DE2105425C3 - Verfahren und Vorrichtung zur hermetisch abdichtenden Befestigung eines Kunststofforgans in einer in einer Platte oder starren Folie vorgesehenen Öffnung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur hermetisch abdichtenden Befestigung eines Kunststofforgans in einer in einer Platte oder starren Folie vorgesehenen Öffnung

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DE2105425C3
DE2105425C3 DE2105425A DE2105425A DE2105425C3 DE 2105425 C3 DE2105425 C3 DE 2105425C3 DE 2105425 A DE2105425 A DE 2105425A DE 2105425 A DE2105425 A DE 2105425A DE 2105425 C3 DE2105425 C3 DE 2105425C3
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plate
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Cebal GP
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Description

wobei eine Ultraschallsonotrode drucklos oder Getränke aus.
fast drucklos auf eines der Teile aufgesetzt ist Nach einem anderen bekannten Verfahren wird
und daß zur endgültigen Verbindung der Teile der Kunststoff an Ort und Stelle unter Druck einge-
diese im wesentlichen nach der Ultraschallauf- 20 formt, oder ein Verformung aus Kunststoff wird in
heizung durch eine zusätzliche Druckkraft inein- seine endgültige Gestalt gebracht. Beim Spritzgießen
andergepreßt werden. ist es schwierig, eine Qualitätsfertigung mit sehr
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- hohen Stückzahlen zu erreichen, wie sie für die kennzeichnet, daß die zusätzliche Krafteinwir- Massenproduktion, z. B. von Deckeln fur Konservenkung unmittelbar nach der Ultraschallbehandlung 25 dosen, gefordert wird.
beginnt. Es sind ferner Verfahren und Vorrichtungen be-
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kannt, mit denen thermoplastische Kunststoffe in kennzeichnet, daß die zusätzliche Krafteinwir- piastifiziertem oder flüssigem Zustand, unter Verwenkung unmittelbar vor Beendigung der Ultraschall- dung eines Ultraschallgenerators miteinander verbehandlung beginnt. 30 schmolzen werden können, um eine örtlich begrenzte
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Verschweißung oder Formung zu erhalten. Der bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden schwingende Teil des Ultraschallgenerators, ge-Krafteinwirkungen durch Vsrschrauben der bei- wohnlich als Sonotrode bezeichnet, hat eine zum den Teile(l', l"; 101', 101"; 201', 201") des Übertragen von Ultraschallschwingungen aut die Kunststofforgans mit jeweils konstantem Moment 35 thermoplastische Masse geeignete Gestalt. Eine deraufgebracht werden, artige Behandlung mit Ultraschall geschieht unter
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Anwendung von hohen Drücken. Als Beispiel sei bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (6) ein Verfahren zum Einbetten von Teilen in Kunnder dicht zu verschließenden Öffnung (5) vor dem Stoffkörper genannt, bei dem auf das einzubettende Einsetzen des Kunststofforgans hochgezogen 40 Teil Ultraschallschwingungen ausgeübt werden und wird, um einen Kragen zu bilden. das Teil dabei in den sich durch die UJrascAall-
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 schwingungen plastifizierenden .K™ °-i«\
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eines der drückt wird (deutsche Patentschrift 12W>.»3).
beiden Teile (101', 101"; 201' 201") des Kunst- Wenn man bei Anwendung von Ultraschall die Stofforgans vor deren Verbindung mit einer Zen- 45 durch Spritzgießen erhaltene thermoplastische Masse trierschulter (106, 206) versehen wird. örtlich erhitzt, stellt man fest, daß die Qualität des
7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfah- ersten Formungsvorgangs einen Einfluß aut das fcnarens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn- ergebnis des Verfahrens hat. Unter konstantem zeichnet durch eine Schraubvorrichtung (11; 105; Druck der Sonotrode ergeben die Volumen- und 205), deren Kopf eine mit einem Bereich (9) 50 Dichteänderungen sowie die unvermeidlichen Uneines (1"; 101"; 201"), der Teile (1', 1"; 101', regelmäßigkeiten der geformten Werkstucke, die 101"; 201', 201") des Kunststofforgans zusam- einer Ultraschallbehandlung unterworfen werden, menwirkenden Mitnahmevorrichtung (10; 104; eine Variierung der Verschmelzungsbedingungen. 204) aufweist, sowie einen Ultraschallgenerator Die durch die Sonotrode auf die plastische Masse (13; 103, 203), dessen schwingender Teil ein 55 aufgebrachte äußere Druckkraft ist zwar wahrend der Halteglied (12; 102; 202) aufweist, das zum Aufheiz- und Abkühlperiode konstant. Jedoch verFesthalten des anderen Teils (1', 101'; 201) des ändert sich mit den Änderungen des physikalischen Kunststofforgans beim Aufbringen einer Kraft auf Zustandes der thermoplastischen Masse die durch das eine Teil (1"; 101"; 201") dient. die äußere Druckkraft im Inneren der Masse erzeugte
60 Druckspannung, so daß die erzielten Ergebnisse unkontrollierbar werden, selbst wenn man einen sehr genau und· stets mit konstanten Ausgangsgrößen
arbeitenden Ultraschallgenerator verwendet; es wird
somit unmöglich, den erforderlichen Grad an Dicht-65 heit zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs gerichtung zum hermetisch abdichtenden Befestigen nannten Art so auszugestalten, daß eine stets gleich-
bleibende Qualität und Dichtigkeit des Kunststoff- F i g. 7 in einem der F i g. 1 bis 6 entsprechenden
organs gegenüber einer oder mehreren Platten oder Teilschnitt die Anwendung eines Kunststofforgans Folien, die es durchdringt, erzielt wird. für die Verbindung von zwei Metallplatten.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist be. einem Verfahren Das in den F i g. 1 bis 3 dargestellte erste Ausfüh-
der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung 5 rungsbeispiel zeigt die Anwendung des Verfahrens vorgesehen, daß das Kunststofforgan zwei gesonderte nach der Erfindung zur Befestigung eines Verschluß-Teile umfaßt, und daß diese Teile durch die öffnung Stücks »zum leichten öffnen« mit einem auf der hindurch so miteinander verbunden werden, daß der Außenseite eines Deckels vorgesehenen Griffstück Rand der öffnung zwischen den Rändern der beiden und einer auf der Innenseite des Deckels vorgesehe-Teile uiit einer definierten Druckkraft eingeklemmt io nen Lippe, die ein öffnen des Behälters ermöglichen, wird, daß die beiden Teile bei zwischen ihnen auf- Das Kunststofforgan kann z. B. aus einem Polyolefin, rechterhaltener, durch die Krafteinwirkung erzeugter z. B. Niederdruck-Polyäthylen, Polypropylen od. dgl., innerer Spannung durch Ultraschall aufgeheizt wer- hergestellt werden.
den, wobei eine Ultraschallsonotrode drucklos oder Gemäß der Erfindung ist das Verschlußstück von
fast drucklos auf eines der Teile aufgesetzt ist und 15 zwei Teilen 1' und 1" gebildet, wobei das eiste daß zur endgültigen Verbindung der Teile diese im Teil 1' das Griffstück 2 trägt, während das zweite wesentlichen nach der Ultraschallaufheizung durch Teil 1" mit der einziehbaren Lippe 3 auf der Inneneine zusätzliche Druckkraft ineinardergepreßt wer- seite des Behälters versehen ist, dessen Deckel 4' den. nur teilweise gezeigt ist. Alle Arbeitsschritte am
Die zusätzliche Krafteinwirkung kann unmittelbar ao Deckel werden vor dessen Kerb- oder Quetschverbinvor Beendigung oder unmittelbar nach der Ultra- dung mit dem Behälter ausgeführt,
schallbehandlung beginnen. Die in dem Deckel 4 vorgesehene öffnung 5 ist von
Es hat sich gezeigt, daß bei allen auftretenden einem Kragen 6 umgeben, der die Haftung des VerVeränderungen der Abmessungen, des Volumens und schlußstücks im Falle einer zufälligen Verformung der Dichte der verwendeten Vorformlinge im Ergeb- 25 des Deckels verstärkt.
nis eine vollkommene Dichtheit infolge einer nahezu Zum besseren Verständnis der nur schematischen
automatischen Angleichung an diese Veränderungen Zeichnungen sei erwähnt, daß die Stärke der Deckelmit dem Verfahren nach der Erfindung erzielt pbtte 4 (ungefähr 0,25 mm) und die Höhe des Krawerden kann. gens 6 (ungefähr 0,5 mm) stark vergrößert bezüglich
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfall- 30 der Abmessungen des Verschlußstücks bzw. des rens nach der Erfindung werden die beiden Kraftein- Kunststofforgans dargestellt sind, welches in den Wirkungen durch Verschrauben der beiden Teile des Fig. 1 bis 3 angenähert in wahrer Größe gezeigt ist. Kunststofforgans mit konstantem Moment aufge- Die beiden Teile 1' und 1" des Organs sind ineinbracht, wobei sich die Anzahl der Umdrehungen ander mit Hilfe der Schraubgewinde T und 7" verautomatisch an die Abmessungen und die Dichte der 35 schraubbar,
zu verschraubenden Teile anpaßt. Um das Einschrauben zu erleichtern, sind an den
Vorzugsweise wird der Rand der dicht zu ver- Außenflächen der beiden Teile 1' und 1" Gegenschließenden öffnung vor dem Einsetzen des Kunst- haltefiächen 8 und 9 vorgesehen, die in dem gezeigstofforgans in die Platte oder Folie hochgezogen, um ten Beispiel polygonal ausgebildet sind,
einen Kragen zu bilden. 40 Die Gegenhaltefläche 9 wirkt mit einer Mitnahme-
Eines der beiden Teile des Kunststofforgans kann vorrichtung 10 am Kopf der Schraubvorrichtung Il vor deren Verbindung mit einer Zentrierschultcr ver- zusammen, während die Gegenhaltefläche 8 des andesehen werden. ren Teils zur Aufnahme eines Halteglieds 12 gestaltet
Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfah- ist, das am Kopf der Sonotrode 13 einer Ultraschallrens ist gekennzeichnet durch eine Schraubvorrich- 45 Schweißvorrichtung angeordnet ist.
tung, deren Kopf eine mit einem Bereich eines der F i g. 1 zeigt die Schraubvorrichtung 11 und die
Teile des Kunststofforgans zusammenwirkende Mit- Sonotrode 13 im Abstand von den entsprechenden nahmevorrichtung aufweist, sowie einen Ultraschall- Teilen 1' und 1" des Kunststofforgans und diese generator, dessen schwingender Teil ein Halteglied wiederum im Abstand voneinander und von der aufweist, das zum Festhalten des anderen Teils des 50 öffnung S, in welcher das Kunststofforgan befestigt Kunststofforgans beim Aufbringen einer Kraft auf werden soll.
das eine Teil dient. Ebenso kann natürlich duch der Das Teil 1" ist über der Mitnahmevorrichtung 10
schwingende Teil des Ultraschallgenerators, das heißt der Schraubvorrichtung 11 derart angeordnet, daß die die Sonotrode, als Schraubvorrichtung dienen, wobei Gegenhalteflächen 9 mit dieser ausgerichtet sind und dann das eine Teil festgehalten wird. 55 der Deckel 4 sich darüber befindet. Darauf werden
Die Erfindung sowie vorteilhafte Einzelheiten der die Schraubvorrichtung 11 und die Sonotrode 13 Erfindung werden im folgenden an Hand schemati- einander genähert, und zwar im allgemeinen durch scher Zeichnungen an drei Ausführungsbeispielen eine Abwärtsbewegung der letzteren. ·
näher erläutert. Es zeigt Zu einem ersten Verspannen werden die mit Ge-
F i g. 1 einen vertikalen Teilschnitt durch eine Vor- 60 winde versehenen Teile 1' und 1" mit einem definierrichtung nach der Erfindung vor Beginn des erfin- ten Drehmoment gegeneinander angezogen, bis die dungsgemäßen Verfahrens, Teile 1' und 1" an dem Kragen der öffnung mit einer
F i g. 2 einen entsprechenden Teilschnitt während dem Anzugsdrehmoment entsprechenden Druckkraft der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung, anliegen. Das Anzugsdrehmoment darf bei diesem
F i g. 3 einen Teilschnitt nach einer der F i g. 1 65 ersten Verspannen nicht zu groß gewählt werden, da- oder 2 am Ende des Verfahrens nach der Erfindung, mit die Schwingungsfähigkeit der Anordnung und
F i g. 4 bis 6 in den F i g. 1 bis 3 entsprechenden insbesondere des Deckels nicht unterdrückt wird.
Teilschnitten ein abgewandeltes Kunststofforgan und Wenn am Ende dieses ersten Verspannens die in
F i g. 2 dargestellte Lage erreicht ist, wird der Ultra- Frequenz F 4 und einer Amplitude A 4 auf die plastischallgenerator mit einer in Abhängigkeit von den sehe Masse Zurückgetragen. Die beiden zuletzt geEigenschaften der zu verbindenden Körper, ihrer nannten Parameter sind je nach physikalischem Form und ihres Volumens gewählten Frequenz, z. B. Zustand der Masse im Laufe ihrer Behandlung unter-20 kHz mit einer Amplitude von 25 Micron für 5 schiedlich groß.
Werkstücke aus Polypropylen, eingeschaltet. Die er- Gemäß der Erfindung wird während der Aufzeugte Schwingung wird auf das Teil 1' und von hcizungspcriodc durch Ultraschall die zwischen den diesem auf den Deckel übertragen, dessen Kragen Teilen Γ und 1" durch das Aufbringen des ersten auf Grund der Aufweichung desjenigen Abschnitts Drehomcnts erzeugte Spannung zwischen den Teilen der plastischen Masse, der mit dem Metalldeckel in io durch Beibehalten dieses über die Schraubvorrichtung Berührung steht, in das Teil Γ eindringt. 11 bzw. 103, 104 aufgebrachten Drehmoments oder
Am Ende der Umformungsphase mittels Ultra- — bei fehlendem Kragen 6 — allein auf Grund der schall wird vor Abkühlen der plastischen Masse ein durch dieses erste Drehmoment erzeugten Reibung weiteres Drehmoment genau bestimmter Größe auf in den Gewindegängen aufrechterhalten,
die beiden Teile aufgebracht, wodurch die Vereini- ij Wenn während der Ultraschalleinwirkung keine gung der beiden Teile vollendet wird. Es ist nicht mechanische Spannung zwischen den Teilen 1', 1" ausgeschlossen, den zweiten Anziehvorgang vor. dem bzw. 10Γ, 101" herrschen würde, müßte das Ein-Ende der Aufheizphase mit Ultraschall beginnen zu dringen des Kragens durch von der Sonotrode auslassen, geübten Druck erzeugt werden. Das hätte, wie schon
Fig. 3 zeigt den Endzustand, bei dem das Kunst- ao angedeutet, eine beträchtliche Veränderung der Wirstofforgan mit dem Deckel verbunden ist. kung des Ultraschalls wänrend dessen Anwendungs-
Die drei Arbeitsphasen Krafteinwirkung - Ultra- phase und während der AbI Uhlungsphase zur Folge, schalleinwirkung — Krafteinwirkung geschehen in Außerdem bringt ein zu starker Druck der Sonotrode sehr schneller Reihenfolge in der Größenordnung des die Gefahr mit sich, die zur Durchführung des VerBruchteils einer Sekunde. Daraus wird deutlich, 25 fahrens erforderlichen Schwingungen zu unterwarum das Verfahren besonders für Massenfarbika- drücken,
tion geeignet ist. Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfin-
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in den F i g. 4 dung stellt man fest, daß der lokalen Verschmelzung
bis 6 dargestellt, die stark vergrößert ein abgewandel- des thermoplastischen Materials, insbesondere in der
tes Organ darstellen, das mit einer Platte verbunden 30 Berührungszone 108 an der Stelle der Beruh! ung mit
werden soll. dem Kragen, aber auch an den übrigen Rand-
Die beiden Teile dieses Kunststofforgans haben bereichen der Metallplatte eine sehr gute Reinigung die Form von Schraube 101' und Mutter 101". Die zwischen den zu verschweißenden Flächen voraus-Schraube 10Γ wird mittels Haltestiften 102 festgehal- geht. Außerdem erlaubt dieses Verfahren ein sicheres ten, die an der Ultraschafl-Sonotrode 103 angeord- 35 Eindringen des plastischen Materials in die mikroskonet sind. Die Mitnahme der Mutter 101" wird durch pischen Unebenheiten der Metalloberfläche, was den Mitnehmer 104 am Kopf der Schraubvorrichtung be- Beginn der Haftung zur Folge hat. Schließlich zerwirkt. Die Mutter 101" hat eine Zentrierschulter 106, stört diese Verschmelzung nicht den Zusammenhalt die dazu dient, das Kunststofforgan genau zentrisch in des Kunststofforgans. Nach Aufhebung der äußeren der öffnung 5 anzuordnen. 40 Beanspruchung bestehen die inneren mechanischen
Der Verfahrensablauf ist bei diesem Beispiel aus- Beanspruchungen ebenso wie die für die plastische gehend von dem Zustand dargestellt, in dem die bei- Masse charakterisierenden Schrumpfungen fort und den Teile 101' und 101" des Kunststofforgans gerade es ergibt sich eine zusammenhaltende und stabile die Platte 4 und den Kragen 6 berühren und gerade Anordnung. Die Wirkung des Ultraschalls erstreckt die mechanische Krafteinwirkung durch Zusammen- α sich jedoch nicht auf die Gewindegänge, so daß die wirken der Gewindegänge 107' und 107" bis zi,r B^ beiden Teile des Kunststofforgans lösbar bleiben,
rührung der beiden Teile mit dem Deckel stattgefun- Durch sorgfältige Wahl der Abmessungen der beiden hat (Fig. 4). den Teile des Kunststofforgans und der Arbeitsbedin-
In diesem Zeitpunkt wird der Ultraschallgenerator gungen bei der Behandlung mit Ultraschall kann eingeschaltet. Infolge der erzeugten Schwingung er- 50 jedoch wahlweise auch die lokale Verschmelzung zeugt der Kragen eine Reibung an dem damit zusam- zwischen den Gewindegängen der beiden Teile ermenwirkenden Abschnitt der Schraube 101', wobei zielt werden, um ein Lösen des Gewindes zu versieh dieser Abschnitt in der Berührungszone 108 zwi- hindern. j sehen Schraube und Kragen zu erweichen beginnt. Wenn die in Fig. 6 gezeigte Stellung erreicht ist, Da aus Schraube 101' und Mutter 101' unter Span- 55 das heißt, wenn der Kragen 6 in den Kopf der nung stehen, kann der Kragen 6 in den Kopf der Schraube 101' eingedrungen ist, wird der Ultra- ' Schraube 101' eindringen. schallgenerator abgeschaltet und die Schraubvorrich-
Der mit einer konstanten Frequenz F1 und Am- lung bringt ein letztes Drehmoment auf, um das Ein-
plilude A 1 arbeitende, unter Berührungsdruck dringen des Kragens 6 zu vervollständigen und gleich-
(selbst wenn dieser klein ist) mit dem Kopf der 60 zeitig ohne jede weitere Hilfsmaßnahme ein Abküh- !
Schraube 101' stehende Ultraschallgenerator erzeugt len der erweichten Zone unter hoher innerer Be- !
im Inneren der plastischen Masse der Schraube eine anspruchung zu gewährleisten. j
Schwingung mit einer mittleren Frequenz F 2 und Das Verfahren nach der Erfindung kann auch auf
einer mittleren Amplitude A 2. Der Schraubenkopf die Vereinigung zweier übereinanderliegender Folien
überträgt diese Schwingung auf die Metallplatte, die 65 oder Metallp'.atten 200 und 200' mittels eines Kunst-
ihrerseits mit einer Frequenz F 3 und einer Amplitude Stofforgans angewendet werden (F i g. 7):
A 3 zu schwingen beginnt. Diese Schwingungen wer- Bei diesem Beispiel umfaßt das Kunststofforgan
den schließlich im wesentlichen bei 108 mit einer eine Schraube 201' und eine mit einem Blindloch
versehene Mutter 201", wobei die crstere mittels Hallestiflen 202 der Sonotrode gehalten wird und die Mutler durch Mitnehmer 204 am Kopf 205 der Schraubvorrichtung verdreht wird. Bei diesem Beispiel ist an der Schraube 201' eine Zenlrierschulter 206 vorgesehen.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht allein auf die Deckel von Konservendosen beschränkt. Sie kann auf Platten und Folien aller Art wie auch auf Hohlkörper angewendet werden, wie sie in der Verpakkungsindustrie oder in anderen technischen Gebieten verwendet werden.
Obwohl die beschriebenen Beispiele sich sämtlich auf die Verbindung eines KunststofTorgans mit einer Metallplatte oder Folie bezichen, ist die Erfindung nicht auf eine Solche Paarung beschränkt; das Metall kann z. B. durch ein oder mehrere Teile aus Kunststoff ersetzt sein, die einen Erweichungspunkt haben, der sich von demjenigen des diese Teile durchdringenden Kunstslofforgans wesentlich unterscheidet. Dasselbe gilt auch für aus verschiedenen Materialien bestehenden Platten. In allen diesen Fällen ist es auch möglich, die Verbindungsorgane als Nieten zur Verbindung einer oder mehrerer Platten auszubilden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

ι 2 eines Kunststofforgans in einer in einer Platte oder Patenlansprüche: starren Folie, beispielsweise aus Metall, vorgesehenen öffnung.
1. Verfahren zum hermetisch abdichtenden Das Verfahren und die Vorrichtung finden ein Befestigen eines Kunststofforgans in einer in einer S wichtiges Anwendungsgebiet, insbesondere be- der Platte oder starren Folie vorgesehenen Öffnung, Befestigung von Greiforganen aus Kunststoff an dendi>durchgekennzeichnet,daßdas Kunst- Deckeln metallischer Behälter, wie Konservendosen, stofforgan zwei gesonderte Teile (Γ, 1"; 101', »zum leichten Öffnen«, das heißt, ohne Hilfsgerät zu 101"; 201', 201") umfaßt, und daß diese Teile öffnende Dosen.
durch die öffnung (5) hindurch so miteinander io Es sind bereits Verfahren zum Lösen dieses Proverbunden werden, daß der Rand (6) der Öffnung blems vorgeschlagen worden.
zwischen den Rändern der beiden Teile mit einer Üblicherweise geht man dabei so vor, daß ein ver-
definierte.i Druckkraft eingeklemmt wird, daß die stärkter Abschnitt eines Kunststofforgans in ein Loch
beiden Teile bei zwischen ihnen aufrechterhalte- des Deckels jäh eingeklinkt wird. Dk auf diese Weise
ner. durch die Krafteinwirkung erzeugter innerer 15 erzielte Dichtigkeit reicht jedoch nicht für unter
Spannung durch Ultraschall aufgeheizt werden, Druck stehende Füllungen, wie kohlensäurehaltige
DE2105425A 1970-02-06 1971-02-05 Verfahren und Vorrichtung zur hermetisch abdichtenden Befestigung eines Kunststofforgans in einer in einer Platte oder starren Folie vorgesehenen Öffnung Expired DE2105425C3 (de)

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