DE3314457A1

DE3314457A1 - Einrichtung und verfahren zum reibschweissen sowie danach hergestellte gegenstaende

Info

Publication number: DE3314457A1
Application number: DE19833314457
Authority: DE
Inventors: Vincent E. Huntington Beach Calif. Fortune; Donald N. Midland Mich. Mac Laughlin
Original assignee: Cosden Technology Inc
Current assignee: Cosden Technology Inc
Priority date: 1982-04-23
Filing date: 1983-04-21
Publication date: 1983-11-24
Also published as: GB2118895B; FR2525524A1; NL8301424A; SE8302214D0; GB8310967D0; GB2118895A; SE8302214L

Description

PATENTANWÄLTE

dr. V. SCHMIED-KOWARZIK · dr. P. WEINHOLD · dr. P. BARZ · monchin dipping. G. DANNENBERG · dr. D. GUDEL- dipl-ing. S. SCHUBERT · Frankfurt

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT

GROSSE ESCHENHEIMER STR. 39 6OOO FRANKFURTAM MAIN 1

- 14 -

TELEFON : <O6I1) 281134 + 287014 TELEGRAMME: WIRPATENTE TELEX: 4I3II0

20. April 1983 S S/Ar

Cosden Technology, Inc.
West, 10th Street,
Wilmington, Delaware
USA

Einrichtung und Verfahren zum Reibschweißen sowie danach hergestellte Gegenstände

331U57

- ]5 - -rT,"^:rk-S?

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Rcibschweißen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Verschweißen mindestens zweier thermoplastischer Kunstsioifabschni1 te nach dem Oberbegriff des Anspruchs 18.

Schliesslich betrifft sie einen mit der Einrichtung bzw. « nach dem Verfahren hergestellten Gegenstand. j

Nach der Erfindung sollen allgemein zwei ähnlich gestaltete! Teile, insbesondere Behälterober- und -Unterabschnitte, aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Behälter hermetisch dicht nach dem Prinzip des Reibschweißens verschweisst werden.

Nach dem Stand äer Technik ist ein Verfahren zum Verj schweissen von Behälterabschnitten zu einem einzigen Behalter bekannt, welches auf thermoplastische Behälter j zylindrischer Gestalt gerichtet ist„ die mit hohen Ge-

schwindigkeiten gegeneinander rotieren, um die zum gegen-I
! seitigen Verbinden der zwei Abschnitte erforderliche Wärme

durch Reibung zu erzeugen (DE-PS 1 454 958,

DE-PS 1 679 926). Dieses Verfahren wird

allgemein als Reibschweissen bezeichnet.

Während die bekannten Reibschweissverfahren gegenüber chemischem Verbinden, Verkleben und Heißsiegeln mittels Laser, Elektronenstrahlen, Radiowellen und elektrischen Vorrichtungen Vorteile erbringen, besitzen sie den Nachteil, auf zylindrische Verbindungen beschränkt zu sein. Offensichtlich könnte eine Reibschweissung zweier nicht-

33U457

zylindrischer Behälterabschnitte nicht gelingen, da sie keine Oberflächen besitzen, die während der gegenseitigen Relativdrehbewegung in Berührung bleiben würden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, diese Beschränkung des Rotationsreibschweissens zu überwinden, indem eine Einrichtung und ein Verfahren zum Reibschweissen von Behältern aus thermoplastischem Kunststoff mit nichtzylindrischen Verbindungsabschnitten zur Verfügung gestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 18 angegebenen Erfindungen gelöst.

Das Prinzip besteht darin, dass eine oszillierende oder schwingende Bewegung anstelle einer gleichförmigen Rotationsbewegung zwischen den beiden zu verbindenden Abschnitten erfolgt, um die notwendige Reibungswärme zum gegenseitigen Verbinden der beiden Abschnitte zu bilden. Die Erfindung ist für eine Vielzahl nicht-rotationssymmetrischer Abschnitte, aber auch für zylindrische Abschnitt2 anwendbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit 8 Figuren erläutert, in der zeigen:

Fig. 1-3 Seitenansichten im Schnitt von drei verschiedenen Behälterverbindungen, die unter Anwendung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können;
Fig- 4 eine Seitenteilansicht einer Einrichtung zum

Oszillationsschweissen mit Niederfrequenz;

Fig. 5 eine schematische.Ansicht einer luftbetriebene α Rotationsschweissanordnung bei Anwendung der Einrichtung nach Fig. 4;

331U57

Fig. 6 eine Seitenteilansicht einer Einrichtung zum

Oszillationsschweissen mit Hochfrequenz? Fig. 7 eine schematische Darstellung der Anordnung zum Rotationsschweissen mit Luft- und Stromzufuhr zur Einrichtung nach Fig. 6, und Fig. 8 eine schematische Draufsicht auf das rotierende

Zufuhr- und Austragssystem für die Einrichtung zum Oszillationsschweissen,,

Die vorliegende Erfindung stellt eine Weiterentwicklung (US-PSen 3 499 068 und Re 29 448) einer bekannten Einrichtung dar, auf die Bezug genommen wird» Zum leichteren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird sie mit Bezug auf nur eine Station einer Anlage mit mehreren solcher Stationen beschrieben. Mit Ausnahme der bezüglich der einzigen beschriebenen Station offenbarten Weiterentwicklung ist der Rest des erfindungsgemässen Behälterherstellungssystems im wesentlichen gleich wie in den Bezugspatenten=

Im Hinblick auf Fig. 4 ist die einzige Station 10 der Schweißanlage 11 nun in Seitenansicht dargestellt. Die einzige Station ist ein typisches Beispiel für die übrigen, in der Anlage zum Rotationsschweißen eingeschlossenen Stationen. Die Station enthält einen oberen, auf Rollen montierten Trägeraufbau 12 und einen oberen Nockenkopf 13. Der untere Trägeraufbau 14 ist mit Rollenstösseln 16 in einem unteren Nockenaufbau 15 gelagert. Der obere Aufbau 12 ist über dem Rollenstössel 17 im Nockenkopf 13 befestigt.

Der obere Nockenkopf 13 im ganzen besteht aus einer im wesentlichen kreisförmigen senkrechten Nockenplatte 18 mit einem darin gebildeten peripheren Nockenkanal 19

33H457

Der Nockenkanal 19 läuft um den Umfang des Nockenkopfes 13 herum und dient zur Aufnahme des Rollenstössels 17 in verhältnismässig sattem Eingriff darin. Der Nockenkanal 19 läuft senkrecht auf und ab, wie bei 20 gezeigt, um eine kontrollierte senkrechte Bewegung des Trägeraufbaus bei der Drehumg um den Nockenkopf 13 zu ergeben.

Der untere Nockenaufbau 15 enthält ebenfalls einen peripheren Nockenkanal 21, der um den allgemein kreisförmigen Nockenkopf 15 umläuft und zur drehbaren Aufnahme des Nockenstössels 16 darin dient. Der Nockenkanal 21 verläuft ebenfalls senkrecht auf und ab, um eine senkrechte Bewegung des unteren Aufbaus 14 gegenüber dem oberen Aufbau 12 zu ermöglichen.

Der untere Aufbau 14 im ganzen besteht aus einer senkrechten Spindellagerung 22, an der ein unteres Werkzeug 23 zur Aufnahme und festen Einspannung des Unterteils des zu verbindenden Behälters angebracht ist. Das Werkzeug 23 weist vorzugsweise einen nach oben offenen Innenhohlraum auf, dessen Gestalt im allgemeinen mit der Gestalt des zu verbindenden Behälterunterteils zusammenpasst. Ferner besitzt das Werkzeug 23 herkömmliche Mittel, wie ein Vakuumsystem, zum wahlweisen Festklammern des Behälterunterteils.

Der obere Trägerkopf 12 ist über die Welle 24 mit dem Nokkenstössel 17, welcher auf der Welle 24 drehbar gelagert ist, verbunden. Ferner ist auf dem Trägerkopf 12 ein Luftoszillator 25 angebracht, der über eine Gelenkverbindung 26 auf eine Schwingmembran 27 einwirkt, welche ihrerseits am Trägerkopf 12 fest angebracht ist. Der Oszillator 25 weist eine sich davon nach unten erstreckende Gleitwelle 28 auf, mit der eine obere Werkzeugspindel 29 mit einem

j 5 daran angebrachten oberen Werkzeug 30 verbunden ist. Die ! Werkzeugspindel 29 durchsetzt ein in einem fest am Trägerkopf 12 angebrachten Lagergehäuse 32 eingebautes Luftlager 31. Das Luftlager 31 lässt eine senkrechte Gleit- ^: bewegung zwischen der Spindel 29 und dem Trägeraufbau ^; 10 zu- Das obere Werkzeug 30 besitzt herkömmliche Mittel, ! wie eine Vakuumvorrichtung, zum festen Ergreifen des mit dem im Werkzeug 23 gehalterten Unterteil zu verbindenden . Behälteroberteils. Eine Luftzufuhrquelle 33 liefert Luft an das Lager 31, eine zweite Luftzufuhrquelle 34 an den Oszillator 25 sowie eine dritte Luftzufuhrquelle 35 an

■ ' die Membran 27. Die Schwingmembran 27 ist mit dem Oszillator 25 so verbunden, dass die Amplitude der darin erzeugten Schwingungsbewegung einstellbar ist.

Bei typischem Betrieb wird ein Paar Behälterober- und -unterteile von einem Stapel mittels einer getrennten Entschachtelungsvorrichtung (nicht dargestellt) entnommen und durchläuft verschiedene Fördersysteme, so dass ein Unterteil im Werkzeug 23 und ein Oberteil im oberen Werkzeug 30 befestigt wird. Die Bewegung der Träger 12 und um die kreisförmigen Nockenköpfe 13 und 15 führt zu einer Vertikalbewegung zwischen den Werkzeugen 23 und 30, wodurch

die Behälterteile nahe zusammengebracht werden. Wenn die als Einheit im Kreis um die Nockenköpfe 13 und 15 herum- :30 laufenden Trägeraufbauten 12 und 14 eine vorbestimmte ^! Stelle bezüglich der Nockenkanäle 19 und 21 erreicht haben, so werden sich die Werkzeuge 23 und 30 in ihre am

■ nächsten zusammenliegenden Stellungen bewegt haben und somit die Behälterober- und -unterteile in gegenseitige Berührung b ringen. Gleichzeitig mit dem Zusammenfügen der Behälterober- und -unterteile wird dem Luftoszillator 25 über das Rohr 34 Luft zugeführt, was eine Niederfrequenzschwingung des im Werkzeug 30 gehalterten oberen

331445

Behälters innerhalb des im Werkzeug 23 eingespannten unteren Behälterteils ergibt, so dass zwischen den beiden Behälterteilen genügend Wärme erzeugt wird, um eine hermetische Verbindung zwischen diesen zu bilden. Die zum Herstellen der Verbindung erforderliche Schwingungszahl hängt von verschiedenen Grossen ab, einschliesslich der Art des in den Behältern verwendeten Kunststoffs sowie der Behältergrösse und der Frequenz und Amplitude der Schwingungen. Diese sind dem Bedienungsmann vor dem Einrichten der Maschinen bekannt, und die Zeit und Frequenz der Schwingungen werden so vorgegeben, dass im Augenblick der beginnenden Bindung die Oszillationen aufhören, damit die Behälterteile eine gute Bindung eingehen können. Der Luftoszillator beended die Schwingungen in der untersten Stellung, so dass die Behälterteile voll verschweisst sind. Kurz nach dem Aufhören der Schwingungen und der Herstellung der Bindung werden die Trägeraufbauten 12 und 14 durch ihre Bewegung infolge des Eingriffs der Nockenstössel 16 und 17 in den Nockenkanälen 19 und 21 um die Nockenköpfe 13 und 15 herum senkrecht auseinander bewegt und gestatten eine Entnahme der verschweissten Behälterteile. Diese werden dann durch herkömmliche Mittel von der Schweissanlage abtransportiert.

Fig. 5 zeigt in Verbindung mit Fig. 4 eine schematische Darstellung der luftbetriebenen Rotationsschweissung mit daran angeschlossenen Luftzufuhrrohren 33, 34 und 35. Es soll eine Rotationsschweissung 40 mit einem Luftzufuhrauslass 41 zur Verbindung mit dem Membranversorgungsrohr 35, einer zweiten, mit dem Luftoszillatorversorgungsrohr 34 verbindbaren Luftzufuhröffnung 42 und einer dritten, mit dem Luftlagerversorgungsrohr 33 verbindbaren Luftzufuhröffnung 4 3 veranschaulicht werden. Bei der Drehung der Trägeraufbauten 12 bzw. 14 um ihre Nockenköpfe 13

33H457

bzw. 15 kommen die Luftzufuhröffnungen 41-43 mit den ver-

j schiedenen Versorgungsrohren in Verbindung,, so dass die

verschiedenen luftbetriebenen Bestandteile der Anlage zur

j rechten Zeit mit genügend Luft versorgt werden»

Mit Bezug auf Fig. 6 wird die zweite Ausführungsform der Erfindung besprochen, welche zur Hochfrequenzoszi11 ationsschweissung von Behälterteilen besonders nützlich ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Trägeraufbau der ersten Ausführungsform durch einen Hochfrequenzträgeraufbau 100 ersetzt. Dieser ist mittels Rollenstösseln 17 und 16 auf ähnlichen Nockenköpfen 13 und 15 befestigt. Der Aufbau

100 besteht aus einem oberen Trägerkörper 101 und einem unteren Rollenkörper 102. Auf dem oberen Werkzeugkörper

101 ist ein Befestigungsbügel 103 angeordnet, an dem ein in einer vertikalen Ebene im wesentlichen senkrecht zur

Nockenplatte 13 liegender Ultraschallgeber 104 angebracht ist. Der elektrisch betriebene Geber 104 ist über eine elektrische Leitung 105 an eine Stromquelle angeschlossen. Am unteren Ende des Gebers 104 befindet sich eine Gelenkverbindung 106, die eine obere Spindel 107 mit dem Geber verbindet. Die Spindel 107 ist für senkrechtes Gleiten ausgerichtet in einem am Körper 101 befestigten Luftlager 108 abgestützt. Ein den oberen Behälter festhaltendes Werkzeug 109 ist am unteren Ende der Spindel 107 befestigt Das Festhaltewerkzeug 109 weist vorzugsweise einen Innenhohlraum der allgemeinen Gestalt des zu verschweissenden : Behälteroberteils auf. Der untere Aufbau besteht aus ^! einer auf einem Trägeblock 102 gelagerten unteren Spindel

110 mit einem auf deren Oberseite angebrachten Werkzeug 111 zum Festhalten des unteren Behälters. Das Werkzeug

111 weist einen Innenhohlraum einer dem Unterteil des zu verschweissenden Kunststoffbehälters ähnlichen Gestalt auf

Die Werkzeuge 109 und 111 besitzen herkömmliche Mittel zum Festspannen an Behälterabschnitte.

Bei typischem Betrieb rotieren die beiden, eine einzige Station 100 darstellenden Trägeräufbauten um ihre Nockenplatten 13 bzw. 15 mit den in die Nockenkanäle 20 bzw, eingreifenden Rollenstösseln 17 bzw. 16. Diese Drehbewegung und die gleichzeitige Nockenwirkung der um die Platten 13 und 15 umlaufenden Stationsanordnung führen zu einer senkrechten Bewegung der oberen und unteren Spindeln zueinander und voneinander. Zu einem Zeitpunkt während dieses Vorgangs, wenn die oberen und unteren Werkzeuge 109 und 111 auf Abstand stehen, wird durch im Stand der Technik herkömmliche Mittel ein Kunststoffbehälterobertei1 in das Werkzeug 109 und ein Kunststoffbehälterunterteil in das Werkzeug 111 eingelegt. Weitere Bewegung der Nockenstössel in den Nockenkanälen dient dazu, die obere und untere Spindel zueinander zu verschieben, bis die Kunststoffbehälterober- und -Unterabschnitte in Passberührung kommen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Geber über die Leitung 105 mit elektrischem Strom versorgt, wodurch eine Höchstfrequenzschwingung der oberen Spindel 107 eintritt, welche ihrerseits den oberen Kunststoffbehälter gegenüber dem unteren in Schwingung versetzt, so dass Reibungskräfte auftreten, die zu hoher Wärmeerzeugung und darauffolgende Verschweissung der Behälterober- und -Unterabschnitte unter Bildung einer hermetischen Naht führe. Die fortlaufende Bewegung des Aufbaus um die Nockenplatten herum spreizt die obere und untere Spindel dann auseinander, so dass die verschweisste Behältereinheit mit bekannten Mitteln aus dem oberen und unteren Werkzeug entnommen werden kann.

331U57

! 5 Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Rotationsschweissung nahe an der Mittenlängsachse des Gesamtaufbaus. In Fig. 7 sind die elektrischen Versorgungskreise bei 112 und 113 angegeben. Das Luftversorgungsrohr für das Luftlager 108 ist mit einer Luft-

.10 rotationsschweissung 114 verbunden. Ausserdem können herkömmliche Mittel, wie Vakuum oder mechanische Vorrichtungen, in den Werkzeughaltern 109 und 111 vorgesehen sein, um die Kunststoffbehälter darin während des Schwingungsschweissurigsvorgangs festzuhalten.

Fig. 8 zeigt eine schematische Draufsicht einer Zufuhreinrichtung 200 für die Schweissanlage. Das Zufuhrsystem besteht aus einer drehbaren Eingabe wie einem Sternrad 201, welches die Behälter an die verschiedenen Stationen 10 liefert, und dem Ausgangsrad 202, das ein Sternrad zur Entnahme der verschweissten Behälter nach Beendigung des Schweissvorgangs umfasst. Die Schwingungsschweissanlage 11 mit mehreren Stationen ist mit zehn abgebildeten einzelnen Schweissstationen 10 dargestellt.

Fig. 1-3 veranschaulichen verschiedene Verbindungen, die sich unter Verwendung der vorliegenden Anlage und starrer Kunststoffbehälterteile schweissen lassen.

: 30 Fig. 1 zeigt eine Querschnittsteilansicht eines oberen Behälterteils 301, der mit einem unteren Behälterteil 302 verschmolzen wird. Diese Art Verbindung wird normalerweise als "Druckschuh"-Verbindung bezeichnet. Der Aussendurchmesser des unteren Teils 302 ist um Zehntelmillimeter grosser als der Innendurchmesser des oberen Teils 301.

! Der Teil 301 wird zum luftdichten Passen auf den Teil 302 ' gesteckt, und die Schwingung zwischen den beiden Teilen führt wegen der Reibungswärme zum ausreichenden Schmelzen des thermoplastischen Kunststoffmaterials, damit da-

331445"

zwischen eine dichte hermetische Verbindung gebildet wird. Fig. 2 stellt eine Seitenteilansicht einer Schmelzverbindung im Teilschnitt zwischen zwei Kunststoffgegenständen, wie zwei Behälterteilen oder einer Behälterwand und einem Behälterboden dar. Diese Art Verbindung kann als "energiegerichtete" Verbindung bezeichnet werden. Dabei wird die Seitenwand 401 eines Behälterabschnitts zwischen sich nach oben erstreckenden Stegen 402 und 403 eines Kunststoffbodenabschnitts 404 oszilliert. Der Wandabschnitt 401 passt vorzugsweise mit einem geringen Übermass zwischen die oberen Stege 402 und 403, um genügend Reibungswärme zur Verbindung des Bodenabschnitts mit der Wand 401 zu liefern.

Fig. 3 veranschaulicht eine alternative Ausbildung der Klommfunktion des oberen Werkzeugs 501 auf einem Behältorteil 502. Der Behältertoil 502 soll durch Reibung mit dem unteren Behälterteil 503 verschweisst werden. Bei dieser Ausführungsform greift eine keilförmige, mit einei ersten, auf der oberen Nockenplatte 13 angeordneten Nockenbahn verbundene Klammer 504 das Behälterglied 502. Das Glied 504 ist keilförmig mit am unteren Ende divergierender Ausrichtung, und ein verschieblicher Nachstellring 505 ist um den Aussenumfang des keilförmigen Kl c'irimgl i eds herum angeordnet. Eine zweite, auf dor oLurei.

Nockenplatte angeordnete Nockonbahn steuert die senkrechte Abwärtsbewegung des Kieinrnglieds 505 auf das Keilglied 504, um das Behälterteil 502 nach innen zusammenzudrücken. Der zeitliche Ablauf der ersten und zweiten Nockenbahn auf dem oberen Nockenglied ist derart, dass der Nachstellring 505 zum Herunterdrücken des Behälterteils 502 auf das Bohälterteil 503 auf die Klammer 504 gesenkt wird, gerade nachdem das Behälterteil 503 in die

tonnenförmige Flanschzone 502a eingetreten ist. Darauf

wird der Nachstellring 505 abwärts bewegte um die Klammer ' 504 und den Behälter 502 über den Behälter 503 zu drücken. j Nach der Klemmbewegung des Aussenglieds 505 nach unten j werden im gesamten oberen Aufbau Schwingungen erzeugt, ; 10 um das Behälterteil 502 über dem Behälterteil 503 in Schwingungen zu versetzen und genügend Reibungswärme zur

j gegenseitigen Verbindung der beiden Behälterabschnitte

: zu erzeugen.

. Es wurde somit ein Verschweissungssystem zum Reibschweisser von Kunststoffbehältern offenbart, das besonders zweckmäßig zum Verbinden von zwei thermoplastischen Kunststoffbehälterteilen mit nicht-kreisförmigem Querschnitt ist= Bei der vorliegenden Erfindung verwendet man eine schwingende Axial bewegung anstelle der herkömmlichen Drehbewegung bei Reibschwissapparaten. Da die schwingende Bewegung eher eine translatorische als eine drehende Bewegung ist, können Behälter fast beliebiger Querschnittsanordnung durch Reibschweissen verbunden werden. Vor- liegende Erfindung offenbart Ausführungsformen für das Niederfrequenzoszillationsschweissen von Kunststoffgegenständen sowie Apparaturen zum Hochfrequenzoszillationsschweissen.

ί 30 Die obige eingehende Beschreibung erläutert zwar eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, doch soll die Beschreibung nicht die Erfindung auf die darin offenbarten speziellen Formen oder Ausbildungen

j beschränken, da diese als beispielhaft und nicht, als ei nschränkend erkennbar sind, und es sit für den Fachmann

' offensichtlich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Während beispielsweise elektrische Geber und luft-

- 26 -

betriebene Schwingungsapparate zur Erzeugung der Schwingungsschweisswirkung offenbart wurden, können gegebenenfalls auch andere Mittel wie hydraulische Betätigung und mechanische Schwingungen stattdessen angewandt werden. Während ferner der Behälteroberteil in Berührung mit dem Behälterunterteil in Schwingung versetzt wird, ist es möglich, stattdessen den Unterteil oder sogar beide Behälterteile schwingen zu lassen. Es wird somit erklärt, dass die Erfindung sämtliche auf dem gleichen Prinzip beruhende Änderungen und Modifikationen der speziellen Beispiele der Erfindung einschließt, die hier für Erlauterungszwecke offenbart wurden.

Claims

331U57

— 1 ~

Patentansprüche

1> Einrichtung zum Reibschweissen von zwei Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff,
dadurch gekennzeichnet,, ■

dass ein erster Halter (Werkzeug 30) zum Einspannen I eines ersten zu verschweissenden Gegenstandes mit ersten Einspannmitteln und einer Aufnahmeeinrichtung für diesen ersten Gegenstand vorgesehen sind, j

dass der erste Halter auf einem axial gleitbeweglichen Werkzeug (obere Werkzeugspindel 29) angebracht ist, dass das gleitbewegliche Werkzeug an einem ersten Grundbaustein (oberer Trägeraufbau 12) gleitend gelagert ist, dass mit dem ersten Werkzeug (Werkzeugspindel 29) verbundene Oszillatormittel (25, 26, 27) so angeordnet sind, dass sie das erste Werkzeug gegenüber dem ersten Grundbaustein schwingen lassen,

dass ein zweiter auf einem zweiten Grundbaustein (unterer Nockenaufbau 15) angebrachter Halter (untere Werkzeuglagerung 23) zum Einspannen eines zweiten, mit dem ersten zu verschweissenden Gegenstandes vorgesehen ist, dass der zweite Halter zu dem ersten Halter in dessen Nähe axial ausgerichtet ist und eine Aufnahmeeinrichtung für den zweiten Gegenstand und zweite Einspannmittel zu dessen Halterung aufweist

und dass Mittel (17 - 20; 15, 16, 21) zur Hin- und Herbewegung der ersten und zweiten Halter zwischen Stellungen vorgesehen sind, in denen die Gegenstände in Eingriff stehen oder ausser Eingriff sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Vor- und Zurückbewegen aus an jodom der Grundbausteine drehbar gelagerten RoIlenstösseln

JJ I

(16, 17) und in dem Grundbaustein (18 bzw. 15) ausgebildeten Nockeneinrichtungen (Nockenkanäle 20, 21) bestehen, welche die Rollenstössel aufnehmen und die Halter in axiale Relativbewegung versetzen können.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatormittel aus einem pneumatisch betätigten Niederfrequenzoszillator (Luftoszillator 25) für Schwingungen von etwa 50 bis 500 Hz bestehen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatormittel aus einem pneumatisch betätigten Niederfrequenzoszillator (Luftoszillator 25) für Schwingungen von etwa 50 bis etwa 500 Hz bestehen und dass die ersten und die zweiten Einspannmittel aus Unteidruckmitteln in den Haltern bestehen (oberes Werkzeug 30, untere Werkzeuglagerung 23).

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, j

dass die Oszillatormittel aus einem elektrisch betätigten Oszillator (Ultraschallgeber 104) für Schwingungen von etwa 50 Hz bis etwa 50 000 Hz bestehen. j

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Oszillatormittel (Ultraschallgeber 104) aus einem elektrisch betätigten Oszillator für Schwingungen von etwa 50 bis 50 000 Hz bestehen und dass die ersten und zweiten Einspannniittel aus Unterdruckvorrichtungen in diesen Haltern bestehen (oberes Werkzeug 109, unteres Werkzeug 111).

1. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Oszillatormittel Mittel zum Variieren ihrer Schwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude einschließen.

8- Reibschweissanlage zum oszillatorischen Verschweissen von mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffgegenständen und mit wenigstens zwei Schweißstationen, dadurch gekennzeichnet, dass ein feststehender Unterteil,

ein auf dem Unterteil montierter oberer Aufbau (oberer Trägeraufbau 12)

und ein auf dem Unterteil unterhalb des oberen Aufbaus angebrachter unterer Aufbau (unterer Nockenaufbau 15) vorgesehen sind,

dass der obere und der untere Aufbau so angeordnet sind, dass sie ihre gegenseitige Umfangsausrichtung auf jenem Unterteil beibehalten,
und dass ferner mindestens einer der oberen und unteren Aufbauten (12, 15) gegenüber dem anderen auf dem Unterteil axial hin- und herbeweglich ist, dass Mittel (17 - 20; 15, 16, 21) zum axialen Hin- und Herbewegen mindestens eines der oberen und unteren Aufbauten gegenüber dem anderen vorgesehen sind, dass jede Schweißstation

erste, auf einem der oberen und unteren Aufbauten gleitend gelagerte Halterungen (oberes Werkzeug 30, untere Werkzeuglagerung 23) aufweist, die zur Aufnahme und Einspannung eines ersten zu verschweissenden thermo-

³S plastischen Kunststoffgegenstandes ausgebildet sind,

dass Oszillatormittel (26, 27) an der ersten Halterung zum axialen Oszillieren des Halters auf dem Aufbau vorgesehen sind

und dass zweite Halterungen (untere Wer kzeug-l age-

OJ IH4J

rung 23) auf dem anderen der oberen und unteren Aufbauten angeordnet sind, welche zu den ersten Halterungen axial ausgerichtet sind und zur Aufnahme und Einspannung eines zweiten, mit dem ersten zu verschweissenden thermoplastischen Kunststoffgegenstandes ausgebildet sind, dass jede Schweißstation (11) selektive Antriebsmittel (Fig. 5) für die Oszillatormittel und diese Halterungen an den Schweißstationen aufweist,

dass die Mittel (17 - 20) zum axialen Vor- und Zurückbewegen dazu eingerichtet sind, den ersten Halter (oberes Werkzeug 30) zwischen einer ersten Stellung, in der die thermoplastischen Kunststoffgegenstände getrennt sind, und einer zweiten Stellung, in- der die thermoplastischen Kunststoffgegenstände ineinandergesteckt im Eingriff stehen, zu bewegen

dass die Oszillatormittel (26, 27) so eingerichtet sind, dass sie nur schwingen, wenn die ersten und zweiten Halterungen (oberes Werkzeug 30, untere Werkzeuglagerung 23) sich in der Stellung befinden, in der die Kunststoffgegenstände in Eingriff sind, und dass diese Oszillatormittel ferner Frequenz- und Amplitudeneinstellvorrichtungen umfassen, die eine Einstellung der Schwingung ermöglichen, um die Kunststoffgegenstände während ihrer Schwingung in ineinandergestecktem Eingriff zu halten.

9. Schweißanlage nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren Aufbauten (oberer Trägeraufbau 12, unterer Aufbau 14) auf jenem feststehenden Unterteil drehbar gelagert sind und dass die Bewegungsmittel aus Nocken (Nockenkanal 21) an dem Unterteil und Nockenstösselη (16) auf mindestens einem der oberen und unteren Aufbauten bestehen.

331U57

,5 10. Schweißanlage nach Anspruch 9,

': I I

dadurch g e k e η η zeichnet ,

; dass sowohl der obere als auch der untere Aufbau (oberes Werkzeug 30, untere Werkzeuglagerung 23) axial und drehbar auf dem Unterteil beweglich sind und beide io mit den Nocken (Nockenkanäle 20,, 21) in Eingriff stehende Nockenstössel (16, 17) aufweisen=

11. Schweißanlage nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch ...g ekennzeichnet ,

15 dass die Öszillatormittel aus einem pneumatischen Oszillator (Luftoszillator 25) bestehen.

12. Schweißanlage nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,

20 dass die Oszillatormittel aus einem Luftoszillator

(25) für vorwählbare Schwingungen einer Frequenz . zwischen etwa 50 und etwa 500 Hz bestehen.

, 13. Schweißanlage nach Anspruch 8, 9 oder 10, j 25 dadurch gekennzeichnet,

■ dass die. . Oszillatormittel aus einem " j Luftoszillator (25) für vorwählbare Schwingungen einer ι Frequenz zwischen etwa 120 und etwa 240 Hz bestehen.

-
30 14. Schweißanlage nach Anspruch 8, 9 oder 10, t , be s Frequenz zwischen für vorwählbare Hz und dadurch g e k e η η zeich η e nach tehen. etwa 50 dass die Oszil g Anspruch 8, 9 oder ten Oszillator latormittel aus einem elektrisch betätig- e k e η η zeich 10, (Ultraschal!geber 104) η e t , Schwingungen einer 35 etwa 50 000 Hz 15= Schweißanlage dadurch

IHHU/

dass die Oszillatormittel aus einem elektrisch betätigten Oszillator (Ultraschallgeber 104) für vorwählbare Schwingungen einer Frequenz zwischen etwa 20 000 und etwa 50 000 Hz bestehen.

16. Schweißanlage nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet-, dass die Oszillatormittel aus einem pneumatischen Oszillator (Luftoszillator 25) für vorwählbare Schwingungen einer Frequenz zwischen etwa 120 und etwa 240 Hz bestehen, dass die ersten und zweiten Halterungen (oberes Werkzeug 30, untere Werkzeuglagerung 23) Vakuumvorrichtungen zum Einspannen der zu verschweißenden thermoplastischen Kunststoffgegenstände aufweisen und dass die Schweißanlage ferner Mittel zum Zuführen der thermoplastischen Kunststoffgegenstände zu den Schweißstationen sowie zur Entnahme der verschweissten Kunststoffgegenstände umfasst.

17. Schweißanlage nach Anspruch 8, 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatormittel (104) aus einem elektrischen Oszillator für vorwählbare Schwingungen einer Frequenz zwischen etwa 20 000 und etwa 40 000 Hz bestehen, dass die ersten und zweiten Halterungen (oberes Werkzeug 10', unteres Werkzeug 111) Vakuumvorrichtungen zum Einspannen der zu verschweissenden thermoplastischen Kunststoffgegenstände aufweisen und dass die Schweissanlage ferner Mittel zum Zuführen der Kunststoffgegenstände zi den Schweißstationen sowie zur Entnahme der verschweissten Kunststoffgegenstände umfasst.

18. Verfahren zum Verschweissen von mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffabschnitten ähnlicher Gestalt

33H457

; mit relativ dicht passenden komplementären Fugenteilen, dadurch gekennzeichnet,, dass man diese dicht passenden Teile in teleskopischen Eingriff zusammenschiebt,

dies.e Teile axial gegeneinander mit so hoher Geschwin- ! 10 digkeit und für einen so langen Zeitraum schwingen j lässt, dass genügend Wärme zum Schmelzen der Berüh-■ rungsflachen dazwischen erzeugt wird, • diese Abschnitte in die gewünschte Endstellung bringt ^f und die erhitzten Flächen abkühlen lässt, wodurch .15 diese Abschnitte verschweigst werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Kunststoffabschnitte so bemessen sind, dass sie mit Übermass ineinander- " passen.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Kunststoffabschnitte aus organischen thermoplastischen Harzen mit nahe beieinanderliegenden Schmelzpunkten hergestellt sind.

21. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19,

dadurch gekennzeichnet, : dass die thermoplastischen Kunststoffabschnitte aus identischen organischen Harzen bestehen.

22. Verfahren zur Bildung eines Behälters aus mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffabschnitten, die jeweils eine nicht-kreisförmige Querschnittsgestalt aufweisen, welche mit dem anderen Abschnitt nahe zusammenpasst,

vJ I 44 J /

dadurch gekennzeichnet, dass man diese Behälterabschnitte in getrennte Halterungen einspannt, welche die Abschnitte gegenseitig axial ineinandergeschoben ausrichten, mindestens eine dieser Halterungen mit so hoher Geschwindigkeit und für einen so langen Zeitraum schwingen lässt, während diese Abschnitte in ineinandergesteckter Anordnung verbleiben, dass genügend Wärme zum Schmelzen der Berührungsflächen dazwischen erzeugt wiri, diese ineinandergesteckten Abschnitte, während sie nocn teilweise geschmolzen sind, in eine vorgewählte, gewünschte gegenseitige Endstellung bringt und diese erhitzten Flächen so weit abkühlen lässt, dass sie erstarren.

23. Verfahren nach Anspruch 22,

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer dieser Abschnitte aus einem organischen Polymer aus der Styrolharze, Polystyrole, Polypropylene, Polycarbonat, Polyäthylen, Polyäthylen hoher Dichte und Polyathylenterephthalat umfassenden Gruppe besteht.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet,

so dass diese thermoplastischen Abschnitte aus thermoplastischen Kunststoffen mit Schmelzpunkten, die nicht mehr als etwa 17⁹C auseinanderliegen, bestehen.

25. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23,

dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsvorgang bei einer Frequenz von etwa 120 bis etwa 240 Hz durchgeführt wird.

331U57

U - 000 oder 23, der 22 η ζ eichnet, - 9 20 rch geken bei einer Frequenz von 5 26. Verfahren nach Anspruch Schwingungsvorgang Hz
1 durchgeführt wird= dad 000 bis etwa 40 dass etwa

dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsvorgang bei einer Frequenz von etwa 50 Hz bis etwa 50 000 Hz durchgeführt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 22,

dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Kunststoffabschnitte aus mindestens einem amorphen organischen Harz gestehen

29. Verfahren nach Anspruch 22,

d ad u r c h ge kennzeichnet , dass diese thermoplastischen Kunststoffabschnitte aus mindestens einem kristallinen organischen Harz hergestellt sind.

30. Verschweisster thermoplastischer Kunststoffgegenstand,

dadurch gekennzeichnet, dass er nach einem Verfahren mit den Stufen hergestellt

; 30 wurde,

dass man einen Teil dieses Gegenstands (z. B. 301) in

j einem ersten Abschnitt mit einer darauf ausgebildeten Schweißzone aus thermoplastischem Material versieht, einen weiteren Teil dieses Gegenstandes (z. B. 302) in einem zweiten Abschnitt aus thermoplastischem Material mit einem Schmelzpunkt nahe bei dem des Materials des ersten Abschnitts bildet, dass der zweite Abschnitt eine so geformte Schweißzone aufweist, dass

diese in ineinandergestecktem Eingriff dicht in die Schweißzone des ersten Abschnitts passt, diese Teile in ineinandergestecktem Eingriff an diesen Schweißzonen zusammenfügt,
diese Teile axial mit so hoher Geschwindigkeit und für einen so langen Zeitraum schwingen lässt, dass in diesen Schweißzonen genügend Wärme erzeugt wird, um dieses thermoplastische Material darin mindestens teilweise zu schmelzen,
diese Teile in die gewünschte vorbestimmte Stellung in ineinandergestecktem Eingriff bringt, während dieses thermoplastische Material mindestens teilweise geschmolzen ist, und

diese Teile in diesem gewünschten ineinandergesteckter Eingriff bis zum Erstarren abkühlen lässt, wodurch diese Teile verschweisst werden.

31. Gegenstand nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet, dass jedes der thermoplastischen Materialien aus einem organischen Harz besteht und dass der Schwingungsvorgang bei einer Frequenz von etwa 50 Hz bis etwa 50 000 Hz durchgeführt wird.

32. Gegenstand nach Anspruch 30,

dadurch gekennzeichnet, dass jedes der thermoplastischen Materialien aus einem organischen Harz besteht und dass die Harze jeweils Schmelzpunkte aufweisen, die nicht mehr als etwa 17° C auseinander1iegen.

33. Gegenstand nach Anspruch 30, 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet,¹ dnss die Schweißzonen eine nicht-kreisförmige Quer-

331U57

- ii -

schnittsanordnung aufweisen.

34. Gegenstand nach Anspruch 30, 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem anfänglichen ineinandergesteckten Eingriff die Schweißzonen mit Übermass ineinanderpassen.

35. Gegenstand nach Anspruch 30, 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet _p dass die Schweißzonen eine nicht-kreisförmige Querschnittsanordnung aufweisen und anfänglich mit Übermass ineinandergesteckt werden.

36. Gegenstand nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Materialien jeweils aus einem organischen Harz bestehen, deren Schmelzpunkte nicht mehr als etwa 17⁰C auseinanderliegen, dass die Schweißzonen eine nicht-kreisförmige Querschnittsanordnung aufweisen und anfänglich mit Übermass ineinanderpassen und dass der Schwingungsvorgang bei einer Frequenz von etwa 120 Hz bis etwa 240 Hz stattfindet.

37. Gegenstand nach Anspruch 30,

j dadurch gekenn zeichnet, dass die thermoplastischen Materialien jeweils aus einem

j organischen Harz bestehen, deren Schmelzpunkte nicht

• mehr als etwa 17°C auseinanderliegen, dass die Schweiß-

j zonal eine nicht-kreisförmige Querschnittsanordnung aufweisen und anfänglich mit Übermass ineinanderpassen und dass der Schwingungsvorgang bei einer Frequenz von etwa 20 000 Hz'bis etwa 40 000 Hz erfolgt.

38. Gegenstand nach Anspruch 30, 36 oder 37,

d a d u r. c h g e k e π η ν, ν i c h η ο i" ,

JJ I

dass der Gegenstand ein Behälter ist.

39. Behälter, der eine nicht-kreisförmige Querschnittsanordnung aufweist und mindestens teilweise aus einem thermoplastischen organischen Harz besteht, dadurch gekennzeichnet, dass er nach einem Verfahren mit den Stufen hergestellt ist,

bei dem man

einen ersten Teil dieses Gegenstandes in einem ersten nicht-kreisförmigen Abschnitt mit einer Schweißzone aus organischem thermoplastischem Harz darauf bildet, einen weiteren Teil dieses Gegenstandes in einem zweitem nicht-kreisförmigen Abschnitt mit einer Schweißzone aus organischem thermoplastischem Harz bildet,

dass die organischen Harze Schmelzpunkte aufweisen, die nicht mehr als etwa 17°C auseinanderliegen, dass die Schweißzonen so ausgebildet sind, dass sie mit Übermaß in ineinandergestecktem Eingriff ineinanderpassen,

mindestens einen dieser Abschnitte axial gegenüber dem anderen Abschnitt schwingen lässt, während dieser ineinandergesteckte Eingriff erhalten bleibt, während diese Schwingung bei einer Frequenz von etwa 50 Hz bis etwa 50 000 Hz während eines solchen Zeitraums stattfindet,

dass jeweils mindestens ein Teil der Schweißzonen schmilzt,

und indem diese Teile in eine vorbestimmte Eingriffsstellung bringt und danach dieses geschmolzene Material abkühlen lässt, wodurch diese Teile verschweisst werden.

40. Behälter nach Anspruch 39,

dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Harze aus der Styrole, Polystyrole,

331U57

- 13 -

, 5 Polyäthylene und Polyathylenterephthalat umfassenden

j Gruppe ausgewählt sind.

j 41. Behälter nach Anspruch 39 oder 40,

I dadurch gekennzeichnet,

io dass der Schwingungsvorgang bei einer Frequenz von

j etwa 120 bis etwa 240 Hz durchgeführt wird=

42. Behälter nach Anspruch 39 oder 40,

; dadurch gekennzeichnet,

15 dass der Schwingungsvorgang bei einer Frequenz von

etwa 20 000 bis etwa 40 000 Hz durchgeführt wird»