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DE3211925A1 - Method of joining two thermoplastic housing parts with the inclusion of a movable part - Google Patents

Method of joining two thermoplastic housing parts with the inclusion of a movable part

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DE3211925A1
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Abstract

Two housing parts of thermoplastic material, which together form a bearing, are, according to the invention, joined to each other with the inclusion of a part held movably with play in the bearing, which part is of a material which can be welded with the housing parts, in such a way that a vibratory friction welding method can be used and the movably held part is allowed a yielding movement corresponding to the vibration movement, at least in relation to one of the two housing parts. This can take place by an amount of play of the order of the vibration amplitude or by the bearing being designed for executing tilting movements about an axis parallel to the joining plane and perpendicular to the direction of vibration. A welding of the movable part with the housing parts can be avoided in this way, even if the bearing is in or at the joining plane or lies in the direct proximity of welding points. Even a welding of journal parts within the bearing which are formed on the housing side is possible if the welded joint is kept within a tapered journal section.

Description

Beschreibung description

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.The invention relates to a method for connecting two Housing parts made of thermoplastic material, which together form a bearing including a part movably held by the bearing with the housing parts weldable material. The invention also relates to one according to this Method manufactured device.

Es ist bekannt, Gehäuseteile nach unmittelbarer Wärmeeinwirkung auf die Fügeflächen miteinander zu#verschweißen.It is known that housing parts after direct exposure to heat # weld the joining surfaces together.

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.This procedure excludes the presence of permanently, movably mounted Share in or near the joining plane because the heat from these and the Storage parts cannot be sufficiently kept away. The danger would arise damage or deformation or welding of these parts to a the housing parts. When moving parts are in their storage by connecting two Housing parts are to be included, has therefore generally been used so far for gluing or mechanical fasteners such as screws. It is also known housing parts that do not contain any movable parts to be mounted, by means of of the vibration friction welding process.

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.This is a process in which the joints are pressed against one another in the joining plane Parts in the direction of this plane relative to each other in the audio frequency range in a or several directions vibrating relative to each other until the the material bordering the joining plane due to the vice versa set frictional energy has reached the required welding temperature. The frequencies used are for example at 100 or 240 Hz with amplitudes in the order of magnitude 1-3 mm. The procedure is not used if there are permanently moving parts are to be included because these vibrate in vehement relative movement during sweat get to the housing parts and therefore it is to be feared that a high energy consumption takes place on the bearing surfaces, which can lead to heating and welding.

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.The invention is based on the object of a method of the input to create named type: that allows between the housing parts to be connected to include movably mounted parts, including in or near the joining surface and in the immediate vicinity of the connection points, without this risking the Welding on the bearing surfaces are exposed.

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.The solution according to the invention is that what is known per se Vibration friction welding applied and the movably held part at least in relation to one of the two housing parts one corresponding to the vibration movement Evasive movement is permitted.

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.An evasive movement means a # e movement through which the movably mounted part out of its normal position without jamming or Pressing its bearing surfaces evades to the relative movement of the housing parts to give in.

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.It has been confirmed that the storage areas also heat up. However, with a suitable bearing design, this temperature rise can be below that Limit are kept at which a welding of the interacting bearing surfaces or only a substantial impairment of the function of the same is to be feared. The inventive method not only allows the housing in the immediate Close to the warehouse, but even within the warehouse itself. For example, a bearing journal formed jointly by both housing parts can be placed in the bearing area are welded, provided that the weld joint according to the invention. within a tapered Section of the journal lies.

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.The simplest embodiment of the inventive idea is the camp at least between one of the two housing parts and the movable part with a Play in the order of magnitude of the vibration amplitude, so that the parts can move freely against each other during welding vibration.

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.A game in the order of magnitude of the vibration amplitude is then Recommended if the mass of the moving part is relatively large and therefore the impact forces occurring during vibration in the bearing area are considerable are.

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.However, the moving part is relatively small and therefore the forces occurring in the bearing area during vibration are not great, so it is sufficient it often, the moving part one of the relative displacement of the two housing parts to allow appropriate tilting movement. Depending on the design of the warehouse, this is sufficient sometimes a relatively small game. If one also wants to avoid this, so one chooses such a configuration of storage areas, which on the one hand in the End position fixed housing parts the intended bearing movement essentially Allow play-free and on the other hand a tilting movement to a Joining plane enable parallel axis perpendicular to the direction of vibration. Achieved this goal for example, in that one interacts with a bearing bore Spigot area forms spherical.

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.The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment explained, which is shown schematically in the drawing in a figure. These shows a schematic section through a housing transversely to its joining plane and through three storage locations.

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.The housing consists of two parts 1 and 2, which are in the joining plane 3 are connected to each other. At 4 they form a bearing for a body of revolution 5, at 6 a 'bearing for a lever body 7, and at 8 a bearing for a movable one Body 9. The function and shape of parts 5, 7 and 9 are as far as they are not below are explained in more detail, irrelevant to the invention. Both the housing parts 1, 2 as well as the movable parts 5, 7, 9 mounted therein consist of each other thermoplastic materials that can be welded to one another. The direction of the welding vibration, by means of which the housing parts 1, 2 are connected to one another, is indicated by arrow 10 indicated.

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.To form the bearing 4, the housing parts have inner projections 11, which form bearing journal halves 13 at 12 bearing end faces and projecting therefrom, which are welded to one another in a tapered region 14 at 15 in the joining plane are. The rotary body 5 sits with its bearing bore on the bearing journal 13 16 and its end faces 17. In the welding vibration direction 10 is between the pin 13 and the bore 16 a bearing clearance (understood as Diameter difference) provided, which is at least about as large as the vibration amplitude. Since in this context it is mainly due to the game in the direction of the vibration arrives, the game between the end faces 12 and 13 is of less interest; however, it should also be considerable so that friction does not occur at this point, which can lead to welding.

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.It can be seen that a weld at 15 is even within the bearing is possible. The pin taper 14 is provided to gain space for one any resulting burr and sufficient around the highly heated parts of the weld to be kept away from the rotating body 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.The bearing at 6 is formed by bearing bores 19 and on the housing side on the side of the lever body of pins 20 which interact with the bearing bores 19. As in the case of the bearing 4, a game is also provided here, but not the Need to reach size of the welding vibration amplitude. Since the camps cross are relatively far from each other to the joining plane, the lever body the relative displacements of the housing parts, namely by a comparatively minor Give in to tilting. The play in the bearings and the facing faces the lever body and the bearings therefore only needs to be so large that this Tilting movement is made possible, The type of bearing for the movable part 9 is similar as in the case of the bearing 6, each from a bearing bore 21 and a pin 22. The The difference compared to the bearing 6 is that the cooperating with the bore part of the pin 22 is spherical and not essential Has play with respect to the bearing bore. The spherical shape of the pin allows him a tilting movement so that the part 9 of the relative displacement of the housing parts during able to give way to the sweat vibration and thereby replaces the role of play in the case of camp 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.The term housing in the context of the invention means a component that includes a bearing on at least two sides. He doesn't ask for a full one Inclusion of the same on all sides. Its application is also not excluded by that in addition to the so-called component there is another component, this component enclosing housing is available.

Claims (5)

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. Patent claims Ö method for connecting two common bearings forming housing parts made of thermoplastic material including a part which is movably held by the bearing and can be welded to the housing parts Material, characterized in that a vibration friction welding process is used and the movably held part at least in. Relationship with either of the two Housing parts allowed an evasive movement corresponding to the vibration movement will. 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.2. Device consisting of at least two jointly forming a bearing Housing parts made of thermoplastic plastic and one of the bearing movable held part made of a material that can be welded to the housing parts, thereby characterized in that the housing parts (1,2) by a vibration friction welding process are connected and the bearing (4,6,8) is designed so that the movable part (5,7,9) the relative movement of the housing parts during the welding vibration without jamming can give way. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerspiel in der Vibrationsrichtung in der Größenordnung der Vibrationsamplitude liegt.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the bearing play in the vibration direction is of the order of magnitude of the vibration amplitude. 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.4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the bearing (4,6,8) for the execution of tilting movements around a to the joining plane (3) parallel, -to Vibration direction (10) is formed perpendicular axis. 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.5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that that one of the two housing parts (1,2) formed bearing pin (13) has a weld joint (15) in the bearing area within a tapered section (14) of the bearing journal having.
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