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Verfahren zur Befestigung eines rohrförmigen Aufsatzes, wie Verschraubung, Hals, Ausguss od. dgl. an einem Blechgebinde
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Befestigung eines rohrförmigen Aufsatzes, wie Ver- schraubung, Hals, Ausguss od. dgl. an einem Gebinde.
Es ist bekannt, Hälse, Ausgüsse od. dgl. an Blechgebinden durch Aufsetzen eines rohrförmigen Auf- satzes auf ein meist ebenes Blech des Gebindes, in welches eine entsprechende Ausgussöffnung vorher ein- gestanzt wird, zu befestigen. Die Verlötung erfolgt mit festem Zinn, welches auf den verzinnten oder verzinkten Blechen der Gebinde nach entsprechender Behandlung mit Lötwasser oder Lötstein gut haftet.
Diese Art der Befestigung weist eine Reihe von fertigungstechnischen Schwierigkeiten auf. Das Lötzinn muss im festen Zustand zur Befestigungsstelle gebracht werden und wird erst dort mit einem Lötkolben oder einer Flamme so erhitzt, dass es schmilzt. Dieses Schmelzen muss bei jedem zu verlötenden Punkt durchgeführt werden. Da es sich um eine meist kreisrunde geschlossene Linie handelt, längs der die Lötung durchgeführt werden muss, muss das Lötzinn längs dieser Linie sorgfältig geschmolzen und geführt werden.
Dies ist ein zeitraubendes Verfahren, überdies kann es leicht vorkommen, dass durch Abkühlung des Lotkolbens oder Unaufmerksamkeit des Arbeiters die Lötung unterbrochen wird. Dies führt zu undichten Stellen und Lecken der Aufsatzverbindung. Es gibt wohl Verfahren, die es gestatten, einen eingelegten Löststreifen auf einmal zu schmelzen oder das Löten maschinell durchzuführen, jedoch sind diese Verfahren durchwegs maschinell aufwendig. In aller. Fällen muss ein festes Lötzinn erst nachAufsetzen des Aufsatzes an der richtigen Stelle geschmolzen werden. Eine Korrektur der Lage des Aufsatzes nach Beginn des Anlötens ist ohne Aufschmelzen der bereits durchgeführten Lötstellen nicht mehr möglich. Dies führt bei ungenauer Arbeit zu einem erhöhten Ausschuss. Die Lötschicht befindet sich nur zum geringsten Teil zwischen den zu verbindenden Flächen.
Sie bildet vor allem eine Brücke über die Stossstellen. Diese Brücke wird nicht durch das Blechmaterial geschützt und ist daher für Beschädigungen anfällig. Ausserdem kann überschüssiges Lötwasser zu nachträglichen Korrosionsschäden führen, welche die Gebinde unbrauchbar machen.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, dass der rohrförmige Aufsatz mit einem aushärtbaren Kunstharz auf eine vorgestanzte Ausgussöffnung aufgeklebt wird. Besondersvorteilhafthat sich ein Kleber aus Epoxydharz erwiesen, der nach Mischen mit einem Härter vorzugsweise auf Amoniakbasis aushärtet. Der Kleber ist lösungsmittelfrei und hat ein aussergewöhnlich gutes Haftvermögen an den für Gebinde verwendeten Blechen. Er lässt sich, nach Mischen mit dem Härter, flüssig auf die vorgestanzte Ausgussöffnung in dem Bereich, in dem der Aufsatz aufgesetzt wird, aufstreichen. Dieses Aufstreichen kann erfolgen, bevor der rohrförmige Aufsatz aufgesetzt wird und ist dadurch sehr einfach durchführbar. Danach ist es lediglich notwendig, den Aufsatz auf die mit dem Kleber bestrichene Fläche aufzusetzen.
Es ist auch möglich, nur den rohrförmigen Aufsatz in den Kleber zu tauchen und auf die Ausgussöffnung zu setzen. Der Rand des Aufsatzes wird in die flüssige Klebschicht hineingepresst. Da der Kleber ein ausserordentlich gutes Vernetzungsvermögen hat, benetzt er die aneinanderstossenden Flächen des Aufsatzes und des Blechgebindes. Die Vernetzungseigenschaft gewährleistet, dass man eine geschlossene Klebung ohne Leckstellen erhält.
Als Kleber kann beispielsweise ein Epoxydharz verwendet werden, das von der Firma Ciba unter der
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Markenbezeichnung Araldit AY 103 vertrieben wird. Als Härter kann dazu der Härter HY 951 oder 930 oder ein anderer handelsüblicher Härter verwendet werden.
Der Kleber härtet bei normaler Temperatur aus. Die Härtung wird jedoch wesentlich beschleunigt und die Verbindung gefestigt, wenn die Klebverbindung'erhitzt wird. Es wird daher vorgeschlagen, dass die
Aushärtung bei einer Temperatur über 120 , vorzugsweise bei 1800C erfolgt.
Zur Verbindung von glatten, vorzugsweise ebenen grösseren Metallflächen wurde die Verwendung die- ser Kleber bereits vorgeschlagen. Die Anwendung der Kleber zum Befestigen von rohrförmigen Aufsätzen, die senkrecht auf eine vorgestanzte Ausgussöffnung stehen-wurde jedoch durch diese Massnahme nicht nahe gelegt, da gegen diese Verwendung wesentliche technische Argumente aufgeschienen sind. Die
Scherfestigkeit derKunststoffkleber ist bei ihren sonstigen guten Eigenschaften nicht allzu gross. Vor allem bei rechtwinkeligen Stossverbindungen, mit denen sich das erfindunsgemässe Verfahren'beschäftigt, war von vornherein nicht zu erwarten, dass die Klebestelle die hauptsächlich auftretende Scherbeanspruchung nach dem Aushärten aushält.
Ein weiteres sehr stichhaltigesArgument, von der Anwendung derartiger Kle- berAbstand zu nehmen, ist die Tatsache, dass beim Stanzen und Verarbeiten der Ausgussöffnung die Ober- fläche unvermeidlich mit Öl oder Fett in Berührung kommen muss, da das Stanzwerkzeug geschmiert wer- den muss. Wird das Stanzwerkzeug nicht geschmiert, so würde die Stehzeit des Werkzeuges auf ein un- wirtschaftliches Mass herabgesetzt werden. Selbst diese Massnahme kann nicht mit Sicherheit verhindern, dass die zu klebende Oberfläche tatsächlich fettfrei ist. Nun haben Kunststoffkleber der angeführten Art die Eigenschaft, dass sie sich sehr gut mit Metallflächen vernetzen und auf dieser kleben, jedoch absolut nicht auf eingefetteten oder mit Öl oder Fett verschmutzten Oberflächen haften.
Eine dünne Fettschicht auch nur auf einem Teil der Oberfläche, die geklebt werden soll, liess daher erwarten, dass die Klebestelle undicht wird. Aus diesem Grunde wurden Kunststoffkleber für die vorgeschlagene Klebung bisher nicht verwendet. Eine Möglichkeit, diese Schwierigkeit zu umgehen, liegt darin, die Oberfläche der zu verbindenden Materialien mit einem guten Fettlösungsmittel von Schmutz, Öl u. dgl. zu befreien. Dies hilft jedoch nur teilweise.-Die Gefahr einer nachträglichen Verschmutzung, sei es auch nur durch Angreifen der nicht mit dem Kleber bestrichenen Klebestellen durch eine Arbeiterin mit fetten Händen, besteht trotzdem.
Um auch diese Schwierigkeit mit Sicherheit zu umgehen, wird vorgeschlagen. dass zum Schmieren beim Ausstanzen der Ausgussöffnungen ein Schmiermittel verwendet wird, welches unterhalb der Aushärte- temperatur des Kunstharzklebers verdampft. Vorteilhaft ist es dabei, wenn ein Schmiermittel verwendet wird, welches sich beim Aushärten im Harz selbst löst und mit ihm eine unlösbare Verbindung eingeht. Es hat sich nun herausgestellt, dass diese Bedingungen ein unter der Bezeichnung Weissöl im Handel erhältliches Öl erfüllt. Es kann natürlich auch ein anderes bei entsprechend niedrigen Temperaturen verdampfbares Schmiermittel verwendet werden. Das Weissöl hat als Siedepunkt 1200.
Wenn nun die Aushärtung bei 180 erfolgt, so verdampft das beim Ausstanzen auf der Klebestelle verbliebene Öl bereits bei 1200 und ermöglicht das Benetzen der Metallfläche mit dem Kunststoffkleber. Darüber hinaus gibt die dünne Ölschicht einen Schutz vor einer andersgearteten Verschmutzung der Klebestelle. Es hat sich gezeigt, dass das Weissöl zum Grossteil verdampft oder sich im Kunstharzkleber auflöst, was sich lediglich in einer weisslichen Verfärbung des ausgehärteten Epoxydharzes bemerkbar macht, ohne die Festigkeit der Verbindung zu beeinflussen.
Um mit Sicherheit zu erreichen, dass die Scherfestigkeit der Verbindungsstelle ausreichend ist, wird weitervorgeschlagen, dass dievorgestanzteAusgussöffnung aufgebördelt wird, wobei vorzugsweise die Aufbördelung 1, 5 - 3 mm beträgt, und der rohrförmige Aufsatz nach Aufbringung des Klebers mit dem Härter auf diese Aufbördelung gesteckt wird. Eine derartige Aufbördelung lässt sich in einem Arbeitsgang beim Stanzen der Ausgussöffnung aus dem Blech ausarbeiten. Man erhält dadurch eine etwa 1, 5-3 mm hohe umlaufende Klebverbindung, längs der die Fläche parallel geklebt wird, eine Klebeart, für die die Kunstharzkleber vor allem geeignet sind. Die Scherbeanspruchungen der Verbindungen werden durch den aufgebördelten Ring aufgenommen.
Die Klebverbindung selbst befindet sich unter einem Blechschutzmantel zwischen der Aufbördelung und dem Aufsatz und kann daher mechanisch nicht beschädigt werden. Man erhält durch diese Massnahme mit Sicherheit eine längs der ganzen Klebestelle dichte und dauerhafte Klebverbindung.
Um das Aufbringen des Klebstoffes zu erleichtern und den Klebstoff auf der richtigen Stelle zu konzentrieren, wird vorgeschlagen, dass um die Ausgussöffnung eine ringförmige Vertiefung eingeprägt wird.
Auch diese lässt sich beim Ausstanzen der Ausgussöffnung in einem Arbeitsgang durch ein entsprechendes Werkzeug bewerkstelligen.
Es ist selbstverständlich möglich, je nach Erfordernis nur einige der vorgeschlagenen Massnahmen
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oder alle vorgeschlagenen Massnahmen zusammen zu verwenden, um zu der gewünschten optimalen Kle- beverbindung bei möglichst geringem Arbeitsaufwand zu gelangen.
Die Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispieles und an Hand einer Zeichnung näher erläutert, ohne sich darauf zu beschränken. Die Zeichnung zeigt eine Seitenansicht eines Schnittes durch eine Ver- bindung des Deckels eines Blechgebindes mit einem rohrförmigen Ausgiesser.
In der Zeichnung ist eine bereits geklebte Ausgussverbindung gezeigt. In einem Blechdeckel 1 ist eine Ausgussöffnung so eingestanzt, dass der Rand der Ausgussöffnung 3 von einer senkrecht zum Blech- deckel 1 stehenden Aufbördelung 5 begrenzt ist. Hinter dieserAufbördelung befindet sich eine ring- förmige Vertiefung 6. Auf den Blechdeckel 1 und über die Aufbördelung 5 ist ein Ausgussring 2 geschoben. Zwischen der Aufbördelung 5 und dem Ende des Ausgussringes 2 sowie in der ringförmi- gen Vertiefung 6 befindet sich der ausgehärtete Kunststoffkleber 4. Beim Aufsetzen des Ausgussringes
2 verdrängter Klebstoff bildet eine Brücke 7 und verstärkt zusammen mit der Klebschicht 4 zwi- schen der Endfläche des Ausgussringes 2 und der Aufbördelung 5 die unlösbare Haftverbindung.
Der Blechdeckel 1 wird aus einem handelsüblichen, vorzugsweise lebensmittelechten oder je nach
Erfordernis säurebeständig behandelten verzinkten oder verzinnten Blech herausgestanzt. Die Ausgussöff- nung 3, dieAufbördelung 5 und die ringförmige Vertiefung 6 wird gleichzeitig mit dem Ausstan- zen der Deckelform in einem Arbeitsgang gestanzt und gepresst. Zur Erhöhung der Stehzeit des Arbeits- werkzeuges wird dabei das Werkzeug oder das zu stanzende Blech mit einer dünnen Weissölschicht ge- schmiert. Dieses Weissöl hat die Eigenschaft, dass es bei zirka 1200C verdampft.
Zum Kleben wird ein lösungsmittelfreies Epoxydharz, u. zw. Araldit AY 103 mit einem Härter, vor- zugsweise dem unter der Bezeichnung HY 930 von der Firma Ciba vertriebenen Härter auf Ammoniak- basis gemischt. Es werden dabei auf 100 Gew.-Teile Araldit 103 9 bis 15 Gew.-Teile Härter HY 930 genommen. In den so gemischten Kleber wird der Ausgussring getaucht und auf die Ausgussöffnung 3 aufgesteckt. Diese beiden Arbeitsgänge sind rasch und ohne grosse Geschicklichkeit durchführbar. Dank der grossen Netzfähigkeit des Klebers kann man sicher sein, dass überall zwischen den sich berührenden Flächen eine Klebschicht vorhanden ist. Die Klebschicht soll dabei sehr dünn sein. Es ist zweckmässig, die Aufbördelung mit einem Durchmesser auszubilden, der es gestattet, mit schwachem Druck den Ausgussring aufzusetzen.
Die so vorbehandelten Blechdeckel mit den aufgesetzten Ausgussringen, die eventuell bereits mit dem Gebindekörper verbunden sein können oder erst später verbunden werden, werden in einen Härteofen geschoben und bis 1800C erhitzt. Bei 1200 ist das Weissöl, welches die Netzfähigkeit beeinträchtigen kann. verdampft und der Kleber benetzt mit Sicherheit die zu klebenden Flächen. Die Aushärtezeit beträgt dabei zirka 10 min. Nach dem Aushärten ist die Verbindung fertig. Der ausgehärtete Klebstoff ist lebensmittelfest. Für technische Gebinde, die im ausgehärteten Zustand nitro-oder azetonfest sein müssen, wird eine andere Harzzusammenstellung, u. zw. aus dem Ciba Versuchsprogramm x 183/21712 Komp. A und der Härter HY 930 verwendet.
Dieser Klebstoff ist nach der Härtung nitro-und azetonfest und auch gegen Fette, Öle, Benzin, Petroleum und Terpentin resistent. Die Verwendung'von Weissöl als Schmiermittel beim Stanzen vermindert die Haftfähigkeit in keiner Weise.
Das Ausführungsbeispiel lässt zahlreiche Variationen je nach den technischen Erfordernissen zu. So ist es beispielsweise möglich, das Blech vor dem Kleben gründlich mit einem guten Fettlösungsmittel zu entfetten und auch aufzurauhen oder anzuätzen. Wenn dies geschieht, kann zur Schmierung ein beliebiges Fettvejwendet werden. Die Aushärtung kann ohne Härteofen erfolgen. Jedoch ist diese Reinigung aufwendiger als die vorgeschlagene Verwendung von Weissöl. Auch ist die Festigkeit der Verbindung bei einer Wälmehärtung grösser. Die Aufbördelung kann höher oder weniger hoch sein. Sie kann sich beispielsweise nur über einen Teil des Umfanges erstrecken. Die ringförmige Vertiefung kann unter Umständen weggelassen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Befestigung eines rohrförmigen Aufsatzes, wie Verschraubung, Hals, Ausguss od. dgl., an einem Blechgebinde, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Aufsatz mit einem aushärtbaren Kunstharz auf eine vorgestanzte Ausgussöffnung aufgeklebt wird.