EP3793809A1

EP3793809A1 - Fluiddichte verbindung eines behälters aus thermoplastischem kunststoff mit einem verschlussteil bzw. funktionsteil aus thermoplastischem kunststoff und diesbezüglicher behälter

Info

Publication number: EP3793809A1
Application number: EP19715358.8A
Authority: EP
Inventors: Florian MÜLLER; Oliver UNTERLECHNER; Oliver Hoch
Original assignee: Alpla Werke Alwin Lehner GmbH and Co KG
Current assignee: Alpla Werke Alwin Lehner GmbH and Co KG
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2021-03-24
Also published as: CH714981A1; WO2019219279A1; AR114904A1

Abstract

Es ist ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden eines aus einem wenigstens bereichsweise ein- oder mehrschichtig extrudierten thermoplastischen Kunststoffschlauch bzw. eines aus einem wenigstens bereichsweise ein- oder mehrschichtig gespritzten und/oder fliessgepressten Preform blasgeformten Behälters (1) mit einem Verschlussteil bzw. mit einem Funktionsteil (11) aus einem thermoplastischen Kunststoff beschrieben. Dabei bilden das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil (11) einen ersten Fügepartner und der Kunststoffbehälter (1) einen zweiten Fügepartner. Ein Verbindungsbereich zwischen dem Kunststoffbehälter (1) und dem Verschlussteil bzw. dem Funktionsteil (11) ist in bzw. an dem Behälterhals (3) des Kunststoffbehälters (1) gebildet. Der Behälterhals (3) ist frei von Strukturierungen zur festen Verbindung des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils (11) an dem Behälterhals (3) ausgebildet. Die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fügepartner wird mit Hilfe von eingestrahlter Laserenergie (L) erstellt. Dabei ist ein von der eingestrahlten Laserenergie (L) zuerst beaufschlagter erster Fügepartner wenigstens teilweise transparent gegenüber der eingestrahlten Laserenergie (L). Die eingestrahlte Laserenergie (L) wird wenigstens zum Teil in dem Verbindungsbereich absorbiert, in dem der erste und der zweite Fügepartner unter Krafteinwirkung aneinander anliegen. Mit Hilfe der eingestrahlten Laserenergie (L) wird eine unlösbare stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Fügepartnern durch Aufschmelzen des ersten Fügepartners und/oder des zweiten Fügepartners im Verbindungsbereich und anschließendes Erstarren erstellt. Hierbei sind der Kunststoff des ersten Fügepartners und der Kunststoff des zweiten Fügepartners wenigstens im Verbindungsbereich miteinander kompatibel. Es ist auch ein nach dem Verfahren hergestellter Behälter (1) mit einem Verschlussteil bzw. mit einem Funktionsteil (11) beschrieben.

Description

Fluiddichte Verbindung eines Behälters aus thermoplastischem Kunststoff mit einem Verschlussteil bzw. Funktionsteil aus thermoplastischem Kunststoff und diesbezüglicher Behälter

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden eines aus einem thermo plastischen Kunststoff bestehenden Behälters mit einem Verschlussteil bzw. mit einem Funktionsteil aus einem thermoplastischen Kunststoff gemäss dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch einen gemäss dem erfindungsgemässen Ver fahren hergestellten Kunststoffbehälter mit einem Verschluss bzw. mit einem Funktions teil.

Zur Verbindung von Bauteilen aus thermoplastischen Kunststoffmaterialien sind aus dem Stand der Technik verschiedene Techniken bekannt. Dazu zählen verschiedene Arten von formschlüssigen Verbindungen, reibschlüssige Verbindungen, Verbindungen durch Ver formung, wie z.B. Nieten, Verbindungen durch mechanische Hilfsmittel, wie z.B. Schrau ben, und stoffschlüssige Verbindungen, beispielsweise Schweissverbindungen oder Klebe verbindungen. Auch sind Kaschierungen bekannt, um Kunststoffteile miteinander zu ver binden. Abgesehen von den mechanischen Festigkeiten, die solche Kunststoff-Kunststoff Verbindungen aufweisen müssen, besteht bei Verbindungen von Kunststoffbehältem mit Verschlüssen oder mit Funktionsteilen, wie z.B., Ausgiessem usw., vielfach auch die An forderung, dass die Verbindungen insbesondere dicht gegenüber Fluiden, also Gasen und Flüssigkeiten, und rieselförmigen Gütern wie beispielsweise Puder sein sollen.

Die in der Vergangenheit üblichen Behältnisse aus Weiss- oder Buntblech, aus Glas oder auch aus Keramik werden in zunehmendem Mass von Behältnissen aus Kunststoff abge löst. Insbesondere für die Verpackung fluider Substanzen, beispielsweise von Getränken, fliessfähigen Febensmitteln wie z.B. Ketchup, Sugo, Pesto, Saucen, Senf, Mayonnaise und dergleichen, Haushaltsprodukten, Pflegeprodukten, Kosmetika usw., kommen mittlerweile hauptsächlich Kunststoffbehältnisse zum Einsatz. Das geringe Gewicht und die geringeren Kosten spielen sicher eine nicht unerhebliche Rolle bei dieser Substitution. Die Verwen dung rezyklierbarer Kunststoffmaterialien, die Verwendung von Biokunststoffen und die insgesamt günstigere Gesamtenergiebilanz bei ihrer Herstellung tragen auch dazu bei, die Akzeptanz von Kunststoffbehältnissen, insbesondere von Kunststoffflaschen, beim Kon sumenten zu fördern.

Für eine kostengünstige Herstellung eines Grossteils der heutzutage eingesetzten Kunst stoffbehälter haben sich im Wesentlichen zwei Verfahren etabliert, nämlich das Streck blasverfahren und das Extrusionsblasverfahren. Beim Streckblasverfahren wird zunächst in einem Spritz giessverfahren ein Preform von üblicherweise länglicher, röhrchenartiger Ge stalt hergestellt, der an seinem einen Längsende mit einem Boden verschlossen ist und am anderen Längsende einen Halsabschnitt aufweist. Die Herstellung der Preforms kann zeit lich und/oder räumlich getrennt vom nachfolgenden Blasverfahren erfolgen. In einem al ternativen Verfahren wird der hergestellte Preform ohne zwischenzeitliche Abkühlung unmittelbar nach seiner Herstellung weiter verarbeitet. Dies kann beim sogenannten Spritzblasen mit Hilfe einer einzigen maschinellen Anlage erfolgen, auf welcher der Pre form gespritzt, zu einem Behälter der gewünschten Lorm aufgeblasen und entformt wird. Beim Blasverfahren kann der Preform auch noch zusätzlich mittels eines Reckdorns axial gereckt werden. Streckgeblasene Kunststoffbehälter sind an einem üblicherweise im Bo denbereich des Behälters angeordneten Anspritzpunkt, der von dem den Ausgang bilden den, spritzgegossenen Preform herrührt, identifizierbar.

Beim Extrusionsblasverfahren wird ein Abschnitt eines ein- oder mehrschichtig extrudier ten Kunststoffschlauchs in eine Lormkavität eines Blasformwerkzeugs eingesetzt und durch ein mit Überdruck zugeführtes Medium, üblicherweise Luft, zu dem gewünschten Behälter aufgeblasen. Extrusionsgeblasene Behälter sind an der üblicherweise im Boden bereich des Behälters befindlichen Quetschnaht, die durch das Zusammenquetschen des in die Blasform eingesetzten extrudierten Kunststoffschlauchs entsteht, identifizierbar.

Als Rohstoffe für die Extrusion des für das Extrusionsblasverfahren eingesetzten Kunst stoffschlauchs kommen thermoplastische Kunststoffe, insbesondere Polyolefine, wie z.B. Polyethylen, Polypropylen, und deren Derivate bzw. Copolymere zur Anwendung. Die thermoplastischen Kunststoffe oder Teile davon können ein oder mehrschichtig ausgebil det und/oder eingefärbt sein. Bedingung für die einsetzbaren Kunststoffe ist ihre Eignung für das Extrusionsblasformen des Kunststoffbehälters. Je nach Art der auszu giessenden Substanz werden die Kunststoffbehälter oft mit unter schiedlichen Ausgiessern oder dergleichen Funktionsteilen versehen. Der Ausgiesser soll beispielsweise ein verschüttungsfreies Ausgiessen ermöglichen, eine Dosierung vereinfa chen oder ein flächiges Ausbringen der im Behälter enthaltenen Substanz erlauben. Neben der Anpassung an die jeweilige Substanz hat die Verwendung eines Ausgiessers auch den Vorteil, dass die gleiche Art von Kunststoffbehältem je nach Wunsch der Abfüller mit ei nem unterschiedlichen Ausgiesser ausgestattet werden kann. Der Ausgiesser kann mit Ein richtungen ausgestattet sein, die ein Verschliessen des Behälters ermöglichen. Beispiels weise kann dazu an der Oberseite des Ausgiessers ein schwenkbares Deckelteil angelenkt sein. Alternativ können am Ausgiesser oder am Behälterhals Mittel vorgesehen sein, die eine formschlüssige Verbindung, beispielsweise mit einem Drehverschluss, ermöglichen. Die Mittel können z.B. Aussengewindeabschnitte oder Kulissenführungen für einen Bajo nettverschluss und dergleichen sein, die mit korrespondierend ausgebildeten formschlüssi gen Elementen am Verschlussteil Zusammenwirken. Der Ausgiesser und/oder das Ver schlussteil bestehen üblicherweise aus einem in einem Spritz giessverfahren verarbeitbaren thermoplastischen Polymer, wie z.B. einem Polyolefin, insbesondere Polypropylen. Die Ausbildung der Mittel zur formschlüssigen Verbindung mit einem Verschlussteil erfordert spezielle Gestaltungen der Spritzgiessform für das Funktionsteil und/oder des Ver schlussteils und/oder der Blasform für den Kunststoffbehälter. Die daraus resultierenden Mehrkosten führen zum Wunsch nach einer einfacheren und kostengünstigeren Formge bung der Kunststoffbauteile und damit nach einem alternativen Verfahren zur Erstellung einer fluiddichten Verbindung eines aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehenden Behälters mit einem Verschluss bzw. mit einem Funktionsteil aus einem thermoplastischen Kunststoff.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zum fluiddichten Verbin den eines aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehenden Behälters mit einem Ver schluss bzw. mit einem Funktionsteil aus einem thermoplastischen Kunststoff bereitzustel len, welches es erlaubt, die Kunststoffbehälter und/oder die Funktionsteile und/oder die Verschlussteile mit einfacheren Geometrien herzustellen. Die erfindungsgemässe Lösung der vorstehend geschilderten Aufgaben besteht in einem Verfahren zum fluiddichten Verbinden eines aus einem thermoplastischen Kunststoff be stehenden Behälters mit einem Verschlussteil bzw. mit einem Funktionsteil aus einem thermoplastischen Kunststoff und in einem daraus resultierenden Kunststoffbehälter mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen und/oder vorteilhaf te Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden eines aus einem wenigs tens bereichsweise ein- oder mehrschichtig extrudierten thermoplastischen Kunststoff schlauch bzw. eines aus einem wenigstens bereichsweise ein- oder mehrschichtig gespritz ten und/oder fliessgepressten Preform blasgeformten Behälters mit einem Verschlussteil bzw. mit einem Funktionsteil aus einem thermoplastischen Kunststoff vor. Dabei bilden das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil einen ersten Fügepartner und der Behälterhals einen zweiten Fügepartner. Ein Verbindungsbereich zwischen den beiden Fügepartnem, nämlich dem Kunststoffbehälter und dem Verschlussteil bzw. dem Funktionsteil, ist in bzw. an dem Behälterhals des Kunststoffbehälters gebildet. Der Behälterhals ist frei von Strukturierungen zur festen Verbindung des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils an dem Behälterhals ausgebildet. Die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fü gepartner wird mit Hilfe von eingestrahlter Faserenergie erstellt. Dabei ist ein von der ein gestrahlten Faserenergie zuerst beaufschlagter Fügepartner wenigstens teilweise transpa rent gegenüber der eingestrahlten Faserenergie. Die eingestrahlte Faserenergie wird we nigstens zum Teil in dem Verbindungsbereich absorbiert, in dem der erste und der zweite Fügepartner unter Krafteinwirkung aneinander anliegen. Mit Hilfe der eingestrahlten Fase renergie wird eine unlösbare stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Fügepart nern durch Aufschmelzen des ersten Fügepartners und/oder des zweiten Fügepartners im Verbindungsbereich und anschließendem Erstarren des aufgeschmolzenen Kunststoffs erstellt. Der Kunststoff des ersten Fügepartners und der Kunststoff des zweiten Fügepart ners sind im Verbindungsbereich miteinander kompatibel.

Im Gegensatz zu den bekannten formschlüssigen oder kraftschlüssigen Verbindungsarten zwischen dem Behälterhals und einem Verschlussteil bzw. einem Funktionsteil, beispiels weise einem Ausgiesser, werden bei dem vorgeschlagenen Verfahren die beiden Fügepart ner in einem Faserschweissverfahren stoffschlüssig miteinander verbunden. Die Kompabi- lität der beiden Kunststoffe, nämlich des Kunststoffs des ersten Fügepartners und des Kunststoffs des zweiten Fügepartners, ermöglicht eine sichere, also mechanisch belastbare und fluiddichte Schweissverbindung. Die Kompabilität kann dadurch charakterisiert wer den, dass eine Durchmischungslänge d so lang ist, dass sich Verschlaufungen ausbilden können. Dabei ist die Durchmischungslänge größer oder gleich der sogenannten kritischen Länge l_c, ab welcher Verschlaufungen in Polymeren auftreten (d > l_c). Es gelte für die kriti sche Länge: l_c = b*(M_c / (6*MO))^0,5

mit

l_c kritische Länge

b Kuhn-Segmentlänge

M_c kritische Molmasse, ab der Verschlaufungen auftreten

MO Molmasse des Monomeren

Genauer kann die Durchmischungslänge d nach der Helfand-Lormel definiert werden, wie folgt: d = b / (6*c)^(0,5)

mit

d Durchmischungslänge (intermingling length)

b Kuhn-Segmentlänge

c Llory-Huggins-Parameter hierbei kann c nach Hansen definiert sein, wie folgt: c = (D²)*l00 / (4*R*T)

mit

D Hansen Abstand (HSP)

R ideale Gaskonstante

T Temperatur

2

wobei D nach Hansen definiert sein kann, wie folgt D² = 4*(Dϋi + Dϋ₂)² + (DRi - DR₂)² + (DHi + DH₂)²

mit

Dϋ dispensiver Anteil des Hansen-Löslichkeitsparameters für den ersten Fügepartner Dϋ₂ dispensiver Anteil des Hansen-Löslichkeitsparameters für den zweiten Fügepartner DR polarer Anteil des Hansen-Löslichkeitsparameters für den ersten Fügepartner DR₂ polarer Anteil des Hansen-Löslichkeitsparameters für den zweiten Fügepartner DH Anteil der Wasserstoffbrückenbildung für ersten Fügepartner

DH₂ Anteil der Wasserstoffbrückenbildung für zweiten Fügepartner

Durch die Kompabilität der beiden Kunststoffe können die Polymere im Idealfall an ihrer Grenzfläche co-kontinuierliche Phasen und so Verschlaufungen von Molekülketten durch Interdiffusion ausbilden. Durch die Kompabilität der beiden Kunststoffe kann im Behälter hals wenigstens im Verbindungsbereich auf jegliche Strukturierung zur Festlegung der Verschlussteils bzw. des Funktionsteils verzichtet werden. Strukturierungen zur Festlegung können beipielsweise Gewinde oder Abschnitte hiervon, Schnappelemente, Kulissenfüh rungen oder auch Bajonettelemente sein. In seiner einfachsten Ausführungsform gleicht der Behälterhals im Bereich seiner Aufnahme für das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil einem Hohlzylinder. Analoges gilt für die zur Verbindung dienenden Abschnitte des Ver schlussteils bzw. des Funktionsteils. In ihrer einfachsten Ausgestaltung ist wenigstens der dem Behälterhals zugewandte Bereich des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils plan, also frei von Vorsprüngen und/ oder Rücksprüngen. Da das vorgeschlagene Verfahren auf die Verbindung eines Verschlussteils bzw. eines Funktionsteils an einen Behälterhals ge richtet ist, bestehen an die weitere Ausgestaltung des Kunststoffbehälters keine besonderen Anforderungen. So sind von dem Begriff„Kunststoffbehälter“ Flaschen, Tuben und sons tige Artikel aus Kunststoff umfasst, die ein Verschlussteil oder ein Funktionsteil aufwei sen. Das in dem Kunststoffbehälter zu bevorratende Produkt, Füllgut genannt, kann nach dem Fügen des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils an den Behälterhals eingefüllt wer den. Dies kann durch eine Öffnung im Verschlussteil bzw. im Funktionsteil erfolgen. Bei Tuben kann das Füllgut in eine dem Verschlussteil bzw. im Funktionsteil gegenüberlie gende Öffnung eingefüllt werden, wobei dieses Ende nach dem Einfüllen in der Regel durch Kleben oder Schweissen fluiddicht verschlossen wird. Auch kann das Füllgut vor dem Fügen des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils an den Behälterhals eingefüllt wer- den. Insbesondere bei flüssigem Füllgut in Verbindung mit Kunststoffbehälter mit einem geschlossenen Boden kann der Kunststoffbehälter bereits mittels dem flüssigen Füllgut in der Blasform in seine endgültige Form gebracht werden und hierbei bereits in dem Kunst stoffbehälter verbleiben. Beim Laserschweissen wird im Verbindungsbereich der beiden unter Krafteinwirkung aneinander anliegenden Fügepartner durch die Absorption der ein gestrahlten Laserenergie eine gemeinsame Schmelze ausgebildet, in die beide Fügepartner hineingedrückt werden, und die beim Erkalten zu der stoffschlüssigen Verbindung führt. Die Verbindung ist fluiddicht und unlösbar bzw. nur durch Gewaltanwendung auftrennbar. Die gemeinsame Schmelze kann bedingen, dass beide Fügepartner im Verbindungsbereich an ihren Grenzflächen verflüssigt wurden. In idealer Weise ist keiner der Fügepartner über dessen Ceiling-Temperatur, respektive dessen Zersetzungstemperatur erwärmt worden. Bei amorphen Thermoplasten soll die Glasübergangstemperatur überschritten worden sein. Bei teilkristallinen Thermoplasten soll die Kristallitschmelztemperatur überschritten worden sein. Durch das vorgeschlagene Verfahren können die Blasform und die Spritz giessform bzw. Fliesspressform einfacher ausgebildet werden. Der Kunststoffbehälter kann mit we niger Materialeinsatz hergestellt werden. Auch die Entformung des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils nach dem Spritzgiess- bzw. Fliesspressverfahren kann vereinfacht durchgeführt werden. Dadurch können die Bauteile kostengünstiger gefertigt werden. Dadurch, dass das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil nicht oder nur geringfügig über den Mündungsrand des Kunststoffbehälters überstehen kann, ergeben sich auch neue Ge staltungsmöglichkeiten für die Behälter.

Es versteht sich, dass sich zur Erzeugung der Verbindung der erste Fügepartner und der zweite Fügepartner, die in der Regel beide flächig ausgebildet sind, einander überlappen. Die zwischen dem ersten Fügepartner und dem zweiten Fügepartner erzeugte stoffschlüs sige Verbindung ist unlösbar bzw. nur durch Gewaltanwendung auftrennbar. Entweder dererste oder der zweite Fügepartner besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff, der die eingestrahlte Faserenergie zumindest teilweise absorbiert. In der Regel wird der Füge partner die Faserenergie zumindest teilweise absorbieren, der als zweites mit der Faser energie beaufschlagt wird. Hierdurch kann die teilweise Absorption über den Verbin dungsbereich hinaus auch in angrenzende Bereiche des ersten oder zweiten Fügepartners erfolgen. Die zumindest teilweise Absorption der eingestrahlten Faserenergie ist somit nicht auf den Verbindungsbereich begrenzt. Im Verbindungsbereich kann ein Additiv an- geordnet werden, das den Energieeintrag in die beiden Fügepartner durch wenigstens teil weise Absorption der eingestrahlten Laserenergie unterstützt. Dadurch kann die zumindest teilweise Absorption der eingestrahlten Laserenergie besser auf den Verbindungsbereich begrenzt werden. In der Regel sind hierbei beide Fügepartner für die eingestrahlte Laser energie zumindest teilweise transparent. Das Additiv und/oder der Kunststoff kann Füll stoffe besitzen, die die Wellenlänge des eingestrahlten Laserlichts zumindest teilweise ab sorbieren. Das Additiv kann auf oder in einem der Fügepartner oder auch auf oder in beide Fügepartner insbesondere in dem Verbindungsbereich aufgetragen sein oder in den Kunst stoff zumindest im Verbindungsbereich eingebettet sein. Auch kann der Kunststoff als sol ches bereits gegenüber der eingetrahlten Laserenergie zumindest teilweise absorbierend sein, so dass auf eine Zugabe von absorbierenden Füllstoffen und/oder absorbierenden Ad ditiv verzichtet werden kann. Ferner kann auch ein die eingestrahlte Laserenergie zumin dest teilweise absorbierender Kunststoff zusätzlich mit einem Additiv in dem Verbin dungsbereich kombiniert sein. Bei geeigneter Auswahl des Additivs kann die Absorption durch teilweise Reflexion an den Füllstoffen unterstützt werden. Durch ein Anordnen des Additivs in dem Verbindungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Fügepartner kann die Laserenergie direkt dort eingebracht werden, wo sie zum Ausbilden der gemein samen Schmelze benötigt wird. Im Grunde ist damit, wenn erforderlich, das punktförmige Einbringen der Laserenergie möglich. Entsprechend sind keine großflächigen Erwärmun gen der Fügepartner notwendig, die diese schädigen könnten. Das erfindungsgemässe Ver fahren nimmt Anleihen bei bekannten Laserschweissverfahren für flächige Bauteile und erfordert nur unwesentliche Modifikationen im apparativen Aufbau.

Gemäß einer modifizierten Ausführungsvariante der Erfindung kann das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil nur zum Teil aus einem Kunststoff bestehen, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert. Beispielsweise weist das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil einen Abschnitt auf, der aus einem für die eingestrahlte Laserenergie transparenten Kunststoff besteht. An diesen Abschnitt kann ein Kunststoff anschliessen, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert. Dieser Kunststoff kann beispielsweise in einem 2K-Spritzgiessverfahren aufgebracht werden. Der absorbierende Kunststoff unterscheidet sich vom transparenten Kunststoff dadurch, dass ihm Füllstoffe und/oder ein Additiv zugemischt wurden, die die Laserenergie zumindest teilweise absor bieren. Das Additiv kann im Verbindungsbereich wenigstens an demjenigen der Fügepartner an geordnet werden, der von der eingestrahlten Laserenergie nach dem wenigsten teilweisen Durchstrahlen des anderen Fügepartners erreicht wird. Damit ist beispielsweise der erste, respektive der zweite Fügepartner weitgehend durchgängig für die Wellenlänge des einge setzten Laserlichts, welches an dem zweiten, respektive dem ersten Fügepartner zumindest teilweise absorbiert wird. Die Energieaufnahme über das Additiv einerseits und die Wär mestrahlung andererseits reicht aus, um unterstützt von dem Kraftschluss zwischen den beiden Fügepartnem, einen Stoffschluss zu erzeugen. Das Additiv kann auch an oder in dem zweiten, respektive ersten Fügepartner vorgesehen sein, der erst nach dem Durchstra hlen des ersten, respektive des zweiten Fügepartners mit der Laserenergie beaufschlagt wird. Das Additiv kann als Beschichtung aufgetragen oder auch als zweite Kunststoffkom ponente bei der Fertigung des Bauteils durch Überspritzen aufgebracht werden. Das Be schichten kann auch durch Tintenstrahldruck, Tampondruck, Flexodruck oder ähnliches erfolgen. Als Beschichtung werden Werkstoffe eingesetzt, die aus Russ bestehen, Russ enthalten und/oder Stoffe enthalten, die zumindest teilweise die Laserenergie absorbieren. Statt Russ kann hierbei auch eine Multipurpose Kaschierung eingesetzt werden.

In einer Verfahrensvariante der Erfindung wird das Additiv wenigstens in den Kunststoff der Verbindungsbereichs des ersten und/oder des zweiten Fügepartners eingebettet. Die derart ausgebildeten Fügepartner können beispielsweise in einem speziellen 2K- Kunststoffspritzverfahren hergestellt werden. Schliesslich kann auch vorgesehen sein, dass das Laserenergie-absorbierende Additiv im wesentlichen gleichmässig wenigstens über den Verbindungsbereich des zweiten Fügepartners verteilt, vorzugsweise darin eingebettet, wird.

In einer Variante dieses Faserschweissverfahrens wird das Verschlussteil bzw. das Funkti onsteil derart am Behälterhals des Kunststoffbehälters vormontiert, dass eine von dem Ver schlussteil bzw. das Funktionsteil abragende umlaufende Dichtschürze eine Aussenwan- dung des Behälterhalses des Kunststoffbehälters wenigstens bereichsweise übergreift. Hierbei bilden die Aussenwandung und die abragende umlaufende Dichtschürze den Ver bindung sbereich. Die umlaufende Dichtschürze ist dabei wenigstens zum Teil für die ein gestrahlte Faserenergie transparent, während der angrenzende Behälterhals des Kunststoff- behälters, an dem die Dichtschürze unter Krafteinwirkung, die durch Vorspannung erzeugt wird, anliegt, wenigstens im Verbindungsbereich gegenüber der eingestrahlten Laserener gie absorbierend ist.

Bei einer alternativen Variante des Laserschweis s Verfahrens wird das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil derart am Behälterhals des Kunststoffbehälters vormontiert, dass eine davon abragende umlaufende Dichtschürze durch eine Behältermündung in das Innere des Behälterhalses des Kunststoffbehälters ragt und unter Krafteinwirkung, die durch Vor spannung erzeugt wird, an einer Innenwandung des Behälterhalses anliegt. Hierbei bilden die Innenwandung und die abragende umlaufende Dichtschürze den Verbindungsbereich. Der Behälterhals des Kunststoffbehälters ist gegenüber der eingestrahlten Laserenergie wenigstens zum Teil transparent während die Dichtschürze wenigstens im angrenzenden Verbindungsbereich gegenüber der eingestrahlten Laserenergie absorbierend ist. Insbeson der in Verbindung mit dem EBM-Verfahren kann der Behälterhals an seiner Innenwan dung gratfrei ausgebildet sein. Diese gewünschte Gratfreiheit kann dadurch unterstützt werden, dass die Innenwandung des Behälterhalses mittels eines Kalibrierdorns kalibriert wird.

Der mit Hilfe der ein gestrahlten Laserenergie im Verbindungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Fügepartner erzeugte Stoffschluss führt zu einer umlaufenden Laser- schweissnaht, die eine axiale Ausdehnung von 0,005 mm bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 0,2 mm aufweist.

Bei einer alternativen Verfahrens Variante des Laserschweissens wird ein sich radial erstre ckender, umlaufender Flansch des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils wenigstens wäh rend des Einbringens der Laserenergie unter Krafteinwirkung gegen eine ringförmig um laufende Mündungsfläche gepresst, die eine Behältermündung an dem Behälterhals des Kunststoffbehälters berandet. Hierbei bilden der sich radial erstreckende, umlaufende Flansch und die ringförmig umlaufende Mündungsfläche den Verbindungsbereich. Der auf der Mündungsfläche aufliegende Flansch ist wenigstens zum Teil gegenüber der einge strahlten Laserenergie transparent, während wenigstens die Mündungsfläche und gegebe nenfalls der axial daran anschliessende Abschnitt des Behälterhalses wenigstens zum Teil gegenüber der eingestrahlten Laserenergie absorbierend ausgebildet ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erste, respektive der zweite Fügepartner im Verbindungsbereich eine ringförmig umlaufende Rippe aufweist, die einen Setzweg des ersten und/oder des zweiten Fügepartners vorbestimmt, und die während des Einstrahlens der Faserenergie aufgeschmolzen wird. Durch diese Rippe kann die Einstrahlenergie des Fasers gegenüber einem vollflächigen Aufschmelzen verringert sein. Die aufgeschmolzene Rippe kann die Schmelze ausbilden, in die die Fügepartner ge presst werden können. Nach dem Erkalten der Schmelze kann eine fluiddichte unlösbare Verbindung der beiden Fügepartner ausgebildet sein. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass das Fügeteil, an dem die Rippe nicht ausgebildet ist, ebenfalls im Verbindungsbereich angeschmolzen wird, meist erreicht ein Erwärmen über die Glasübergangstemperatur, um eine ausreichend gute Verbindung zwischen den Fügepartnern zu erzeugen. In einer Aus führungsvariante kann an einer der Mündungsfläche des Behälterhalses zugewandten Un terseite des radial umlaufenden Flansches des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils eine von der Unterseite abragende ringförmig umlaufende Rippe ausgebildet sein. Für die stoff schlüssige Verbindung werden das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil derart in Bezug auf den Halsbereich des Kunststoffbehälters ausgerichtet, dass die ringförmig umlaufende Rippe etwa mittig der radialen Erstreckung der Mündungsfläche aufliegt. Da die einge- brachte Faserenergie lediglich ausreichend sein kann, die Rippe aufzuschmelzen und nicht zusätzlich die Fläche, auf die die Rippe aufbaut, wird in dem vorliegenden Fall das Ver schlussteil bzw. das Funktionsteil soweit in die durch die aufgeschmolzene Rippe gebildete Schmelze gedrückt, bis die Mündungsfläche des Behälterhalses und die Unterseite des ra dial umlaufenden Flansches des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils aneinander anlie- gen. Alternativ kann die Rippe statt an der Unterseite des radial umlaufenden Flansches auch an der Mündungsfläche des Behälterhalses ausgebildet sein. In einer weiteren Aus führungsvariante kann die ringförmig umlaufende Rippe an einer dem Behälterhals zuge wandten Seite der Dichtschürze des Verschlussteils bzw. des Fügeteils ausgebildet sein. Hierbei kann die Rippe an einer Außenwandung der Dichtschürze ausgebildet sein, wenn die Dichtschürze in dem Behälterhals angeordnet werden soll oder an einer Innenwandung der Dichtschürze, wenn die Dichtschürze über den Behälterhals gestülpt werden soll. Al ternativ kann die Rippe auch statt an der Dichtschürze an dem Behälterhals ausgebildet sein. Insbesondere, wenn die Dichtschürze über den Behälterhals gestülpt werden soll, ist es aus fertigungstechnischem Überlegungen möglicherweise besser, die Rippe an einer Aussenwandung des Behälterhalses anzuordnen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die ringförmig umlaufen de Rippe einen sich zu ihrem abragenden Ende verjüngenden Querschnitt auf. Die Rippe weist eine Höhe zwischen etwa 0,05 mm und etwa 1,0 mm und eine maximale Breite zwi schen 0,1 mm und 1,0 mm auf. Die Höhe kann zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,5 mm bei einem Durchmesser der Behältermündung von kleiner als 50 mm und zwischen etwa 0,1 mm und etwa 1,0 mm bei einem Durchmesser der Behältermündung zwischen 50 mm und etwa 100 mm sein. Die maximale Breite kann zwischen etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm bei einem Durchmesser der Behältermündung von kleiner als 50 mm und zwischen etwa 0,2 mm bis etwa 1 mm bei einem Durchmesser der Behältermündung zwischen 50 mm und etwa 100 mm sein.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Laserenergie in einem Bereich eines Kegels mit einem halben Öffnungswinkel von kleiner als etwa 20°, bevor zugt kleiner als etwa 7° und besonders bevorzugt kleiner als etwa 2° eingestrahlt, wobei die Mittelachse des Kegels im Verbindungsbereich senkrecht auf eine Aussenwandung des Fügeteils steht, das durch die Laserenergie zuerst beaufschlagt wird. Damit kann auch ein Kunststoffbehälter und ein Verschlussteil bzw. Funktionsteil miteinader gefügt werden, deren Form sich entlang der Schweis snaht krümmt. Idealerweise wird die Laserenergie im Verbindungsbereich senkrecht auf eine Aussenwandung des Fügeteils eingebracht, da hierdurch der Laserenergiebedarf am geringsten ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Krafteinwirkung der art gewählt, dass eine Flächenpressung des ersten und des zweiten Fügeteils im Verbin dungsbereich zwischen etwa 5 MPa und etwa 35 MPa entsteht. Bevorzugt kann die Flä chenpressung von etwa 15 MPa bis etwa 30 MPa und besonders bevorzugt von etwa 20 MPa bis etwa 27 MPa gewählt werden. Die Krafteinwirkung kann dazu genutzt werden, die Fügepartner in die Schmelze zu drücken. In Verbindung mit der Rippe, die durch die Laserenergie geschmolzen wird und eine Schmelze ausbildet, kann durch die Flächenpres sung das eine Fügeteil gegenüber dem anderen Fügeteil um den Setzweg in die Schmelze gedrückt werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Hilfe der eingestrahl ten Laserenergie im Verbindungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Fügepart ner eine umlaufende Laserschweissnaht erzeugt, die eine Erstreckung zwischen etwa 0,01 mm und etwa 0,8 mm, bevorzugt zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,2 mm aufweist, die quer zur Umfangslinie der Laserschweißnaht in einer Ebene senkrecht zur Einstrahlrich tung der Laserenergie gemessen wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können für die lagegenaue Po sitionierung des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils an dem Behälterhals an den beiden Fügepartnem auch noch Ausrichthilfen angeordnet sein. Diese können eine oder mehrere Kerben und Leisten oder dergleichen umfassen, die bei der Vormontage miteinander Zusammenwirken können..

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden der Verbindungsbe reich sowohl des ein- oder mehrschichtig in einem Blasverfahren hergestellten Kunststoff behälters als auch der Verbindungsbereich des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils aus einem Kunststoff hergestellt, dessen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, polarer Kunst stoff ist, aus der Gruppe bestehend aus PET, PET-G, PET-X, PVC, PEN, PA, PC, PU, PMMA, POM, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispiels weise PEF oder PPF, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststof fe, gewählt wird Das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil kann auch in einem 2K- Spritzgiessverfahren hergestellt sein und unterschiedliche Kunststoffe umfassen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden der Verbindungsbe reich sowohl des ein- oder mehrschichtig in einem Blasverfahren hergestellten Kunststoff behälters als auch der Verbindungsbereich des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils aus einem Kunststoff hergestellt, dessen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, unpolarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus HDPE, PP, PS, LDPE, LLDPE, PTFE, PS, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PLA, ge füllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der erste, respektive der zweite Fügepartner im Verbindungsbereich ein Ringelement auf, das aus polarem Kunst stoff gefertigt ist, wenn der erste, respektive der zweite Fügepartner aus unpolarem Kunst stoff und der zweite, respektive der erste Fügepartner aus polarem Kunststoff gefertigt ist. Beispielsweise kann ein Kunststoffbehälter, der aus PET gefertigt ist, mit einem Ver schlusselement bzw. Funktionselement, welches aus PP gefertigt ist, fluiddicht verbunden werden, indem das aus PP gefertigte Verschlusselement ein Ringelement im Verbindungs bereich aufweist, welches aus PET gefertigt ist und somit mit dem aus PET gefertigten Kunststoffbehälter kompatibel und damit gut verschweissbar ist. Es ist nicht notwendig, dass sich der unpolare Kunststoff des Verschlusselements und der polare Kunststoff des Ringelements miteinander stoffschlüssig verbinden. Vielmehr kann es ausreichend sein, dass das Ringelement derart ausgebildet ist, dass es durch eine Umspritzung in dem Ver schlussteil bzw. dem Funktionsteil in axialer und radialer Richtung fixiert ist. Beispiels weise kann das Ringelement Rücksprünge oder Öffnungen aufweisen, in das der umsprit zende Kunststoff eindringen kann. Auch können Haftvermittler verwendet werden, um eine Haftung von PP und PET zu erzeugen.

Für die Erstellung der stoffschlüssigen, gegebenenfalls durch einen Kraftschluss unter stützten Verbindung zwischen den beiden Fügepartnern wird als Quelle für die eingestrahl te Laserenergie ein Laser mit einer Wellenlänge von 800 nm bis 1200 nm oder von 1800 nm bis 2400 nm eingesetzt, um den Fügepartner, auf den die Laserenergie zuerst auftrifft, zumindest teilweise durchdringen zu können, während der andere Fügepartner die Laser energie zumindest teilweise absorbiert. Laser dieser Wellenlängen liefern die gewünschte Energie, welche für die Erstellung der stoffschlüssigen Verbindung erforderlich ist. Bei spielsweise handelt es sich bei dem Laser um einen Diodenlaser. Diodenlaser weisen ge ringe Anschaffungs- und Wartungskosten auf, sind langlebig und leistungsstark.

Bei einer Verfahrensvariante zur Verbindung von rotationssymmetrischen Fügepartnem kann die Laserenergie im Wesentlichen gleichzeitig über 360° eingestrahlt werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer speziellen Laseroptik erreicht werden. Bei Bedarf kann die eingestrahlte Laserenergie mit Hilfe von Abschirmblenden selektiv auf ausgewählte Winkelbereiche innerhalb von 360° konzentriert werden. Ferner können zum Verbinden von rotations symmetrischen Fügepartnem diese zum Einstrahlen der Laserenergie rotato- risch und/oder translatorisch an einem Laser vorbei bewegt werden. In der Regel wir hier bei die Laserenergie punktförmig eingebracht. Durch Wahl der Geschwindigkeit wird im Allgemeinen eine gleichmässige Verbindungsqualität über dem Umfang erzielt. Idealer weise sind der erste Fügepartner und der zweite Fügepartner koaxial zueinander ausgerich tet und wird die Laserenergie senkrecht zu den beiden Fügepartnem eingebracht.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Kunststoffbehälter aus einem wenigstens bereichsweise ein- oder mehrschichtig extrudierten thermoplastischen Kunststoffschlauch bzw. aus einem wenigstens bereichsweise ein- oder mehrschichtig ge spritzten und/oder fliessgepressten Preform in einem Blasformverfahren hergestellt. Er weist einen Behälterkörper und einen daran anschliessenden Behälterhals auf, der fluid dicht mit einem Verschlussteil bzw. mit einem Funktionsteil aus einem thermoplastischen Kunststoff verbunden ist. Der Kunststoffbehälter ist wenigstens im Verbindungsbereich mit dem Verschlussteil bzw. dem Funktionsteil im wesentlichen frei von Strukturierungen zur festen Verbindung des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils ausgebildet. Die fluid dichte Verbindung zwischen dem Behälterhals des Kunststoffbehälters und dem Ver schlussteil bzw. dem Funktionsteil ist eine mit Hilfe von Faserenergie erstellte stoffschlüs sige Verbindung. Sowohl der Kunststoff des Kunststoffbehälters als auch der Kunststoff des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils im Verbindungsbereich sind miteinander kom patibel. Idealerweise ist der Kunststoffbehälter mit dem Verschlussteil bzw. dem Funkti onsteil gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt.

Indem der Behälterhals und das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil durch Faserschweis- sen miteinander verbunden werden, kann bei ihrer Herstellung auf die Ausbildung von formschlüssig miteinander zusammenwirkenden Verbindungselementen, wie z.B. Gewin deabschnitte und Gewindegänge oder Kulissenführungen und eingreifende Vorsprünge usw. verzichtet werden. So kann beispielsweise der Behälterhals des Kunststoffbehälters wenigstens im späteren Verbindungsbereich frei von vorspringenden oder rückspringenden Strukturen ausgebildet sein. Analoges gilt für die zur Verbindung dienenden Abschnitte des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils. Dadurch können die Blasform und die Spritz giessform bzw. Fliesspressform in einfacheren Geometrien ausgebildet werden. Somit sind die Kosten zur Herstellung der Formen reduziert. Zudem kann der Kunststoffbehälter und das Verschlussteil bzw. Funktionsteil einfacher ausgestaltet sein. Auch dies kann zu einem verringerten Materialeinsatz führen, da auf Materialanhäufungen zur Erzielung eines ge stalterischen Effekt verzichtet sein kann. Beispielhaft soll die Ausgestaltung von Gewinden oder Gewindesegmenten in Verschlussteilen bzw. Funktionsteilen genannt werden, die an einer Innenwandung von Verschlussteilen bzw. von Funktionsteilen angeordnet sind. Die der Innenwandung gegenüberliegende Aussenwandung ist aus gestalterischen Gründen glatt. Damit stellen die Gewinden oder Gewindesegmente eine Materialanhäufung dar, auf die durch die vorgeschlagene Ausgestaltung von Kunststoffbehälter und Verschlussteil bzw. Funktionsteil verzichtet werden kann. Auch die Entformung des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils nach dem Spritzgiess- bzw. Fliesspressverfahren kann vereinfacht durchgeführt werden. Dadurch können die Bauteile kostengünstiger gefertigt werden.

Im Sinne dieser Erfindung sind durch den Begriff„Kunststoffbehälter“ auch Tuben um fasst. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Kunststoffbehälter als eine Tube mit einem Tubenkörper ausgebildet, das ein erstes und zweites Ende aufweist, wobei der Tubenkörper an dem ersten Ende einen Tubenfalz aufweist, der fluiddicht verschließbar ist, und an dem zweiten Ende einen umlaufenden im Wesentlichen zylinderförmig ausge bildeten Rücksprung aufweist, an dem das Verschlus steil bzw. das Funktionsteil fluiddicht unlösbar verbunden ist. An dem im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Rück sprung, der als Aufnahme für das Verschlusselement bzw. Funktionselement dient und zugleich auch als Zentrierung dienen kann, kann an dessen Aussenwandung auch die um laufende Rippe angeordnet sein, die zur Erzeugung der gemeinsamen Schmelze dient, in die sich das Verschlusselement bzw. das Funktionselement setzen kann. Das zu bevorra tende Produkt wird durch die erste Öffnung in den Tubenkörper gefüllt, bevor dieses erste Ende unter Ausbildung eines Tubenfalzes durch Kleben oder Schweissen verschlossen wird. Der Tubenkörper kann durch ein Extrusionsblas verfahren oder durch ein Spritz giess verfahren hergestellt sein.

Am Behälterhals bzw. an einem eine Behältermündung berandenden radial verlaufenden Mündungsrand kann eine Ausrichthilfe vorgesehen sein, die für eine lagegenaue Ausrich tung des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils ausgebildet ist und mit einem korrespon dierenden Positioniermittel am Verschlussteil bzw. am Funktionsteil zusammenwirkt. Dadurch kann bei der Vormontage die Positionierung und rotatorische Ausrichtung des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils in Bezug auf den Behälterhals vereinfacht werden. Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist ausserhalb des Verbin dungsbereichs in Richtung zum Inneren des Kunststoffbehälterkörpers eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Behälterhals und dem Verschlussteil bzw. dem Funktionsteil angeordnet. Diese fluiddichte Abdichtung kann dazu dienen, eventuellen Schmauch, der sich während des Schweis sprozesses entwickeln könnte, davon abzuhalten, in das Innere des Behälterkörpers zu gelangen und sich dort niederzuschlagen. Diese fluiddichte Abdich tung kann beispielsweise als eine zylindrisch, konisch oder konvex ausgebildete Dicht schürze ausgebildet sein, die von dem Verschlussteil bzw. das Funktionsteil abragt. In der Regel werden die beiden Kontaktzonen zum anderen Fügepartner entsprechend ihrer Funk tion ausgestaltet sein, so dass die dem Inneren des Kunststoffbehälterkörpers benachbarte erste Kontaktzone eine abdichtende Wirkung entfalten kann, hingegen die der Umgebung des Kunststoffbehälters benachbarte zweite Kontaktzone in der Regel als Rippe ausgebil det ist, die durch die eingebrachte Faserenergie aufgeschmolzen wird. Auch können die erste Kontaktzone an dem ersten Fügepartner und die zweite Kontakzone an dem zweiten Fügepartner angeordnet sein, oder umgekehrt.

Bei einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung weist Verschlussteil bzw. das Funk tionsteil einen sich radial erstreckenden, umlaufenden Flansch auf, der auf einer eine Be hältermündung berandenden Mündungsfläche aufliegt und dort einen fluiddichten form schlüssigen Verbindungsbereich mit dem Behälterhals bildet.

Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung sind sowohl der ein- oder mehrschichtig in einem Blas verfahren hergestellte Kunststoffbehälter als auch das Ver schlussteils bzw. das Funktionsteil wenigstens im Verbindungsbereich aus einem Kunst stoff hergestellt, dessen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, polarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus PET, PET-G, PET-X, PVC, PEN, PA, PC, PU, PMMA, POM, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PEF oder PPF, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt ist.

Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung sind sowohl der ein- oder mehrschichtig in einem Blas verfahren hergestellte Kunststoffbehälter als auch das Ver schlussteil bzw. das Funktionsteil wenigstens im Verbindungsbereich aus einem Kunststoff hergestellt, dessen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, unpolarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus HDPE, PP, PS, LDPE, LLDPE, PTFE, PS, Copolymeren der ange führten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PLA, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt ist

Das Funktionsteil kann ein Ausgiessaufsatz sein und ein integral ausgebildetes Verschluss teil umfassen. Hierbei können der Ausgiessaufsatz und das Verschlussteil auch einstückig sein.

Einem Fachmann ist klar, dass auf das Verfahren gerichtete Merkmale, soweit sinnvoll, auch auf die Vorrichtung bezogen werden können, und umgekehrt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung von Ausführungsvarianten unter Bezugnahme auf die schematischen Zeich nungen. Es zeigen in nicht mass Stabs getreuer Darstellung:

Fig. 1 ein Axialschnitt eines Kunststoffbehälters mit einem Funktionsteil;

Fig. 2 ein vergrösserter Axialschnitt eines Verbindungsbereichs; und

Fig. 3 bis Fig. 9 axiale Schnitte von Varianten von zwei vormontierten Fügepartnern.

Das Verfahren zum fluiddichten Verbinden eines aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehenden Behälters mit einem Verschlussteil bzw. mit einem Funktionsteil aus einem thermoplastischen Kunststoff wird im Folgenden am Beispiel eines mit einem Ausgiess aufsatz versehenen Kunststoffbehälters erläutert. Ein Kunststoffbehälter, der aus einem ein- oder mehrschichtig extrudierten Schlauch oder aus einem wenigstens bereichsweise ein- oder mehrschichtig gespritzten und/oder fliessgepressten Preform aus einem thermo plastischen Kunststoff in einem anschliessenden Blasverfahren aufgeblasen wurde, ist in Fig. 1 gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Der Kunststoffbehälter 1 weist einen mit dem Bezugszeichen 2 angedeuteten Behälterkörper 2 auf, an den ein Behälterhals 3 anschliesst. Am Behälterhals 3 ist eine beispielsweise rotations symmetrische Behälter mündung 4 vorgesehen. Ein am bzw. im Behälterhals 3 montierter Ausgiessaufsatz trägt das Bezugszeichen 11. Aus Gründen der besseren Übersicht wurde auf eine unterschiedli che Schraffur des im axialen Schnitt gezeigten Kunststoffbehälters 1 und des Ausgiessauf satzes 11 verzichtet. Der Ausgiessaufsatz 11 weist einen mit einer Ausgiessöffnung 12 versehenen, ringförmig umlaufenden plattenförmigen Flansch 13 auf, der sich an einer die Behälteröffnung 4 im Halsabschnitt 3 berandenden Mündungsfläche 6 abstützt. Die Aus giessöffnung 12 des Ausgiessaufsatzes 11 ist wiederverschließbar und daher mit einem Verschlussteil 18 ausgestattet, das beispielsweise als ein Klapp Verschluss (Flip Top) aus gebildet ist und über ein Scharniergelenk 19 am plattenförmigen Flansch 13 angelenkt ist. Vom plattenförmigen Flansch 13 erstreckt sich eine Dichtschürze 14 in den Behälterhals 3 hinein. Die Dichtschürze 14 kann zylindrisch, konisch oder konvex ausgebildet sein und liegt an einer Innenwandung 7 des Behälterhalses 3 im Aufnahmebereich für die Dicht schürze 14. Die Dichtschürze 14 kann gegenüber einem Innendurchmesser des Behäl terhalses 3 ein Übermass aufweisen, damit ihre Aussenwandung 15 gegenüber der Innen wandung 7 des Behälterhalses 3 eine Vorspannung aufweist. Bei einem Innendurchmesser von bis zu 50 mm kann dieses über einen grössten Aussendurchmesser der Dichtschürze 14 gemessene Übermass beispielsweise 0,05 mm bis etwa 0,5 mm betragen. Bei Innen durchmessern des Behälterhalses 3 im Aufnahmebereich von > 50 mm kann das Übermass beispielsweise 0,2 mm bis 0,6 mm betragen. Obzwar die Figur 1 nur eine schematische Darstellung ist, ist trotzdem ersichtlich, dass der Behälterhals 3 frei ist von Strukturierun gen zur festen Verbindung zwischen dem Behälterhals 3 und dem Ausgiessaufsatz 11, wie Gewindeabschnitte, Schnappverbindungen, Bajonettverbindungen etc.

Bei dem Kunststoffbehälter 1 handelt es sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen extrusionsgeblasenen Kunststoffbehälter. Beim Extrusionsblasverfahren wird ein Abschnitt eines ein- oder mehrschichtig extrudierten Kunststoffschlauchs aus einem ther moplastischen Kunststoff in eine Formkavität eines Blasformwerkzeugs eingesetzt und durch ein mit Überdruck zugeführtes Medium, üblicherweise Luft, zu dem gewünschten Behälter aufgeblasen. Extrusionsgeblasene Behälter sind an der üblicherweise im Boden bereich des Behälters befindlichen Quetschnaht, die durch das Zusammenquetschen des in die Blasform eingesetzten extrudierten Kunststoffschlauchs entsteht, identifizierbar. Pre- forms, aus denen Behälter im Streckblasverfahren hergestellt werden, werden meist im Spritzgiessen hergestellt und besitzen meist im Bodenbereich einen Anspritzpunkt, der an der geblasenen Flasche ebenfalls sichtbar ist. Als Rohstoffe für die Extrusion des für das Extrusionsblasverfahren eingesetzten Kunst- stoffschlauchs oder für das Spritzgiessen der Preforms kommen thermoplastische Kunst stoffe zur Anwendung. Die thermoplastischen Kunststoffe oder Teile davon können ein oder mehrschichtig ausgebildet und/oder eingefärbt sein..

Zur Erstellung einer mechanisch belastbaren Verbindung zwischen dem Behälterhals 3 des Kunststoffbehälters 1 und dem Ausgiessaufsatz 11, die frei ist von Rückständen, bei spielsweise Mikropartikeln, Kleberesten und dergleichen, schnell durchführbar und einfach in den Prozess integrierbar ist, bietet sich das aus dem Stand der Technik bekannte Laser- schweissverfahren an. In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 31 ein Laser angedeutet. Der Laser 31 weist beispielsweise eine Wellenlänge von 800 nm bis 1200 nm auf. Beispiels weise handelt es sich um einen Diodenlaser. Mit Hilfe einer Spezialoptik 32 kann die vom Laser 31 eingestrahlte Laserenergie L gleichzeitig über 360° auf die Verbindungsbereiche des Behälterhalses 3 und der Dichtschürze 14 des Ausgiessaufsatzes 11 gerichtet werden.

In idealer Weise wird das Laserlicht senkrecht auf eine Aussenwandung 5 des Behälterhal ses 3 und damit auch im Wesentlichen senkrecht auf die Aussenwandung 15 der Dicht schürze 14 des Ausgiessaufsatzes 11 gerichtet. Falls erforderlich, kann die eingestrahlte Laserenergie mit Hilfe von Blenden selektiv auf ausgewählte Winkelbereiche konzentriert werden. Auch kann der Behälterhals 3 mit dem eingesetzten Ausgiessaufsatz 11 rotatorisch und/oder translatorisch an der Laserquelle in einer für das Verfahren günstigen Geschwin digkeit vorbeibewegt werdenDer Kunststoff des Behälterhalses 3 und der Kunststoff des Ausgiessaufsatzes 11 sind im Verbindungsbereich miteinander kompatibel. Das von der Laserenergie zuerst beaufschlagte Fügeteil, also in dem vorliegenden Fall der Behälterhals 3, ist wenigstens teilweise tranparent gegenüber der eingestrahlten Laserenergie. Die ein gestrahlte Laserenergie wird in dem Verbindungsbereich zumindest teilweise absorbiert. Dies führt zu einem Aufschmelzen beider Fügepartner in ihrem Verbindungsbereich.

Durch das Aufschmelzen der Aussenwandung 15 des Ausgiessaufsatzes 11 und/oder In nenwandung 7 des Behälterhalses 3 wird nach dem Erkalten der Schmelze eine stoff schlüssige Verbindung erzeugt, die mechanisch belastbar und fluiddicht ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist auch die Aussenwandung 5 des Behälterhalses 3 frei von Strukturierun gen, wie z.B. Gewindeabschnitten, Gewindefurchen, Kulissenführungen und dergleichen. Auf derartige vor- oder rückspringende Strukturierungen kann verzichtet werden, da der Ausgiessaufsatz 11 durch Laserschweis sen mit dem Behälterhals 3 verbunden wird.

Dadurch vereinfacht sich die Herstellung des Kunststoffbehälters, kann das äussere Er scheinungsbild des Kunststoffbehälters verbessert werden und an kundenspezifische Erfor dernisse angepasst werden.

Fig. 2 zeigt schematisch die Verhältnisse bei der Erstellung einer Laserschweis sverbindung zwischen einem ersten Fügepartner, nämlich dem Behälterhals 3, und einem zweiten Fü gepartner, nämlich der Dichtschürze 14 des Ausgiessaufsatzes 11. Aus Übersichtlichkeits gründen sind die beiden Fügepartner mit einem Abstand voneinander dargestellt. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die beiden Fügepartner zumindest in ihrem Fügebereich, der mit Laserenergie beaufschlagt wird, unter Krafteinwirkung aneinander anliegen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stehen die Innenwandung 7 des Halsteils 3 und die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 im Verbindungsbereich unter einer Vor spannung von etwa 20 bis 27 MPa. Idealerweise ist der unter Vorspannung stehende Ver bindung sbereich gleichzeitig auch die Dichtzone des ersten und des zweiten Fügepartners. Zur Herstellung einer unlösbaren und fluiddichten stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fügepartner muss der Bereich der Vorspannung nicht vollum fänglich mit Laserenergie beaufschlagt worden sein. Vielmehr ist auch ein abschnittswei ses Einstrahlen von Laserenergie ausreichend, um eine fluiddichte stoffschlüssige Verbin dung herzustellen, wobei die Abschnitte auch punktförmig oder linienförmig oder auch flächig ausgebildet sein können. Die erstellte stoffschlüssige Verbindung führt zu einer Schweissnaht, die eine axiale Ausdehnung von etwa 0,005 mm bis etwa 0,8 mm aufweisen kann.

Ein erster Abschnitt eines ersten Fügepartners, beispielsweise der Behälterhals 3 der Kunststoffflasche 1, wird mit der Laserenergie L beaufschlagt. Die Laserenergie L trifft idealerweise senkrecht auf den ersten Fügepartner, kann jedoch auch in einem Bereich eines Kegels mit einem halben Öffnungswinkel von kleiner als etwa 20° eingestrahlt wer den, wobei eine Mittelachse des Kegels im Verbindungsbereich senkrecht auf eine Aus senwandung des Fügeteils steht, das durch die Laserenergie zuerst beaufschlagt wird. Der Behälterhals 3 ist wenigstens in einem ersten Abschnitt, in dem die Laserverschweissung erstellt werden soll, wenigstens teilweise gegenüber der eingestrahlten Laserenergie L transparent. Nach dem Durchstrahlen des Behälterhalses 3 gelangt die eingestrahlte Laser- energie L auf einen zweiten Abschnitt eines zweiten Fügepartners, im vorliegenden Aus führungsbeispiel auf die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 des Ausgiessaufsatzes 11. Die Laserenergie Lwird mit Hilfe eines dort angeordneten Additivs 21 wenigstens zum Teil absorbiert. Hierbei kann der zweite Abschnitt des zweiten Fügepartners, respektive die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14, die Dichtschürze 14 oder auch der zweite Füge partner selbst, respektive der Ausgiessaufsatz 11, wenigstens bereichsweise aus einem Kunststoff gefertigt sein, der die eingestrahlte Laserenergie L zumindest teilweise absor biert. Bei dem Additiv 21 handelt es sich um einen Stoff, der die eingestrahlte Laserenergie L möglichst gut absorbiert und in Wärme umwandelt. Das Additiv 21 kann aus Russ be stehen, Russ und/oder Stoffe enthalten, die zumindest teilweise die Laserenergie absorbie ren. Das Additiv 21 kann als Beschichtung aufgebracht sein oder bereichsweise oder auch gesamthaft in das Kunststoffmaterial eingebettet sein. In der Regel ist das Additiv 21 an der Wandung des zweiten Fügepartners an geordnet, die dem zu durchstrahlenden ersten Fügepartner zugewandt ist. Fig. 2 zeigt entsprechend das Additiv 21 im Bereich der Aus senwandung 15 der Dichtschürze 14. Es versteht sich, dass zusätzlich auch die Innenwan dung 7 des Behälterhalses 3 im Verbindungsbereich mit einem Additiv versehen sein kann, um auch dort einen grösseren Energieeintrag zu unterstützen.

Die eingestrahlte Laserenergie L durchstrahlt den ersten Fügepartner, den Behälterhals 3, ohne nennenswerte Erwärmung. Im zweiten Fügepartner, nämlich der Dichtschürze 14 des Ausgiessaufsatzes 11 wird die Laserenergie in Wärmeenergie umgewandelt und der Kunst stoff aufgeschmolzen. Aufgrund von Wärmeleitungsprozessen wird auch der durchstrahlte erste transparente Fügepartner 3 im Verbindungsbereich plastifiziert. Durch die Vorspan nung und durch den aus der Ausdehnung der Kunststoffschmelze resultierenden inneren Fügedruck kommt es zu einer stoffschlüssigen Verbindung der beiden Fügepartner. Der Kunststoff des Ausgiessaufsatzes 11 und der Kunststoff des Behälterhalses 3 sind mitei nander kompatibel. Der Hauptbestandteil des Kunststoffes in dem vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel, also 70% und mehr, ist unpolarer Kunststoff, gewählt aus der Gruppe beste hend aus HDPE, PP, PS, LDPE, LLDPE, PTFE, PS, Copolymeren der angeführten Kunst stoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PLA, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischun gen der genannten Kunststoffe. Der Hauptbestandteil des Kunststoffes, also 70% und mehr, kann auch polarer Kunststoff sein, gewählt aus der Gruppe bestehend aus PET, PET- G, PET-X, PVC, PEN, PA, PC, PU, PMMA, POM, Copolymeren der angeführten Kunst- Stoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PEF oder PPF, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe.

In Fig. 4 bis Fig. 9 sind verschiedene Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen Ver fahrens schematisch dargestellt. Die Verfahrens Varianten werden wiederum am Beispiel der fluiddichten Verbindung eines als ein Ausgiessaufsatz bzw. Sprühaufsatz ausgebildeten Funktionsteils an bzw. in einem Behälterhals eines Kunststoffbehälters erläutert. Gleiche Elemente tragen in den Abbildungen jeweils die gleichen Bezugszeichen. Die jeweiligen Fügepartner sind dabei im vormontierten Zustand dargestellt, bevor sie miteinander laser- verschweisst werden. Auf unterschiedliche Schraffuren der im Schnitt dargestellten Füge partner wurde wiederum aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit verzichtet. Ebenso sind die Fügepartner jeweils mit einem kleinen Abstand zueinander dargestellt, damit de ren Abgrenzungen besser ersichtlich sind. Es versteht sich jedoch, dass die beiden Füge partner wenigstens im Verbindungsbereich unter Krafteinwirkung aneinander anliegen.

Die Krafteinwirkung kann ein von aussen aufgebrachter Druck sein oder aus einer Vor spannung eines Fügepartners gegenüber dem anderen resultieren.

Fig. 3 zeigt im wesentlichen eine Verfahrensvariante, die bereits anhand der Abbildung Fig. 1 erläutert wurde. Der erste Fügepartner wird vom Behälterhals 3 gebildet. Der zweite Fügepartner wird von einer Dichtschürze 14 gebildet, die von einem plattenförmigen Flansch 13 des Ausgiessaufsatzes 11 in das Innere des Behälterhalses 3 ragt. Eine Sprüh öffnung des Ausgiessaufsatzes 11 trägt das Bezugszeichen 12. Bezüglich des Übermasses und der Vorspannung zur Erstellung der Faserschweis s Verbindung wird daher auf die Fi gurenbeschreibung zu Fig. 1 verwiesen. Die Faserverschweissung erfolgt analog zu dem anhand von Fig. 1 erläuterten Ausführungsbeispiel durch eine laterale Beaufschlagung der Fügepartner mit Faserenergie F.

Fig. 4 zeigt eine alternative Anordnung der beiden Fügepartner. In diesem Fall wird der erste Fügepartner von der Dichtschürze 14 gebildet, die vom plattenförmigen Flansch 13 des Ausgiessaufsatzes 11, abragt. Der plattenförmige Flansch 13 liegt auf der die Behäl termündung 4 berandenden Mündungsfläche 6 auf. Die Dichtschürze 14 liegt wenigstens im Verbindungsbereich unter einer Vorspannung an der Aussenwandung 5 des Behäl terhalses 3, der bei dieser Verfahrensvariante den zweiten Fügepartner bildet, an. Die Fa- serverschweissung erfolgt analog zu dem anhand von Fig. 1 erläuterten Ausführungsbei spiel durch eine laterale Beaufschlagung der Fügepartner mit Laserenergie L. Dabei ist der erste Fügepartner, in diesem Fall die Dichtschürze 14 des Ausgiessaufsatzes 11, wenigs tens teilweise transparent gegenüber der eingestrahlten Laserenergie, während der zweite Fügepartner, nämlich der Behälterhals 3 wenigstens im Verbindungsbereich die Laserener gie wenigstens zum Teil absorbiert. Die Absorption der eingestrahlten Laserenergie L kann wiederum durch ein Additiv unterstützt werden, welches auf die Aussenwandung 5 des Behälterhalses 3 aufgebracht oder in das Kunststoffmaterial des Behälterhalses 3 eingebet tet sein kann.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel bildet wiederum der Behälterhals 3 den ersten Fügepartner, während der zweite Fügepartner von einer Dichtschürze 14 gebil det ist, die von einem plattenförmigen Flansch 13 des Ausgiessaufsatzes 11 in das Innere des Behälterhalses 3 ragt. Der plattenförmige Flansch 13 ist dabei in die Behältermündung 4 eingesetzt und im vormontierten Zustand nur durch die infolge eines Übermasses von der Aussenwandung 15 der Dichtschürze gegenüber der Innenwandung 7 des Behälterhalses 3 ausgeübte Vorspannung gehalten. Bei einem Innendurchmesser von bis zu 50 mm kann das über einen grössten Aussendurchmesser der Dichtschürze 14 gemessene Übermass beispielsweise 0,05 mm bis etwa 0,5 mm betragen. Bei Innendurchmessern des Behäl terhalses 3 im Aufnahmebereich von > 50 mm kann das Übermass beispielsweise 0,2 mm bis 0,6 mm betragen. Die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 und die Innenwandung 7 des Behälterhalses 3 im Aufnahmebereich für die Dichtschürze 14 bilden nach der Ver- schweissung durch eingestrahlte Laserenergie L eine fluiddichte, also gegenüber Gase und Flüssigkeiten, aber auch gegenüber rieselfähigen Feststoffen wie Pulver oder Puder dichte Dichtzone zwischen dem Ausgiessaufsatz 11 und dem Behälterhals 3 des Kunststoffbehäl ters 1. Im Gegensatz zu den Ausführungen der Figuren 1, 3 und 4 ist die die Behältermün dung 4 berandende Mündungsfäche 6 frei zugänglich.

Fig. 6 unterscheidet sich von den bisher geschilderten Ausführungsbeispielen dadurch, dass die beiden Fügepartner für eine axiale Laserverschweissung vormontiert sind. Dabei wird der Ausgiessaufsatz 11, der den wenigstens teilweise gegenüber der eingestrahlten Laserenergie L transparenten ersten Fügepartner bildet, derart auf den Behälterhals 3, der den zweiten Fügepartner bildet, aufgesetzt, dass ein plattenförmiger Flansch 13 des Aus- giessaufsatzes 11 auf der ringförmig umlaufenden, die Behältermündung 4 berandenden Mündungsfläche 6 aufliegt. Eine Dichtschürze 14 ragt von dem plattenförmigen Flansch 13 ab in das Innere des Behälterhalses 3. An der Dichtschürze 14 ist eine umlaufende Dichtwulst 14 angeordnet, die ausserhalb eines Verbindungsbereichs des Ausgiessaufsat zes 11 an dem Behälterhals 3 liegt und in Richtung zum Inneren des Behälterkörpers den Behälterhals 3 und dem Ausgießaufsatz 11 voneinander fluiddicht abdichtet. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass etwaig während des Schweis sprozesses entstehender Schmauch nicht in das Behälterinnere gelangen kann und sich dort niederschlägt.Bei der axialen Laserverschweissung wird die Laserenergie L etwa senkrecht zur radialen Erstre ckung des plattenförmigen Flansches 13 und zum radialen Verlauf der Mündungsfläche 6 eingestrahlt. Die beiden Fügepartner, nämlich der Flansch 13 und die Mündungsfläche 6 am Behälterhals 3, werden für den Laserschweissvorgang zusammengepresst. Der An pressdruck des Flansches 13 gegen die Mündungsfläche 6 wird von etwa 5 MPa bis etwa 35 MPa, vorzugsweise von etwa 15 MPa bis etwa 30 MPa und besonders bevorzugt von etwa 20 MPa bis etwa 27 MPa gewählt.

Der auf der Mündungsfläche 6 aufliegende Flansch 13 ist wenigstens zum Teil gegenüber der eingestrahlten Laserenergie L transparent, während wenigstens die Mündungsfläche 6 und der axial daran anschliessende Abschnitt des Behälterhalses 3 wenigstens zum Teil gegenüber der eingestrahlten Laserenergie L absorbierend ausgebildet sind. Die Absorpti on der eingestrahlten Laserenergie L kann wiederum durch ein Additiv unterstützt werden, welches auf die Mündungsfläche 6 aufgebracht oder dort in das Kunststoffmaterial des Behälterhalses 3 eingebettet sein kann.

Wie aus der vergrösserten Darstellung in Fig. 7 ersichtlich ist, kann der radial umlaufende Flansch 13 des Ausgiessaufsatzes 11 mit einer im vormontierten Zustand von seiner der Mündungsfläche 6 zugewandten Unterseite 17 abragenden, ringförmig umlaufenden Rippe 20 ausgebildet sein. Für die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Fügepartner, nämlich dem Flansch 13 des Ausgiessaufsatzes 11, und der den zweiten Fügepartner bil denden Mündungsfläche 6 werden die beiden Fügepartner derart am Behälterhals 3 ausge richtet, dass die ringförmig umlaufende Rippe 20 etwa mittig der radialen Erstreckung der Mündungsfläche 6 aufliegt. Unter mittig im Sinne der Erfindung wird dabei auch noch eine Abweichung des Auflagebereichs der Rippe 20 von 20% in beide Erstreckungsrichtungen der Mündungsfläche 6 angesehen. Die ringförmig umlaufende Rippe 20 kann einen sich zu ihrem abragenden freien Ende verjüngenden, beispielsweise etwa dreieckigen, Querschnitt aufweisen. Dabei weist sie eine axiale Höhe h von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm und bei einem Durchmesser der Behältermündung von bis zu 50 mm eine an der Unterseite des Flansches gemessenen maximalen radialen Breite b von etwa 0,05 mm bis etwa 0,5 mm auf. Bei einem Durchmesser der Behältermündung von grösser als 50 mm weist die Rippe 20 eine an der Unterseite 17 des Flansches gemessenen maximalen radiale Breite b von etwa 0,2 mm bis etwa 1 mm auf. Die ringförmig umlaufende Rippe 20 kann die Faserver- schweissung der beiden Fügepartner erleichtern und Festigkeit der stoffschlüssigen Ver bindung noch zusätzlich erhöhen. Zusätzlich kann die umlaufende Rippe 20 als Begren zung für einen Setzweg darstellen, da durch reduzierte Einstrahlung der Faserenergie F nur die Rippe 20 und ein Teilbereich der Mündungsfläche 6 aufgeschmolzen werden, das die gemeinsame Schmelze bildet, und der Ausgiessaufsatz 11 in die gemeinsame Schmelze verlagert wird, bis seine Unterseite 17 plan auf der Mündungsfläche 6 aufliegt.

Figur 8 zeigt den bereits aus Figur 3 bekannten Ausgiessaufsatz 11, der gegenüber dem Behälterhals 3 in Rotationsrichtung positioniert ist. Dazu besitzt die Dichtschürze 14 eine an der Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 angeordnete Nase 22, die in eine korres pondierende Nut 23 eingreift. Die Nut 23 erstreckt sich hierzu von der Mündungsfläche 6 in axialer Richtung an der Innenwandung 7 des Behälterhalses 3. Hierdurch wird vermie den, dass sich vor dem Schweissprozess der Ausgiessaufsatz 11 relativ rotatorisch gegen über dem Behälterhals 3 verlagert.

Figur 9 zeigt einen Kunststoffbehälter, der als Tube 25 mit einem Tubenkörper 26 augebil det ist. An den Tubenkörper 26 schliesst eine Tubenschulter 27 an, die einen im Wesentli chen zylinderförmigen Rücksprung 28 besitzt. Eine Aussenwandung 29 des Rücksprungs 28 besitzt eine umlaufende Rippe 20, die an einer Innenwandung 30 des Ausgiessaufsatzes 11 unter Vorspannung anliegt. Durch die eingestrahlte Faserenergie F wird die Rippe 20 und ein an der Rippe 20 anliegender Bereich der Innenwandung 30 aufgeschmolzen, so dass sich nach Abkühlen der gemeinamen Schmelze eine fluiddichte stoffschlüssige Ver bindung ergibt. Ein freies Ende 33 des Ausgiessaufsatzes 11 liegt hierbei an einer Aussen- seite 34 der Tubenschulter 27 an, wobei dies nicht zwingend erforderlich ist. In der Regel wird die Tubenschulter 27 eine Aussenwandung 34 des Ausgiessaufsatzes 11 überragen. Die Mündungsfläche 6 der Behältermündung 4 ist hierbei von dem Ausgiessaufsatz beab- standet.

Die Erfindung ist am Beispiel der stoffschlüssigen Verbindung eines als ein Ausgiessauf- satz ausgebildeten Funktionsteils erläutert worden. Es versteht sich, dass anstelle des Funk tionsteils auch ein Verschlussteil mit dem Behälterhals laserverschweisst werden kann. Der Ausgiessaufsatz bzw. das Verschlussteil sind üblicherweise aus einem Polyolefin, bei spielsweise Polypropylen, gefertigt bzw. umfassen wenigstens im Verbindungsbereich der beiden Fügepartner ein Polyolefin, beispielsweise Polypropylen.

Die Faserverschweissung derartiger Bauteile kann rückstandsfrei erfolgen und kann des halb insbesondere auch in der Febensmittelindustrie oder in der pharmazeutischen Indust rie von Interesse sein. Die vorstehende Beschreibung von konkreten Ausführungsbeispielen dient nur zur Erläute rung der Erfindung und ist nicht als einschränkend zu betrachten. Vielmehr wird die Erfin dung durch die Patentansprüche und die sich dem Fachmann erschliessenden und vom all gemeinen Erfindungsgedanken umfassten Äquivalente definiert.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum fluiddichten Verbinden eines aus einem wenigstens bereichsweise ein- oder mehrschichtig extrudierten thermoplastischen Kunststoffschlauch bzw. eines aus einem wenigstens bereichsweise ein- oder mehrschichtig gespritzten und/oder fliessgepressten Preform blasgeformten Behälters mit einem Behälterhals mit einem Verschlussteil bzw. mit einem Funktionsteil aus einem thermoplasti schen Kunststoff, wobei das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil einen ersten Fü gepartner und der Behälterhals einen zweiten Fügepartner bilden und ein Verbin dungsbereich zwischen dem Kunststoffbehälter und dem Verschlussteil bzw. dem Funktionsteil in bzw. an dem Behälterhals des Kunststoffbehälters gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterhals frei von Strukturierungen zur fes ten Verbindung des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils an dem Behälterhals ausgebildet ist, dass die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Füge partner mit Hilfe von eingestrahlter Laserenergie erstellt wird, dass ein von der ein gestrahlten Laserenergie zuerst beaufschlagter Fügepartner wenigstens teilweise transparent gegenüber der eingestrahlten Laserenergie ist, dass die eingestrahlte La serenergie wenigstens zum Teil in dem Verbindungsbereich absorbiert wird, in dem der erste und der zweite Fügepartner unter Krafteinwirkung aneinander anliegen, und eine unlösbare stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Fügepartnem durch Aufschmelzen des ersten Fügepartners und/oder des zweiten Fügepartners im Verbindungsbereich und anschließendes Erstarren erstellt wird, wobei der erste und der zweite Fügepartner jeweils aus Kunststoffen bestehen, die wenigstens im Ver bindungsbereich miteinander kompatibel sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der erste oder der zweite Fügepartner einen thermoplastischen Kunststoff aufweist, welcher die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbin dungsbereich ein die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbierendes Additiv angeordnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv wenigstens an oder in dem ersten, respektive zweiten Fügepartner angeordnet wird, der von der eingestrahlten Laserenergie nach Durchstrahlen des zweiten, respektive ersten Fü gepartners erreicht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv als Beschichtung aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtung Werk stoffe eingesetzt werden, die aus Russ bestehen, Russ enthalten und/oder Stoffe enthalten, die zumindest teilweise die Laserenergie absorbieren.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv wenigstens im Verbindungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Fügepartner in den Kunststoff eingebettet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil derart am Behälterhals des Kunst stoffbehälters vormontiert wird, dass eine von dem Verschlussteil bzw. dem Funk tionsteil abragende umlaufende Dichtschürze eine Aussenwandung des Behäl terhalses des Kunststoffbehälters wenigstens bereichsweise übergreift, wobei die Aussenwandung und die abragende umlaufende Dichtschürze den Verbindungsbe reich bilden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil derart am Behälterhals des Kunststoffbehäl ters vormontiert wird, dass eine von dem Verschlussteil bzw. dem Funktionsteil ab ragende umlaufende Dichtschürze durch eine Behältermündung in das Innere des Behälterhalses des Kunststoffbehälters ragt und unter Krafteinwirkung, die durch Vorspannung erzeugt wird, an einer Innenwandung des Behälterhalses anliegt, wo bei die Innenwandung und die abragende umlaufende Dichtschürze den Verbin dungsbereich bilden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich radial erstreckender, umlaufender Flansch des Verschlussteils bzw. des Funktions teils wenigstens während des Einbringens der Laserenergie unter Krafteinwirkung gegen eine ringförmig umlaufende Mündungsfläche gepresst wird, die eine Behäl termündung an dem Behälterhals des Kunststoffbehälters berandet, wobei der sich radial erstreckende, umlaufende Flansch und die ringförmig umlaufende Mün dungsfläche den Verbindungsbereich bilden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, respektive der zweite Fügepartner im Verbindungsbereich eine ring förmig umlaufende Rippe aufweist, die einen Setzweg des ersten und/oder des zweiten Fügepartners vorbestimmt, und die während des Einstrahlens der Laser energie aufgeschmolzen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmig umlau fende Rippe einen sich zu ihrem abragenden freien Ende verjüngenden Querschnitt aufweist, wobei die Rippe eine Höhe zwischen etwa 0,05 mm und etwa 1,0 mm und eine maximale Breite zwischen etwa 0,1 mm bis etwa 1,0 mm aufweist.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserenergie in einem Bereich eines Kegels mit einem halben Öffnungs winkel von kleiner als etwa 20°, bevorzugt kleiner als etwa 7° und besonders be vorzugt kleiner als etwa 2° eingestrahlt wird, wobei die Mittelachse des Kegels im Verbindungsbereich senkrecht auf eine Aussenwandung des Fügeteils steht, das durch die Laserenergie zuerst beaufschlagt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinwirkung derart gewählt wird, dass eine Flächenpressung des ersten und des zweiten Fügeteils im Verbindungsbereich zwischen etwa 5 MPa und etwa 35 MPa entsteht.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der eingestrahlten Laserenergie im Verbindungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Fügepartner eine umlaufende Lasersch weissnaht er zeugt wird, die eine Erstreckung zwischen etwa 0,005 mm und etwa 0,8 mm, be vorzugt zwischen etwa 0,1 mm und etwa 0,2 mm aufweist, die quer zur Umfangsli nie der Laserschweißnaht in einer Ebene senkrecht zur Einstrahlrichtung der Laser energie gemessen wird.

16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich sowohl des ein- oder mehrschichtig in einem Blasver- fahren hergestellten Kunststoffbehälters als auch der Verbindungsbereich des Ver schlussteils bzw. des Funktionsteils aus einem Kunststoff hergestellt werden, des sen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, polarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus PET, PET-G, PET-X, PVC, PEN, PA, PC, PU, PMMA, POM, Copo lymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PEF oder PPF, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, ge wählt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich sowohl des ein- oder mehrschichtig in einem Blasverfahren hergestellten Kunststoffbehälters als auch der Verbindungsbereich des Ver schlussteils bzw. des Funktionsteils aus einem Kunststoff hergestellt werden, des sen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, unpolarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus HDPE, PP, PS, LDPE, LLDPE, PTFE, PS, Copolymeren der ange führten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PLA, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt wird.

18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle für die eingestrahlte Laserenergie ein Laser mit einer Wellenlänge von 800 nm bis 1200 nm oder von 1800 nm bis 2400 nm eingesetzt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Laser ein Diodenla ser eingesetzt wird.

20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden von rotationssymmetrischen Fügepartnem die Laserenergie im Wesentlichen gleichzeitig über 360° eingestrahlt wird.

21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingestrahlte Laserenergie mit Hilfe von Abschirmblenden selektiv auf ausgewählte Winkelbereiche innerhalb von 360° konzentriert wird.

22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden von rotionssymmetrischen Fügepartnern diese zum Einstrahlen der Laserenergie rotatorisch und/oder translatorisch an einem Laser vorbei bewegt werden.

23. Kunststoffbehälter, der aus einem wenigstens bereichsweise ein- oder mehrschich tig extrudierten thermoplastischen Kunststoffschlauch bzw. aus einem wenigstens bereichsweise ein- oder mehrschichtig gespritzten und/oder fliessgepressten Pre- form in einem Blasformverfahren hergestellt ist und einen Behälterkörper und einen daran anschliessenden Behälterhals aufweist, der fluiddicht mit einem Verschluss teil bzw. mit einem Funktionsteil aus einen thermoplastischen Kunststoff verbun den ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffbehälter wenigstens im Ver bindungsbereich mit dem Verschlussteil bzw. dem Funktionsteil frei von Struktu rierungen zur festen Verbindung des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils ausge bildet ist und die fluiddichte Verbindung zwischen dem Behälterhals des Kunst stoffbehälters und dem Verschlussteil bzw. dem Funktionsteil eine mit Hilfe von Laserenergie erstellte stoffschlüssige Verbindung ist, wobei sowohl der Kunststoff des Kunststoffbehälters als auch der Kunststoff des Verschlussteils bzw. des Funk tionsteils wenigstens im Verbindungsbereich miteinander kompatibel sind.

24. Kunststoffbehälter nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunst stoffbehälter als eine Tube mit einem Tubenkörper ausgebildet ist, der ein erstes und zweites Ende aufweist, wobei der Tubenkörper an dem ersten Ende einen Tu benfalz aufweist, der fluiddicht verschließbar ist, und an dem zweiten Ende einen umlaufenden im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Rücksprung aufweist, an dem das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil fluiddicht unlösbar verbunden ist.

25. Kunststoffbehälter nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass am Behälterhals bzw. an einem eine Behältermündung berandenden sich radial erstre ckenden Mündungsrand eine Ausrichthilfe vorgesehen ist, die für eine lagegenaue Ausrichtung des Verschlussteils bzw. des Funktionsteils ausgebildet ist und mit ei nem mit der Ausrichthilfe korrespondierenden Positioniermittel am Verschlussteil bzw. am Funktionsteil zusammenwirkt.

26. Kunststoffbehälter nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb des Verbindungsbereichs in Richtung zum Inneren des Behälter körpers eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Behälterhals und dem Ver schlussteil bzw. dem Funktionsteil angeordnet ist.

27. Kunststoffbehälter nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der ein- oder mehrschichtig in einem Blasverfahren hergestellte Kunst stoffbehälter als auch das Verschlussteils bzw. das Funktionsteil wenigstens im Verbindungsbereich aus einem Kunststoff hergestellt sind, dessen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, polarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus PET, PET-G, PET-X, PVC, PEN, PA, PC, PU, PMMA, POM, Copolymeren der ange führten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PEF oder PPF, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt ist.

28. Kunststoffbehälter nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der ein- oder mehrschichtig in einem Blasverfahren hergestellte Kunst stoffbehälter als auch das Verschlussteil bzw. das Funktionsteil wenigstens im Ver bindungsbereich aus einem Kunststoff hergestellt sind, dessen Hauptbestandteil, al so 70% und mehr, unpolarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus HDPE, PP, PS, LDPE, LLDPE, PTFE, PS, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Bio kunststoffen wie beispielsweise PLA, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt ist.

29. Kunststoffbehälter nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsteil ein Ausgiessaufsatz ist und ein integral ausgebildetes Ver- schlus steil umfasst.