DE3211925A1 - Verfahren zum verbinden zweier thermoplastischer gehaeuseteile unter einschluss eines beweglichen teils - Google Patents

Description

• Beschreibung
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden zweier gemeinsam ein Lager bildender, aus thermoplastischem-Kunststoff bestehender Gehäuseteile unter Einschluß eines von dem Lager beweglich gehaltenen Teils aus mit den Gehäuseteilen verschweißbarem Werkstoff. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine nach diesem Verfahren hergestellte Vorrichtung.
• Es ist bekannt, Gehäuseteile nach unmittelbarer Wärmeeinwirkung auf die Fügeflächen miteinander zu#verschweißen.
• Dieses Verfahren schließt das Vorhandensein bleibend.beweglich gelagerter Teile in oder nahe der Fügeebene aus, weil die Wärmeeinwirkung von diesen und den Lagerteilen nicht hinreichend ferngehalten werden kann. Es entstünde die Gefahr einer Beschädigung oder Verformung oder eines Verschweißens dieser Teile mit einem der Gehäuseteile. Wenn bewegliche Teile in ihrer Lagerung durch die Verbindung zweier Gehäuseteile eingeschlossen werden sollen, greift man daher bislang im allgemeinen zu Verklebung oder zu mechanischen Verbindungsmitteln wie Schrauben. Es ist auch bekannt, Gehäuseteile, die keine beweglich zu lagernden Teile enthalten, mittels des Vibrationsreibschweißverfahrens miteinander zu verbinden.
• Dies ist ein Verfahren, bei dem die in der Fügeebene aufeinander gepreßte Teile in Richtung dieser Ebene relativ zueinander im Hörfrequenzbereich in einer oder mehreren Richtungen vibrierend relativ zueinander bewegt werden, bis der an die Fügeebene grenzende Werkstoff aufgrund der umge setzten Reibungsenergie die erforderliche Schweißtemperatur erreicht hat. Die dabei angewendeten Frequenzen liegen beispielsweise bei 100 oder 240 Hz mit Amplituden in der Größenordnung von 1-3 mm. Das Verfahren wird nicht angewendet, wenn bleibend beweglich gelagerte Teile einzuschließen sind, weil diese bei der Schweiß schwingung in vehemente Relativbewegung zu den Gehäuseteilen geraten und daher zu befürchten ist, daß ein hoher Energieumsatz an den Lagerflächen stattfindet, der zur Erwärmung und Verschweißung führen kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der ei#ngangs genannten Art zu schaffen,: das es gestattet, zwischen die zu verbindenden Gehäuseteile beweglich gelagerte Teile einzuschließen, und zwar auch in oder nahe der Fügefläche und in unmittelbarer Nähe der Verbindungsstellen, ohne daß diese der Gefahr der Verschweißung an den Lagerflächen ausgesetzt werden.
• Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das an sich bekannte Vibrationsreibschweißverfahren angewendet und dem beweglich gehaltenen Teil mindestens im Verhältnis zu einem der beiden Gehäuseteile eine der Vibrationsbewegung entsprechende Ausweichbewegung gestattet wird.
• Unter einer Ausweichbewegung ist ein#e Bewegung zu verstehen, durch welche der beweglich gelagerte Teil aus seiner Normallage ohne Verklemmung oder Pressung seiner Lagerflächen ausweicht, um der Relativbewegung der Gehäuseteile nachzugeben.
• Zwar hat sich bestätigt, daß die Lagerflächen sich auch erwärmen. Jedoch kann bei-geeigneter Lagerausführung diese Erwärmung unterhalb derjenigen Grenze gehalten werden, bei welcher eine Verschweißung der zusammenwirkenden Lagerflächen oder auch nur eine wesentliche Funktionsbeeinträchtigung derselben zu befürchten ist. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es nicht nur, die Gehäuse in unmittelbarer Nähe des Lagers, sondern sogar innerhalb des Lagers selbst miteinander zu verachweißen. So kann z.B. ein von beiden Gehäuseteilen gemeinsam gebildeter Lagerzapfen Im Lagerbereich verschweißt werden, sofern nach der Erfindung die Schweißfuge. innerhalb eines verjüngten Abschnitts des Lagerzapfens liegt.
• Bei der einfachsten Ausführung des Erfindungsgedankens ist das Lager zumindest zwischen einem der beiden Gehäuseteile und dem beweglichen Teil mit einem Spiel in der Größenordnung der Vib-rationsamplitude ausgeführt, so daß die -Teile sich frei gegeneinander während der Schweißvibration bewegen können.
• Ein Spiel in der Größenordnung der Vibrationsamplitude ' ist dann empfehlenswert, wenn die Masse des beweglichen Teils verhältnismäßig groß ist und daher die bei der Vibration im Lagerbereich auftretenden Stoßkräfte beträchtlich sind.
• Ist der bewegliche Teil jedoch verhältnismäßig klein und sind daher die im Lagerbereich bei der Vibration auftretenden Kräfte nicht groß, so genügt es häufig, dem beweglichen Teil eine der Relativverschiebung der beiden Gehäuseteile entsprechende Kippbewegung einzuräumen. Je nach Ausführung des Lagers genügt dafür mitunter schon ein verhältnismäßig geringes Spiel. Will man auch dieses noch vermeiden, so wählt man eine solche Konfiguration von Lagerflächen, die einerseits bei in der Endstellung feststehenden Gehäuseteilen die vorgesehene Lagerbewegung im wesentlichen spielfrei gestatten und andererseits eine Kippbewegung um eine zur Fügeebene parallele, zur Vibrationsrichtung lotrechte Achse ermöglichen. Dieses Ziel erreicht man beispielsweise dadurch, daß man den mit einer Lagerbohrung zusammenwirkenden Zapfenbereich kugelig ausbildet.
• Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel erläutert, das in der Zeichnung schematisch in einer Figur dargestellt ist. Diese zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Gehäuse quer zu dessen Fügeebene und durch drei Lagerstellen.
• Das Gehäuse besteht aus zwei Teilen 1 und 2, die in der Fügeebene 3 miteinander verbunden sind. Sie bilden bei 4 ein Lager für einen Rotationskörper 5, bei 6 ein' Lager für einen Hebelkörper 7, und bei 8 ein Lager für einen beweglichen Körper 9. Funktion und Form der Teile 5, 7 und 9 sind, soweit sie nachstehend nicht näher erläutert sind, für die Erfindung ohne Belang. Sowohl die Gehäuseteile 1, 2 als auch die darin gelagerten beweglichen Teile 5, 7, 9 bestehen aus jeweils gegenseitig miteinander verschweißbaren, thermoplastischen Werkstoffen. Die Richtung der Schweißvibration, durch die die Gehäuseteile 1, 2 miteinander verbunden werden, ist durch Pfeil 10 angedeutet.
• Zur Bildung des Lagers 4 weisen die Gehäuseteile innere Vorsprünge 11 auf, die bei 12 Lagerstirnflächen und davon vorragend Lagerzapfenhälften 13 bilden, die in einem verjüngten -Bereich 14 bei 15 in der Fügeebene miteinander verschweißt sind. Auf dem Lagerzapfen 13 sitzt der Rotationskörper 5 mit seiner Lagerbohrung 16 und seinen Stirnflächen 17. In der Schweißvibrationsrichtung 10 ist zwischen dem Zapfen 13 und der Bohrung 16 ein Lagerspiel (verstanden als Durchmesserdifferenz) vorgesehen, das mindestens etwa so groß ist wie die Vibrationsamplitude. Da es in diesem Zusammenhang vorwiegend auf das Spiel in Richtung der Vibration ankommt, ist das Spiel zwischen den Stirnflächen 12 und 13 von geringerem Interesse; jedoch soll es auch beträchtlic sein, damit nicht an dieser Stelle Reibungen auftreten, die zur Verschweißung führen können.
• Man erkennt, daß eine Verschweißung bei 15 selbst innerhalb des Lagers möglich ist. Die Zapfenverjüngung 14 wird vorgesehen, um Raum zu gewinnen für einen etwa entstehenden Grat und um die hocherhitzten Teile der Schweißung hinreichend entfernt zu halten von dem Rotationskörper 5.
• Das Lager bei 6 wird gehäuseseits gebildet von Lagerbohrungen 19 und auf Seiten des Hebelkörpers von Zapfen 20, die mit den Lagerbohrungen 19 zusammenwirken. Wie im Fall des Lagers 4 ist auch hier ein Spiel vorgesehen, das aber nicht die Größe der Schweißvibrationsamplitude zu erreichen braucht. Da die Lagerstellen quer zur Fügeebene verhältnismäßig weit voneinander entfernt sind, kann der Hebelkörper den Relativverschiebungen der Gehäuseteile, nämlich durch eine vergleichsweise geringfügige Kippung nachgeben. Das Spiel in den Lagern und den einander zugewendeten Stirnflächen des Hebelkörpers und der Lagerstellen braucht daher nur so groß zu sein, daß diese Kippbewegung ermöglicht wird, Die Lagerart für den beweglichen Teil 9 besteht, ähnlich wie im Fall des Lagers 6, aus je einer Lagerbohrung 21 und einem Zapfen 22. Der Unterschied gegenüber dem Lager 6 besteht darin, daß der mit der Bohrung zusammenwirkende Teil des Zapfens 22 kugelig ausgebildet ist und kein wesentliches Spiel gegenüber der Lagerbohrung aufweist. Die Kugelform des Zapfens gestattet ihm eine Kippbewegung, damit der Teil 9 der Relativverschiebung der Gehäuseteile während der Schweißvibration nachzugeben vermag und ersetzt dadurch die Rolle des Spiels im Falle des Lagers 6.
• Der Begriff Gehäuse bedeutet im Sinne der Erfindung ein Bauteil, das ein Lager an mindestens zwei Seiten einschließt. Er verlangt nicht einen völligen Einschluß desselben auf allen Seiten. Seine Anwendung wird auch nicht dadurch, ausgeschlossen, daß zusätzlich zu dem so bezeichneten Bauteil noch ein weiteres, diesen Bauteil umschließendes Gehause vorhanden ist.

Claims (5)

1. Påtentansprüche Ö Verfahren zum Verbinden zweier gemeinsam ein Lager bildender, aus thermoplastischem Kunststoff bestehender Gehäuseteile unter Einschluß- eine5 von dem Lager beweglich gehaltenen Teils aus mit den Gehäuseteilen verschweißbarem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vibrationsreibschweißverfahren angewendet und dem beweglich gehaltenen Teil mindestens im. Verhältnis zu einem der beiden Gehäuseteile eine der Vibrationsbewegung entsprechende Ausweichbewegung gestattet wird.
2. 2. Vorrichtung bestehend mindestens aus zwei gemeinsam ein Lager bildenden Gehäuseteilen aus thermoplastischem Kunststoff und einem von dem Lager beweglich gehaltenen Teil aus einem mit den Gehäuseteilen verschweißbaren Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (1,2) durch ein Vibrationsreibschweißverfahren verbunden sind und das Lager (4,6,8) so ausgebildet ist, daß der bewegliche Teil (5,7,9) der Relativbewegung der Gehäuseteile bei der Schweißvibration klemmfrei nachgeben kann.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerspiel in der Vibrationsrichtung in der Größenordnung der Vibrationsamplitude liegt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (4,6,8) zur Ausführung von Kippbewegungen um eine zur Fügeebene (3) parallele, -zur Vibrationsrichtung (10) lotrechte Achse ausgebildet ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein von beiden Gehäuseteilen (1,2) gebildeter Lagerzapfen (13) eine Schweißfuge (15) im Lagerbereich innerhalb eines verjüngten Abschnitts (14) des Lagerzapfens aufweist.