DE3148537A1

DE3148537A1 - "verfahren und vorrichtung zum verschliessen der enden von zusammengesetzten behaeltern durch reibschweissen und durch dieses verfahren hergestelltes produkt"

Info

Publication number: DE3148537A1
Application number: DE19813148537
Authority: DE
Inventors: Travis K. 63135 Ferguson Miss. Canup; Stephen E. 63033 Florissant Miss. Woerz
Original assignee: Boise Cascade Corp
Current assignee: Officemax Inc
Priority date: 1981-07-30
Filing date: 1981-12-08
Publication date: 1983-02-17
Also published as: SE451310B; DK151088C; JPS5820417A; GB2154936A; SE8107335L; GB2154935A; CH663757A5; DE3148537C2; FR2510469B1; GB8502310D0; JPS6219291B2; BE891364A; CH654246A5; DK522981A; GB2102729B; FR2510469A1; GB2154935B; GB2102729A; GB8502309D0; AU7709681A

Description

3U8537

HOEGER,- "έ-ΤΈ L-Il-RE C HT "&' PARTNER

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c · D 70O0 STUTTGART 1

A 44 887 u Anmelder:

Boise Cascade Corp. One Jefferson Square Boise, Idaho 83728 / USA

Beschreibung

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM VERSCHLOSSEN DER ENDEN VON ZUSAMMENGESETZTEN BEHÄLTERN DURCH REIBSCHWEIßEN UND DURCH DIESES VERFAHREN HERGESTELLTES PRODUKT

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden eines Endes eines senkrecht angeordneten, rohrförmigen, zusammengesetzten Bohiil tcrkorpers mit einem aus thermoplastischem, synthetischem Kunststoffmaterial bestehenden Verschlußteil mittels Reibschweißen, wobei der Körper eine faserartige Wandschicht, eine innere Futterschicht aus einem thermoplastischen synthetischen Kunststoffmaterial und eine äußere Etikettschicht aufweist, wobei das Verschlußstück gegenüber dem Körper eine ringförmige innere Rippe und einen äußeren glockenförmigen Bereich aufweist, welche konzentrisch im Abstand voneinander angeordnet sind und eine ringförmige Nut bilden zur Aufnahme des anstoßenden Endes des Körpers und wobei die Seitenwände der Nut zum Boden hin konvergieren.

Die Erfindung betrifft weiter ein durch dieses Verfahren hergestelltes Produkt.

Der Gedanke der Reibschweißverbindung zweier Kunststoffstoff teile/ beispielsweise eines Behälterkörpers und eines Verschluß- oder Kappenteils, ist bekannt durch die US-PS 32 97 504 (Brown), die US-PS 34 99.068 (Jones), die US-PS 37 12 497 und die US-PS 40 75 820 (Standley). Dort weisen die beiden zu verbindenden Teile aus Kunststoff im wesentlichen die gleiche Stärke auf, so daß, wenn die Teile in reibendem Eingriff relativ zueinander gedreht werden, die dabei erzeugte Hitze ausreicht, die beiden Teile zu erweichen und anschließend miteinander

zu verbinden.

Wegen der relativ geringen Stärke einer inneren Futterschicht eines Behälterkörpers treten beim Reibungs-

, _c schweißen eines Verschlußteils aus Kunststoff mit dem Ib

zusammengesetzten Behälterkörper Probleme auf. Diese Probleme sind besonders groß, wenn das Verschlußteil beispielsweise eine Stärke aufweist, die mindestens 20 mal größer ist als die Stärke der inneren Futterschicht aus

2Q thermoplastischem Material. Bei den bekannten Verfahren kommt es häufig vor, daß die dünne thermoplastische Futterschicht während des Schweißprozesses entweder zerreißt oder von den anderen Wandschichten abgelöst wird, wenn das wandstärkere Verschlußteil aus Kunststoff zum Zwecke des Reibschweißens relativ zu dem Behälterkörper gedreht und verschoben wird. Mit den bekannten Verfahren ist es schwierig, eine gleichmäßige und absolute Dichtigkeit zwischen dem Behälterkörper und dem Verschlußteil herzustellen, wenn die Verbindung von Verschlußteil und Behälterkörper mittels Reibschweißung erfolgt.

Bekannte Verschlußteile aus Kunststoff, die mit einem Behälterkörper verbunden sind, zeigen die Neigung, durch die Belastung während des Füllens der Behälter und während der Handhabung der Behälter nachzugeben, so daß sich die Verschlußteile von den Behälterwandungen, mit

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denen sie verbunden sind, abschälen können, wodurch die Dichtung zwischen Verschlußteil und Behälterkörper zerstört wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem Endverschlußteil aus Kunststoff versehenen, insbesondere aus mehreren Schichten aufgebauten Behälters mittels Reibschweißen zu schaffen, dessen Dichtigkeit IQ auch bei Belastung gewährleistet ist, besonders auch, wenn die zwei miteinander verschweißten Teile in ihrer Stärke stark differieren.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erreicht durch eine Vorrichtung, welche gekennzeichnet ist durch einen senkrecht angeordneten stationären zentralen Dorn zum Einführen in das Innere des Behälterkörpers, eine Einrichtung zur lösbaren Befestigung des Behälterkörpers mit dem zentralen Dorn, ein drehbares Futter in vertikaler Ausrichtung mit und in Axialrichtung verschieb- ' bar zu dem zentralen Dorn, wobei das drehbare Futter mit einer Drehgeschwindigkeit angetrieben wird, die ausreichend* ist zur Erzielung einer Reibschweißverbindung, eine Einrichtung zur lösbaren Befestigung eines Ver-Schlußteiles an dem drehbaren Futter und eine Einrichtung zur drehbaren Abstützung der Innenfläche der Rippe, wenn das drehbare Futter in Axialrichtung relativ zu dem zentralen Dorn verschoben wird, wobei das Ende des zusammengesetzten Körpers fortschreitend in die an dem Verschlußteil vorgesehene Nut gekeilt wird und die Rippe des Verschlußteils mittels Reibschweißung mit dem synthetischen Kunststoffinnenfutter des Körpers verbunden wird.

in Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die die Rippe abstützende Einrichtung einen drehbaren Dorn aufweist, welcher drehbar mit dem zentralen

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Dorn verbunden ist, daß der drehbare Dorn einen scheibenförmigen Teil aufweist, dessen Durchmesser etwa gleich dem inneren Durchmesser der Rippe ist und daß die Innenfläche der Rippe vertikal verläuft und die Außenfläche der Rippe nach innen und nach unten zu kegelförmig ist, wobei beim Einkeilen des Körperendes in die Nut die kegelförmige Rippe zwischen dem scheibenförmigen Bereich des Rippenabstützungsteils und der inneren Oberfläche des Körpers eingekeilt wird und zwischen der Rip- IQ pe und der inneren Futterschicht eine reibSchlussige Verbindung auftritt, um die sich berührenden thermoplastischen Materialien zu erweichen und anschließend miteinander zu verbinden.

Weitere Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verschließen der Enden eines zusammengesetzten Behälters durch Reibschweißen mit einem Verschlußteil ist gekennzeichnet durch die Schritte

a) das Ende des zusammengesetzten Körpers gegenüber dem Verschlußteil wird radial nach außen ausgebaucht;

b) das Verschlußteil oder der Körper werden relativ zueinander mit einer zur Erreichung einer Reibschweißverbindung ausreichenden Drehgeschwindigkeit zueinander gedreht_r wenn die beiden Teile im Abstand voneinander vertikal ausgerichtet sind und

c) die Teile werden in Axialrichtung zusammengeführt,

wobei das ausgebauchte Ende des Körpers in die ringförmige Nut eingekeilt wird, während gleich

zeitig die' Rippe des Verschlußteils gegen ein radial nach innen gerichtetes Ausweichen abgestützt wird.

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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, daß

a) der Körper lösbar an einem vertikal ausgerichteten

stationären zentralen Dorn befestigt ist; ■ '

b) daß das Verschlußteil an einem drehbaren Futter in

vertikaler Ausrichtung mit dem zentralen Dorn befestigt und vertikal relativ zu dem Dorn verschiebbar ist und

c) daß das Verschlußteil relativ zu dem Körper mit

einer Drehgeschwindigkeit gedreht wird, die ausreicht zur Erzeugung einer Reibschweißverbindung. Bevorzugt kann dabei das Verschlußteil oder der Körper

, _ mit einer Drehgeschwindigkeit von ungefähr 3000 Umdreiü

hungen pro Minute gedreht werden.

Ein mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfah-rens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Reibschweißen 2Q hergestellter zusammengesetzter Behälter ist gekennzeichnet durch

a) einen vertikal ausgerichteten zylindrischen Körper mit einer faserigen Körperwandschicht, einer inneren thermoplastischen, synthetischen Kunststoffutterschicht und einer äußeren Etikettschicht und

b) durch ein Verschlußteil aus Kunststoff, das mittels Reibschweißung mit einem Ende des Körpers verbunden ist. Das Verschlußteil ist bevorzugt ausgebildet mit einem kreisförmigen, mittleren, scheibenförmigen Teil, der sich über den oberen Ende des Inneren des Körpers erstreckt, mit einer inneren ringförmigen Dichtrippe, die sich von diesem mittleren scheibenförmigen Teil danebenliegend erstreckt und mit der Futterschicht durch Reib- - schweißung verbunden ist, wobei die Dichtrippe im

wesentlichen die gleiche Stärke über den ge-'

samten durch Reibschweißung verbundenen Bereich aufweist und mit einem äußeren ringförmigen, glockenförmigen Bereich, der sich von dem mittleren scheibenförmigen Bereich erstreckt und an

der äußeren Etikettschicht anliegt, wobei die Rippe und der glockenförmige Bereich eine ringförmige Nut bilden und der Körper in die ringförmige Nut eingekeilt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verschlußteil ausgebildet mit

einer ringförmigen Stapelrippe, die sich nach oben von dem ringförmigen, mittleren, scheibenförmigen Bereich erstreckt, wobei der Durchmes

ser der Stapelrippe kleiner ist als der Durchmesser der Dichtrippe, und mit einer Vielzahl von über den Umfang verteilten, im-Abstand voneinander radial angeordneten. Rippen, die sich

2Q nach innen von der Innenfläche der ..Stapelrippe

aus erstrecken.

In Ausgestaltung der Erfindung kann, vorgesehen sein, daß die Dicke der Dichtrippe des Verschlußteils etwa 20 bis 50 mal so groß ist wie die Dicke der inneren Futterschicht des Körpers.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich im folgenden aus der ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in denen zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch zwei aufeinander-

gestapelte zusammengesetzte Behälter;

Fig. 2 einen Schnitt durch zwei aufeinander-

gestapelte Verschlußteile;

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Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Verschluß

teil nach Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Darstel-

lung des AusbauchungsVorgangs;

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Vorrich

tung zur Durchführung der Reibschweißverbindung;

Fig. 6 und 7 einen Querschnitt bzw. eine Ansicht auf

die Unterseite des drehbaren Spannfutters von Fig. 5;

Fig. 8 und 9 einen Querschnitt bzw. eine Ansicht

auf den drehbaren Dorn von Fig. 5 und

Fig. 10, 11 und 12 Querschnitte aufeinanderfolgender Zustände während des Reibschweiß-

vorgangs.

Fig. 1 zeigt einen zusammengesetzten Behälter 10 mit einem vertikal angeordneten zylindrischen Körper 12 und einem Endverschlußteil 14 aus Kunststoff, das mit dem Behälterkörper 12 durch Reibschweißen verbunden ist. Der Körper 12 weist mindestens eine Körperwandschicht 16 aus faserigem Material, eine innere Futterschicht 18 aus thermoplastischem Kunststoff und eine äußere Etikettschicht 20 auf.

Das Endverschlußteil 14 umfaßt eine ringförmige nach unten abstehende innere Dichtungsrippe 14a und einen äußeren ringförmigen nach unten gerichteten glok-³^ kenförmigen Bereich 14b , welche konzentrisch im Abstand voneinander angeordnet sind und zwischen sich eine ringförmige Nut 26 bilden. Das obere Ende

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des Körpers 12 ist in der ringförmigen Nut 26 aufgenommen und die Rippe 14a und die thermoplastische innere Futterschicht 18 sind durch Reibschweißung in abdichtender Verbindung. Gemäß eines wichtigen Merkmais der vorliegenden Erfindung ist die Stärke der Rippe 14a 20 bis 50 mal größer als die Stärke der Futterschicht 18. Besonders aus wirtschaftlichen Gründen ist die Futterschicht 18 relativ dünn gehalten, aus Festigkeitsgründen wird aber eine Rippe gewünscht, die wesentlicher stärker ist. Deshalb müssen der rippenförmige und der glockenförmige Verbindungsbereich des Endverschlußteils eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um die.unversehrtheit der Verbindung

.wenn sich aufrechtzuerhalten, nicht nur/der Zentralbereich des Endes bezüglich der Rippe und des glockenförmigen Teils biegt, sondern ebenfalls während des Stapeins der Behälter. Deshalb umfaßt das Endverschlußteil· 14 weiter einen ringförmigen nach oben sich erstreckenden Bereich 14c, mit dessen Hilfe zusammengesetzte Körper in einer bestimmten Art und Weise aufeinander gestapelt werden können. Eine Vielzahl von über den Umfang verteilten, beabstandeten radialen Verstärkungsrippen 14d (Fig. 3) erstreckt sich nach innen von der Innenfläche der Stapelrippen :14c aus. Die kreisförmige Innenscheibe 14e des Endverschlußteils umfaßt ebenfalls eine ringförmige Rippe 14f. Die radialen und ringförmigen Rippen 14d bzw. 14f tragen zur Festigkeit des Endverschlußteils bei.

^Q Alle Kanten des Endverschlußteils sind abgerundet, so daß keine Spannungen auftreten können. Wenn das Endverschlußteil während des Füllvorgangs oder der nachfolgenden Handhabung des zusammengesetzten Körpers belastet wird, gibt der zentrale scheibenförmige Be-

reich 14e relativ zu der Rippe und dem glockenförmigen Bereich 14a bzw.'14b nach, wodurch die früher auftreten-

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de Neigung des Abschälens des Endverschlußteils von dem Behälterkörper im Dichtungsbereich ausgeschaltet wird.

Eine Vielzahl von Endverschlußteilen 14 kann in einer bestimmten Art und Weise, wie in Fig. 2 gezeigt, gestapelt werden. Das ist insbesondere vorteilhaft während des Versands der Endverschlußteile vom Herstel ler zu dem Verbraucher, da dadurch kostbarer Frachtraum eingespart werden kann.

Vor· der Verbindung mit dem Behälterkörper 12 ist der rippenförmige Bereich 14a des Endverschlußteils an seiner Außenfläche in Vertikalrichtung nach innen konisch bzw. kegelförmig, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist. Die konische Rippe bildet einen spitzen Winkel von etwa 2,5 bis 5° mit der Vertikalen. Dieses Merkmal der Konizität ist sehr wichtig für die vollständige Ausbildung der endgültigen, durch Reibschweißung hervorgerufenen Dichtung zwischen dem Endverschlußteil und dem Behälterkörper und zwar aus dem Grund, daß dadurch ausreichender Raum für den Überschuß an geschmolzenem Kunststoff vorhanden ist, der während des Reibschweißprozesses gebildet wird und nach unten abfließt, ohne daß dabei die dünne thermoplastische innere Futterschicht des Behälterkörpers verletzt wird.

Das Verfahren des Reib schweiß ens und die dazu aus'gebildete Vorrichtung sind beide wichtig für den Erfolg des endgültigen zusammengesetzten Behälters der vorliegenden Erfindung mit Hilfe der Reibschweißung.

Um einen engen, dichten Sitz zwischen dem Endverschluß-"° teil und dem Behälterkörper zu gewährleisten, ist es

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notwendig, das obere Ende des Behälterskörpers innerhalb enger Toleranzen zu halten und die obere Kante leicht abzurunden. Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung werden die Ausbildung des richtigen Maßes und die Abrundung während eines einfachen Ausbauchung sVorgangs erreicht, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Eine zylindrische Ausbauchungsform 40 wird in das obere Ende des Körpers 12 eingeführt, wobei die Form 40 einen nach oben gerichteten, äußeren konischen Umfangsbereich 40a umfaßt, der an seinem oberen Ende in einen äußeren, leicht konkav gekrümmten Flächenbereich 40b übergeht. Die Umfangsfläche 40a paßt eng in den Körper 12 und, wenn es in diesen eingeführt ist, weitet sie den Körper 12 und rundet den Körper 12 aus, wenn es das obere Ende 12a ausbaucht.

Jedes herkömmliche Werkzeug, welches den gleichen Ausbaucheffekt des Körpers ermöglicht, kann gegen die Ausbauchungsform 40 ausgetauscht werden. Der Ausbauchungsvorgang schließt jeden Unterschied im Durchmesser des oberen Endes des Körpers 12 infolge des Materials und der maschinellen und klimatischen Bedingungen aus. Durch das Ausbauchen wird der innere Durchmesser des Körpers um etwa 0,01" (0,254 mm) erweitert.

Der Behälterkörper 12 ist abnehmbar an einem stationären, vertikal ausgerichteten Zentraldorn 50 befestigt, welcher, wie in Fig. 5 gezeigt, in den Behälterkörper eingeführt ist. Klammern 52 halten den Behälterkörper 12 an dem Zentraldorn 50, wodurch eine Relativbewegung des Behälterkörpers 12 gegenüber dem Zentraldorn verhindert wird. Andere Befestigungsmittel wie beispielsweise eine Unterdrucksaugvorrichtung oder ein spreizbarer Dorn können die in Fig. 5 gezeigten

Klammern ersetzen.
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Der drehbare Dorn 54 ist drehbar mit dem zentralen Dorn 50 verbunden und umfaßt einen scheibenförmigen Abschnitt 54a und einen Schaftabschnitt 54b, der in dem oberen Ende des zentralen Dorns 50 drehbar gelagert ist. Der drehbare und der zentrale Dorn umfassen eine Vielzahl von vertikalen Luftkanälen 60 bzw. 62; die Kanäle 62 stehen mit der Atmosphäre in der Nähe der Basis des zentralen Dorns 50 in Verbindung. Diese Luftkanäle können anders ausgebildet sein als die gezeigten vertikalen, solange sie einen Luftdurchgang von der Oberseite des drehbaren Dorns durch den zentralen Dorn zur Atmosphäre bilden.

Ein Querschnitt des drehbaren Dorns 54 ist in Fig.8 gezeigt, eine Draufsicht auf den Dorn zeigt Fig. 9. Der Durchmesser des scheibenförmigen Bereichs 54a ist etwa gleich dem inneren Durchmesser der Dichtrippe 14a des Endverschlußteils. Der scheibenförmige Abschnitt ist wichtig für den Erfolg des Reibschweißungs-Vorgangs, wie im einzelnen nachstehend beschrieben ist.

Ein zusammenpreßbares Teil 64 ist auf der Oberseite des scheibenförmigen Bereichs 54a des drehbaren Dorns befestigt; das Teil 64 ist aus einem geeigneten elastisehen Material wie beispielsweise Schaumgummi o.dgl.

Wie aus den Fig. 5 bis 7 zu ersehen, ist ein vertikal verschiebbares, drehbares Spannfutter 70 axial mit einem Vertikalabstand oberhalb des zentralen bzw. dreh-SO

baren Dorns 50, 54 ausgerichtet, wobei das Spannfutter durch einen Drehantrieb 71 mit einer Rotationsgeschwindigkeit angetrieben wird, die für eine Reibschweißverbindung ausreichend ist (beispielsweise ungefähr 3000 Upm). Das drehbare Spannfutter umfaßt eine Einrichtung zur Befestigung eines Endverschlußteils 14 aus Kunststoff an seiner Unterseite. Im gezeigten

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Ausführungsbeispiel besteht die Befestigungseinrichtung aus einer Unterdruckquelle 73, die über Kanäle 76 und öffnungen 78 mit einer ringförmigen Nut 72 in Verbindung steht/ die an der Unterseite des drehbaren Spannfutters 70 ausgebildet ist und mit deren Hilfe das EndverSchlußteil lagerichtig gehalten wird.

Wirkung swe i s e

Während des Arbeitsvorgangs ist der Behälterkörper auf dem Zentraldorn 50 angebracht und wird durch.Klammern 52 gehalten, so daß der Körper 12 weder eine Vertikal- noch eine Rotationsbewegung relativ zu dem Zentraldorn 50 durchführen kann und das Endverschlußteil 14 ist an dem drehbaren Spannfutter 70 angebracht. 15

Das drehbare Spannfutter 70 mit dem daran befestigten Endverschlußteil 14 (Fig. 5} wird mit einer Rotationsgeschwindigkeit gedreht, die für die gewünschte Reibverschweißung ausreichend ist (d.h. etwa 3000 Upm). während das drehbare Spannfutter 70 umläuft/ wird es in Vertikalrichtung axial nach unten verschoben, damit die Unterseite des kreisförmigen zentralen Plattenbereichs 32 des Endverschlußteils mit dem zusammendrückbaren Material 64 zur Anlage kommt/ wodurch der drehbare Dorn 54 in der Bohrung 55 mit der Rotationsgeschwindigkeit des drehbaren Spannfutters 70 gedreht wird. In der Folge wird das.drehbare Spannfutter 70 weiter nach unten verschoben, das zusammmenpreßbare Material 64 wird zusammengepreßt und die Dichtrippe 14 des Endverschlußteils wird, wie in Fig. 10 gezeigt, durch den scheibenförmigen Abschnitt 54a des drehbaren Doms abgestützt, welcher sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die kleiner oder gleich ist der Geschwindigkeit des Endverschlußteils. 35

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Der scheibenförmige Bereich 54a stützt die Dichtrippe 14a gegen ein radial nach innen gerichtetes Ausweichen oder Abstoßen ab, wenn das sich drehende Endverschlußteil zur Anlage mit dem Behälterkörper abgesenkt wird. Der Drehantriebsmechanismus des drehbaren Spannfutters wird ausgekuppelt bzw. ausgeschaltet, damit das Spannfutter ohne Antrieb frei weiterdrehen kann. Wie aus Fig. 11 zu ersehen, wird das Endverschlußteil 14 schnell in das obere Ende des Körpers 12 eingeführt, so daß das ausgebauchte obere Ende des Körpers 12 zunehmend dicht in der ringförmigen Nut 26, die in dem Endverschlußteil ausgebildet ist, verkeilt, und die Dichtrippe 14 wird zwischen die thermoplastische Innenfutterschicht 18 des Behälterkörpers und dem scheibenförmigen Abschnitt 54ia des drehbaren Dorns verkeilt.

Die drehende reibende! Anlage zwischen dem thermoplastischen Innenfutter und! der Dichtrippe aus Kunststoff erzeugt eine Hitze, die ausreicht, um die sich berührenden thermoplastischen Materialien zu erweichen und nachfolgend miteinander zu verbinden. Das drehbare Spannfutter wird dann von dem Endverschlußteil entfernt.

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung fließt der Überschuß des geschmolzenen Kunststoffmaterials, der während des Reibschweißprozesses entsteht, dank der Abstützung der Dichtrippe 14a und deren nach unten verlauf enden, nach innen gerichteten kegelförmigen oder konischen Außenfläche nach unten, wie in Fig. 11 gezeigt, wobei eine gleichmäßige Stärke ausgebildet wird und verhindert wird, daß die thermoplastische innere Futterschicht 18 zerreißt (siehe Fig. 12). Eine feste, flüssigkeitsdichte reibschweißverbundene Dichtung wird

somit an einem zusammengesetzten Behälter ausgebildet. 35

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Obgleich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Endverschlußteil gedreht wird, während der Behälterkörper stationär festgehalten wird, liegt es natürlich im Bereich der Erfindung, das Endverschlußteil festzuhalten und den Behälterkörper zu drehen. Ebenso ist es möglich, obwohl in dem beschriebenen Verfahren das Endverschlußteil in Vertikalrichtung axial verschoben wird, während der Behälterkörper festgehalten wird, daß im Bereich der Erfindung der Behälterkörper verschoben wird und das Endverschlußteil stationär .gehalten wird.

Sofort nach Beendigung des Reibschweißprozesses werden die Klammern 52 des Zentraldorns von dem Behälterkörper 12 entfernt, wonach der Behälterkörper mit dem daran reibverschweißten Endverschlußteil von dem Zentraldorn abgenommen wird. Dafür sind die Luftkanäle 60 und 62 vorgesehen, welche verhindern, daß sich ein Unterdruck zwischen dem drehbaren Dorn und dem Zentraldorn und dem Ende des Behälterkörpers ausbildet.

Ein nicht gezeigtes Endverschlußteil aus Metall wird mit dem unteren Ende des Körpers 12 in einer herkömmlichen Weise verbunden, wenn der zusammengesetzte Behälter gefüllt ist. Natürlich liegt es innerhalb des Bereichs der Erfindung, den Behälter umzudrehen, so daß das Endverschlußteil aus Kunststoff unten an der vertikal ausgerichteten Körperwand durch Reibschweißen angebracht wird und das Endverschlußteil aus Metall demnach am oberen Ende des Behälters angebracht wird.

Die durch Reibschweißen ausgebildete Dichtung zwischen dem Endverschlußteil aus Kunststoff und dem Behälterkörper ist ausreichend fest, um den Kräften Widerstand zu leisten, die bei dem Verschließen des unteren En- <j_{es m}it c[_er herkömmlichen Weise "erzeugt werden. Versuche haben bestätigt; daß die Verbindung zwischen der inneren

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Putterschicht und dem reibverschweißten Kunststoffverschlußteil 3 bis 4 mal stärker ist als eine herkömmliche Verbindung zwischen einer zusammengesetzten Behälterwand und einem Endverschlußteil aus Metall mit einer Walznaht. In dieser Hinsicht ist zu bemerken, daß eine nach oben gerichtete Kraft .auf den Zentralbereich des Endteils 14 ein Ausbauchen des Endteils in den Bereich zwischen der Stapelrippe 14c und der Rippe 14a verursacht, wodurch die Unversehrtheit der Dichtung zwischen der Rippe 14a und der inneren Futterschicht 18 aufrechterhalten bleibt, wobei die Dichtung eher gegenüber Abscherkräften als Abschälkräften anfällig ist). Zu diesem Zweck ist die Verbindungslinie der Stapelrippe 14c mit der Oberseite des Endteils vorzugsweise ausgerundet.

Die innere Futterschicht 18, die gewöhnlich die Stärke von ungefähr 0,0005" bis ungefähr 0,0030" (0,0127 bis 0,0762 mm) aufweist, besteht aus einem herkömmlichen heißversiegelbaren thermoplastischen Kunststoffmaterial, wie Polyolefin,Styrol , Polycarbonat, Acrylpolymer o.dgl..

Wie aus Fig. 10 zu ersehen, ist der Verjüngungswinkel 3_er Außenseite der Rippe 14a zur Vertikalen geringfügig größer als der Winkel des ausgebauchten oberen Endes 12a des zusammengesetzten Behälterkörpers 12.

Wenn auch bevorzugte Formen und Ausführungen der Erfin-

dung gezeigt und beschrieben sind, ist es offenbar, daß Abwandlungen möglich sind, ohne daß damit der Bereich der Erfindung verlassen wird.

Leerseite

Claims

HOEGERvSTELk-R-ECHT ■&- PARTNER PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c · D 7000 STUTTGART 1 A 44 887 u Anmelder: Boise Cascade Corp. One Jefferson Square Boise, Idaho 83728 / USA Patentansprüche

1.j Vorrichtung zum Verbinden eines Endes eines senkrecht ^angeordneten, rohrförmigen, zusammengesetzten Behälterkörpers mit einem aus thermoplastischem, synthetischem Kunststoffmaterial bestehenden Verschlußteil mittels Reibschweißen, wobei der Körper eine faserartige Wandschicht, eine innere Futterschicht aus eimern thermoplastischen synthetischen Kunststoffmaterial und eine äußere Etikettschicht aufweist, wobei das Verschlußstück gegenüber dem Körper eine ringförmige innere Rippe und einen äußeren glockenförmigen Bereich aufweist, welche konzentrisch im Abstand voneinander angeordnet sind und eine ringförmige Nut bilden zur Aufnahme des anstoßenden Endes des Körpers und wobei die Seitenwände der Nut zum Boden hin konvergieren, gekennzeichnet durch

a) einen senkrecht angeordneten stationären zentralen Dorn (50) zum Einführen in das Innere des Behälterkörpers (12);

b) eine Einrichtung (52) zur lösbaren Befestigung des Behälterkörpers (12) mit dem zentralen Dorn (50);

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c) ein drehbares Futter (70) in vertikaler Ausrichtung mit und in Axialrichtung verschiebbar zu dem zentralen Dorn (50), wobei das drehbare Futter · (70) mit einer Drehgeschwindigkeit angetrieben wird, die ausreichend ist zur Erzielung einer Reibschweißverbindung;

d) eine Einrichtung (73,76,72) zur lösbaren Befestigung eines Verschlußteiles (14) an dem drehbaren Futter (70) und

e) eine Einrichtung (54) zur drehbaren Abstützung der Innenfläche der Rippe (14a), wenn das drehbare Futter (70) in Axialrichtung relativ zu dem zentralen Dorn (50) verschoben wird, wobei das

Ende des zusammengesetzten Körpers. (12) fortschreitend in die an dem Verschlußteil (14) vorgesehene Nut (26) gekeilt wird und die Rippe (14a) des Verschlußteils (14) mittels Reibschweißung mit dem synthetischen Kunststoffinnenfutter (18) des Körpers (12) verbunden wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rippe (14a) abstützende Einrichtung einen drehbaren Dorn (54) aufweist, welcher drehbar mit dem zentralen Dorn (50) verbunden ist, daß der drehbare Dorn (54) einen scheibenförmigen Teil (54a) aufweist, dessen Durchmesser etwa gleich dem inneren Durchmesser der Rippe (14a) ist und daß die Innenfläche der Rippe

(14a) vertikal verläuft und die Außenfläche der Rippe (14a) nach innen und nach unten zu kegelförmig ist, wobei beim Einkeilen des Körperendes in die Nut (26) die kegelförmige Rippe (14a) zwischen dem scheibenförmigen Bereich (54a) des Rippenabstützungsteils und der inneren

Oberfläche des Körpers (12) eingekeilt wird und zwischen der Rippe (14a) und der inneren Futterschicht (18) eine

reibschlüssige Verbindung auftritt, um die sich berührenden thermoplastischen Materialien zu erweichen und anschließend miteinander zu verbinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Dorn (54) einen integralen Schaft (54b) aufweist, der drehbar im oberen Ende des zentralen Dorns (50) gelagert ist.

Q 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusammendrückbares Teil (64) auf der Oberfläche des scheibenförmigen Teils (54a) des drehbaren Dorns (54) vorgesehen ist, das mit dem Verschlußteil (14) während der Axialverschiebung des drehbaren Futters (70) in Eingriff kommt, so daß der drehbare Dorn (54) mit der gleichen Drehgeschwindigkeit wie das Futter (70) angetrieben wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn-

zeichnet, daß das scheibenförmige Teil (54a) des drehbaren Dorns (54) vertikale Durchgangskanäle (60) zur Belüftung des Raums zwischen dem Verschlußteil (14) und dem scheibenförmigen Teil (54a) des drehbaren Dorns (54) aufweist, so daß der mit dem Verschlußteil

(14) durch Reibschweißen verbundene Behälter (12) von dem zentralen Dorn (50) abgenommen werden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (73) zur lösbaren Befestigung des Verschlußteiles (14) an dem drehbaren Futter (70) eine Unterdruckeinrichtung ist.

7. Verfahren zum Verbinden eines Endes eines vertikal ausgerichteten rohrförmigen, zusammengesetzten Behälterkörpers mit einem Verschlußteil aus thermoplastischem Kunststoffmaterial mittels Reibschweißen, wobei

der Körper aus einer faserigen Körperwandschicht, einer inneren Futterschicht aus einem thermoplastischen synthetischen Kunststoffmaterial und aus einer äußeren Etikettschicht besteht, wobei das Verschlußteil gegenüber _K dem Körper eine ringförmige innere Rippe und einen

äußeren glockenförmigen Bereich aufweist, welche konzentrisch im Abstand voneinander angeordnet sind zur Bildung einer ringförmigen Nut zur Aufnahme des gegenüberliegenden Endes des Körpers und wobei die Nut Seiten_in wände aufweist, die in Richtung des Bodens der Nut konvergieren, gekennzeichnet durch die Schritte

a) das Ende des zusammengesetzten Körpers gegenüber dem Verschlußteil wird radial nach außen ausge-

2g baucht;

b) das Verschlußteil oder der Körper werden relativ zueinander mit einer zur Erreichung -einer Reibschweißverbindung ausreichenden Drehgeschwindigkeit zueinander gedreht, wenn die beiden Teile im · Abstand voneinander vertikal ausgerichtet sind und

c) die Teile werden in Axialrichtung zusammengeführt, wobei das ausgebauchte Ende des Körpers in die ringförmige Nut eingekeilt wird, während gleichzeitig die Rippe des Verschlußteils gegen ein radial nach innen gerichtetes Ausweichen abgestützt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß " ·

a) der Körper lösbar an einem vertikal ausgerichteten stationären zentralen Dorn befestigt ist;

b) daß das Verschlußteil an einem drehbaren Futter in vertikaler Ausrichtung mit dem zentralen Dorn befestigt und vertikal relativ zu dem Dorn verschiebbar ist und

c) daß das Verschlußteil relativ zu dem Körper mit einer Drehgeschwindigkeit gedreht wird, die ausreicht zur Erzeugung einer Reibschweißverbindung.

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9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil oder der Körper mit einer Drehgeschwindigkeit von ungefähr 3000 Umdrehungen pro Minute gedreht wird.

10. Durch Reibschweißung hergestellter zusammengesetzter Behälter, gekennzeichnet durch

a) einen vertikal ausgerichteten zylindrischen Körper (12) mit einer faserigen Körperwandschicht (16), einer inneren thermoplastischen, synthetischen Kunststoffutterschicht (18) und einer äußeren Etikettschicht (20) und

b) ein Verschlußteil (14) aus Kunststoff, das mittels Reibschweißung mit einem Ende des Körpers (12) verbunden ist, wobei das Verschlußteil (14) folgende Merkmale aufweist:

(1) ein kreisförmiger, mittlerer, scheibenförmiger Teil (14e). erstreckt sich über dem oberen Ende des Inneren des Körpers (12),

(2) eine innere ringförmige Dichtrippe (14a) erstreckt sich von diesem mittleren scheibenförmigen Teil (14e) danebenliegend und ist mit der Futterschicht (18) durch Reibschweißung verbunden, wobei die Dichtrippe (14a) im wesentlichen die gleiche Stärke über den gesamten durch Reibschweißung verbundenen Bereich aufweist und

'l (3) ein äußerer ringförmiger, glockenförmiger Bereich (14b) erstreckt sich von dem mittleren scheibenförmigen Bereich (14e) und liegt an der äußeren Etikettschicht (20) an, wobei die Rippe (14a) und der glockenförmige Bereich (14b) eine ringförmige Nut (26) bilden und der Körper (12) in die ringförmige Nut (26) eingekeilt ist.

11. Durch Reibschweißung hergestellter zusammengesetzter Behälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil (14) weiterhin aufweist:

(4) eine ringförmige Stapelrippe (14c) erstreckt sich nach oben von dem ringförmigen, mittleren, scheibenförmigen Bereich (14e), wobei der Durch-

"L 5 messer der Stapelrippe (14c) kleiner ist als der Durchmesser der Dichtrippe (14a) und

(5) eine Vielzahl von über den Umfang verteilten, im Abstand voneinander radial angeordneten Rippen (14d) erstrecken sich nach innen von der Innenfläche der Stapelrippe (14c) aus.

12. Durch Reibschweißung hergestellter zusammengesetzter Körper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet/ daß die Dicke der Dichtrippe. (14a) des Verschlußteiles

(14) etwa 20 bis 50 mal so groß ist wie die Dicke der inneren Futterschicht (18) des Körpers (12).