METHOD AND APPARATUS FOR FIXING STRUCTURAL MEMBERS IN HOLLOW BODIES OF THERMOPLASTIC RESINS

Abstract: 1. A process for fastening inserts inside hollow articles made of thermoplastics, the inserts (4, 14, 24, 34) being introduced into the hollow article (1) before or after its final shaping, and attached to the walls of the hollow article by ultrasonic energy, wherein the inserts (4, 14, 24, 34) are held in the welding position by the head (7) of an anvil (8), and the welds are made by two or more ultrasonic horns (9, 10, 20, 21) which bear, from the outside, via different walls (2, 3, 18, 19) of the hollow article (1), against the anvil inside the hollow article.

Description: Verfahren und Vorrichtung zum Befestigen von Einbauteilen in Hohikörpern aus thermoplastischen Kunststoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befestigen von Einbauteilen in Hohlkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Bei relativ grossen Flüssigkeitsbehältern, beispielsweise Kraftstofftanks, ist es erforderlich, im Innenraum Einbauteile anzuordnen, mit denen die Behälter versteift und die bei Ihrem Transport entstehenden hydrodynamischen Kräfte der schwallenden Flüssigkeit zumindest teilweise kompensiert werden. Es ist bekannt, Einbauteile, wie Schwall- oder Schlingerwände bzw. Schotts, in einen nach dem Hohlkörperblasverfahren hergestellten Behälter dadurch einzubringen, dass ein warmplastischer, aus einer Ringdüse austretender schlauchförmiger Vorformling über das auf einer Haltevorrichtung sitzende vorgefertigte Einbauteil gefahren und anschliessend von einer Blasform umschlossen und durch ein Druckmedium aufgeweitet wird. Der Vorformling legt sich dabei an die Innenwände der ihn umschliessenden Blasform an, wo er abkühlt und erstarrt. Bei diesem Vorgang verbindet sich das ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff bestehende Einbauteil mit den es berührenden, noch warmen Partien der Behälterwände. Nachteilig an diesem Verfahren ist Jedoch, dass der VJrformling auf die Grösse des darin aufzunehmenden Einbauteils abgestimmt sein muss und keine Freizügigkeit in der Wahl seiner für die Formung des Behälters optimalen Abmessungen erlaubt. Weiterhin wurde auch schon vorgeschlagen, in Kunststoff-Kraftstoff-Behälter Einbauteile einzubringen und diese mittels Ultraschallenergie an der Behälterinnenwand zu befestigen. Dabei wird durch eine Uffnung des Behälters die Sonotrode einer Ultraschall-Schweisseinrichtung zum einen gegen das Einbauteil und die der tiffnung gegenüberliegende Behälterwand und zum anderen zusammen mit dem Behälter gegen einen auf der Behälter-Aussen- seite liegenden Amboss gedrückt und so eine Schweissverbindung herbeigeführt. Nach diesem Verfahren kann das Einbauteil zwar mit der der Uffnung gegenüberliegenden Behälterwand, nicht aber mit anderen, d.h. seitlichen Behälterwänden verbunden werden. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Befestigen von Einbauteilen in Hohlkörpern noch zu verbessern und insbesondere eine gröBere Einflussmöglichkeit auf die Konstruktion der Hohlkörper und der Einbauteile zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird grundsätzlich dadurch gelöst, dass die Einbauteile vom Kopf eines Schweissambosses in der Schweissposition gehalten und die Schweissverbindungen durch zwei oder mehrere von aussen über verschiedene Wände des Hohlkörpers gegen den innenliegenden Amboss wirkende Schweiss- sonotroden hergestellt werden. Hierdurch kann ein Einbauteil mit mehreren Wänden eines Hohlkörpers verschweisst werden. Eine weitere Verbesserung in diesem Sinne lässt sich dadurch erreichen, dass die Einbauteile auf den Kopf des Schweissambosses aufgesetzt und zusammen mit dem Amboss in den Hohlkörper eingebracht und in Schweissposition verschoben werden. Bei dem neuen Verfahren werden die Einbauteile vor oder nach der endgültigen Formgebung der Hohlkörper in diese eingebracht und unter leichtem Andrücken, wobei im allgemeinen ein Druck von 1 bis 12 bar ausreicht, der Einwirkung von Ultraschallenergi ausgesetzt. Dabei können Ultraschallgeräte mit den üblichen Sonotroden, die beispielsweise aus Titan oder Titanlegierungen hergestellt sein können, verwendet werden. Der Frequenzbereich liegt im allgemeinen zwischen 10 und 30, vorzugsweise zwischen 18 und 25 kHz; der Amplitudenbereich zwischen 20 bis 40, gegebenenfalls zwischen 5 und 60 um. Das Verschweissen der Einbauteile mit den Hohlkörperwänden erfolgt besonders rasch, wobei weder Vorwärmzeiten noch Abkühlzeiten erforderlich sind. Verfärbungen im Bereich der Schweissstellen treten praktisch nicht auf. Nach dem Verfahren sind Hohlkörper und Einbauteile aus praktisch allen thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffen miteinander verschweissbar, beispielsweise Hohlkörper und Einbauteile aus Olefinpolymerisaten, wie Polyethylen oder Polypropylen; Styrolpolymerisate, wie Polystyrol oder Copolymere des Styrols; Chlor enthaltende Polymerisate, wie Polyvinylchlorid; Polyamide, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, sowie Mischungen dieser Polymerisate. Diese Kunststoffe können die üblichen Zusatzstoffe, wie Füllstoffe, Pigmente, Antistatika, Stabilisatoren, Flammschutzmittel oder Gleitmittel sowie faserige Substanzen in Form von Matten, Vliesen, Filzen oder Geweben aus Glas-, Kohlenstoff- oder Kunststoff-Fasern enthalten. Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht aus Ultraschall-Generator, Konvertern, Schweisssonotroden und Schweissamboss und ist derart aufgebaut, dass insgesamt zwei oder mehrere, im Abstand zueinander angeordnete Schweisssonotroden vorgesehen sind, die mit einem Schweissamboss in Wirkver bindung stehen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 4 bis 7. Im folgenden wird die Erfindung unterHinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 einen Querschnitt durch einen Hohlkörper mit einem Einbauteil in Form einer Zwischenwand sowie Teile der Vorrichtung zur Be festigung der Zwischenwand, Figur 2 eine Draufsicht der Darstellung nach Figur 1 mit teilweise geschnittenem Oberboden des Hohlkörpers, Figur 3 und Figur 4 die Verfahrensschritte zum Befestigen einer Zwischenwand in zwei Ansichten, Figur 5 eine Seitenansicht eines hakenförmig ausgebildeten Schweiss ambosses; Figur 6 eine Ausführungsform im Querschnitt mit vergrössertem Wirkungs bereich des Schweissambosses, Figur 7 eine Draufsicht der Darstellung nach Figur 6 und Figur 8 einen der Figur 1 entsprechenden Querschnitt, jedoch durch eine andere Ausführungsform. In den Darstellungen gemäss Fig. 1 und Fig. 2 ist der Hohlkörper mit (1) bezeichnet. Zwischen der Oberwand (2) und dem Boden (3) des Hohlkörpers ist ein Einbauteil angeordnet. Das Einbauteil ist als Zwischenwand (4) ausgebildet und hat zwei Flansche (5) und (6), die sowohl mit der Oberwand (2) als auch mit dem Boden (3) durch Ultraschall-Schweissung verbunden werden. Die entsprechende Schweisseinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Ultraschall-Generator, Konvertern (in den Zeichnungen nicht dargestellt), Schweisssonotroden (9) und (10) und einem Schweiss amboss (8). Für die Herstellung der Schweissverbindungen wird der Amboss (8) in das Innere des Hohlkörpers (1) eingebracht, wobei der Kopf (7) des Ambosses zur Aufnahme des Einbauteils bzw. der Zwischenwand (4) und zum Unterstützen der beiden Flansche (5) und (6) dient. Der Kopf (7) wirkt somit als Widerlager für die gegen die Hohlkörperaussenwände gerichteten Schweisssonotroden (9) und (10). Die hakenförmige Gestalt des Schweiss- ambosses (8) erlaubt nach seinem Einführen durch die Uffnung (11) eine seitliche Verschiebung, um den Abstand X in Pfeilrichtung B, so dass die Zwischenwand (4) an einer nicht durch die tiffnung (11) durchbrochenen Stelle des Hohlkörpers durch den Kopf (7) des Ambosses (8) unterstützt und betestigt werden kann. Wärend die Zwischenwand (4) nach den Figuren 1 und 2 infolge ihrer Ab Messungen nicht durch die tiffnung (11) in den Hohikörper eingebracht werden kann, ist die Zwischenwand (14) gemäss Fig. 3 und 4 so gestaltet, dass sie, auf den Kopf (7) des Ambosses (8) aufgesteckt, mit dem Amboss (8) zusammen durch die Öffnung (11) hindurch in das Hohikörperinnere eingebracht und nach einer Seitenverschiebung um den Weg X in ihre endgültige Position (14') zur Durchführung der Befestigungsschweissung gebracht werden kann. Die Grösse des Verschiebeweges X und damit der Abstand Z der Zwischenwand (4) bzw. (14) vom Rand der Öffnung (11) hängt im wesentlichen von der Grösse der Uffnung (11) und von dem durch das Mass Y mitbestimmten Querschnitt am Amboss (8) ab. Der Abstand Z (Fig. 3) kann auf Z' vergrössert werden, wenn der Amboss (8) mit einer Einrichtung zum Verschieben des Kopfes (7) gegenüber dem Amboss- körper ausgestattet ist. Als Beispiel einer solchen Einrichtung zeigt Fig. 6 einen mit einem Druckmittel betätigten Kolben (12) mit einer Kolbenstange (13), an der der Kopf (7) befestigt ist. Der Kolben (12) ist in einem Zylinder (15) geführt. Die Verschiebung des Kolbens in seine beiden Endlagen bewirkt ein Druckmittel (Flüssigkeit, Gas), das wahlweise durch eine der beiden Zuführleitungen (16, 17) gegen die beiden Arbeitsflächen des Kolbens geleitet wird. Der Amboss (8) kann, je nach Gestalt der Zwischenwand (4) gegenüber dem Hohikörper (1) neben einer Seitenverschiebung auch eine Winkelbewegung ilnkel C4- ausführen (Fig. 7) und so das Befestigen einer Zwischenwand (14) an mehreren Stellen des Hohlkörpers (1) ermöglichen. Ebenso ist es Möglich, die Zwischenwand (7) nicht nur mit der Oberwand (2) und/oder dem Boden (3) des Hohlkörpers, sondern auch mit wenigstens einer seiner Seitenwände (18, 19) zu verbinden. Die Schweisssonotroden (10, 20, 21) zeigen die möglichen Verbindungsstellen. Der Querschnitt der Zwischenwand (4, 14, 24, 34) richtet sich nach den Aufgaben der Zwischenwand und nach der Lage der Befestigungsstelle. Während die Zwischenwände (4) und (14) einen U-förmigen Querschnitt mit den beiden Flanschen (5) und (6) bilden, ist der Querschnitt der Zwischenwand (24) teils U-, teils doppel-T-förmig. Die Zwischenwand (34) wiederum hat einen winkelförmigen Querschnitt, an den die beiden Flansche (35) und (36) angefügt sind. Auch ein derart ausgebildetes Einbauteil kann - auf dem Kopf (7) des Ambosses (8) sitzend - mit dem Amboss in das Hohikörperinnere eingeführt werden, wenn beispielsweise an den Flansch (35) eine Haltenase (33) angefügt wird. Weitere Ausführungsformen des Einbauteils bzw. der Zwischenwand richten sich nach den jeweiligen Anforderungen. Der Kopf (7) des Ambosses (8) kann nicht nur durch geradlinige Bewegungen in den Hohlkörper eingeführt werden. Wenn es die Gestalt von Hohlkörper und Einbauteil zulassen, ist auch ein bewegungstechnisch besonders einfaches Einschwenken des Kopfs (7) in das Hohlkörperinnere möglich (Fig. 5). Pfeilrichtung A deutet hierbei die Schwenkrichtung an.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum Befestigen von Einbauteilen in Hohlkörpern aus thermo plastischen Kunststoffen, bei dem die Einbauteile vor oder nach der endgültigen Formgebung der Hohlkörper in diese eingebracht und durch Ultraschallenergie mit den Hohlkörperwänden verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauteile vom Kopf eines Schweissambosses in der Schweissposition gehalten und die Schweissvez-bindungen durch zwei oder mehrere von aussen über verschiedene Wände des Hohlkörpers gegen den innenliegenden Amboss wirkende Schweisssonotroden hergestellt werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch c'ekennzeichnet, dass die Einbau teile auf den Kopf des Schweissambosses aufgesetzt und zusammen mit dem Amboss in den Hohlkörper eingebracht und in Schweissposition ver schoben werden. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus Ultraschall-Generator, Konvertern, Schweisssonotroden und Schweissamboss, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt zwei oder mehrere, im Abstand zueinander angeordnete Schweisssonotroden (9, 10, 20, 21) vorgesehen sind, die mit einem Schweissamboss (8) in Wirkver bindung stehen. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der SchweiB amboss (8) hakenförmig ausgebildet ist. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweissamboss (8) verschiebbar und/oder schwenkbar ist. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweissamboss (8) an seinem freien, hakenförmig abgebogenen Ende einen unabhängig verschiebbaren Kopf (7) trägt. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (7) hydraulisch oder pneumatisch verschiebbar ist. Zeichen.

Inventors: BUEHRLE, HANS, JUNG, NORBERT, LINDNER, EDMUND, LOHRBAECHER, VOLKER
Applicants: BASF AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: B29C65
IPC codes: B29C65