WO2018162227A1 - Verfahren zur erstellung einer verbindung zwischen bauteilen aus voneinander verschiedenen kunststoffmaterialien und diesbezüglicher behälter mit ausgiessaufsatz - Google Patents

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plastic
laser energy
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connection
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Florian MÜLLER
Benjamin Haas
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Alpla Werke Alwin Lehner Gmbh & Co. Kg
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    • B65D47/0804—Closures with discharging devices other than pumps with pouring spouts or tubes; with discharge nozzles or passages having articulated or hinged closures integrally formed with the base element provided with the spout or discharge passage
    • B65D47/0833—Hinges without elastic bias
    • B65D47/0838—Hinges without elastic bias located at an edge of the base element

Definitions

  • the invention relates to a method for establishing a connection between components made of mutually different plastic materials according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention also relates to a container according to the inventive method prepared container with pouring attachment.
  • the container and its neck are made, for example, of polyethylene terephthalate (PET), while the spout may consist of polypropylene (PP), for example.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PP polypropylene
  • PET belongs to the polar plastics and PP to the non-polar plastics. It is known from the prior art that a cohesive connection of these two plastics, generally of polar and nonpolar plastics, is not feasible with one another. In contrast, the welding of polar plastics with each other and of non-polar plastics is feasible.
  • the usual in the past containers made of white or stained, glass or ceramic are increasingly being replaced by plastic containers.
  • plastic containers are used for the packaging of fluid substances, such as beverages, flowable foods such as ketchup, sugo, pesto, sauces, mustard, mayonnaise and the like.
  • fluid substances such as beverages
  • flowable foods such as ketchup, sugo, pesto, sauces, mustard, mayonnaise and the like
  • household products, toiletries, cosmetics, etc. now mainly plastic containers are used.
  • the low weight and the lower costs certainly play a significant role in this substitution.
  • the use of recyclable plastic materials, the use of bioplastics and the overall more favorable overall energy balance during their production also contribute to demand from the consumer for the acceptance of plastic containers, in particular plastic bottles.
  • extrusion blown process a section of a single-layer or multi-layer extruded plastic tube is inserted into a mold cavity of a blow molding tool and inflated through a pressurized medium, usually air, to the desired container.
  • a preform of usually elongated, tube-like shape is first produced in an injection molding process, which is closed at its one longitudinal end with a bottom and at the other longitudinal end has a neck portion.
  • the preparation of the preforms can be done temporally and / or spatially separated from the subsequent blowing process.
  • the produced preform is further processed without intermediate cooling immediately after its production. This can be done in so-called injection blow molding with the aid of a single mechanical system, on which the preform is injected, inflated to a container of the desired shape and demolded.
  • the preform can also be stretched axially by means of a stretching mandrel.
  • the main component ie 90% and more, for example, PET, PET-G, HDPE, PP, PS, PVC, PEN, PA, copolymers of the above plastics, bioplastics such as PLA, PEF or PPF, filled plastics and / or Mixtures of the plastics mentioned consists.
  • the plastics or parts thereof may be colored and / or coated.
  • Condition for the usable plastics is their suitability for the particular manufacturing process of the preform.
  • the preform can already be used as a finished container.
  • the container from the preform can be made by a subsequent stretch blow molding or by extrusion blow molding. Due to the different manufacturing process, the plastics used can be different.
  • the plastic containers are often provided with different pouring spouts.
  • the spout is intended to enable spill-free pouring, to simplify metering or to permit extensive spreading of the substance contained in the container.
  • the use of a pourer also has the advantage that the same type of plastic containers can be equipped with a different pourer depending on the wishes of the bottler.
  • the spout may be provided with means for closing the container.
  • means may be provided on the container neck or on the pourer, which allow a positive connection, for example with a screw cap.
  • the means may e.g.
  • the spout is usually made of a plastic material other than the plastic material of the plastic container, e.g. a polyolefin, in particular PP, and is most often produced in an injection molding process.
  • the object of the present invention is to provide a method and a container with a pouring element, with which components from mutually different plastic materials can be connected to one another.
  • the method should be used, for example, for a fluid-tight connection of a pouring element with a blown plastic container as well as for a fluid-tight connection of the pourer with a preform produced by injection molding. Adhesives and / or additional mechanical fasteners should be able to be dispensed with. It is also intended to provide a corresponding container with an associated pouring element be, wherein the container and the pouring element consist of mutually different plastics.
  • the invention proposes a method for establishing a connection between components made of mutually different plastics, in which a first portion of a first component and a second portion of a second component that is different from the first component are firmly connected to one another.
  • the first portion of a first plastic whose main component is non-polar plastic
  • the second portion of a second plastic whose main component is non-polar plastic, or vice versa.
  • the connection between the first section and the second section of the first and the second component is created by means of irradiated laser energy.
  • the first section acted on first by the irradiated laser energy is at least partially transparent to the incident laser energy.
  • the irradiated laser energy is absorbed at least in part at least in a joining region in which the first and the second section abut each other under force and overlapping each other. In this way, a positive permanent connection is created between the two components, respectively the first section and the second section.
  • the sections to be joined are formed from a polar and a non-polar plastic.
  • the applied first of the two joining partners is locally heated and softened so far that the second plastic of the second joining partner is affected by the force acting on it, which is usually produced by prestressing, under a material. pushing the first plastic of the first joining partner into this first plastic hineinerstreckt.
  • a form-fit is generated between the two joining partners, which can be additionally supported by a frictional connection.
  • the material displacement, and thus the connection of the two parts to be joined may be substantially linear and / or planar. It is understood that the first portion and the second portion, which are generally both flat, overlap each other to form the connection.
  • the connection produced between the first section and the second section is at least in the axial direction, ie under the action of shear forces, insoluble.
  • the second joining partner respectively the second section of the joining partner, consist of a plastic which at least partially absorbs the irradiated laser energy. In this way the partial absorption beyond the joining region can also take place in the plastic of the second joining partner, respectively its second section , The at least partial absorption of the irradiated laser energy is thus not limited to the joining region.
  • An additive can be arranged in the joining region, which assists the energy input into the two joining partners by at least partial absorption of the irradiated laser energy, so that the at least partial absorption of the irradiated laser energy onto the joining region can be limited.
  • both joining partners for the irradiated laser energy are at least partially transparent.
  • the additive or the plastic may have fillers which at least partially absorb the wavelength of the irradiated laser light.
  • the additive may be applied to one of the joining partners or also to both joining partners, in particular in the joining region, or may be mixed into the plastic at least in the joining region.
  • the plastic as such may already be at least partially absorbent with respect to the laser energy radiated in, so that mixing in of fillers and / or the additive can be dispensed with.
  • a plastic that at least partially absorbs the incident laser energy can additionally be combined with an additive in the joining region.
  • absorption may be assisted by partial reflection on the fillers.
  • the compound may also be fluid-tight, that is close to liquids and gases, but also close to free-flowing solids such as powder.
  • the punctiform introduction of the laser energy is possible. Accordingly, no large-scale heating of the components necessary, which could damage them.
  • the pouring attachment made of PP and the neck section 3 can be made of PET.
  • the softening of PET starts at about 70 ° C and that of PP from about 120 ° C.
  • the PET is already softened at a temperature at which the PP is still solid.
  • the PP may extend into the PET under its displacement due to its bias.
  • the PP can also soften and forms in a boundary layer with the PET, a mixture which leads in the cooled state to a permanent bond.
  • the inventive method for creating a connection between two components of mutually different plastic materials is simple, fast and inexpensive to carry out.
  • the inventive method requires compared to known laser welding ssclar practically no fundamentally different apparatus design.
  • the second section has a plastic which at least partially absorbs the incident laser energy.
  • the remaining body of the second component can be configured from a transparent plastic for the irradiated laser energy, in which only the second portion consists of a plastic, which at least partially absorbs the incident laser energy.
  • This plastic can be applied, for example, in a 2K injection molding.
  • the two plastics ie the plastic of the remaining body of the second component and the plastic of the second portion, either polar or nonpolar.
  • the plastic of the second portion may differ from the plastic of the remaining body of the second component in that fillers and / or an additive which at least partially absorbs the laser energy have been added to the plastic from which the remaining body of the second component is made.
  • the second component has a plastic which at least partially absorbs the incident laser energy. Accordingly, the first component will then be at least partially transparent to the irradiated laser energy, so that the first component is irradiated, impinging on the second component and there due to the absorption leads to a softening of the first and the second section.
  • an adduct which is at least partially absorbing for the irradiated laser energy is arranged in the joining region.
  • a further variant of the method may provide for the additive to be arranged at least at the section which is reached by the irradiated laser energy after irradiation of the first section.
  • the first section is continuous for the wavelength of the laser light used, which is at least partially absorbed at the second section.
  • the energy consumption via the additive on the one hand and the heat radiation on the other hand is sufficient to produce the positive connection, supported by a frictional connection between the joining partner.
  • the additive is provided on or in the second section of the second component, which is acted on only after the irradiation of the first section with the laser energy.
  • the additive is applied here as a coating.
  • the additive can also be applied as a second plastic component during the production of the component by overspraying.
  • the coating can also be effected by inkjet printing, pad printing, flexographic printing or the like.
  • coating materials which consist of soot contain soot and / or contain substances that absorb at least partially the laser energy. Instead Russ can also be used a Multipurpose lamination.
  • the additive is embedded at least in the plastic of the joining region of the first and / or the second section.
  • the components formed in this way can be produced, for example, in a special 2-component plastic injection molding process.
  • the laser energy-absorbing additive is distributed substantially uniformly over at least the second portion of the second component, preferably embedded.
  • the inventive method can be used for a combination of differently shaped plastic components.
  • the components may be flat or curved.
  • the method according to the invention can prove to be very useful, in particular in the connection of functional parts, such as a pouring element, with a container.
  • a pouring attachment and, as a corresponding second or first component, a plastic container which encloses a filling volume can be used as first or second component.
  • a residue-free connection of such components may be of particular interest in the food industry.
  • the plastic container may be formed as a preform, which may for example be produced in an injection molding or in a flow molding process, or as a manufactured in a blow molding plastic container.
  • the pouring attachment and the plastic container in the joining region before the introduction of the laser energy to a bias generally acts approximately perpendicular to the later loading direction of the two components joined together.
  • the bias is between about 5 MPa and about 35 MPa, preferably between about 15 MPa and about 30 MPa, and more preferably between about 20 MPa and about 27 MPa.
  • a variant of the method may provide that on the Ausgi essaufsatz a sealing skirt formed we, which is cylindrical, conical or convex.
  • the joining region can be formed by the skirt and a receiving section of the plastic container enclosing a filling volume and corresponding to the sealing skirt.
  • the sealing skirt can form a sealing zone with a wall of a neck section of the synthetic material container.
  • the fiu id Together connection between the pouring tower and the Kunststoffsto ffbefflefflel tni s formed by entry of laser energy can be done for example directly in the sealing zone.
  • the sealing function can be separated from the positive connection between the pouring attachment and the plastic container.
  • the joining region can be formed by a first portion and a second portion, which are not the sealing skirt and a receiving portion of the plastic container enclosing a filling volume and which corresponds to the sealing skirt.
  • this section may be formed as a cylindrical jacket surrounding the sealing skirt be, which surrounds a neck portion of the plastic container, while the sealing skirt projects into a receiving portion on the neck portion of the plastic container and forms a sealing zone together with an inner wall of the neck portion.
  • axially projecting wall parts can also be provided on the pouring attachment, which can be designed for connection to the outer wall of the plastic container.
  • the sealing skirt may be formed such that it has a bias relative to a receiving portion of the plastic container. This can improve the sealing function and / or facilitate the creation of the positive connection.
  • the bias voltage can be achieved by an excess of Ausgiessaufsatzes in its sealing skirt against a diameter of the receiving portion of the plastic container.
  • One of the two components to be connected to one another can be manufactured from a plastic whose main component, ie 70% or more, is polar plastic, from the group consisting of PET, PET-G, PET -X, PVC, PEN, PA, PC, PU, PMMA, POM, copolymers of the cited plastics, bioplastics such as PEF or PPF, filled plastics and / or mixtures of said plastics, is selected.
  • the plastics mentioned are well known with regard to their physical and chemical properties and are particularly well suited for use in a stretch blow molding process.
  • the other of the two components to be connected to one another in particular a component designed as a pouring attachment, can be made from a plastic whose main component, ie 70% or more, is non-polar plastic, from the group consisting of HOPE, PP, PS, LOPE, LLDPE, PTFE, PS, copolymers of the cited plastics, bioplastics such as PLA, filled plastics and / or mixtures of said plastics, is selected.
  • plastics are well known in terms of their physical and chemical properties and are particularly well suited for use in a spraying process.
  • a laser with a ner wavelength from 800 nm to 1200 nm or from 1800 nm to 2400 nm used as a source for the irradiated laser energy
  • a laser with a ner wavelength from 800 nm to 1200 nm or from 1800 nm to 2400 nm used as a source for the irradiated laser energy
  • Lasers of these wavelengths provide the desired energy, which is required for the creation of the positive connection.
  • the laser is a diode laser. Diode lasers have low acquisition and maintenance costs, are durable and powerful.
  • the laser energy can be irradiated simultaneously over 360 °. This can be achieved for example by means of a special laser optics. If required, the irradiated laser energy can be selectively focused on selected angular ranges within 360 ° with the aid of shielding diaphragms. Furthermore, for the purpose of connecting rotationally symmetrical components, they can be moved past a laser in a rotational and / or translatory manner for the purpose of irradiating the laser energy. As a rule, we introduce the laser energy in a punctiform manner. By choosing the speed, a uniform quality of connection over the circumference is generally achieved. Ideally, the first portion and the second portion are parallel and the laser beam is introduced perpendicular to the two portions.
  • the inventive method is particularly suitable for producing a plastic material container with a body enclosing a filling volume and a subsequent thereto neck portion, which is connected to a pouring attachment.
  • the pouring attachment can be positively connected to the joining region of the neck section in its joining region.
  • a plastic container with a filling volume to closing body and an adjoining neck portion with a first portion of a first plastic whose main component is polar plastic, which is connected to a pouring spout with a second portion of a second plastic is whose main component is non-polar plastic, or vice versa proposed.
  • the first section and the second section overlap, and between the first section and the second section, a form-locking, non-detachable connection is formed in a joining region.
  • This can therefore be a Plastic containers are made of polar plastic, to which a pouring spout fluid-tight and non-detachable is connected.
  • the first plastic in the joining region is displaced by the second plastic to form a substantially concave boundary layer.
  • the softened by the registered laser energy first plastic can be displaced in conjunction with the biased second plastic on the warmer and thus softer areas more than on the colder and thus less soft areas. This can form a substantially concave boundary layer in the first plastic.
  • the first plastic and the second plastic have flowed into one another substantially without the formation of a melt connection.
  • the boundary layer of the polar and the non-polar plastic be indissolubly toothed together.
  • the first section formed on an inner side of the neck section and the second section formed on an outer side of the pouring spout in the joining region are connected to one another in a form-fitting and fluid-tight manner.
  • the pouring attachment to a cylindrical, conical or convex sealing skirt, which forms a fluid-tight connection with a korresponding with the sealing skirt receiving portion of the neck portion, wherein the joining region of the pouring cap and the neck portion of the plastic container of the fluid-tight connection is different.
  • the joining area and the sealing zone are different from each other. This allows an optimized design of the respective sealing and joining areas.
  • the additive may be applied to or introduced on an inner side of the pouring attachment, which forms the joining region.
  • the joining region of the pouring attachment is formed by at least one extension which extends axially, the neck cut overlaps on its outside and is inextricably linked to the outside. It is not necessary that the connection extends over the entire circumference. Rather, the pouring attachment can also be form-locked to the Kunststofftsoff container only at two or more points.
  • the plastic container can be a preform, which can be produced, for example, in an injection molding method or in a bottle pressing process, or a blow-molded plastic container.
  • a preform which can be produced, for example, in an injection molding method or in a bottle pressing process, or a blow-molded plastic container.
  • it can be a plastic container stretch-blown from a preform.
  • the pouring head made of a non-polar plastic, which consists of a plastic other than the plastic material of the container, can have an integrally formed closure part. It will be clear to a person skilled in the art that features directed to the method, where appropriate, can also be related to the device, and vice versa.
  • Fig. 1 is an axially sectional view of a plastic container with a
  • Fig. 4 is an axial view of a second embodiment of a plastic container with a pouring attachment and; 5 shows an enlarged detail of the plastic container with the pouring attachment according to FIG. 4.
  • the method for establishing a connection between two consisting of mutually different plastics components, wherein the first component made of a first plastic whose main component is polar plastic, and the second component of a second plastic other than the first component, the main component unpolar Plastic is, or vice versa, is explained below using the example of a provided with a pouring plastic container.
  • a Kunststoffsto ffmicer which is prepared for example in a stretch blow molding from a preform previously made in an injection molding or in a flow molding process, is provided in Fig. 1 with the reference numeral 1.
  • the plastic container 1 has a container body 2 indicated by the reference numeral 2, to which a neck section 3 adjoins, which has a rotationally symmetrical opening 4.
  • the container body 2 and the neck portion 3 may be separated from each other by a so-called support ring 5.
  • the neck portion 3 including the support ring 5 remains unchanged during stretch blow molding.
  • the neck portion 3 and the support ring 5 correspond to the neck portion and the support ring of the preform previously manufactured in an injection molding or in a flow molding process.
  • the inventive method is therefore feasible on a preform as well as on a container made therefrom.
  • Fig. 1 shows a mounted on the opening 4 pouring tower, which carries the reference numeral 11.
  • the pouring attachment 11 has a plate-shaped flange-shaped part 13 which is provided with a pouring opening 12 and which is supported on a mouth edge 6 terminating the opening 4 of the neck section 3.
  • the pouring opening 12 of the pouring attachment 11 is recloseable and therefore equipped with a closure part 18, which is designed, for example, as a flip top and is hinged on the plate-shaped flange part 13 via a hinge joint 19. From the plate-shaped flange 13, a sealing skirt 14 extends into the neck portion 3 inside.
  • the sealing skirt 14 may have a cylindrical, conical or convex shape and provides a fluid-tight connection to an inner wall 7 of the neck portion 3 in the receiving area for the sealing skirt 14.
  • the sealing skirt 14 may have an overmeasure relative to an inner diameter in the neck portion 3, so that its Outer wall 15 opposite the inner wall 7 of the neck portion 3 has a bias. With an inside diameter of 26 mm to 30 mm and larger, this over a largest outer diameter of the sealing skirt 14 measured excess, for example, be 0.2 mm to about 1 mm. For smaller inner diameters of the neck portion in Aufhahme Switzerland the excess can also be smaller and for example be 0.1 mm to 0.3 mm.
  • the outer wall 15 of the sealing skirt 14 and the inner wall 7 of the neck portion 3 in the receiving area for the sealing skirt 14 form a fluid-tight, ie against gases and liquids, but also against solids such as powder or powder dense sealing zone between the pouring 11 and the neck portion 3 of Plastic container 1.
  • the plastic container 1 consists for example of the first plastic whose main component, ie 70% or more, is polar plastic, from the group consisting of PET, PET-G, PET-X, PVC, PEN, PA, PC, PU, PMMA, POM, copolymers of the cited plastics, bioplastics such as PEF or PPF, gelullten plastics and / or mixtures of said plastics, is selected.
  • the pouring attachment 1 1 consists in the present embodiment of the second plastic whose
  • Main component ie 70% or more, is non-polar plastic, from the group consisting of HOPE, PP, PS, LOPE, LLDPE, PTFE, PS, copolymers of the cited plastics, bioplastics such as PLA, filled plastics and / or mixtures of the plastics mentioned , is selected.
  • the first Kunststoffsoff of Kunststoffsto ff examples 1, which is polar, and the second plastic of the pouring attachment 1 1, which is non-polar miteinader not weldable are connected to each other by applying laser energy.
  • the connection is sufficiently mechanical resilient and allows, for example, a fluid-tight, in particular liquid-tight connection of a pouring attachment with a plastic container, which may be, for example, an injection molded or extruded preform or a blown from a preform or hose plastic container, so a stretch blown or an extrusion blown Kunststoffsoff whatsoever.
  • a laser is indicated by the reference numeral 31.
  • the laser 31 has, for example, a wavelength of 800 nm to 1200 nm.
  • it is a diode laser.
  • the laser energy L irradiated by the laser 31 can be directed simultaneously over 360 ° onto the joining zone of the neck section 3 and the sealing skirt 14 of the pouring attachment 11.
  • the laser light is directed perpendicular to the neck part 3 and thus also perpendicular to the outer wall 15 of the sealing skirt 14 of the pouring attachment 11.
  • the irradiated laser energy can be selectively focused on selected angular ranges by means of diaphragms.
  • the neck portion 3 with the pouring element 1 1 used can be moved rotationally and / or translationally past the laser source in a speed that is favorable for the method.
  • Fig. 2 and Fig. 3 show schematically the conditions in establishing a connection between two components, of which the first component, namely the neck portion 3, consists of the first polar Kunststoffsoff and the second component, namely the sealing skirt 14, from the second nonpolar plastic.
  • the two components are shown at a distance from each other. However, it should be expressly pointed out that the two components overlap one another and are pressed against one another, at least in the region which is acted upon by laser energy.
  • the inner wall 7 of the neck portion 3 and the outer wall 15 of the sealing skirt 14 are in the joining region under a bias of about 20 to 27 MPa.
  • the prestressed joining region is at the same time also the sealing zone of the first and the second component.
  • the region of the bias voltage need not be fully supplied with laser energy. Rather, a section-wise irradiation of laser energy, wherein the sections may also be formed point-like, along the line or surface, the biased are sufficient for permanent and fluid-tight connection.
  • the connection can be linear or flat.
  • a first portion of a first component, for example the neck portion 3 of the Kuns tsto fl ash 1 is acted upon with the Lascrenergy L.
  • the neck portion 3 is at least partially transparent to the incident laser energy L.
  • the irradiated laser energy L reaches a second portion of a second component, in the present exemplary embodiment on the outer wall 15 of the sealing skirt 14 of the pouring attachment 11.
  • the laser energy is at least partially absorbed with the aid of an additive 21 arranged there .
  • the second portion of the second component respectively the outer wall 15 of the sealing skirt 14, the sealing skirt 14 or also the second component itself, respectively the pouring attachment 11, may be made of a plastic which at least partially absorbs the incident laser energy L.
  • the additive 21 is a substance which absorbs the irradiated laser energy L as well as possible and converts it into heat.
  • the additive 21 may consist of soot, soot and / or contain substances that at least partially absorb the laser energy.
  • the additive 21 may be applied as a coating or partially or even completely embedded in the Kunststoffmateri al.
  • the additive 21 is arranged on the wall of the second component, which faces the first component to be irradiated.
  • the inner wall 7 of the neck portion 3 may be provided in the insertion area with an additive in order to support a larger energy input there as well.
  • the outer wall 15 of the sealing skirt 14 is heated and expands due to the bias.
  • the shape of the expansion is bulged or substantially convex due to the temperature profile applied by the laser radiation. This is shown in FIG.
  • the inner wall 7 of the neck region 3 is heated and softened by the irradiated laser energy and by radiant heat.
  • the expanding outer wall 15 of the sealing skirt 14 displaces the plastic on the opposite inner wall 7 of the neck region 3 and additionally flows into it.
  • Undefined structures form with undercuts, which are filled by the Kunststofftsoff of the other joining partner, so that the two Kunststofftsoffe essentially catch each other without the formation of a welded connection.
  • the pouring attachment 1 1 is made in the present Ausluhrungsbeispiel of PP and the neck portion 3 made of PET.
  • the softening of PET starts at about 70 ° C and that of PP from about 120 ° C.
  • the PET is already softened at a temperature at which the PP is still solid.
  • the PP may extend into the PET under its displacement due to its bias.
  • the PP can also soften and forms in a boundary layer with the PET, a mixture which leads in the cooled state to a permanent bond.
  • a positive connection is produced between the outer wall 15 of the sealing skirt 14 and the inner wall 7 of the neck region 3
  • the embodiment of the invention illustrated in FIG. 4 differs from the embodiment according to FIGS. 1 to 3 in that the joining function and the sealing function between the neck section 3 and the sealing skirt 14 of the pouring spout 11 are separated from one another.
  • the pouring attachment 1 1 has, for example, at least one axial extension 16 which extends from a peripheral edge of the plate-shaped flange part 13 along the neck portion 3 in the direction of the container body 2.
  • the at least one axial extension 16 may be cylindrical and extend over the entire circumference. It is also possible to provide a plurality of axial extensions 16, which protrude from the peripheral edge of the flange part 13 and overlap the neck section 3 on its outer wall 8 and bear against the outer wall 8 under prestressing.
  • the axial extension 16 is acted upon by irradiated laser energy.
  • the at least one axial extension 16 is at least partially non-absorbing with respect to the incident laser energy.
  • the arranged on an inner wall 17 of the extension 16 additive 21 absorbs the incident laser energy and convert it into heat.
  • the laser energy also reaches the outer wall 8 of the neck section 3, at least by heat radiation, and softens it.
  • the exac tion process may additionally be supported by provided on the outer wall 8 additive. As a result of the bias, the inner wall 17 of the at least one extension 16 expands.
  • Fig. 5 shows the detail X of Fig. 4. Also, as already in Figures 2 and 3, for reasons of clarity, the joining partners voneinader shown spaced. Reference should be made here to the comments on Figures 2 and 3, namely, that the joining partners in the joining zone, which is decoupled from the sealing zone in the present exemplary embodiment, are under bias to each other. In addition, the outer wall 15 of the skirt 14 and the inner wall 7 of the neck portion 3 are biased for a fluid-tight connection. Clearly visible, the additive 21 is arranged on the inner side 17 of the extension 16.
  • the inventive method can be used for a combination of differently shaped plastic components.
  • the components can be flat or curved.
  • the method according to the invention can be used in particular in the connection of functional parts, such as e.g. a pourer, with a container prove to be very practical.
  • a plastic container which encloses a filling volume can be used.
  • a residue-free connection of such components may be of interest especially in the food industry or in the pharmaceutical industry.
  • the plastic container can be designed as a preform, which can be produced, for example, in an injection molding process or in a flow molding process, or as a plastic container produced in a blow molding process.

Landscapes

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Abstract

Es ist ein Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen (1, 11) aus voneinander verschiedenen Kunststoffen beschrieben, bei dem ein erster Abschnitt (3) eines ersten Bauteils (1) und ein zweiter Abschnitt (15) eines von dem ersten Bauteil (1) verschiedenen zweiten Bauteils (11) miteinander fest verbunden werden. Erfindungsgemäß bestehen der erste Abschnitt (3) aus einem ersten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil polarer Kunststoff ist, und der zweite Abschnitt (15) aus einem zweiten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil unpolarer Kunststoff ist, oder umgekehrt. Dabei wird die Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt (3) und dem zweiten Abschnitt (15) des ersten (1) bzw. des zweiten (11) Bauteils mit Hilfe von eingestrahlter Laserenergie (L) erstellt. Der von der eingestrahlten Laserenergie (L) zuerst beaufschlagte erste Abschnitt (3) ist wenigstens teilweise transparent gegenüber der eingestrahlten Laserenergie (L). Die eingestrahlte Laserenergie (L) wird wenigstens zum Teil wenigstens in einem Fügebereich absorbiert, in dem der erste (3) und der zweite (15) Abschnitt unter Krafteinwirkung und einander überlappend aneinander anliegen. Auf diese Weise wird zwischen den beiden Bauteilen (1, 11) eine formschlüssige unlösbare Verbindung erstellt.

Description

Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialien und diesbezüglicher Behälter mit Ausgiessaufsatz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialien gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch einen gemäss dem erfindungsgemässen Ver- fahren hergestellten Behälter mit Ausgiessaufsatz.
Zur Verbindung von Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialien sind aus dem Stand der Technik verschiedene Techniken bekannt. Dazu zählen verschiedene Arten von formschlüssigen Verbindungen, reibschlüssige Verbindungen, Verbindungen durch Verformung, wie z.B. Nieten, Verbindungen durch mechanische Hilfsmittel, wie z.B. Schrauben, und stoffschlüssige Verbindungen, beispielsweise Schweis sverbindungen oder Klebeverbindungen. Auch sind Kaschierungen bekannt, um verschiedene Kunststoffmaterialien miteinander zu verbinden. Abgesehen von den mechanischen Festigkeiten, die solche Kunststoff-Kunststoff Verbindungen aufweisen müssen, besteht vielfach die Anforderung, dass die Verbindungen von Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialien insbesondere dicht gegenüber Fluiden, also Gasen und Flüssigkeiten, und rieseiförmigen Gütern wie beispielsweise Puder sein sollen. Mit Hinblick auf die unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften, welche die aus voneinander verschiedenen Kunststoffen bestehenden Bauteile aufweisen können, ist diese Aufgabe nicht trivial. Als Beispiel sei die Verbindung eines Ausgiessers mit einem Behälterhals genannt. Der Behälter und sein Hals bestehen z.B. aus Polyethylenterephthalat (PET), während der Ausgiesser z.B. aus Polypropylen (PP) bestehen kann. So gehört PET zu den polaren Kunststoffen und PP zu den unpolaren Kunststoffen. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass eine stoffschlüssige Verbindung dieser beiden Kunststoffe, generell von polaren und unpolaren Kunststoffen, untereinander nicht machbar ist. Im Gegensatz hierzu ist das Schweißen von polaren Kunststoffen untereinander und von unpolaren Kunststoffen untereinander machbar. Die in der Vergangenheit üblichen Behältnisse aus Weiss- oder Buntblech, aus Glas oder auch aus Keramik werden in zunehmendem Mass von Behältnissen aus Kunststoff abgelöst. Insbesondere für die Verpackung fluider Substanzen, beispielsweise von Getränken, fliessfähigen Lebensmitteln 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 Verwendung 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 Konsumenten zu fordern.
Für eine kostengünstige Herstellung eines Grossteils der heutzutage eingesetzten Kunststoffbehälter haben sich im Wesentlichen zwei Verfahren etabliert, nämlich das Extrusi- onsblasverfahren und das Streckblasverfahren. Beim Extrusionsblasverfahren wird ein Abschnitt eines ein- oder mehrschichtig extrudierten Kunststoffschlauchs in eine Form- kavität eines Blasformwerkzeugs eingesetzt und durch ein mit Überdruck zugeführtes Medium, üblicherweise Luft, zu dem gewünschten Behälter aufgeblasen. Beim Spritzgiesver- fahren wird zunächst in einem Spritzgiessverfahren ein Preform von üblicherweise längli- eher, röhrchenartiger Gestalt hergestellt, der an seinem einen Längsende mit einem Boden verschlossen ist und am anderen Längsende einen Halsabschnitt aufweist. Die Herstellung der Preforms kann zeitlich und/oder räumlich getrennt vom nachfolgenden Blasverfahren erfolgen. In einem alternativen 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 Preform gespritzt, zu einem Behälter der gewünschten Form aufgeblasen und entformt wird. Beim Blasverfahren kann der Preform auch noch zusätzlich mittels eines Reckdorns axial gereckt werden. Als Rohstoffe für die Herstellung der Preforms für das Streckblasverfahren kommen Materialien zur Anwendung, deren Hauptbestandteil, also 90% und mehr, beispielsweise aus PET, PET-G, HDPE, PP, PS, PVC, PEN, PA, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PLA, PEF oder PPF, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe besteht. Die Kunststoffe oder Teile davon können eingefärbt und/oder beschichtet sein. Bedingung für die einsetzbaren Kunststoffe ist ihre Eignung für das jeweilige Herstellverfahren des Preforms. Hierbei kann der Preform bereits als fertiger Behälter verwendet werden. Auch kann der Behälter aus dem Preform durch ein nachfolgendes Streckblasverfahren oder auch durch Extrusionsblas formen gefertigt sein. Aufgrund des unterschiedlichen Fertigungsverfahrens können die verwendeten Kuststoffe unterschiedlich sein.
Je nach Art der auszugiessenden Substanz werden die Kunststoffbehälter oft mit unter- schiedlichcn Ausgiessern versehen. Der Ausgiesser soll beispielsweise ein verschüttungs- freies Ausgiessen ermöglichen, eine Dosierung vereinfachen 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 Kunststoffbehältern je nach Wunsch der Abfüller mit einem unterschiedlichen Ausgiesser ausgestattet werden kann. Der Ausgiesser kann mit Einrichtungen ausgestattet sein, die ein Verschliessen des Behälters ermöglichen. Beispielsweise kann dazu an der Oberseite des Ausgiessers ein schwenkbares Deckelteil angelenkt sein. Alternativ dazu können am Behälterhals oder am Ausgiesser Mittel vorgesehen sein, die eine formschlüssige Verbindung, beispielsweise mit einem Drehverschluss, ermöglichen. Die Mittel können z.B. Aussenge- windeabschnitte oder Kulissen führungen für einen Bajonettverschluss und dergleichen sein, die mit korrespondierend ausgebildeten formschlüssigen Elementen am Verschlussteil zusammenwi rken . Der Ausgiesser besteht üblicherweise aus einem vom Kunststoffmaterial des Kunststoffbehälters verschiedenen Kunststoffmaterial, wie z.B. einem Polyolefin, insbesondere PP, und wird meist in einem Spritzgi essverfahren hergestellt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Behältnis mit einem Ausgiesselement bereitzustellen, mit dem Bauteile aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialien miteinander verbunden werden können. Das Verfahren soll beispielsweise für eine fluiddichte Verbindung eines Ausgiesselements mit einem geblasenen Kunststoff- behälter ebenso einsetzbar sein, wie für eine fluiddichte Verbindung des Ausgiessers mit einem in einem Spritzgiessverfahren hergestellten Preform. Auf Klebstoffe und/oder zusätzliche mechanische Verbindungselemente soll verzichtet werden können. Es soll auch ein entsprechendes Behältnis mit einem damit verbundenen Ausgiesselement bereitgestellt werden, wobei das Behältnis und das Ausgiesselement aus voneinander verschiedenen Kunststoffen bestehen.
Die erfindungsgemässe Lösung der vorstehend geschilderten Aufgaben besteht in einem Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialien sowie einem Kunststoffbehältnis mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffen vor, bei dem ein erster Abschnitt eines ersten Bauteils und ein zweiter Abschnitt eines von dem ersten Bauteil verschiedenen zweiten Bauteils miteinander fest verbunden werden. Dabei bestehen der erste Abschnitt aus einem ersten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil unpolarer Kunststoff ist, und der zweite Abschnitt aus einem zweiten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil unpolarer Kunststoff ist, oder umgekehrt. Die Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des ersten bzw. des zweiten Bauteils wird mit Hilfe von eingestrahlter Laserenergie erstellt. Der von der eingestrahlten Laserenergie zuerst beaufschlagte erste Abschnitt ist wenigstens teilweise transparent gegenüber der eingestrahlten Laserenergie. Die eingestrahlte Laserenergie wird wenigstens zum Teil wenigstens in einem Fügebereich absorbiert, in dem der erste und der zweite Abschnitt unter Kraftein Wirkung und einander überlappend aneinander anliegen,. Auf diese Weise wird zwischen den beiden Bauteilen, respektive dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt,eine formschlüssige unlösbare Verbindung erstellt.
Im Gegensatz zu den bekannten Laserschweissverfahren des Stands der Technik werden für das erfindungsgemässe Verfahren Bauteile als Fügepartner herangezogen, deren zu verbindende Abschnitte aus einem polaren und einem unpolaren Kunststoff gebildet sind. Bei der Beaufschlagung mit und Absorption der eingestrahlten Laserenergie wird hierdurch keine gemeinsame Schmelzseele der beiden Bauteile, respektive Fügepartner ausgebildet. Vielmehr wird der beaufschlagte erste der beiden Fügepartner soweit lokal erwärmt und erweicht, dass sich der zweite Kunststoff des zweiten Fügepartners durch die auf ihn wirkende Kraft, die in der Regel durch Vorspannung erzeugt wird, unter einer Material ver- drängung des ersten Kunststoffs des ersten Fügepartners in diesen ersten Kunststoff hineinerstreckt. Dadurch wird zwischen den beiden Fügepartnem ein Formschluss erzeugt, der zusätzlich von einem Kraftschluss unterstützt sein kann. Die Materialverdrängung, und damit die Verbindung der beiden Fügeteile, kann im Wesentlichen linientormig und/oder flächig sein. Es versteht sich, dass sich zur Erzeugung der Verbindung der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt, die in der Regel beide flächig ausgebildet sind, einander überlappen. Die zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt erzeugte Verbindung ist zumindest in axialer Richtung, also unter Wirkung von Scherkräften, unlösbar. Hierbei kann der zweite Fügepartner, respektive der zweite Abschnitt des Fügepartners, aus einem Kunststoff bestehen, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert, Hierdurch kann die teilweise Absorption über den Fügebereich hinaus auch noch in dem Kunststoff des zweiten Fügepartners, respektive dessen zweiten Abschnitts, erfolgen. Die zumindest teilweise Absorption der eingestrahlten Lasereenergie ist somit nicht auf den Fügebereich begrenzt. Es kann in dem Fügebereich ein Additiv angeordnet wer- den, das den Energieeintrag in die beiden Fügepartner durch wenigstens teilweise Absorption der eingestrahlten Laserenergie unterstützt, so dass die zumindest teilweise Absorption der eingestrahlten Laserenergie auf den Fügebereich begrenzt erfolgen kann. In der Regel sind hierbei beide Fügepartner für die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise transparent. Das Additiv oder der Kunststoff kann Füllstoffe besitzen, die die Wellenlänge des eingestrahlten Laserlichts zumindest teilweise absorbieren. Das Additiv kann auf einem der Fügepartner oder auch auf beide Fügepartner insbesondere in dem Fügebereich aufgetragen sein oder in den Kunststoff zumindest im Fügebereich eingemischt sein. Auch kann der Kunststoff als solches bereits gegenüber der eingetrahlten Laserenergie zumindest teilweise absorbierend sein, so dass auf ein Einmischen von Füllstoffen und/oder dem Ad- ditiv verzichtet werden kann. Ferner kann auch ein die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbierender Kunststoff zusätzlich mit einem Additiv in dem Fügebereich kombiniert sein. Bei geeigneter Auswahl des Additivs kann die Absorption durch teilweise Reflexion an den Füllstoffen unterstützt werden. Bei geeigneter Ausbildung der Bauteile und/oder des Fügebereichs kann die Verbindung auch fluiddicht, also dicht gegenüber Flüssigkeiten und Gasen, aber auch dicht gegenüber rieselfähigen Feststoffen wie beispielsweise Puder sein. Durch ein Anordnen des Additivs in dem Fügebereich zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt kann die Laserenergie direkt dort eingebracht werden, wo sie zum Erweichen des einen Kunststoffs benötigt wird. Es versteht sich, dass zu- mindest durch Wärmestrahlung auch der andere Kunststoff erwärmt wird. Im Grunde ist damit, wenn erforderlich, das punktförmige Einbringen der Laserenergie möglich. Entsprechend sind keine großflächigen Erwärmungen der Bauteile notwendig, die diese schädigen könnten. Beispielsweise kann der Ausgiessaufsatz aus PP und der Halsabschnitt 3 aus PET gefertigt sein. Die Erweichung von PET beginnt ab etwa 70°C und die von PP ab etwa 120°C. Somit ist das PET schon bei einer Temperatur erweicht, bei der das PP noch fest ist. Damit kann sich das PP aufgrund seiner Vorspannung in das PET unter dessen Verdrängung hinein erstrecken. Durch weiteres Erwärmen kann das PP sich ebenfalls erweichen und bildet in einer Grenzschicht mit dem PET ein Gemisch, welches in abgekühltem Zustand zu einer unlösbaren Verbindung führt. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunst- stoffmaterialen ist einfach, schnell und kostengünstig durchführbar. Das erfindungsgemässe Verfahren erfordert gegenüber bekannten Laserschwei ssverfahren praktisch keinen grundsätzlich verschiedenen apparativen Aufbau.
Gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung weist der zweite Abschnitt einen Kunststoff auf, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert. Beispielsweise kann der verbleibende Körper des zweiten Bauteils aus einem für die eingestrahlte Laserenergie transparenten Kunststoff ausgestaltet sein, bei dem lediglich der zweite Abschnitt aus einem Kunststoff besteht, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert. Dieser Kunststoff kann beispielsweise in einem 2K- Spritzgießverfahren aufgebracht werden. In der Regel sind die beiden Kunststoffe, also der Kunststoff des verbleibenden Körpers des zweiten Bauteils und der Kunststoff des zweiten Abschnitts, entweder polar oder unpolar. Der Kunststoff des zweiten Abschnitts kann sich von dem Kunststoff des verbleibenden Körpers des zweiten Bauteils dadurch unterscheiden, dass dem Kunststoff, aus dem der verbleibende Körpers des zweiten Bauteils gefertigt wird, Füllstoffe und/oder ein Additiv zugemischt wurden, die die Laserenergie zumindest teilweise absorbieren. Gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung weist das zweite Bauteil einen Kunststoff auf, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert. Entsprechend wird das erste Bauteil dann für die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise transparent sein, so dass das erste Bauteil durchstrahlt wird, auf das zweite Bauteil auftrifft und dort aufgrund der Absorption zu einem Erweichen des ersten und des zweiten Abschnitts führt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in dem Fügebereich ein für die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbierendes Addutiv angeordnet.
Eine weitere Verfahrensvariante kann vorsehen, dass das Additiv wenigstens an demjenigen Abschnitt angeordnet ist, der von der eingestrahlten Laserenergie nach Durchstrahlen des ersten Abschnitts erreicht wird. Damit ist der erste Abschnitt durchgängig für die Wel- lenlänge des eingesetzten Laserlichts, welches an dem zweiten Abschnitt zumindest teilweise absorbiert wird. Die Energieaufnahme über das Additiv einerseits und die Wärmestrahlung andererseits reicht aus, den Formschluss, unterstützt von einem Kraftschluss, zwischen den Fügepartners zu erzeugen. In einer weiteren Verfahrensvariante wird das Additiv am oder im zweiten Abschnitt des zweiten Bauteils vorgesehen, das erst nach dem Durchstrahlen des ersten Abschnitts mit der Laserenergie beaufschlagt wird.
In einer weiteren Verfahrens Variante wird das Additiv hierbei als Beschichtung aufgetra- gen. Das Additiv kann hierbei auch als zweite Kunststoffkomponente bei der Fertigung des Bauteils durch Überspritzen aufgebracht werden. Das Beschichten kann auch durch Tin- tcnstrahldruck, 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 Fügebereichs des ersten und/oder des zweiten Abschnitts eingebettet. Die derart ausgebildeten Bauteile können beispielsweise in einem speziellen 2-Komponenten Kunststoff- spritzverfahren hergestellt werden. Schliesslich kann auch vorgesehen sein, dass das Lase- renergie-absorbierende Additiv im wesentlichen gleichmässig wenigstens über den zweiten Abschnitt des zweiten Bauteils verteilt, vorzugsweise eingebettet, wird. Das erfindungsgemässe Verfahren kann für eine Verbindung von unterschiedlich gestalteten Kunststoffbauteilen eingesetzt werden. Die Bauteile können flach oder gekrümmt ausgebildet sein. Das erfindungsgemässe Verfahren kann sich aber insbesondere bei der Verbindung von Funktionsteilen, wie z.B. einem Ausgiesselement, mit einem Behältnis als sehr zweckmässig erweisen. Bei dieser Verfahrensvariante können als erstes oder zweites Bauteil ein Ausgiessaufsatz und als korrespondierendes zweites oder erstes Bauteil ein Kunststoffbehältnis, das ein Füllvolumen umschliesst, eingesetzt werden. Eine rückstandsfreie Verbindung derartiger Bauteile kann gerade in der Lebensmi tteli ndustri e von Interesse sein. Das Kunststoffbehältnis kann dabei als ein Preform, der beispielsweise in einem Spritzgiessverfahren oder in einem Fliesspressverfahren hergestellt sein kann, oder als ein in einem Blasverfahren hergestellter Kunststoffbehälter ausgebildet werden.
Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist der Ausgiessaufsatz und das Kunststoffbehältnis in dem Fügebereich vor dem Einbringen der Laserenergie eine Vorspannung auf. Diese Vorspannung wirkt in der Regel in etwa senkrecht auf die spätere Belastungsrichtung der beiden aneinander gefügten Bauelemente. Die Vorspannung ist zwischen etwa 5 MPa und etwa 35 MPa, bevorzugt zwischen etwa 15 MPa und etwa 30 MPa und besonders bevorzugt zwischen etwa 20 MPa und etwa 27 MPa. Eine Verfahrensvariante kann vorsehen, dass an dem Ausgi essaufsatz eine Dichtschürze ausgeformt wir, die zylindrisch, konisch oder konvex ausgebildet wird. Ferner kann der Fügebereich durch die Dichschürze un einen mit der Dichtschürze korrespondierenden Aufnahmeabschnitt des ein Füllvolumen umschliessenden Kunststoffbehältnisses ausgebildet werden. Die Dichtschürze kann mit einer Wandung eines Halsabschnitts des Kunst- Stoffbehältnisses eine Dichtzone bilden. Die durch Eintrag von Laserenergie gebildete fiu- iddichte Verbindung zwischen dem Ausgiessaufsatz und dem Kunststo ffbehäl tni s kann dabei beispielsweise direkt in der Dichtzone erfolgen. In einer weiteren Verfahrensvariante kann die Dichtfunktion von der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Ausgiessaufsatz und dem Kunststoffbehältnis getrennt werden. In diesem Fall kannder Fügebereich von einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt gebildet werden, die nicht nicht die Dichtschürze und eine mit der Dichtschürze korrespondierender Aufnahmeabschnitt des ein Füllvolumen umschliessenden Kunststoffbehältnisses sind. Beispielsweise kann dieser Abschnitt als ein die Dichtschürze umgebender zylindrischer Mantel ausgebildet sein, der ein Halsteil des Kunststoffbehältnisses umgreift, während die Dichtschürze in einen Aufnahmeabschnitt am Halsteil des Kunststoffbehältnisses ragt und zusammen mit einer Innenwandung des Halsteils eine Dichtzone bildet. Anstatt eines Mantels können am Ausgiessaufsatz auch axial abragende Wandungsteile vorgesehen sein, die für eine Ver- bindung mit der Aussenwandung des Kunststoffbehältnisses ausgebildet sein können.
Die Dichtschürze kann derart ausgebildet werden, dass die gegenüber einem Aufnahmeab- schnitt des Kunststoffbehältnisses eine Vorspannung aufweist. Dies kann die DichtJunktion verbessern und/oder die Erstellung der formschlüssigen Verbindung erleichtern. Die Vor- Spannung kann dabei durch ein Übermass des Ausgiessaufsatzes in seiner Dichtschürze gegenüber einem Durchmesser des Aufnahmeabschnitts des Kunststoffbehältnisses erzielt werden.
Eines der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile, insbesondere ein als ein Kunst- stoffbehältnis ausgebildetes Bauteil, kann aus einem Kunststoff gefertigt werden, 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 wird. Die genannten Kunststoffe sind hinsichtlich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften hinlänglich bekannt und sind insbesondere auch für einen Einsatz in einem Streckblasverfahren gut geeignet. Das andere der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile, insbesondere ein als ein Ausgiessaufsatz ausgebildetes Bauteil, kann aus einem Kunststoff gefertigt werden, dessen Hauptbestandteil, also 70% und mehr, unpolarer Kunststoff ist, aus der Gruppe beste- hend aus HOPE, PP, PS, LOPE, LLDPE, PTFE, PS, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PLA, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt wird. Auch diese Kunststoffe sind hinsichtlich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften hinlänglich bekannt und sind insbesondere auch für einen Einsatz in einem Spritzverfahren gut geeignet.
Für die Erstellung der formschlüssigen, gegebenenfalls durch einen Kraftschluss unterstützten, Verbindung zwischen den beiden aus polarem und unpolarem Kunsttsoff gefertigten Kunststoffbauteile wird als Quelle für die eingestrahlte Laserenergie ein Laser mit ei- ner Wellenlänge von 800 nm bis 1200 nm oder von 1800 nm bis 2400 nm eingesetzt. Laser dieser Wellenlängen liefern die gewünschte Energie, welche für die Erstellung der formschlüssigen Verbindung erforderlich ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Laser um einen Diodenlaser. Diodenlaser weisen geringe Anschaffungs- und Wartungskosten auf, sind langlebig und leistungsstark.
Bei einer Verfahrensvariante zur Verbindung von rotationssymmetrischen Bauteilen kann die Laserenergie gleichzeitig über 360° eingestrahlt werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer speziellen Laseroptik erreicht werden. Bei Bedarf kann die eingestrahlte Laser- energie mit Hilfe von Abschirmblenden selektiv auf ausgewählte Winkelbereiche innerhalb von 360° konzentriert werden. Ferner können zum Verbinden von rotationssymmetrischen Bauteilen diese zum Einstrahlen der Laserenergie rotatorisch und/oder translatorisch an einem Laser vorbei bewegt werden. In der Regel wir hierbei die Laserenergie punktförmig eingebracht. Durch Wahl der Geschwindigkeit wird im Allgemeinen eine gleich- mässige Verbindungsqualität über dem Umfang erzielt. Idealerweise sind der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt parallel und das Laserl i cht wird senkrecht zu den beiden Abschnitten eingebracht.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines Kunst- Stoffbehältnisses mit einem ein Füllvolumen umschliessenden Körper und einem daran anschliessenden Halsabschnitt, der mit einem Ausgiessaufsatz verbunden ist. Der Aus- giessaufsatz kann dabei in seinem Fügebereich formschlüssig mit dem Fügebereich des Halsabschnitts verbunden sein. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Kunststoffbehältnis mit einem ein Füllvolumen um schl iessenden Körper und einem daran anschliessenden Halsabschnitt mit einem ersten Abschnitt aus einem ersten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil polarer Kunststoff ist, der mit einem Ausgiessaufsatz mit einem zweiten Abschnitt aus einem zweiten Kunststoff verbunden ist, dessen Hauptbestandteil unpolarer Kunststoff ist, oder umgekehrt, vorgeschlagen. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt überlappen sich und zwischen dem ersten Abschitt und dem zweiten Abschnitt ist in einem Fügebereich eine formschlüssige unlösbare Verbindung ausgebildet. Hierdurch kann also ein Kunststoffbehälter aus polarem Kunststoff gefertigt werden, an den ein Ausgiesssaufsatz fluiddicht und unlösbar verbunden ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem Fügebereich der ers- te Kunststoff durch den zweiten Kunststoff unter Ausbildung einer im Wesentlichen konkaven Grenzschicht verdrängt. Der durch die eingetragene Laserenergie aufgeweichte erste Kunststoff kann in Verbindung mit dem unter Vorspannung stehenden zweiten Kunststoff an den wärmeren und damit weicheren Bereichen mehr verdrängt werden als an den kälteren und damit weniger weichen Bereichen. Damit kann sich im ersten Kunststoff eine im Wesentlichen konkav gewölbte Grenzschicht ausbilden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der Grenzschicht der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff im Wesentlichen ohne Ausbildung einer Schmelzeverbindung ineinander geflossen. Hierbei können in der Grenzschicht der polare und der unpolare Kunststoff miteinander unlösbar verzahnt sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der an einer Innenseite des Halsabschnitts ausgebildete erste Abschnitt und der an einer Aussenseite des Ausgiess- aufsatzes ausgebildete zweite Abschnitt in dem Fügebereich form schlüssig und fluiddicht unlösbar aneinander verbunden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Ausgiessaufsatz eine zylindrisch, konisch oder konvex ausgebildete Dichtschürze auf, die mit einem mit der Dichtschürze korrespond i erenden Aufnahmeabschnitt des Halsabschnitts eine fluiddichte Verbindung bildet, wobei der Fügebereich des Ausgiessaufsatzes und des Halsabschnitts des Kunststoffbehältnisses von der tluiddichten Verbindung verschieden ist. Hierbei ist der Fügebercich und die Dichtzone voneinander verschieden. Dies erlaubt eine optimierte Ausbildung der jeweiligen Dicht- und Fügebereiche. Das Additiv kann hierbei an einer Innenseite des Ausgießaufsatzes, welcher den Fügebereich bildet, auf- oder eingebracht sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung der Fügebereich des Ausgiessaufsatzes von wenigstens einem Fortsatz gebildet ist, der sich axial erstreckt, den Halsab- schnitt an seiner Aussenseite übergreift und mit der Aussenseite unlösbar verbunden ist. Es ist nicht notwendig, dass die Verbindung sich über den gesamten Umfang erstreckt. Vielmehr kann der Ausgiessaufsatz auch nur an zwei oder mehr Stellen mit dem Kunsttsoffbe- hältnis formschlüssig verdungen sein.
Das Kunststoffbehältnis kann ein Preform, der beispielsweise in einem Spritzgiessverfah- ren oder in einem Fl i esspress verfahren hergestellt sein kann, oder ein blasgeformter Kunst- stoffbehälter sein. Beispielsweise kann es sich um einen aus einem Preform streckgeblasenen Kunststoffbehälter handeln.
Der aus einem unpolaren Kunststoff gefertigteAusgiesaufsatz, der aus einem vom Kunst- stoffmaterial des Behältnisses verschiedenen Kunststoff besteht, kann ein integral ausgebildetes Verschlussteil aufweisen. 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 Beschreibung von Ausführungsvarianten unter Bezugnahme auf die schematischen Zeich- nungen. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:
Fig. 1 eine axial geschnittene Darstellung eines Kunststoffbehälters mit einem
Ausgiessaufsatz; Fig. 2 und Fig. 3 zwei Darstellungen zur Erläuterung des Verbi ndungsprinzips ;
Fig. 4 eine axiale Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Kunststoffbehälters mit einem Ausgiessaufsatz und; Fig. 5 ein vergrößertes Detail des Kunststoffbehälters mit dem Ausgiessaufsatz gemäß Figur 4. Das Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen zwei aus voneinander verschiedenen Kunststoffen bestehenden Bauteilen, bei der das erste Bauteil aus einem ersten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil polarer Kunststoff ist, und das von dem ersten Bauteil verschiedene zweite Bauteil aus einem zweiten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil unpo- larer Kunststoff ist, oder umgekehrt, , wird im Folgenden am Beispiel eines mit einem Ausgiessaufsatz versehenen Kunststoffbehälters erläutert. Ein Kunststo ffbehälter, der beispielsweise in einem Streckblasverfahren aus einem zuvor in einem Spritzgiessverfahren oder in einem Fliesspressverfahren gefertigten Preform hergestellt ist, ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Der Kunststoffbehälter 1 weist einen mit dem Bezugszeichen 2 angedeuteten Behälterkörper 2 auf, an den ein Halsabschnitt 3 anschliesst, der eine rotationssymmetrische Öffnung 4 aufweist. Der Behälterkörper 2 und der Halsabschnitt 3 können durch einen sogenannten Supportring 5 voneinander getrennt sein. Der Halsabschnitt 3 einschliesslich des Supportrings 5 bleibt beim Streckblasen in der Regel unverändert. Somit entsprechen der Halsabschnitt 3 und der Supportring 5 dem Halsabschnitt und dem Supportring des zuvor in einem Spritzgiessverfahren oder in einem Fliesspressverfahren hergestellten Preforms. Das erfindungsgemässe Verfahren ist daher an einem Preform ebenso durchführbar wie an einem daraus hergestellten Behälter.
Fig. 1 zeigt einen an der Öffnung 4 montierten Ausgiessaufsatz, der das Bezugszeichen 11 trägt. Aus Gründen der besseren Übersicht wurde auf eine unterschiedliche Schraffur des im axialen Schnitt gezeigten Kunststoffbehälters 1 und des Ausgiessaufsatzes 1 1 verzichtet. Der Ausgiessaufsatz 11 besitzt ein mit einer Ausgiessöffnung 12 versehenes platt en- förmiges Flanschteil 13, das sich an einem die Öffnung 4 des Halsabschnitts 3 beendenden Mündungsrand 6 abstützt. Die Ausgiessöffnung 12 des Ausgiessaufsatzes 1 1 ist wie- derverschließbar und daher mit einem Verschlussteil 18 ausgestattet, das beispielsweise als ein Klappverschluss (Flip Top) ausgebildet ist und über ein Scharniergelenk 19 am platten- förmigen Flanschteil 13 angelenkt ist. Vom plattenförmigen Flanschteil 13 erstreckt sich eine Dichtschürze 14 in den Halsabschnitt 3 hinein. Die Dichtschürze 14 kann zylindrisch, konisch oder konvex ausgebildet sein und sorgt für eine fiuiddichte Verbindung zu einer Innenwandung 7 des Halsabschnitts 3 im Aufnahmeberei ch für die Dichtschürze 14. Die Dichtschürze 14 kann gegenüber einem Innendurchmesser im Halsabschnitt 3 ein Über- mass aufweisen, damit ihre Aussenwandung 15 gegenüber der Innenwandung 7 des Halsabschnitts 3 eine Vorspannung aufweist. Bei einem Innendurchmesser von 26 mm bis 30 mm und auch grösser kann dieses über einen grössten Aussendurchmesser der Dichtschürze 14 gemessene Übermass beispielsweise 0,2 mm bis etwa 1 mm betragen. Bei kleineren Innendurchmessern des Halsabschnitts im Aufhahmebereich kann das Übermass auch kleiner sein und beispielsweise 0,1 mm bis 0,3 mm betragen. Die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 und die Innenwandung 7 des Halsabschnitts 3 im Aufnahmebereich für die Dichtschürze 14 bilden eine fluiddichte, also gegenüber Gase und Flüssigkeiten, aber auch gegenüber Feststoffen wie Pulver oder Puder dichte Dichtzone zwischen dem Aus- giessaufsatz 11 und dem Halsabschnitt 3 des Kunststoffbehälters 1 . Der Kunststoffbehälter 1 besteht beispielsweise aus dem ersten Kunststoff, 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, gelullten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt ist. Der Ausgiessaufsatz 1 1 be- steht in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus dem zweiten Kunststoff, dessen
Hauptbestandteil, also 70% und mehr, unpolarer Kunststoff ist, aus der Gruppe bestehend aus HOPE, PP, PS, LOPE, LLDPE, PTFE, PS, Copolymeren der angeführten Kunststoffe, Biokunststoffen wie beispielsweise PLA, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt ist.
Zur Erstellung einer mechanisch belastbaren Verbindung zwischen dem Halsteil 3 des Kunststoffbehälters 1 und dem Ausgiessaufsatz 1 1 , die frei ist von Rückständen, beispielsweise 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. Allerdings sind lediglich Kunststoffe gleicher Polarität, also polare Kunststoffe mit polaren Kunststoffen und unpolare Kunststoffe mit unpolaren Kunststoffen, miteinander verschweißbar. Kunststoffe ungleicher Polarität, also polare Kunststoffe mit unpolaren Kunststoffen, und umgekehrt, sind miteinander nicht verschweißbar. Somit ist der erste Kunstsoff des Kunststo ffbehälters 1 , der polar ist, und der zweite Kunststoff des Ausgiessaufsatzes 1 1 , der unpolar ist, miteinader nicht verschweissbar. Überraschenderweise zeigte sich, dass auch Bauteile, die aus voneinander verschiedenen Kunststoffen bestehen, also aus polaren und unpolaren Kunststoffen, durch eine Beaufschlagung mit Laserenergie miteinander verbindbar sind. Die Verbindung ist ausreichend mechanisch belastbar und erlaubt beispielsweise eine fluiddichte, insbesondere flüssigkeitsdichte Verbindung eines Ausgiessaufsatzes mit einem Kunststoffbehältnis, das beispielsweise ein spritzgegossener oder fliessgepresster Preform oder ein aus einem Preform oder auch Schlauch geblasener Kunststoffbehälter, also ein streckgeblasener oder ein extrusionsge- blasener Kunstsoffbehälter sein kann.
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. Beispielsweise handelt es sich um einen Diodenlaser. Mit Hilfe einer Spezialoptik 32 kann die vom Laser 31 eingestrahlte Laserenergie L gleichzeitig über 360° auf die Fügeberciche des Halsabschnitts 3 und der Dichtschürze 14 des Ausgiessaufsatzes 11 gerichtet werden. In idealer Weise wird das Laserlicht senkrecht auf das Halsteil 3 und damit auch senkrecht auf die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 des Ausgiessaufsatzes 11 gerichtet. Falls erforderlich, kann die eingestrahlte Laserenergie mit Hilfe von Blenden selektiv auf ausgewählte Winkelbereiche kon- zentriert werden. Auch kann das Halsteil 3 mit dem eingesetzten Ausgiesselement 1 1 rotatorisch und/oder translatorisch an der Laserquelle in einer für das Verfahren günstigen Geschwindigkeit vorbeibewegt werden.
Fig. 2 und Fig. 3 zeigen schematisch die Verhältnisse bei der Erstellung einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen, von denen das erste Bauteil, nämlich das Halsteil 3, aus dem ersten polaren Kunstsoff besteht und das zweite Bauteil, nämlich der die Dichtschürze 14, aus dem zweiten unpolaren Kunststoff besteht. Aus Übersichtlichkeits gründen sind die beiden Bauteile mit einem Abstand voneinander dargestellt. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die beiden Bauteile zumindest in dem Bereich, der mit Laser- energic beaufschlagt wird, einander überlappen und und aneinander gepresst sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stehen die Innenwandung 7 des Halsteils 3 und die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 im Fügebereich unter einer Vorspannung von etwa 20 bis 27 MPa. Idealerweise ist der unter Vorspannung stehende Fügebereich gleichzeitig auch die Dichtzone des ersten und des zweiten Bauteils. Zur Herstellung einer unlösbaren und fluiddichten Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil muss der Bereich der Vorspannung nicht vollumfänglich mit Laserenergie beaufschlagt worden sein. Vielmehr ist auch ein abschnittsweises Einstrahlen von Laserenergie, wobei die Abschnitte auch punktförmig ausgebildet sein können, entlang der Linie oder Fläche, die vorgespannt sind zur unlösbaren und fluiddichten Verbindung ausreichend. Die Verbindung kann hierbei linienlbrmig oder flächig ausgebildet sein. Ein erster Abschnitt eines ersten Bauteils, beispielsweise der Halsabschnitt 3 der Kuns tsto f fl asche 1 wird mit der Lascrenergie L beaufschlagt. Der Halsabschnitt 3 ist wenigstens teilweise gegenüber der eingestrahlten Laserenergie L transparent. Nach dem Durchstrahlen des Halsabschnitts 3 gelangt die eingestrahlte Laserenergie L auf einen zweiten Abschnitt eines zweiten Bauteils, im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 des Aus- giessaufsatzes 1 1. Die Laserenergie wird mit Hilfe eines dort angeordneten Additivs 21 wenigstens zum Teil absorbiert. Hierbei kann der zweite Abschnitt des zweiten Bauteils, respektive die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14, die Dichtschürze 14 oder auch das zweite Bauteil selbst, respektive der Ausgiessaufsatz 11, aus einem Kunststoff gefertigt sein, der die eingestrahlte Laserenergie L zumindest teilweise absorbiert. 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 bestehen, Russ und/oder Stoffe enthalten, die zumindest teilweise die Laser energie absorbieren. Das Additiv 21 kann als Beschichtung aufgebracht sein oder bereichsweise oder auch gesamthaft in das Kunststoffmateri al eingebettet sein. In der Regel ist das Additiv 21 an der Wandung des zweiten Bauteils angeordnet, die dem zu durchstrahlenden ersten Bauteil zugewandt ist. Fig. 2 zeigt entsprechend das Additiv 21 im Bereich der Aussenwandung 15 der üicht- schürze 14. Es versteht sich, dass zusätzlich auch die innenwandung 7 des Halsabschnitts 3 im Einsteckbereich mit einem Additiv versehen sein kann, um auch dort einen grösseren Energieeintrag zu unterstützen.
Durch die mit Hilfe des Additivs absorbierte eingestrahlte Laserenergie L wird die Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 erwärmt und dehnt sich aufgrund der Vorspannung aus. Die Form der Ausdehnung ist aufgrund des durch die Laserstrahlung aufgebrachten Temperaturprofils bauchig oder im Wesentlichen konvex. Dies ist in Fig. 3 dargestellt. Gleichzeitig wird durch die eingestrahlte Laserenergie und durch Strahlungswärme auch die Innenwandung 7 des Halsbereichs 3 erwärmt und erweicht. Die sich ausdehnende Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 verdrängt den Kunststoff an der gegenüberl i egenden Innenwandung 7 des Halsbereichs 3 und fließt zusätzlich in diesen hinein. An der Aussenwandung 15 und der Innenwandung 7 bilden sich Undefinierte Strukturen mit Hinterschnitten aus, die durch den Kunsttsoff des jeweils anderen Fügepartners gefüllt werden, so dass sich die beiden Kunsttsoffe im Wesentlichen ohne Ausbildung einer Schweissverbindung aneinander verhaken. Der Ausgiessaufsatz 1 1 ist im vorliegenden Ausluhrungsbeispiel aus PP gefertigt und der Halsabschnitt 3 aus PET. Die Erweichung von PET beginnt ab etwa 70°C und die von PP ab etwa 120°C. Somit ist das PET schon bei einer Temperatur er- weicht, bei der das PP noch fest ist. Damit kann sich das PP aufgrund seiner Vorspannung in das PET unter dessen Verdrängung hinein erstrecken. Durch weiteres Erwärmen kann das PP sich ebenfalls erweichen und bildet in einer Grenzschicht mit dem PET ein Gemisch, welches in abgekühltem Zustand zu einer unlösbaren Verbindung führt. Dadurch wird zwischen der Aussenwandung 15 der Dichtschürze 14 und der Innenwandung 7 des Halsbereichs 3 ein Formschluss erzeugt
Das in Fig. 4 dargestellte Ausluhrungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem Ausluhrungsbeispiel gemäss Fig. 1 bis Fig. 3 dadurch, dass die Fügefunktion und die Dichtfunktion zwischen dem Halsabschnitt 3 und der Dichtschürze 14 des Ausgiessaufsat- zes 1 1 voneinander getrennt sind. Dazu weist der Ausgiessaufsatz 1 1 beispielsweise wenigstens einen axialen Fortsatz 16 auf, der sich von einem Umfangsrand des plattenförmi- gen Flanschteils 13 entlang des Halsabschnitts 3 in Richtung des Behälterkörpers 2 erstreckt. Der wenigstens eine axiale Fortsatz 16 kann zylindrisch ausgebildet sein und sich über den gesamten Umfang erstrecken. Es können auch mehrere axiale Fortsätze 16 vorge- sehen sein, die vom Umfangsrand des Flanschteils 13 abragen und den Halsabschnitt 3 an seiner Aussenwandung 8 übergreifen und unter Vorspannung an der Aussenwandung 8 anliegen.
Zur Erstellung einer mechanisch belastbaren Verbindung in radialer und axialer Richtung zwischen dem Ausgiessaufsatz 1 1 und dem Halsabschnitt 3 des Kunststoffbehälters 1 wird der axiale Fortsatz 16 mit eingestrahlter Laserenergie beaufschlagt. Der wenigstens eine axiale Fortsatz 16 ist wenigstens teilweise nicht absorbierend gegenüber der eingestrahlten Laserenergie. Das an einer Innen wandung 17 des Fortsatzes 16 angeordnete Additiv 21 absorbiert die eingestrahlte Laserenergie und wandeln diese in Wärme um. Die Laserener- gie gelangt zumindest durch Wärmestrahl ung auch an die Aussenwandung 8 des Halsabschnitts 3 und erweicht diesen. Der Erwei chungs Vorgang kann zusätzlich durch an der Aussenwandung 8 vorgesehenes Additiv unterstützt sein. Infolge der Vorspannung dehnt sich die Innenwandung 17 des wenigstens einen Fortsatzes 16 aus. Dadurch verdrängt sie das erweichte Kunststo ffm ateri al der gegenüberliegenden Aussenwandung 8 des Halsabschnitts 3, und es entsteht ein Formsehl uss. Die Fügefunktion zwischen dem Ausgiessauf- satz 1 1 und dem Halsabschnitt 3 des Kunststoffbehälters 1 ist dadurch an die Aussenseite des Kunststoffbehälters 1 verlegt. Die von der Aussenwandung 15 der Dichtschürze 4 und der Innenwandung 7 des Halsabschnitts 3 gebildete Dichtzone weist dadurch keine Verbindungsfunktion auf und ist frei von durch die eingestrahlte Laserenergie bewirkten Deformationen.
Fig. 5 zeigt den Ausschnitt X aus der Fig. 4. Auch sind, wie bereits in den Figuren 2 und 3, aus Übersichtlichkeitsgründen die Fügepartner voneinader beabstandet dargestellt. Es sei hier auf die Ausführungen zu den Figuren 2 und 3 verwiesen, nämlich, dass die Fügepartner in der Fügezone, die im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel von der Dichtzone entkoppelt ist, aneinander unter Vorspannung stehen. Zusätzlich stehen die Aussenwandung 15 der Dichschürze 14 und die Innenwandung 7 des Halsabschnitts 3 für eine fluiddichte Ver- bindung unter Vorspannung. Deutlich sichtbar ist das Additiv 21 an der Innenseite 17 des Fortsatzes 16 angeordnet.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann für eine Verbindung von unterschiedlich gestalteten Kunststoffbauteilen eingesetzt werden. Die Bauteile können flach oder gekrümmt aus- gebildet sein. Das erfindungsgemässe Verfahren kann sich aber insbesondere bei der Verbindung von Funktionsteilen, wie z.B. einem Ausgiesser, mit einem Behältnis als sehr zweckmässig erweisen. Bei dieser Verfahrensvari ante können als erstes oder zweites Bauteil ein Ausgiessaufsatz und als korrespondierendes zweites oder erstes Bauteil ein Kunststoffbehältnis, das ein Füllvolumen umschliesst, eingesetzt werden. Eine rückstandsfreie Verbindung derartiger Bauteile kann gerade in der Lebensmittelindustrie oder in der pharmazeutischen Industrie von Interesse sein. Das Kunststoffbehältnis kann dabei als ein Pre- form, der beispielsweise in einem Spritzgiessverfahren oder in einem Fliesspressverfahren hergestellt sein kann, oder als ein in einem Blasverfahren hergestellter Kunststoffbehälter ausgebildet sein. Die vorstehende Beschreibung von konkreten Ausführungsbeispielen dient nur zur Erläuterung der Erfindung und ist nicht als einschränkend zu betrachten. Vielmehr wird die Erfindung durch die Patentansprüche und die sich dem Fachmann er- schliessenden und vom allgemeinen Erfindungsgedanken umfassten Äquivalente definiert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen aus voneinander verschiedenen Kunststoffen, bei dem ein erster Abschnitt eines ersten Bauteils und ein zweiter Abschitt eines von dem ersten Bauteil verschiedenen zweiten Bauteils miteinander fest verbunden werden, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Abschnitt aus einem ersten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil polarer Kunststoff ist, und der zweite Abschnitt aus einem zweiten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil unpolarer Kunststoff ist, oder umgekehrt, bestehen,
dass die Verbindung zwischen dem ersten Abschitt und dem zweiten Abschnitt mit Hilfe von eingestrahlter Laserenergie erstellt wird,
dass der von der eingestrahlten Laserenergie zuerst beaufschlagte erste Abschnitt wenigstens teilweise transparent gegenüber der eingestrahlten Laserenergie ist, dass die eingestrahlte Laserenergie wenigstens zum Teil wenigstens in einem Fügebereich absorbiert wird, in dem der erste und der zweite Abschnitt unter Krafteinwirkung und einander überlappend aneinander anliegen, und eine formschlüssige unlösbare Verbindung zwischen den beiden Bauteilen erstellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt einen Kunststoff aufweist, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil einen Kunststoff aufweist, der die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbiert.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fügebereich ein die eingestrahlte Laserenergie zumindest teilweise absorbierendes Additiv angeordnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv wenigstens an demjenigen Abschnitt angeordnet wird, der von der eingestrahlten Laserenergie nach Durchstrahlen des ersten Abschnitts erreicht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv am oder im zweiten Abschnitt vorgesehen wird.
7. Verfahren nach einem derAnsprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv als Beschichtung aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtung Werkstoffe eingesetzt werden, die aus Russ bestehen, Russ enthalten und/oder Stoffe enthalten, die zumindest teilweise die Laserenergie absorbieren.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv wenigstens in den Kunststoff des Fügebereichs des ersten und/oder des zweiten Abschnitts eingebettet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv im wesentlichen gleichmässig wenigstens über den zweiten Abschnitt des zweiten Bauteils verteilt, vorzugsweise eingebettet, wird.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes oder zweites Bauteil ein Ausgiessautsatz und als korrespondierendes zweites oder erstes Bauteil ein Kun ststo ffbehältni s, das ein Füllvolumen um- schliesst, eingesetzt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbehältnis als ein Preform oder als ein in einem Blasverfahren hergestellter Kunststoffbehälter ausgebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgiess- aufsatz und das Kunststoffbehältnis in dem Fügebereich vor dem Einbringen der Laserenergie eine Vorspannung aufweisen. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung zwischen etwa 5 MPa und etwa 35 MPa ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ausgiessaufsatz eine Dichtschürze ausgeformt wird, die zylindrisch, konisch oder konvex ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügebereich durch die Dichtschürze und einen mit der Dichtschürze korrespondierenden Aufnahmeabschnitt des ein Füllvolumen umschliessenden Kunststoffbehältnisses ausbildet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügebereich von einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt gebildet wird, die nicht die Dichtschürze und eine mit der Dichtschürze korrespondierender Aufnahmeab- schnitt des ein Fül Ivolumen umschliessenden Kunststoffbehältnisses sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kunststoff, 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 wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kunststoff, 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, gefüllten Kunststoffe und/oder Mischungen der genannten Kunststoffe, gewählt wird.
20. 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.
21 . Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Laser ein Diodenlaser eingesetzt wird.
22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden von rotationssymmetrischen Bauteilen die Laserenergie gleichzeitig über 360° eingestrahlt wird.
23. 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.
24. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden von rotionssymmetrischen Bauteilen diese zum Einstrahlen der Laserenergie rotatorisch und/oder tranlatorisch an einem Laser vorbei bewegt werden.
25. Kunststoffbehältnis mit einem ein Füllvolumen umschliessenden Körper (2) und einem daran anschliessenden Halsabschnitt (3) mit einem ersten Abschnitt aus einem ersten Kunststoff, dessen Hauptbestandteil polarer Kunststoff ist, der mit einem Ausgiessaufsatz (1 1 ) mit einem zweiten Abschnitt aus einem zweiten Kunststoff verbunden ist, dessen Hauptbestandteil unpolarer Kunststoff ist, oder umgekehrt, wobei sich der erste und der zweite Abschnitt überlappen und zwischen dem ersten Abschitt und dem zweiten Abschnitt in einem Fügebereich eine formschlüssige unlösbare Verbindung ausgebildet ist .
26. Kunststoffbehältnis nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fügebereich der erste Kunststoff durch den zweiten Kunststoff unter Ausbildung einer im Wesentlichen konkaven Grenzschicht verdrängt ist.
27. Kunststoffbehältnis nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass in der Grenzschicht der erste Kunststo ff und der zweite Kunststoff im Wesentlichen ohne Ausbildung einer Schmelzeverbindung ineinander geflossen sind.
28. Kunststoffbehältnis nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der an einer Innenseite des Halsabschnitts (3) ausgebildete erste Abschnitt und der an einer Aussenseite des Ausgiessaufsatzes (1 1 ) ausgebildete zweite Abschnitt in dem Fügebereich formschlüssig und fluiddicht unlösbar aneinander verbunden sind.
29. Kunststoffbehältnis nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgiessaufsatz (11 ) eine zylindrisch, konisch oder konvex ausgebildete Dichtschürze (14) aufweist, die mit einem mit der Dichtschürze (14) korrespondierenden Aufnahmeabschnitt des Halsabschnitts (3) eine fluiddichte Verbindung bildet, wobei der Fügebereich des Ausgiessaufsatzes (1 1 ) und des Halsabschnitts (3) des Kunststoffbehältnisses (1 ) von der fluiddichten Verbindung verschieden ist.
30. Kunststoffbehältnis nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügebereich des Ausgiessaufsatzes (1 1) von wenigstens einem Fortsatz (16) gebildet ist, der sich axial erstreckt, den Halsabschnitt (3) an seiner Aussenseite übergreift und mit der Aussenseite unlösbar verbunden ist.
31. Kunststoffbehältnis nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Preform oder ein blasgeformter Kunststoffbehälter ist.
32. Kunststoffbehältnis nach einem der Ansprüche 25 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgiessaufsatz (1 1) ein integral ausgebildetes Verschlussteil (18) um- fasst.
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