PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60004101T2 25.11.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001240002
Titel VIBATIONSGESCHWEISSTER KUNSTSTOFFGEGENSTAND UND VERFAHREN ZUM SCHWEISSEN ZWEI KUNSTSTOFFGEGENSTÄNDEN
Anmelder BASF AG, 67063 Ludwigshafen, DE
Erfinder KAGAN, A., Val, Morris Plains, US;
LEE, S., Chul, Northville, US
DE-Aktenzeichen 60004101
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.12.2000
EP-Aktenzeichen 009844895
WO-Anmeldetag 19.12.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/US00/34409
WO-Veröffentlichungsnummer 0001047691
WO-Veröffentlichungsdatum 05.07.2001
EP-Offenlegungsdatum 18.09.2002
EP date of grant 23.07.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.11.2004
IPC-Hauptklasse B29C 65/06

Beschreibung[de]
1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen vibrationsgeschweißten Kunststoffgegenstand und ein Verfahren zum Schweißen eines ersten Kunststoffschweißstücks und eines zweiten Kunststoffschweißstücks.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Vibrationsschweißen von Kunststoff-Komponenten ist in dem Fachgebiet wohlbekannt. Vibrationsschweißen umfasst die Techniken von linearem Vibrationsschweißen, Orbitalschweißen und Reibungsschweißen. Bei jeder dieser Techniken wird der Prozess ausgeführt, indem die zwei zu schweißenden Schweißstücke in gestapelter, nebeneinander angeordneter Beziehung positioniert werden, wobei eine Druckkraft zwischen den Schweißstücken angewendet wird und anschließend eine Vibrations-, Orbital- oder Rotationsbewegung der Schweißstücke relativ zueinander in der Ebene der Grenzfläche zwischen den beiden angewendet wird. Das Erwärmen der Grenzfläche durch Reibung verursacht das Einschmelzen und Fließen des Kunststoffmaterials in einem Schmelzbereich. Nach Beendigung der Bewegung und dem nachfolgenden Abkühlen unter Druck bildet die Verfestigung des Materials im Schmelzbereich eine Schweißverbindung zwischen den Schweißstücken.

Zu schweißende Teile weisen häufig unterschiedliche Dicken auf. Typischerweise kann ein Teil im Bereich des Schweißbereichs 2 bis 4 mm dick sein, und der andere Teil 4 bis 6 mm dick.

Die Phänomenologie des Vibrationsschweißprozesses wurde beschrieben und analysiert. Siehe V.K. Stokes, "Vibration Welding of Thermoplastics, Part I: Phenomenology of the Welding Process", Polymer Engineering and Science, 28, 718 (1988); "Vibration Welding of Thermoplastics, Part II: Analysis of the Welding Process", Polymer Engineering and Science, 28, 728 (1988). Stokes beschreibt den Schweißprozess als in vier Phasen ablaufend:

  • 1) Erwärmen der Grenzfläche durch Reibung;
  • 2) Schmelzen und Abfließen in einer zur Vibrationsbewegung seitlichen Richtung;
  • 3) ein stabiler Zustand, in dem die Schmelzrate des Feststoffs gleich dem Ablauf des geschmolzenen Materials ist; und
  • 4) Verfestigung des geschmolzenen Materials, wenn die Vibrationsbewegung angehalten wird.

Das geschmolzene Material, das aus der Verbindungsstelle während des Schweißvorgangs herausgequetscht wird, wird wechselweise als "Austrieb" oder "Grat" bezeichnet. Wenn das äußere Erscheinungsbild des Grats zu beanstanden ist, kann der Grat nach dem Schweißen in einem getrennten Vorgang entfernt werden. Alternativ können die zu schweißenden Teile "Austriebsfallen" enthalten, die den Austrieb vor dem Anblick verbergen.

Die Festigkeit des vibrationsgeschweißten Bereichs ist eine komplexe Funktion einer Anzahl von Parametern. Dazu zählen die Schwingfrequenz, die Amplitude und Richtung der Vibrationsbewegung (längs, seitlich, winklig, orbital), der Druck senkrecht auf die Grenzfläche zwischen den Schweißstücken, die Schweißzeit oder die Einbrandtiefe (Einschmelze) und die Halte- oder Abkühlzeit. Über die Auswirkungen von einigen dieser Parameter auf die Festigkeit von mehreren nichtgefüllten Kunststoffen wurde von V.K. Stokes in "Vibrational Welding of Thermoplastics, Part IV: Strengths of Poly(Butylene Terephtalate), Polyetherimide and Modified Polyphenylene Oxide Butt Welds", Polymer Engineering and Science, 28, 998 (1988) berichtet.

Bei vielen Anwendungen, wie beispielsweise Anwendungen im Fahrzeug-Motorraum, bei Hochleistungswerkzeugen und sonstigem ist es erforderlich, verstärkende Fasern in den Basis-Kunststoffmaterialien zu integrieren. Diese verstärkenden Fasern, wie beispielsweise Glas, Kohlenstoff, Metall, Aramid oder andere Fasern erhöhen die Festigkeit, Steifigkeit und Formbeständigkeit der Grundharze in hohem Maße. Das Vorhandensein dieser verstärkenden Fasern wirkt sich auf die Beziehungen zwischen den Schweißprozessparametern und die Festigkeiten der Schweißverbindungen in den zusammenzufügenden Kunststoffmaterialien aus und kompliziert sie. V. Kagan et al. beschrieben das Vibrationsschweißen von solchen gefüllten Kunststoffen in "The Optimized Performance of Linear Vibration Welded Nylon 6 and Nylon 66 Butt Joints", Plastics-Racing into the Future, Proceedings of the SPE 54th Annual Technical Conference and Exhibits, Seite 1266–1274, 1996 und auch im US-Patent Nr. 5,874,146, dessen Veröffentlichungen durch Bezugnahme darauf hier enthalten sind. Es wurde festgestellt, dass unter optimierten Schweißprozessbedingungen, wie beispielsweise, dass sich Fasern von einem der Schweißstücke in die Schweißverbindung und in das andere Schweißstück einbrannten, die Schweißverbindungen eine maximale Zugfestigkeit erreichten. Unter weniger als optimalen Verarbeitungsbedingungen konnten die verstärkenden Fasern den Schweißbereich nicht überbrücken, und infolgedessen waren die Festigkeiten der Schweißverbindungen geringer.

In jeder der vorgenannten Studien wiesen die zu schweißenden Schweißstücke streng planare gegenüberliegende Oberflächen auf. Es gab keinen Hinweis, dass andere als die planaren ursprünglichen Grenzflächen-Geometrien von Vorteil sein könnten. Tatsächlich stellt der Autor in "Vibration Welding of Thermoplastics, Part I: Phenomenology of the Welding Process", Polymer Engineering and Science, 28, 718 (1988) auf Seite 718, erste Spalte, zweiter Absatz fest: "Der Vibrationsschweißprozess ist ideal geeignet für das Schweißen von Kunststoffteilen entlang relativ flacher Anschweißstellen. Der Prozess kann auch auf Anschweißstellen angewendet werden, deren nicht in einer Ebene liegende Krümmung gering ist." Damit deutet der Autor an, dass nicht-planare längliche Grenzflächen von Nachteil sind, um "im Prozess angewendet" zu werden. Es wurden keine Anmerkungen zu der Querschnittsgeometrie der zu schweißenden Teile gemacht.

Eine Reihe von Offenbarungen haben Verfahren zum Vibrationsschweißen von Kunststoffgegenständen vorgeschlagen.

Das französische Patent 2,713,540 zitiert eine verborgene Schweißverbindung für hohle Teile, die durch Schweißen der Umfangskanten der Bestandteile erzeugt wurde. Der Verweis offenbart eine Austriebsfalle, die ein ausreichendes Volumen besitzt, um den Austrieb (oder Pressnaht), der während des Schweißvorgangs aus dem Umfang des Schweißbereichs austritt, aufzunehmen und vor dem Anblick von außen zu verbergen.

Die japanische Patentveröffentlichung JP 10-80952 offenbart ein Verfahren zum Verbessern der Verbindungsfestigkeit von Harzteilen, die durch Schwingungsschmelz-Verschweißen verbunden werden. In einer Ausführungsform werden erste und zweite Schweißstücke verbunden, die jeweils einen Flanschteil aufweisen. Das erste Schweißstück weist in seinem Flanschteil Vorsprünge auf, die durch Schwingungsschmelzen mit einem aufnehmenden Oberflächenteil des Flanschteils des zweiten Schweißstücks verbunden sind.

Das US-Patent 4,601,927 offenbart ein Verfahren zum Reibungsschweißen von Kunststoffteilen. Eine nichtgleichförmige Temperaturverteilung tritt während des Schweißvorgangs auf, die das Abfließen des Austriebs von der Kante der Verbindung effektiv blockiert. Dieser Gesichtspunkt des Verfahrens, das im US-Patent 4,601,927 offenbart ist, verursacht, dass die Verbindung zumindest teilweise entspannt ist und gegenüber Craze-Bildung und Rissen widerstandsfähig ist.

Die PCT-Patentanmeldung WO 97/17189 offenbart ein verbessertes Verfahren zum Vibrationsschweißen von Kunststoffverbindungen. Der Schweißvorgang wird ausgeführt, indem zwei faserverstärkte Kunststoffteile unter Druck entlang ihrer gemeinsamen Grenzfläche in Vibration versetzt werden, um Reibungswärme zum Schmelzen und Verschmelzen ihrer Oberflächen zu erzeugen. Fasern von mindestens einer Oberfläche dringen sowohl in die Schweißstelle als auch in die andere Oberfläche ein. Folglich weisen die geschweißten faserverstärkten Kunststoffoberflächen eine höhere Zugfestigkeit auf, als bisher erreicht werden konnte. Vibrationsschweißstellen von verstärkten Kunststoffoberflächen gemäß dieser Erfindung erzielen eine maximale Zugfestigkeit von bis zu etwa 120% einer Schweißstelle, die durch unverstärkte Oberflächen entsprechender Kunststoffmaterialien gebildet wird.

Das Verfahren und die Gegenstände der vorliegenden Erfindung müssen im Vergleich mit Ultraschallschweißen und ultraschallgeschweißten Gegenständen betrachtet werden. Beim Ultraschallschweißen wird die Vibration in eine Richtung abgegeben, die senkrecht zur Schweißebene verläuft und nicht in der Schweißebene, wobei normalerweise ein Ultraschallhorn verwendet wird. Ein Ultraschallhorn ist eine relativ energiearme Quelle. Infolgedessen eignet sich Ultraschallschweißen im Gegensatz zum Vibrationsschweißen nur für relativ kleine Teile oder zum Punktschweißen.

Damit die Ultraschallenergie, die von den Schweißstücken absorbiert wird, ausreichend ist, um einen örtlichen Schmelzvorgang zu verursachen, ist es erforderlich, den Energiefluss zu konzentrieren. Dies erfolgt durch Einsatz eines Vorsprungs, der auch als "Energie-Richtungsweiser" bekannt ist, auf der passenden Oberfläche eines der Schweißstücke. Siehe beispielsweise US-Patent Nr. 4,618,516.

Ein Energie-Richtungsweiser oder ein Vorsprung Teil im Ultraschall-Schweißvorgang ist ein Mittel zum Konzentrieren des Energieflusses. Bei der Auslegung für Teile, die mit Ultraschall geschweißt werden sollen, ist der Einsatz eines einzelnen länglichen Energie-Richtungsweisers (klein oder groß) am üblichsten (siehe "Specification for Standardized Ultrasonic Test Specimen for Thermoplastics", American Welding Society, AWS G1.2m/G1.2: 1999, An American National Standard, Teil 5, Seite 3). Obwohl mehr als ein Energie-Richtungsweiser unter besonderen Umständen verwendet werden kann, wird dies normalerweise aus dem Grund unterlassen, dass mehr als ein Energie-Richtungsweiser die bereits schwache Energiequelle streut und den Schweißvorgang schwieriger und langsamer macht. Eine Ausnahme ist im US-Patent 5,540,808 zu finden, in dem doppelte Energie-Richtungsweiser verwendet wurden, um ein starres Material an ein leicht schmelzbares, flexibles Material zu schweißen. Wie erkannt werden wird, unterscheiden sich die Geometrie, der Zweck und die Funktion dieser Energie-Richtungsweiser von der Geometrie, dem Zweck und der Funktion der rechtwinkligen Kantenvorsprünge der vorliegenden Erfindung.

Es wäre wünschenswert, ein Verfahren zum Schweißen von Kunststoffgegenständen bereitzustellen, um hochfeste Verbindungen unter weniger optimalen Bedingungen zu erzielen. Es wäre des weiteren wünschenswert, wenn dieses Verfahren zum Schweißen von starren, faserverstärkten Kunststoffen geeignet wäre. Es wäre außerdem noch wünschenswert, wenn das Verfahren zum Bilden von Schweißverbindungen von beträchtlichen Abmessungen geeignet wäre. Insbesondere werden feste, vibrationsgeschweißte, starre, faserverstärkte Kunststoffgegenstände benötigt.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung stellt einen vibrationsgeschweißten Kunststoffgegenstand wie in Anspruch 1 offenbart bereit. Das seitliche Abfließen von geschmolzenem Material aus der Lücke zwischen den Schweißstücken ist in ausreichendem Maß eingeschränkt, um ein geschmolzenes Pool mit wesentlicher Tiefe vom Beginn des Schmelzvorgangs bis zum Einsetzen der Verfestigung aufrechtzuerhalten. Das Begrenzen des seitlichen Abfließens von Material aus der Lücke zwischen den Schweißstücken wird durch Dämme (Vorsprünge) mit einem im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt an jeder Seitenkante von einem der Schweißstücke bereitgestellt, während das andere Schweißstück eine im Wesentlichen flache passende Oberfläche aufweist.

Allgemein ausgedrückt stellt die Erfindung einen vibrationsgeschweißten Kunststoffgegenstand bereit, der ein erstes Kunststoffschweißstück und ein zweites Kunststoffschweißstück umfasst. Jeder des ersten und zweiten Kunststoffschweißstücks weist eine passende Oberfläche auf. Die passende Oberfläche des ersten Kunststoffschweißstücks und die passende Oberfläche des zweiten Kunststoffschweißstücks werden in einem Einschmelzbereich verbunden. Vor dem Schweißen wies die passende Oberfläche des ersten Schweißstücks eine Begrenzung des seitlichen Abfließens der Schmelze zwischen den Schweißstücken auf. Die passende Oberfläche des zweiten Schweißstücks ist im Wesentlichen flach.

Insbesondere wird in Übereinstimmung mit der Erfindung ein vibrationsgeschweißter Kunststoffgegenstand bereitgestellt, umfassend: ein erstes Kunststoffschweißstück und ein zweites Kunststoffschweißstück, wobei jedes der ersten und Kunststoffschweißstücke eine passende Oberfläche aufweist; wobei die passende Oberfläche des ersten Kunststoffschweißstücks und die passende Oberfläche des zweiten Kunststoffschweißstücks in einem Einschmelzbereich verbunden sind; wobei die passende Oberfläche des ersten Schweißstücks vor dem Schweißen eine Begrenzung des seitlichen Abfließens der Schmelze zwischen den Schweißstücken aufwies, und wobei die passende Oberfläche des zweiten Schweißstücks im Wesentlichen flach ist; wobei die Begrenzung des seitlichen Abfließens der Schmelze zwischen den Schweißstücken ein im Wesentlichen rechtwinkliger Vorsprung entlang jeder seitlichen Kante des ersten Schweißstücks ist; wobei die Dicke jedes der Vorsprünge zwischen etwa 5% und etwa 35% der Dicke des ersten Schweißstücks beträgt; und die Höhe jedes der Vorsprünge, in Bezug auf den niedrigsten Punkt auf der ursprünglichen passenden Oberfläche, mindestens 25% der Abmessung des Einschmelzbereichs beträgt.

Zusätzlich wird von der Erfindung ein vibrationsgeschweißter Kunststoffgegenstand bereitgestellt, umfassend: ein erstes Kunststoffschweißstück und ein zweites Kunststoffschweißstück, wobei jedes der ersten und Kunststoffschweißstücke eine passende Oberfläche aufweist; wobei die passende Oberfläche des ersten Kunststoffschweißstücks und die passende Oberfläche des zweiten Kunststoffschweißstücks in einem Einschmelzbereich verbunden sind; wobei die passende Oberfläche des ersten Schweißstücks vor dem Schweißen eine Begrenzung des seitlichen Abfließens der Schmelze zwischen den Schweißstücken aufwies, und wobei die passende Oberfläche des zweiten Schweißstücks im Wesentlichen flach ist; wobei die Begrenzung des seitlichen Abfließens der Schmelze zwischen den Schweißstücken ein im Wesentlichen rechtwinkliger Vorsprung entlang jeder seitlichen Kante des ersten Schweißstücks ist; wobei die Dicke jedes der Vorsprünge zwischen etwa 5% und etwa 35% der Dicke des ersten Schweißstücks beträgt; und wobei vor dem Schweißen der Querschnitt des Raums, der durch eine Linie zwischen den oberen Kanten der rechtwinkligen Vorsprünge und den dazwischen liegenden Materialoberflächen definiert wird, mindestens etwa 15% des Produkts aus der Dicke des ersten Schweißstücks und der Abmessung des Einschmelzbereichs beträgt.

Die Erfindung stellt des weiteren ein Verfahren zum Schweißen eines ersten Kunststoffschweißstücks und eines zweiten Kunststoffschweißstücks bereit, wie in Anspruch 7 offenbart.

Das Vibrationsschweißen eines ersten Kunststoffschweißstücks an ein zweites Kunststoffschweißstück wird durch ein Verfahren erreicht, das die folgenden Schritte umfasst: Zusammenpressen des ersten und zweiten Schweißstücks unter einem zusammendrückenden, anpressendem Druck; ausreichendes Bewegen des ersten Schweißstücks relativ zum zweiten Schweißstück in einer Ebene, die parallel zu ihrer Grenzfläche verläuft, um die Grenzfläche durch Reibung zu erwärmen; Schmelzen der Grenzoberflächen des ersten und zweiten Schweißstücks, wobei ein Einschmelzbereich erzeugt wird; Bereitstellen eines Mittels, um das seitliche Abfließen von geschmolzenem Material aus der Lücke zwischen den Grenzoberflächen einzuschränken; und Zurückbehalten eines geschmolzenen Pools mit wesentlicher Tiefe zwischen den Schweißstücken von Beginn des Schmelzvorgangs bis zum Einsetzen der Verfestigung.

Die Gegenstände dieser Erfindung zeigen eine verbesserte Einsetzbarkeit für Anwendungen in Automobilen, wie beispielsweise Luftansaugverteiler, Fahrzeugverstrebungen, Resonatoren, Flüssigkeitsbehälter und Luftfiltergehäuse. Solche Gegenstände sind gut geeignet für den Einsatz in vielen anderen Anwendungen, wie beispielsweise Rasen- und Gartenausrüstung und Hochleistungswerkzeugen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung ist besser zu verstehen und weitere Vorteile werden offenkundig unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die folgenden begleitenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente in mehreren Ansichten durchgehend angeben:

1a ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Schweißstücks, das eine flache Oberfläche aufweist, die an ein zweites (nicht dargestelltes) Schweißstück angepasst werden soll, das ebenfalls eine flache passende Oberfläche aufweist;

1b ist eine Querschnittsansicht dieses ersten Schweißstücks entlang der Linie A-A. Die Grenzflächengeometrie, die in 1a und 1b dargestellt ist, ist ein Vergleichsbeispiel.

2a ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Schweißstücks mit dreieckigen "Zähnen", die entlang der Oberfläche entlanglaufen, die an ein zweites (nicht gezeigtes) Schweißstück, das eine flache passende Oberfläche aufweist, anzupassen ist;

2b ist eine Schnittansicht des ersten, in 2a gezeigten Schweißstücks entlang der Linie A-A. Die Grenzflächengeometrie, die in 2a und 2b dargestellt ist, ist ein Vergleichsbeispiel.

3a ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Schweißstücks, das eine konvexe "Erhebung" entlang der Oberfläche aufweist, die an ein zweites (nicht gezeigtes) Schweißstück anzupassen ist, das eine flache passende Oberfläche aufweist;

3b ist eine Schnittansicht des ersten, in 3a gezeigten Schweißstücks entlang der Linie A-A. Die Grenzflächengeometrie, die in 3a und 3b dargestellt ist, ist ein Vergleichsbeispiel.

4a ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Schweißstücks und eines zweiten Schweißstücks, wobei das erste Schweißstück einen rechtwinkligen Vorsprung an jeder Kante seiner Seitenflächen und eine glatte Nut zwischen den rechtwinkligen Vorsprüngen entlang der Oberfläche besitzt, die an das zweite Schweißstück anzupassen ist, das eine im Wesentlichen flache passende Oberfläche aufweist;

4b ist eine Schnittansicht des ersten und des zweiten, in 4a gezeigten Schweißstücks entlang der Linie A-A. Die Grenzflächengeometrie, die in 4a und 4b dargestellt ist, ist ein erfindungsgemäßes Beispiel.

5a ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Schweißstücks, das einen rechtwinkligen Vorsprung an jeder Kante seiner Seitenflächen und zwei halbkreisförmige Nuten zwischen den rechtwinkligen Vorsprüngen entlang der Oberfläche besitzt, die an ein zweites (nicht gezeigtes) Schweißstück anzupassen ist, das eine im Wesentlichen flache passende Oberfläche aufweist;

5b ist eine Schnittansicht des ersten, in 5a gezeigten Schweißstücks entlang der Linie A-A. Die Grenzflächengeometrie, die in 5a und 5b dargestellt ist, ist ein erfindungsgemäßes Beispiel.

6a ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Schweißstücks, das einen rechtwinkligen Vorsprung an jeder Kante seiner Seitenflächen und eine glatte Nut zwischen den rechtwinkligen Vorsprüngen entlang der anzupassenden Oberfläche besitzt, wobei die passende Oberfläche des ersten Schweißstücks eine Welligkeit oder Welle entlang ihrer Länge aufweist, und das erste Schweißstück so ausgelegt ist, um an ein zweites (nicht gezeigtes) Schweißstück angepasst zu werden, das eine im Wesentlichen flache passende Oberfläche aufweist.

6b und 6c sind Schnittansichten des ersten Schweißstücks entlang der Linie A-A bzw. B-B. Die Grenzflächengeometrie, die in 6a, 6b und 6c dargestellt ist, ist ein erfindungsgemäßes Beispiel.

7a ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Schweißstücks, das einen rechtwinkligen Vorsprung an jeder Kante seiner Seitenflächen und zwei halbkreisförmige Nuten zwischen den rechtwinkligen Vorsprüngen entlang der Oberfläche besitzt, wobei die passende Oberfläche des ersten Schweißstücks eine Welligkeit oder Welle entlang ihrer Länge aufweist, und das erste Schweißstück so ausgelegt ist, um an ein zweites (nicht gezeigtes) Schweißstück angepasst zu werden, das eine im Wesentlichen flache passende Oberfläche aufweist.

7b und 7c sind Schnittansichten des ersten, in 7a gezeigten Schweißstücks entlang der Linie A-A bzw. B-B.

Die Grenzflächengeometrie, die in 7a, 7b und 7c dargestellt ist, ist ein erfindungsgemäßes Beispiel.

8a ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Schweißstücks, das einen rechtwinkligen Vorsprung an jeder Kante seiner Seitenflächen und mehrere Nuten zwischen den rechtwinkligen Vorsprüngen entlang der Oberfläche besitzt, die an ein zweites (nicht gezeigtes) Schweißstück anzupassen ist, das eine im Wesentlichen flache passende Oberfläche aufweist;

8b ist eine Schnittansicht des ersten, in 8a gezeigten Schweißstücks entlang der Linie A-A. Die Grenzflächengeometrie, die in 8a und 8b dargestellt ist, ist ein erfindungsgemäßes Beispiel.

9 ist eine Schnittansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten komplexen Stumpfstoßes mit Austriebsfallen, wobei der Schnitt die große Menge an Austrieb schematisch darstellt, der erzeugt wird, wenn flache Oberflächen vibrationsgeschweißt werden;

10 ist eine Schnittansicht eine komplexen Stumpfstoßes der Erfindung, wobei der Schnitt schematisch darstellt, wie der Austrieb reduziert und ein geschmolzenes Pool in dem Bereich zwischen rechtwinkligen Kantenvorsprüngen beibehalten wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung stellt einen vibrationsgeschweißten, verstärkten Kunststoffgegenstand mit verbesserter Festigkeit mittels Begrenzung des seitlichen Abfließens von geschmolzenem Material aus der Lücke zwischen den Schweißstücken bereit, wobei ein geschmolzenes Pool mit wesentlicher Tiefe vom Beginn des Schmelzvorgangs bis zum Einsetzen der Verfestigung aufrechterhalten wird. Insbesondere wird das Begrenzen des seitlichen Abfließens von Material aus der Lücke zwischen den Schweißstücken durch Dämme (Vorsprünge) mit einem im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt an jeder seitlichen Kante von einem der Schweißstücke bereitgestellt, während das andere Schweißstück eine im Wesentlichen flache passende Oberfläche aufweist.

Die Erfindung stellt des weiteren ein Verfahren für das Herstellen von vibrationsgeschweißten, gefüllten verstärkten Kunststoffgegenständen mit verbesserter Festigkeit durch Begrenzung des seitlichen Abfließens von geschmolzenem Material aus der dazwischen liegenden Lücke bereit, wobei ein dazwischen liegendes geschmolzenes Pool mit wesentlicher Tiefe vom Beginn des Schmelzvorgangs bis zum Einsetzen der Verfestigung aufrechterhalten wird.

Techniken zum Vibrationsschweißen und Vorrichtungen zum Ausführen des Vibrationsschweißens sind in dem Fachgebiet wohlbekannt. Vibrationsschweißgeräte (für lineares Vibrationsschweißen, Orbitalschweißen, Reibschweißen) sind bei mehreren multinationalen Firmen (Branson Ultrasonics, Forward Technologies, Inc., Bielomatik usw.) in Nordamerika, Europa, Asien usw. erhältlich. Beispielsweise stellt Branson Ultrasonics Corporation, Danbury, Conn., Schweißmaschinen für lineares Vibrationsschweißen her mit den Bezeichnungen Mini-Vibration Welder II, Ultra HY-Line Modell VW/8UH und die 90er-Reihe des Vibration Welder Modell VW/6.

Vibrationsschweißen kann ausgeführt werden, indem ein erstes Kunststoffschweißstück und ein zweites Kunststoffschweißstück unter einem zusammendrückenden, anpressendem Druck in Kontakt gebracht werden. Die passenden Oberflächen werden unter einem vorbestimmten anpressenden Druck gehalten, beispielsweise, indem sie auf einer Plattform unter einem Druck positioniert werden, der durch Luft- oder Hydraulikzylinder aufgebracht wird. Anschließend wird Bewegung auf eine Oberfläche in Bezug auf die andere Oberfläche übertragen, um eine Vibrationsreibung zu erzeugen, die Wärme erzeugt, die Oberflächen schmilzt und die Kunststoffmaterialien des ersten und zweiten Schweißstücks in einem "Einschmelz"-Bereich vermischt und verschmilzt. Die Abmessung des Einschmelzbereichs wird durch die lineare Bewegung der sich gegenüber liegenden Plattformen gemessen, die den anpressenden Druck bereitstellen, und kann durch entsprechende Maschineneinstellungen gesteuert werden.

Der anpressende Druck ist einer der wichtigeren Parameter. Wenn die Kunststoffmaterialien mit kurzen Fasern, wie beispielsweise Glas, Kohlenstoff, Aramid oder andere Fasern, verstärkt sind, wird die Art der Vermischung der Materialien von sich gegenüber liegenden Schweißstücken sehr wichtig. Vor dem Schweißvorgang sind die Fasern in den Kunststoffmaterialien typischerweise willkürlich angeordnet, d. h. sie besitzen keine bevorzugte Ausrichtung. Wenn jedoch nicht äußerst sorgfältig auf die Schweißbedingungen geachtet wird, kann die relative Bewegung verursachen, dass die Fasern in dem Schweißbereich nur innerhalb der Ebene des Schweißvorgangs ausgerichtet werden. Dies führt zu einer geringeren Festigkeit und schlechteren mechanischen Leistung als wenn die Bedingungen für die Schweißstelle so optimiert sind, dass dadurch die Fasern sowohl in die Schweißstelle als auch in das gegenüber liegende Schweißstück eindringen.

Leider können optimierte Schweißbedingungen nicht immer erreicht werden. Die Größe des erforderlichen zusammendrückenden anpressenden Drucks hängt von den Größen und Geometrien der Kunststoffteile und von der Formbeständigkeit der Kunststoffe während vorheriger Formungsvorgänge ab. In der Praxis sind die zu verbindenden Schweißstücke häufig mit Erhebungen, Wänden und Rippen geformt, die eine unterschiedliche Schwindung und Verwölbung der anzupassenden Oberflächen bewirken. Bei vielen Anwendungen muss die Schweißverbindung hermetisch abgedichtet werden. Unter diesen Umständen müssen wesentlich höhere als die optimalen anpressenden Drücke eingesetzt werden, um die passenden Oberflächen in einen gleichförmigen Kontakt zu bringen. Dieser höhere als der optimale anpressende Druck erhöht die Scherbelastungen an der Grenzfläche, betont die Tendenz der Fasern, sich in der Ebene der Schweißstelle auszurichten, und reduziert die erreichte Zugfestigkeit.

Diese Empfindlichkeit der Schweißstellenfestigkeit gegenüber dem anpressenden Druck wird durch die Daten in der folgenden Tabelle 1 angezeigt, die mit ebenen Grenzflächengeometrien jedes Schweißstücks erhalten wurden. Die Schweißstellen in Tabelle 1 wurden durch längsgerichtetes Vibrationsschweißen in einem Mini-Welder II von Branson Ultrasonic Corp. bei einer Nennfrequenz von 240 Hz, einer Vibrationsamplitude von 1,8 mm und einer Einschmelze von 1,5 mm hergestellt. Das verwendete Material war ein Capron® Nylon 6 von Honeywell International Inc., Morristown, New Jersey. Tabelle 1 Einfluss des anpressenden Drucks (MPa) auf die Schweißstellen-Zugfestigkeit bei Raumtemperatur von Capron® 8233G HS BK-102, Nylon 6, 33 Gew.-% Glasfaser verstärkt Anpressender Druck, MPa Zugfestigkeit der Schweißstelle, MPa 0,66 73,70 0,86 85,20 1,28 80,30 2,17 77,60 3,50 65,00 5,60 58,20 6,40 46,80

Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, geht man von der Annahme aus, dass die Wirkung eines höheren als des optimalen anpressenden Drucks der Wirkung ähnlich ist, die erzielt wird, wenn eine zu dünne Schweißstellen-Grenzflächendicke vorliegt, und die zu einem unzureichenden Raum für die Faserdrehung führt und daher Fasern davon abhalten kann, die Grenzfläche zu überqueren und in das gegenüber liegende Schweißstück einzudringen.

Um dieser Tendenz entgegenzuwirken, wurde in dieser Erfindung die anfängliche Grenzflächengeometrie konfiguriert, um das seitliche Abfließen von geschmolzenem Material aus der Lücke zwischen den Schweißstücken heraus einzuschränken, wobei ein geschmolzenes Pool mit wesentlicher Tiefe von Beginn des Schmelzvorgangs bis zum Einsetzen der Verfestigung aufrechterhalten wurde (vergleiche 9 und 10).

Erfindungsgemäß setzen sich die zwei Kunststoffschweißstücke, die geschweißt werden sollen, aus allen kompatiblen thermoplastischen polymerenMaterialien zusammen. Geeignete thermoplastische Kumstoffe umfassen in sich nicht ausschließender Weise Polyamide, Polyester, Polycarbonate, Polysulfone, Polyimide, Polyurethane, Polyether, Polyolefine, Vinylpolymere und Gemische davon. Polyamide, wie beispielsweise Nylon 6 und Nylon 66, zum Beispiel Capron® 8233G HS Nylon 6 und Capron® 5233G HS Nylon 66 von Honeywell International in Morristown, N.J., und Polyester, wie beispielsweise Petra® 130 Polyethylenterephthalat, erhältlich von Honeywell International, werden am meisten bevorzugt. Ungleichartige thermoplastische Materialien können verwendet werden, vorausgesetzt, sie vermischen sich kompatibel. Mindestens eines und vorzugsweise beide der thermoplastischen Materialien sind faserverstärkt. Geeignete verstärkende Fasern umfassen in sich nicht ausschließender Weise Materialien, die nicht bei Temperaturen, die typischerweise beim Spritzgießen verwendet werden, wie beispielsweise Temperaturen bis zu etwa 400°C, aufweichen, d. h. ihre Festigkeit verlieren. Vorzugsweise umfasst die Faserverstärkung solche Materialien wie Glas, Kohlenstoff, Silizium, Metalle, Minerale, Polymerfasern und Gemische davon. Glasfaserverstärkung wird am meisten bevorzugt. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Faser steif und weist einen Durchmesser von etwa 8 bis etwa 12 Mikrometern auf, vorzugsweise von etwa 9 bis etwa 11 Mikrometern, und am bevorzugtesten von etwa 10 Mikrometern. Die bevorzugte Faserlänge beträgt etwa 120 bis etwa 300 Mikrometer, bevorzugter etwa 130 bis 250 Mikrometer und am bevorzugtesten etwa 140 bis etwa 200 Mikrometer. In der bevorzugten Ausführungsform enthalten die Fasern etwa 6 bis 63 Gewichtsprozent (Gew.-%) der thermoplastischen Zusammensetzung und bevorzugter etwa 10 bis etwa 40 Gew.-% und am bevorzugtesten etwa 14 bis 25 Gew.-%.

Unter Bezugnahme auf die 4a und 4b werden Schweißstücke dargestellt, die gemäß der Erfindung verbunden werden sollen. Das erste Schweißstück 10 weist eine ursprüngliche passende Oberfläche 14 und im Wesentlichen rechtwinklige Vorsprünge 18 an jeder seiner seitlichen Kanten auf. Das zweite Schweißstück 12 weist eine im Wesentlichen flache passende Oberfläche 16 auf. Das erste Schweißstück 10 und das zweite Schweißstück 12 werden zusammengefügt, indem ihre jeweiligen passenden Oberflächen in einer nebeneinander angeordneten Beziehung positioniert werden, wobei die Schweißstücke unter zusammendrückendem anpressenden Druck zusammengepresst werden, das erste Schweißstück (10) relativ zum zweiten Schweißstück (12) in einer Ebene, die parallel zu ihrer Grenzfläche verläuft, in ausreichender Weise bewegt wird, um die Grenzfläche durch Reibung zu erwärmen und die Grenzoberflächen des ersten und zweiten Schweißstücks zu schmelzen, um einen Einschmelzbereich 20 zu erzeugen und dem Einschmelzbereich ein Verfestigen zu gestatten.

Gemäß der Erfindung ist die Dicke der Vorsprünge 18 des ersten Schweißstücks 10 proportional in Beziehung zur Dicke des Schweißstücks. Die Dicke jedes Vorsprungs 18 (Abmessung t in 47; Abmessung t1 in 8) beträgt typischerweise zwischen etwa 5% und etwa 35% der Dicke des Schweißstücks 10 (Abmessung W1 in 48).

t/W1 ≅ 0,05 bis 0,35; t1/W1 ≅ 0,05 bis 0,35

Vorzugsweise beträgt die Dicke jedes Vorsprungs 18 zwischen etwa 10% bis etwa 20% der Dicke des ersten Schweißstücks 10.

t/W1 ≅ 0,10 bis 0,20; t1/W1 ≅ 0,10 bis 0,20

Die Höhe jedes Vorsprungs 18 (h in 48) relativ zum niedrigsten Punkt auf der ursprünglichen passenden Oberfläche 14 sollte proportional zur gewünschten Einschmelze (MD) sein. Die Höhe jedes Vorsprungs beträgt typischerweise mindestens etwa 25% der Einschmelze und vorzugsweise mindestens etwa 33% der Einschmelze.

h/MD ≥ 0,25; vorzugsweise: h/MD ≥ 0,33

Alternativ kann die Geometrie der ursprünglichen passenden Oberfläche 14 des ersten Schweißstücks 10 hinsichtlich des Volumens des größten geschmolzenen Pools definiert werden, das gehalten werden kann, relativ zum maximalen Volumen von Schmelze, das während des Schweißvorgangs erzeugt wird. Das Volumen des größten Schmelzepools, das zwischen den rechtwinkligen Kantenvorsprüngen 18 gehalten werden kann, ist gleich der Länge des Schweißstücks 10 multipliziert mit dem Querschnitt des Bereichs, der durch die horizontale Linie zwischen den oberen Kanten der rechtwinkligen Vorsprünge 18 und den Grenzen des Raums definiert wird, der durch die rechtwinkligen Vorsprünge 18 und die dazwischen liegenden Materialoberfläche definiert wird. Dies wird als Querschnitt A bezeichnet. Das maximale Volumen von Schmelze, das durch den Schweißvorgang erzeugt wird, ist die Länge des Schweißstücks multipliziert mit der Einschmelze (MD) multipliziert mit der Dicke des Schweißstücks (W1). Daher ist das Volumen des größten Schmelzepools, das zwischen den rechtwinkligen Vorsprüngen 18 gehalten werden kann, in Beziehung zum größten Volumen an Schmelze, das durch den Schweißvorgang erzeugt wird, A/(MD × W1). Erfindungsgemäß beträgt dieser Anteil mindestens etwa 0,15 (15%) und beträgt vorzugsweise mindestens etwa 0,20 (20%).

A/ (MD × W1) ≥ 0,15; vorzugsweise A/(MD × W1) ≥ 0,20

Es wird auch in Erwägung gezogen, dass das erste Schweißstück 10 zusätzlich zu den im Wesentlichen rechtwinkligen Vorsprüngen 18 an jeder seitlichen Kante eine Welligkeit oder Welle entlang seiner Länge aufweisen kann. Die Amplitude der Welligkeit (Spitze zu Tiefpunkt) beträgt etwa 20% bis etwa 800% der Einschmelze.

Das zweite Schweißstück 12 weist eine im Wesentlichen flache passende Oberfläche 16 auf. In dem Kontext dieser Erfindung ist eine im Wesentlichen flache passende Oberfläche eine, die eine Begrenzung des Schmelze-Abfließens zwischen den passenden Oberflächen der zwei Schweißstücke aufrecht erhält. Das zweite Schweißstück 12 kann eine Konvexität oder Konkavität aufweisen, so lange die Abweichung von der Planarität geringer als etwa 1 mm ist, vorzugsweise weniger als etwa 0,5 mm in dem Bereich, in dem es an die rechtwinkligen Vorsprünge 18 des ersten Schweißstücks 10 anstößt.

Die folgenden nicht einschränkenden Beispiele dienen zur Veranschaulichung der Erfindung. Es wird anerkannt, dass Variationen an Elementen und Proportionen von einem Fachmann vorgenommen werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

BEISPIELE UND VERGLEICHSBEISPIELE

Eine Reihe von linearen vibrationsgeschweißten Gegenständen wurden aus durch Spritzgießen hergestellten Platten aus unterschiedlichen faserverstärkten Kunststoffmaterialien und mit verschiedenen anfänglichen Grenzflächengeometrien gefertigt, wobei für alle die folgenden konstanten Bedingungen verwendet wurden:

  • – Art der Verbindung: Stumpfstoß mit gleichem Kunststoff
  • – Schweißgerät/Schweißmaschine: Branson Ultrasonics Corp., Modell Mini-Welder II
  • – Anfangsabmessungen der geformten Platten:
  • – Erstes Schweißstück: Breite (W1) × Länge (L) × Dicke (T): 15,24 cm × 6,35 cm × 0,396 cm
  • – Zweites Schweißstück: Breite (W2) × Länge (L) × Dicke (T): 15,24 cm × 6,35 cm × 0,624 cm

  • Abmessungen der geschweißten Platten: (W × L): 15,24 cm × 12,7 cm
  • Anfängliche Grenzflächenauslegung von Schweißstück 1:

    Siehe Tabelle 2
  • Anfängliche Grenzflächenauslegung von Schweißstück 2:

    Flach
Schweißbedingungen
  • Schwingungsfrequenz: 240 Hz (Nennwert)
  • Schwingungsamplitude: 1,77 mm
  • Schweißstellen-Anpressdruck: 3 MPa
  • Schwingungsrichtung: Breite der Platten (längs)
  • Schweißumgebung: Standard-Laboratmosphäre, 23°C,

    50 ± 5% rel. Feuchtigkeit
  • Einschmelze: 1,5 mm
Kunststoffmaterialien:
  • Capron® 8233G HS Nylon 6,33 Gew.-% Glasfaser
  • Capron® 8267G, Nylon 6,15 Gew.-% Glasfaser + 25% Gew.-% mineralische Füllstoffe
  • Capron® RX-1104, Nylon 6,33 Gew.-% Glasfaser
  • Zytel® 70G33 HS1L (DuPont), Nylon 6,33 Gew.-% Glasfaser

Die geschweißten Platten wurden in 1,27 cm breite Streifen (rechtwinklige Probestücke) geschnitten, und die Zugfestigkeit der Schweißverbindungen wurde nach dem Testverfahren ISO 527/ASTM D 638 für Kunststoffe mit einer Dehngeschwindigkeit von 5 mm/min 5 bei einer Raumtemperatur von 23°C ermittelt.

Die Zugfestigkeiten, die für die Vergleichsbeispiele und die Beispiele der Erfindung ermittelt wurden, wie in den Figuren gezeigt, sind in der nachstehenden Tabelle 2 dargestellt.

Eine Varianzanalyse der Zugfestigkeitsdaten zeigt einen äußerst bedeutsamen Unterschied zwischen den Zugfestigkeiten der Beispiele der Erfindung und den Vergleichsbeispielen. Dieser statistisch signifikante Unterschied ist von einem technologischen Gesichtspunkt aus ebenfalls äußerst vorteilhaft.

Die Daten zeigen die Vorteile des Konfigurierens der anfänglichen Grenzflächenauslegung zum Begrenzen des seitlichen Abfließens der Schmelze aus der Lücke zwischen den Schweißstücken (10, 12) durch die Verwendung von Dämmen (Vorsprüngen 18) mit einem im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt an jeder seitlichen Kante von einem der Schweißstücke 10, während das andere Schweißstück 12 eine im Wesentlichen flache passende Oberfläche 16 aufweist. Dies ist auf mehrere Arten ersichtlich.

Die Beispiele der Erfindung (Beispiel 1 und 2) wiesen eine höhere Festigkeit auf als Vergleichsbeispiel 1, wobei die ursprünglichen passenden Oberflächen auf beiden Schweißstücken flach waren. Die Beispiele der Erfindung wiesen eine höhere Festigkeit auf als Vergleichsbeispiel 2, das "Zahn"-ähnliche Vorsprünge an jeder Kante der ursprünglichen passenden Oberflächen aufwies. Der größte Unterschied von allen bestand zwischen den Beispielen der Erfindung und dem Vergleichsbeispiel 3. Im Vergleichsbeispiel 3 wies das erste Schweißstück eine konvexe "Erhebung" auf, die dazu neigte, das Abfließen der Schmelze aus der Lücke zwischen den Schweißstücken zu beschleunigen.

Beispiel 3

Geschweißte Platten werden, wie in den vorgenannten Beispielen 1 und 2, unter Einsatz der Schweißstückauslegung in 6 gebildet. Die Zugfestigkeiten der Schweißverbindungen haben sich im Vergleich zu denen des Vergleichsbeispiels 1 verbessert.

Beispiel 4

Geschweißte Platten werden, wie in den vorgenannten Beispielen 1 und 2, unter Einsatz der Schweißstückauslegung in 7 gebildet. Die Zugfestigkeiten der Schweißverbindungen haben sich im Vergleich zu denen des Vergleichsbeispiels 1 verbessert.

Nach der sehr detaillierten Beschreibung der Erfindung versteht es sich somit, dass solches Detail nicht strikt eingehalten werden muss, sondern dass sich weitere Änderungen und Modifizierungen für den Fachmann von selbst ergeben, wobei alle in den Umfang der Erfindung fallen, wie er von den Nebenansprüchen definiert ist.


Anspruch[de]
  1. Vibrationsgeschweißter Kunststoffgegenstand, umfassend ein erstes Kunststoffschweißstück (10) und ein zweites Kunststoffschweißstück (12), die miteinander vibrationsverschweißt sind, wobei jedes des ersten und des zweiten Kunststoffschweißstücks eine passende Oberfläche (14, 16) aufweist, wobei:

    a. mindestens eines des ersten und des zweiten Schweißstücks (10, 12) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht;

    b. die passende Oberfläche (14) des ersten Kunststoffschweißstücks (10) und die passende Oberfläche (16) des zweiten Kunststoffschweißstücks (12) in einem Einschmelzbereich (20) verbunden sind;

    c. die passende Oberfläche (14) des ersten Schweißstücks (10) vor dem Schweißen eine Begrenzung des seitlichen Abfließens der Schmelze zwischen den Schweißstücken aufwies und die passende Oberfläche (16) des zweiten Schweißstücks (12) im Wesentlichen flach war;

    d. die Begrenzung des seitlichen Abfließens der Schmelze zwischen den Schweißstücken ein im Wesentlichen rechtwinkliger Vorsprung (18) entlang jeder seitlichen Kante des ersten Schweißstücks (10) ist;

    e. die Dicke jedes der Vorsprünge (18) zwischen 5% und 35% der Dicke des ersten Schweißstücks (10) beträgt; und

    f. die Höhe jedes der Vorsprünge (18) in Bezug auf den niedrigsten Punkt der ursprünglichen passenden Oberfläche (14) mindestens 25% der Abmessung des Einschmelzbereichs (20) beträgt.
  2. Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die passende Oberfläche (14) des ersten Schweißstücks (10) eine Welligkeit oder Welle entlang ihrer Länge mit einer Amplitude (Spitze zu Tiefpunkt) aufweist, die geringer als 800% des Einschmelzbereichs (20) ist.
  3. Gegenstand nach Anspruch 1, wobei jedes des ersten (10) und des zweiten (12) Kunststoffschweißstücks aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die sich aus Polyamiden, Polyestern, Polycarbonaten, Polysulfonen, Polyimiden, Polyurethanen, Polyethern, Polyolefinen, Vinylpolymeren und Gemischen davon zusammensetzt.
  4. Gegenstand nach Anspruch 1, wobei vor dem Schweißen der Querschnitt des Raums, der durch eine Linie zwischen den oberen Kanten der rechtwinkligen Vorsprünge (18) und den dazwischen liegenden Materialoberflächen definiert wird, mindestens etwa 15% des Produkts aus der Dicke des ersten Schweißstücks (10) und der Abmessung des Einschmelzbereichs (20) beträgt.
  5. Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Faser aus einem Material besteht, das einen Schmelzpunkt besitzt, der mindestens 50°C höher ist als derjenige des thermoplastischen Kunststoffs, den sie verstärkt.
  6. Gegenstand nach Anspruch 1, wobei jedes des ersten und des zweiten Schweißstücks (10, 12) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht.
  7. Verfahren zum Schweißen eines ersten Kunststoffschweißstücks (10) und eines zweiten Kunststoffschweißstücks (12), wobei sich die Schweißstücke in einer gestapelten, nebeneinander liegenden Beziehung befinden und unter zusammendrückendem, anpressendem Druck zusammengedrückt werden, wobei jedes der Schweißstücke eine passende Oberfläche (14, 16) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

    a. Bewegen des ersten Schweißstücks (10) relativ zum zweiten Schweißstück (12) in einer Ebene, die ausreichend parallel zu ihrer Grenzfläche verläuft, um die Grenzfläche durch Reibung zu erwärmen und die Grenzoberflächen des ersten und des zweiten Schweißstücks zu schmelzen, um einen Einschmelzbereich (20) zu schaffen;

    b. Bereitstellen eines eingrenzenden Mittels, um das seitliche Abfließen des geschmolzenen Materials aus der Lücke zwischen den Grenzoberflächen einzuschränken, wobei das eingrenzende Mittel ein im Wesentlichen rechtwinkliger Vorsprung (18) entlang jeder seitlichen Kante des ersten Schweißstücks ist, wobei jeder der Vorsprünge eine Dicke zwischen 5% und 35% der Dicke des ersten Schweißstücks und eine Höhe in Bezug auf den niedrigsten Punkt der ursprünglichen passenden Oberfläche (14) von mindestens 25% der Abmessung des Einschmelzbereichs (20) aufweist, und die passende Oberfläche (16) des zweiten Schweißstücks (12) im Wesentlichen flach ist;

    c. Zurückbehalten eines geschmolzenen Pools mit wesentlicher Tiefe zwischen den Schweißstücken (10, 12) vom Beginn des Schmelzvorgangs bis zum Einsetzen der Verfestigung; und

    d. wobei mindestens eines des ersten und des zweiten Schweißstücks (10, 12) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei vor dem Schweißen der Querschnitt des Raums, der durch eine Linie zwischen den oberen Kanten der rechtwinkligen Vorsprünge (18) und den dazwischen liegenden Materialoberflächen definiert wird, mindestens etwa 15% des Produkts aus der Dicke des ersten Schweißstücks (10) und der Abmessung der Einschmelzbereichs (20) beträgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die relative Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Schweißstück (10, 12) eine lineare Vibrationsbewegung ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die relative Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Schweißstück (10, 12) eine Orbitalbewegung ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die relative Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Schweißstück (10, 12) eine drehende Bewegung ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 7, wobei jedes der Kunststoffschweißstücke (10, 12) aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die sich aus Polyamiden, Polyestern, Polycarbonaten, Polysulfonen, Polyimiden, Polyurethanen, Polyethern, Polyolefinen, Vinylpolymeren und Gemischen davon zusammensetzt.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei jedes der Kunststoffschweißstücke (10, 12) aus Polyamid besteht.
  14. Verfahren nach Anspruch 7, wobei jedes des ersten und des zweiten Kunststoffschweißstücks (10, 12) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht.
Es folgen 10 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com