer zur Sonotroden-Längsrichtung durch die Schneidkante gelegten Linie und der äußeren Flanke der Schneide eingeschlossene äußere Schnittwinkel zwischen 1° und 3° und der mit der inneren Flanke der Schneide eingeschlossene innere Schnittwinkel zwischen 2° und 8° liegt.

Die Länge des mit der Schneidkante versehenen Rohrabschnitts wird dann zweckmäßig etwa gleich λ/4 und seine Querschnittsfläche im Vergleich zur Querschnittsfläche des rückwärtigen Teils des Sonotroden-Werkzeugs so gewählt, daß die an der Schneidkante gemessene axiale Schwingungsamplitude wenigstens 50 μm beträgt.

Zum Festhalten des innerhalb der Schneidkante liegenden, aus der Behälterwandung herauszutrennenden Wandungsabschnitts kann an das Innere des Rohrabschnitts über wenigstens eine Bohrung im Sonotroden-Werkzeug eine Unterdruck- und/oder Überdruckquelle anschließbar sein.

Dabei empfiehlt es sich dann, Steuereinrichtungen für die Verbindung des Innern des Rohrabschnitts während des Betriebs des Sonotroden-Werkzeugs mit der Unterdruckquelle und gegebenenfalls anschließende Umschaltung zur Verbindung mit der Überdruckquelle vorzusehen. Der im Werkzeug aufgebaute Unterdruck dient dabei zum Festhalten des herauszutrennenden Wandungsabschnitts, während durch die anschließende Beaufschlagung mit Überdruck der Wandungsabschnitt aus dem Werkzeug ausgestoßen wird.

Die Unterdruck-Halterung des auszuschneidenden Wandungsabschnitts kann auch dadurch geschehen, daß im Innern des Rohrabschnitts ein im Bereich von dessen Mündung mit wenigstens einem mit leichter Vorspannung auf der Oberfläche des innerhalb der Schneidkante liegenden Behälterwandungs-Abschnitts aufsetzbaren Sauger versehene, an die Anschluß-Bohrung zur Unterdruck- und/oder Überdruckquelle angeschlossene Festhalte-Einrichtung angeordnet ist. Die Funktion des Schneidwerkzeugs wird dann von der Funktion der Festhalte-Einrichtung getrennt und die beiden Funktionen sind somit optimierbar.

Alternativ kann die Festhalte-Einrichtung auch einen im Rohrabschnitt angeordneten und etwa mittig innerhalb der Schneidkante im Mündungsbereich endenden Stift aufweisen, dessen zugespitztes freies Vorderende mit im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden, im Querschnitt keil- oder sägezahnförmigen Haltegraten versehen ist. Das zugespitzte Vorderende des Stifts dringt also beim Ultraschall- Schneidvorgang in den von der Schneidkante umschlossenen Behälterwandungs-Abschnitt ein und hält ihn vermittels der Haltegrate solange fest, bis der Abschnitt - nach der erfolgten Heraustrennung aus der Behälterwandung und Abnahme vom Behälter - in geeigneter Weise abgestreift werden kann.

Der Stift seinerseits wird zweckmäßig so mit dem Erzeuger für die hochfrequenten mechanischen Schwingungen gekoppelt, daß er in Resonanz mit Ultraschall erregt wird.

Wenn in dem mit der Öffnung zu versehenden Bereich der Behälterwandung bereits ein Durchbruch geringerer Größe vorgesehen ist, kann die Ausgestaltung auch so getroffen sein, daß die Festhalte-Einrichtung eine etwa mittig aus der Mündung des Rohrabschnitts vorstehende oder aus ihr vorschiebbare Halterungsanordnung mit einem kleiner als der in der Behälterwandung vorhandene Durchbruch bemessenen Querschnitt aufweist, welche in ihrem in oder durch den Durchbruch ein- bzw. hindurchführbaren vorderen Endbereich wahlweise derart durchmesservergrößerbar ausgebildet ist, daß dieser vordere Endbereich bei Betätigung im Durchbruch festklemmbar bzw. hinter der Innenseite der den Durchbruch umgebenden Behälterwandung verriegelbar ist.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele von in der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbaren Sonotroden-Werkzeugen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine teilweise entlang der Längsmittelebene geschnittene Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Sonotroden-Werkzeugs, bei welchem das Festhalten des herausgetrennten Behälterwandungs-Abschnitts durch Anlegen von Unterdruck am Werkzeug erfolgt;

Fig. 2 ein gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs, bei dem die Festhalte-Einrichtung gesondert im Werkzeuginnern vorgesehene, an eine Unterdruckquelle anschließbare Sauger aufweist;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel des Sonotroden-Werkzeugs, bei dem die Festhalte-Einrichtung von einem an seinem Ende zugespitzten, mit Haltegraten versehenen Stift oder Dorn gebildet ist, wobei das Abstreifen des ausgeschnittenen Behälterwandungs- Abschnitts durch Beaufschlagung des Werkzeuginnern mittels Überdruck erfolgen kann;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Sonotroden- Werkzeugs, dessen Anwendung das Vorhandensein eines Durchbruchs in der Behälterwandung voraussetzt, welche das Hindurchführen des freien Vorderendes einer Halterungsanordnung ermöglicht, welche dann durch radiale Aufspreizung an der Innenseite der Behälterwandung verriegelbare Riegelelemente aufweist; und

Fig. 5 ein dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 funktionell vergleichbares Sonotroden-Werkzeug, bei dem die Halterung des auszuschneidenden Behälterwandungs-Abschnitts aber durch Aufspreizung und Festklemmung des vorderen Endbereichs der Halterungsanordnung innerhalb des Durchbruchs erfolgt.

Die nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungsfiguren beschriebenen Sonotroden-Werkzeuge sind grundsätzlich entsprechend den zum Ultraschall-Schweißen von thermoplastischen Kunststoffen verwendeten Sonotroden-Werkzeugen ausgebildet und werden auch in den für das Ultraschall-Schweißen verwendeten Geräten bzw. Anlagen anstelle von Schweiß-Sonotroden eingesetzt, so daß es genügt, nachstehend nur die für den hier in Frage stehenden Einsatzzweck speziell getroffenen Änderungen zu beschreiben.

Das in Fig. 1 gezeigte, in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnete Sonotroden-Werkzeug ist in üblicher Weise aus einer Reihe von in Axialrichtung aufeinanderfolgend miteinander verschraubten oder in anderer Weise verbundenen Einzelelementen unterschiedlicher Abmessung zusammengesetzt, wobei für den hier in Frage stehenden Anwendungsfall die Ausgestaltung des am Werkstück, d. h. der Außenseite der Wandung eines Behälters anzusetzenden eigentlichen Trennwerkzeugs wesentlich ist. Dieses Trennwerkzeug hat die grundsätzliche Form eines zylindrischen Körpers 12, der in seinem an der Behälterwandung anzusetzenden Stirnflächenbereich über einen Teil seiner axialen Erstreckung als offen mündender Rohrabschnitt 14 ausgebildet ist, dessen die Mündung umgebende freie Stirnkante als messerartig zugeschärfte Schneide mit einer Schneidkante 16 ausgebildet ist. Der zwischen der äußeren und der inneren Flanke der Schneide eingeschlossene Gesamt-Schnittwinkel α + β möge dabei etwa 7° ± 4° betragen, wobei der zwischen der äußeren Schneidenflanke und der Sonotroden-Längsrichtung eingeschlossene äußere Schnittwinkel α = 2° ± 1° und der innere Schnittwinkel β dementsprechend 5°±3° beträgt.

Diese Schneidkante möge im dargestellten Fall in der Draufsicht Kreisform haben, um eine kreisförmig begrenzte Öffnung in der Behälterwandung zu erzeugen. Falls Öffnungen mit anderen Umrißformen erzeugt werden sollen, kann dies durch eine entsprechende Änderung des Verlaufs der Schneidkante 16 berücksichtigt werden. Die Schneidkante umgibt einen im Innern des Rohrabschnitts 14 gebildeten, sich kegelstumpfförmig verjüngenden ersten Hohlraumabschnitt 18, an den sich dann in Axialrichtung ein zweiter, im Durchmesser verringerter Hohlraumabschnitt 20 anschließt. Der restliche, massive Teil des Körpers 12 weist eine Längsbohrung 22 auf, welche sich in die weitere Einzelelemente des Werkzeugs 10 fortsetzen. Die mittige Längsbohrung 22 ist über einen in ihrer oberen stirnseitigen Mündung oder auch in der äußeren Mündung einer oder mehrerer radialer Querbohrung(en) 24 in einem der Elemente des Werkzeugs 10 vorgesehenen Anschlußstutzens über Schlauchverbindungen an einer Vakuumquelle, z. B. einer Vakuumpumpe und/oder einer Druckluftquelle, anschließbar. Während des Arbeitens mit dem Sonotroden- Werkzeug 10 wird über den bzw. die Anschlußstutzen 26 und die Längsbohrung 22 im Hohlraumabschnitt 20 ein Vakuum erzeugt, welches den von der Schneidkante 16 aus der Behälterwandung herausgetrennten Behälterwandungs- Abschnitt im Hohlraumabschnitt 18 hält, wobei die konische Form dieses Abschnitts 18 sicherstellt, daß der losgetrennte Abschnitt durch die Ansaugkraft mit zunehmender Dichtwirkung gehalten wird.

Nach der Abnahme des Werkzeugs 10 von dem mit der Öffnung zu versehenden Behälter kann dann der herausgetrennte Behälterwandungs-Abschnitt durch Zufuhr von Druckluft über einen oder mehrere der Anschlußstutzen 26 aus dem Hohlraumabschnitt 18 ausgestoßen werden.

Das in Fig. 2 gezeigte Sonotroden-Werkzeug 10 entspricht dem in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Werkzeug 10 mit der Ausnahme, daß innerhalb der Hohlraumabschnitte 18, 10 eine gesonderte, an der Längsbohrung 22 angeschlossene Vakuum-Festhalteeinrichtung 28 vorgesehen ist. Diese Festhalteeinrichtung wird von einer Anzahl von Saugern 30 gebildet, welche im Mündungsbereich des Hohlraumabschnitts 18 stehen und über in Axialrichtung elastisch ausgebildete Röhrchen 32 an einen gemeinsamen Sammelraum 34 angeschlossen sind, der seinerseits an das untere Ende der Längsbohrung 22 angeschlossen ist. Beim Arbeiten des Werkzeugs 10 setzen sich die Sauger 30 auf der Außenseite des aus der Behälterwandung 36 auszuschneidenden Behälterwandungs-Abschnitts 38 auf und halten diesen über das angelegte Vakuum solange fest, bis das Vakuum abgeschaltet und gegebenenfalls Druckluft über die Längsbohrung 22 in die Festhalte-Einrichtung 28 eingeblasen wird.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Sonotroden-Werkzeug 10 erfolgt das Festhalten des aus der Behälterwandung 36 herauszutrennenden Behälterwandungs-Abschnitts 38 nicht mittels Vakuums, sondern eines mittig in den Körper 12 eingesetzten, etwa mittig innerhalb der Schneidkante 16 im Mündungsbereich endenden Stifts 40, der an seinem freien Vorderende 42 zugespitzt und zusätzlich mit im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden, im Querschnitt keil- oder sägezahnförmigen Haltegraten versehen ist. Beim Eindringen der Schneidkante in die Behälterwandung 36 dringt gleichzeitig das zugespitzte Vorderende 42 des Stifts 40 in den Behälterwandungs-Abschnitt 38 ein und hält ihn mit den erwähnten Umfangsraten im Hohlraumabschnitt 18 fest. Zum Abwerfen des Abschnitts 38 wird in diesem Fall über den bzw. die Anschlußstutzen 26 Druckluft in die Längsbohrung 22 eingeblasen, welche einen Überdruck im Hohlraum 18, 20 aufbaut, der dann den Abschnitt 38 vom Stift 40 abdrückt.

In Fig. 4 ist in gegenüber der Darstellung der bisher beschriebenen Fig. 1 bis 3 vergrößertem Maßstab ein weiter abgewandeltes Sonotroden-Werkzeug 10 gezeigt, von dem in diesem Fall nur der vordere, d. h. im wesentlichen den zylindrischen Körper 12 umfassende Teil dargestellt ist. Das Werkzeug 10 weist in diesem Falle eine mechanisch- pneumatische Festhalte-Einrichtung 44 auf, welche für ihre Funktion jedoch voraussetzt, daß in dem auszuschneidenden Behälterwandungs-Abschnitt 38 ein Durchbruch 46 vorgesehen ist, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des auszuschneidenden Behälterwandungs-Abschnitts 38 ist.

Die Festhalteeinrichtung 44 weist eine etwa mittig aus der Mündung des Rohrabschnitts 14 vorstehende Halterungsanordnung 48 mit einem rohrförmigen Gehäuse 50 auf, dessen Durchmesser kleiner als der Durchbruch 46 ist, und das deshalb durch den Durchbruch hindurchgesteckt werden kann. Im massiven Stirndeckel 52 des Gehäuses 50 sind radial verschiebbare Riegelelemente 54 vorgesehen, die entgegen der Vorspannung von sie in den Stirndeckel 52 zurückdrängenden Federn durch einen im Gehäuse angeordneten axial verschiebbaren Keilkörper 56 so weit radial nach außen schiebbar sind, daß sie die Ränder des Durchbruchs 46 innen untergreifen. Der Keilkörper 56 seinerseits ist durch Beaufschlagung des Innern des an die Längsbohrung 22 angeschlossenen Gehäuses 50 mit Druckluft entgegen der Wirkung einer ihn zurückgezogen haltenden Feder 58 vorschiebbar, wobei ein den Keilkörper umgebender, an der Stirndeckel-Innenfläche einerseits und einer Basisplatte des Keilkörpers andererseits dicht befestigter längselastischer Balg 60 den Austritt von Druckluft aus dem Gehäuse 50 verhindert. Beim Arbeiten mit dem Werkzeug wird also das Vorderende der Halterungsanordnung 48 durch den Durchbruch 46 hindurchgesteckt und das Innere des Gehäuses 50 mit Druckluft beaufschlagt, wodurch der Keilkörper 56 vorgeschoben und somit die Riegelelemente 54 radial nach außen verdrängt werden und dabei die Innenfläche des Behälterwandungs-Abschnitts 38 untergreifen. Der Druck im Gehäuse 50 wird solange aufrechterhalten, bis der Abschnitt 38 aus der Behälterwandung herausgetrennt und das Werkzeug 10 vom Behälter abgehoben ist. Wenn das Innere des Gehäuses 50 dann entlüftet wird, verschiebt sich der Keilkörper in seine Ausgangsstellung und läßt die Riegelelemente 54 in den Stirndeckel 52 zurücktreten. Der Abschnitt 38 fällt dann von der Halterungsanordnung 48 ab.

Die Festhaltevorrichtung 44 ist außerdem mit einem manuell betätigbaren napfförmigen Abstreifer 62 versehen, der axial verschiebbar im Innern des Rohrabschnitts 14 angeordnet ist, wobei er durch eine Feder 64 in der ins Rohrabschnitt-Innere zurückgezogenen Stellung gehalten wird. Am Abstreifer 62 angebrachte und durch Längsschlitze 66 im Rohrabschnitt 14 radial vortretende stabförmige Handhaben 68 ermöglichen es, den Abstreifer - entgegen der Federvorspannung - nach unten zu schieben und so einen gegebenenfalls im Hohlraumabschnitt 18 enthaltenen (verklemmten) Behälterwandungs-Abschnitt 38 abzuwerfen.

In Fig. 5 ist schließlich noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mechanisch pneumatisch betätigten Sonotroden- Werkzeugs 10 gezeigt, bei dem wiederum ein im Vergleich zum Durchmesser der herzustellenden Öffnung eine geringere Größe aufweisender Durchbruch 46 in der Behälterwandung 30 Voraussetzung für seinen Einsatz ist. Im Hohlraum 18, 20 des in diesem Falle nicht durchbohrten Körpers 12 ist ein noch ein Stück aus der Mündung des Hohlraums vortretender Halterungsstift 70 vorgesehen, auf dem längsverschieblich eine an ihrem unteren Ende mit einer konischen Verdickung 72 versehene Schiebehülse 74 aufgesetzt ist, die ihrerseits längsverschieblich ein weiteres, an seinem unteren Ende 76 verdicktes und mit einer komplementär konischen Mündung 78 versehenes Hülsenelement trägt, welches durch zwei oder mehr vom unteren Ende aus über einen Teil seiner Länge eingearbeitete Längsschlitze 80 als durchmesservergrößerbares Spannelement 82 ausgebildet ist. Durch eine in der Zeichnung nur schematisch angedeutete, mit Druckluft beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheit 84, die in diesem Falle außerhalb des Körpers 12 angeordnet ist, kann das Spannelement 82 relativ zur Schiebehülse 74 und diese relativ zum Halterungsstift 70 verschoben werden, um das verdickte untere Ende 76 nach Art einer Spannzange aufzuspreizen oder zu entlasten. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 wird der herauszutrennende Behälterwandungs-Abschnitt 38 hier also nicht verriegelnd hintergriffen, sondern im Durchbruch 46 klemmend gehalten. Die Verschiebung der Schiebehülse 74 bzw. des Spannelements 82 erfolgt durch einen Längsschlitz 66 in der Wandung des Rohrabschnitts 14 durchgreifende Koppelglieder 86, 88, von denen das eine die Kolbenstange der Kolben-Zylinder-Einheit mit dem Spannelement 82 und das andere deren Zylinder mit der Schiebehülse 74 verbindet.

Es ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Sonotroden- Werkzeug im Rahmen des Erfindungsgedankens abgewandelt und weitergebildet werden kann, wobei sich solche Weiterbildungen zum Beispiel auf die Ausgestaltung der zum Festhalten des Behälterwandungs-Abschnitts 38 während des Arbeitens des Werkzeugs 10 dienende Festhalte-Einrichtung beziehen können.

Claims (13)

1. Verfahren zum Einarbeiten von Öffnungen in Behälter aus thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere Kunststoff- Kraftstoffbehälter für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Sonotrode ausgebildetes Werkzeug mit einer der Form der einzuarbeitenden Öffnung entsprechend geformten Schneidkante auf die mit der Öffnung zu versehende Stelle des Behälters aufgesetzt, durch Ultraschall mit vergleichsweise hoher Amplitude erregt und solange eine ins Behälterinnere gerichtete Vorschubkraft auf das Werkzeug ausgeübt wird, bis durch die infolge der Ultraschall-Schwingung im Schneidkantenbereich entstehende Wärme in Verbindung mit dem Schnittdruck der Schneidkante der von der Schneidkante umschlossene Abschnitt der Behälterwandung spanlos freigeschnitten ist, wobei der innerhalb der Werkzeug-Schneidkante liegende Behälterwandungs-Abschnitt gleichzeitig am Werkzeug festgehalten und nach durchgeführter Durchtrennung der Behälterwandung zusammen mit dem Werkzeug vom Behälter abgehoben und erst dann vom Werkzeug abgestreift wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Schneidkante umschlossene Abschnitt der Behälterwandung durch Anlegen von Unterdruck an seiner werkzeugzugewandten Außenseite am bzw. im Werkzeug festgehalten wird, und daß die Einwirkung des Unterdrucks zum Abstreifen des Abschnitts unterbrochen und gegebenenfalls ein Überdruck auf den Abschnitt zur Einwirkung gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Schneidkante umschlossene Abschnitt der Behälterwandung mechanis ergriffen und solange festgehalten wird, bis das Werkzeug mitsamt dem aus der Behälterwandung herausgetrennten Abschnitt vom Behälter abgehoben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug in solchem Maße durch Ultraschall erregt wird, daß seine axiale Schwingungsamplitude im Angriffsbereich seiner Schneidkante an der Behälterwandung wenigstens 50 μm beträgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Erzeuger für hochfrequente mechanische Schwingungsenergie, die über ein Sonotroden-Werkzeug auf eine Werkstückoberfläche übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkezug (10) an seiner, an der Behälterwandung (36) anzusetzenden Vorderseite als offen mündender Rohrabschnitt (14) ausgebildet ist, dessen die Mündung umgebende freie Kante durch messerartige Zuschärfung als geschlossene Schneidkante (16) ausgebildet ist, und daß im Innern des Rohrabschnitts (14) eine Einrichtung zum Festhalten des mittels des Werkzeugs (10) aus der Behälterwandung (36) freigeschnittenen Wandungsabschnitts (38) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (16) des Ringmessers einen Gesamt- Schnittwinkel (α + β) zwischen 5° und 9° hat, wobei der zwischen einer parallel zur Sonotroden-Längsrichtung durch die Schneidkante (16) gelegten Linie und der äußeren Flanke der Schneide eingeschlossene äußere Schnittwinkel (α) zwischen 1° und 3° und der mit der inneren Flanke der Schneide eingeschlossene innere Schnittwinkel (β) zwischen 2° und 8° liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des mit der Schneidkante (16) versehenen Rohrabschnitts (14) etwa gleich λ/4 und seine Querschnittsfläche im Vergleich zur Querschnittsfläche des rückwärtigen Teils des Sonotroden- Werkzeugs (10) so gewählt ist, daß die an der Schneidkante (16) gemessene axiale Schwingungsamplitude wenigstens 50 μ beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Rohrabschnitts (14) über wenigstens eine Bohrung (22) im Sonotroden-Werkzeug (10) an einer Unterdruck- und/oder Überdruckquelle anschließbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Steuereinrichtungen für die Verbindung des Innern des Rohrabschnitts (14) während des Betriebs des Sonotroden-Werkzeugs (10) mit der Unterdruckquelle und gegebenenfalls anschließende Umschaltung zur Verbindung mit der Überdruckquelle vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Rohrabschnitts (14) ein im Bereich von dessen Mündung mit wenigstens einem mit leichter Vorspannung auf der Oberfläche des innerhalb der Schneidkante liegenden Behälterwandungs- Abschnitts (38) aufsetzbarer Sauger (30) versehene, an die Anschluß-Bohrung (22) zur Unterdruck- und/oder Überdruckquelle angeschlossene Festhalte-Einrichtung (28) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Festhalteeinrichtung einen im Rohrabschnitt (14) angeordneten und etwa mittig innerhalb der Schneidkante (16) im Mündungsbereich endenden Stift (40) aufweist, dessen zugespitztes freies Vorderende (42) mit im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden im Querschnitt keil- oder sägezahnförmigen Haltegraten versehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (40) seinerseits so mit dem Erzeuger für die hochfrequenten mechanischen Schwingungen gekoppelt ist, daß er in Resonanz mit Ultraschall erregt wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 zum Einarbeiten von Öffnungen in bereits einen Durchbruch geringerer Größe aufweisenden Bereichen der Behälterwandung, dadurch gekennzeichnet, daß die Festhalte-Einrichtung (44; 70, 74, 82) eine etwa mittig aus der Mündung des Rohrabschnitts (14) vorstehende oder aus ihr verschiebbare Halterungsanordnung (48) mit einem kleiner als der in der Behälterwandung (36) vorhandene Durchbruch (46) bemessenen Querschnitt aufweist, welche in ihrem in oder durch den Durchbruch (46) ein- bzw. hindurchführbaren vorderen Endbereich wahlweise derart durchmesservergrößerbar ausgebildet ist, daß er bei Betätigung im Durchbruch (46) festklemmbar bzw. hinter der Innenseite der den Durchbruch (46) umgebenden Behälterwandung verriegelbar ist.