CH654522A5 - Verfahren und vorrichtung zum zusammenschweissen von oberflaechen thermoplastischen materials. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum zusammenschweissen von oberflaechen thermoplastischen materials. Download PDF

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CH654522A5 CH5163/81A CH516381A CH654522A5 CH 654522 A5 CH654522 A5 CH 654522A5 CH 5163/81 A CH5163/81 A CH 5163/81A CH 516381 A CH516381 A CH 516381A CH 654522 A5 CH654522 A5 CH 654522A5
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Zusammenschweissen von Oberflächen thermoplastischen Materials, insbesondere von Blattmaterial.
Ein bekanntes Verfahren zum Zusammenschweissen von Blättern oder Folien aus Plastikmaterial umfasst ein Überlappen der Blätter und Belegen der Verbindungsstellen mit einem schmelzflüssigen thermoplastischen Extrudat. Beim Festwerden verbindet sich das Extrudat mit den Blättern und überbrückt wirksam die Nahtstelle in Form einer Versiegelung. Im allgemeinen wird das Plastikblatt unmittelbar vor dem Kontakt mit dem Extrudat vorgewärmt, was eine niedrigere Temperatur für das Extrudat zulässt und bessere Verschweissungen ergibt. Das Vorwärmen erfolgt gewöhnlich entweder mit heisser Luft oder mit der Strahlung aus einer Strahlungsquelle, wie z.B. der Strahlung einer ober mehrerer Halogenlampen.
Die Verwendung von heisser Luft oder einer Wärmestrahlungsquelle zur Bereitstellung der erforderlichen Wärme ist insofern nachteilig, als diese Wärmequellen nicht leicht zu regeln sind, d.h. der Grad der Vorerwärmung örtlich variieren kann mit einer daraus sich ergebenden Veränderung in der Festigkeit oder anderen Eigenschaften der Verschweissung. So könnte z. B. ein leichter Windstoss einen heissen Gebläseluftstrahl momentan teilweise ablenken und dazu führen, dass an der betreffenden Stelle eine Vorwärmung im wesentlichen gar nicht stattfindet.
Obgleich das obige Verfahren mit Plastikmaterialien wie Polyvinylchlorid (PVC) verhältnismässig gut arbeitet, so haben sich doch beachtliche Schwierigkeiten beim Schweissen von z.B. Polyäthylen gezeigt. So haben an verschweissten Polyäthylenblättern bei erhöhten Temperaturen vorgenommene sogenannte «Schältests» gezeigt, dass das Extrudat von dem Polyäthylensubstrat einfach abgezogen werden kann und ein richtiges Verschweissen oft nicht stattfindet. Bei Schältests wird die Verschweissung kontrollierten Schälkräften (im Gegensatz zu Scherkräften) unterworfen und diese bei Normal-Raumtemperatur vorgenommenen Tests erbringen oft nicht den Nachweis, dass keine richtige Verschmelzung stattgefunden hat.
Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Schweissen von thermoplastischem Material aufzuzeigen und eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens bereit zu stellen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Zusammenschweissen von Oberflächen thermoplastischen Materials ist dadurch gekennzeichnet, dass man
(a) auf aneinandergrenzende Bereiche der zu verbindenden Oberflächen eine zusammenhängende Schicht aus schmelzflüssigem Thermoplast-Schweissmaterial aufträgt, wobei das Auftragen von schmelzflüssigem Schweissmaterial
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wenigstens zum Teil durch einen Aufstreich Vorgang vorgenommen wird, bei welchem das Schweissmaterial Scherkräften unterworfen wird, die quer über die Oberflächen wirken, und
(b) das aufgetragene Schweissmaterial erstarren lässt.
Die aneinandergrenzenden Bereiche der Oberflächen können vor dem Auftragen von schmelzflüssigem Schweissmaterial vorgewärmt werden; das Vorwärmen kann mit Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung vorgenommen werden und die aneinandergrenzenden Bereiche können während des Vorwärmens und/oder des Auftragens von Schweissmaterial oberflächlich beschädigt oder aufgerissen werden.
Die zu verschweissenden Oberflächen können von einem Paar überlappender Blätter aus thermoplastischem Material gebildet sein, und die aneinandergrenzenden Bereiche der Oberflächen können die an einer Kante der einen der Oberflächen anstossenden Bereiche umfassen oder auch Bereiche umfassen, die zwischen den zwei zu verschweissenden Blättern liegen und an die Kante anstossen.
Das schmelzflüssige Schweissmaterial kann unmittelbar vor dem Auftragen ständig durchmischt werden.
Die Vorrichtung zur Ausführung des Schweissverfahrens ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Auftragen einer zusammenhängenden Schicht aus schmelzflüssigem Thermoplast-Schweissmaterial auf die aneinandergrenzenden Bereich der Oberflächen und durch eine Aufstreicheinrichtung, um das Schweissmaterial während des Auftragens einem Aufstreichprozess relativ zu den Oberflächen zu unterwerfen.
Die Vorrichtung kann Mittel zum oberflächlichen Beschädigen oder Aufreissen der Bereiche während des Auftragens von schmelzflüssigem Schweissmaterial aufweisen, und die Beschädigungsmittel können in die Aufstreicheinrichtung integriert sein.
Bei einer ersten Ausführung kann die Auftrageinrichtung ein Austragsrohr aufweisen, das in einer Düse für das Schweissmaterial endet, und die Aufstreicheinrichtung kann wenigstens ein Drehelement aufweisen, das in einer innerhalb der Düse liegenden Streichfläche endet.
Bei einer zweiten Ausführung kann ein rotierendes Austragsrohr für das Schweissmaterial vorgesehen sein und das Austragsrohr kann in einer zur Rohrachse quergerichteten ringförmigen Streichfläche enden, die innerhalb einer Düse liegt.
Bei beiden Ausführungen können die Streichflächen in-bezug auf die zu verschweissenden Oberflächen verstellbar sein und die Streichflächen können als Beschädigungsmittel Vorsprünge tragen.
Bei einer dritten Ausführung der Erfindung kann die Vorrichtung ein Austragsrohr und eine Düse aufweisen, die Mittel enthalten, welche das schmelzflüssige Schweissmaterial veranlassen, während des Auftragens auf die zu verschweissenden Oberflächen inbezug auf diese zu rotieren oder zu wirbeln.
Im folgenden werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert, auf welcher zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Schweissvorrich-tung nach der Erfindung in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Schweissvorrich-tung nach der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Austragsrohr einer Schweissvorrichtung nach der Erfindung in einer dritten Ausführungsform und
Fig. 4 in einem Längsschnitt die Scherflächen einer Schweissvorrichtung nach der Erfindung in einer vierten Ausführungsform.
Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine beim Zusammenschweissen von überlappenden Blättern 2 aus thermoplastischem Material, wie z. B. Polyäthylen, zu verwendende Vorrichtung 1 einen gesamthaft mit 3 bezeichneten Extruder auf. Dieser Extruder 3 umfasst einen Zylinderteil 4, der sich an seinem unteren Ende 5 nach unten über eine konische Schulter 6 in ein langgestrecktes Austragsrohr 7 verjüngt, das mit dem Zylinderteil konzentrisch ist.
Im Zylinderteil 4 befindet sich eine Extruderschnecke 8, die zum Durchdrücken von schmelzflüssigem Thermoplast-Schweissmaterial durch das Austragsrohr 7 geeignet ist. Das untere Ende 10 der Extruderschnecke 8 trägt ein mit ihr einstückiges Drehelement 11 mit kreisförmigem Querschnitt. Dieses Drehelement 11 ist konzentrisch mit der Extruderschnecke 8 und erstreckt sich in der Mitte des Austragsroh-res 7 nach unten, um einen ringförmigen Durchlass 12 für das schmelzflüssige Schweissmaterial zwischen sich und der Innenwand des Austragsrohres 7 zu bilden.
Am unteren Ende des Austragsrohres 7 befindet sich eine Düse, welche das schmelzflüssige Schweissmaterial in einer im wesentlichen quer zur Achse des Austragsrohres verlaufenden Richtung austreten lässt. Diese Düse wird gebildet, indem man das Austragsrohr 7 an der Austrittskante 13 etwas kürzer als an der Führungskante 14 macht.
Das Drehelement 11 endet in einer kreisförmigen Streichfläche 15 in einer Lage auf halbem Wege zwischen der Austrittskante und der Führungskante des Austragsrohres.
Auf dem grössten Teil seiner Länge ist das Austragsrohr
7 mit einem isolierenden Mantel 16 aus einem geeigneten hitzebeständigen Material, wie z.B. aus dem unter der Handelsbezeichnung «Teflon» erhältlichen Material(Polytetrafluor-äthylen) umgeben. An der Austrittskante 13 des Austragsrohres 7 erstreckt sich der Mantel 16 nach rückwärts, um ein Paar von Führungen 17 zu bilden, welches das aus der Düse extrudierte schmelzflüssige Schweissmaterial 28 überbrückt und die Vorrichtung auf den zu verschweissenden Blättern 2 abstützt.
Vorne vor der Führungskante 14 des Austragsrohres 7 befindet sich eine Vorwärmeinrichtung 18 zum Vorwärmen des Blattmaterials, bevor es verschweisst wird, wie das in der Technik bekannt ist.
Bei der Benützung werden zwei Blätter aus thermoplastischem Material, wie z. B. aus Polyäthylen, sich etwas überlappend aneinandergelegt und die Schweisseinrichtung 1 wird zentriert auf die überlappende Kante des zu obersten Blattes dieser Kante entlang bewegt. Beim Bewegen der Schweissvorrichtung entlang dieser Kante werden die unmittelbar an dieser Kante angrenzenden Bereiche der Blattoberflächen von der Vorwärmeinrichtung 18 bis kanpp über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials vorgewärmt. Unmittelbar nach dem Vorwärmen wird durch den Extruder eine Schicht aus schmelzflüssigem Thermoplast-Schweissma-terial auf diese Bereiche und über die erwähnte Kante aufgetragen.
Aus der Zeichnung lässt sich erkennen, dass die Schnecke
8 des Extruders 3 das schmelzflüssige Thermoplast-Schweissmaterial 12 nach unten in das Austragsrohr 7 drückt. Beim Abwärtsbewegen im Austragsrohr wird das Schweissmaterial von dem Drehelement 11 ständig durchmischt, so dass hier im wesentlichen kein Temperaturgra-dient zwischen dem inneren Bereich der Masse aus schmelzflüssigem Schweissmaterial und der unmittelbar an der Wandung des Austragsrohres anliegenden Sch weissmaterial -schicht vorhanden ist. Dies gewährleistet, dass keine verhältnismässig kühle Schicht aus schmelzflüssigem Schweissmaterial unmittelbar auf das Blattmaterial aufgetragen wird, wie es bei bekannten Maschinen der Fall ist. Beim Extrudieren
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des schmelzflüssigen Schweissmaterials aus dem Austragsrohr 7 wird ein grosser Teil des Schweissmaterials den durch die rotierende Streichfläche 15 verursachten Scherkräften unterworfen. Auf diese Weise wird Schweissmaterial auf die Oberflächen der Blätter aufgestrichen und parallel zu diesen in allen Richtungen verschmiert. Es ist festgestellt worden, dass dieser Streich- und Schmiervorgang eine besonders gute Bindung zwischen dem Schweissmaterial 28 und dem zu schweissenden Material erbringt.
Bei dem in Fig. 2 veranschaulichten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Schweissvorrichtung ein Austragsrohr 21, das um seine Längsachse rotiert und in einer ebenen, ringförmigen Streichfläche 23 mit darauf angeordneten Vorsprüngen 24 endet.
Das drehbare Austragsrohr 21 ist von einem isolierenden Mantel von der gleichen allgemeinen Art, wie sie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, umgeben. Dieser Mantel bildet hier aber sowohl die Führungskante der Vorrichtung sowie die hinter dieser liegende Führung 25.
Die Schweissvorrichtung in dieser Ausführung wird in derselben Weise benützt wie die in der ersten Ausführung, und bei ihrem Bewegen entlang der obenliegenden Kante der zu verschweissenden Materialblätter 26 wird schmelzflüssiges Thermoplast-Schweissmaterial in dem Austragsrohr 21 nach unten gedrückt, das sich seinerseits um seine Längsachse dreht. Beim Austritt des Schweissmaterials aus dem Austragsrohr 21 gelangt es unter die Streichfläche 23 und wird über die anliegenden vorerwärmten Bereiche der Blätter verschmiert, die durch die Vorsprünge 24 oberflächlich beschädigt oder aufgerissen werden.
Eine dritte Ausführung ist in Fig. 3 der Zeichnung gezeigt. Bei dieser Ausführungsvariante sind keine rotierenden Teile vorhanden, doch enthält das Austragsrohr 29 innen Mittel in der Form von Wendelführungen 27, die auf das schmelzflüssige Schweissmaterial einwirken und diesem beim Hindurchdrücken eine kreisende oder Wirbelbewegung aufprägen.
Durch diese kreisende Bewegung wird das Schweissmaterial wiederum über die Oberflächenbereiche der zu verschweissenden Blätter verschmiert, wenn es von der Düse am Ende des Austragsrohres abgegeben wird.
Ein viertes, dem ersten ähnliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Anstelle einer einzigen Streichfläche sind hier zwei nebeneinander angeordnete rotierende Streichflächen 30 und 31 vorgesehen, von denen die eine Streichfläche 31 etwas niedriger als die andere Streichfläche 30 angeordnet ist. Diese Ausführung besorgt auch ein Auftragen von Schweissmaterial von der Seite her, wodurch verhältnismässig dicke Plastikblätter 32 zusammenge-schweisst werden können.
Wie gezeigt, weisen die beiden Streichflächen 30 und 31 Vorsprünge 33 zum Beschädigen oder Aufreissen bzw. Ankratzen der thermoplastischen Blätter auf.
Obgleich die Verwendung der Schweissvorrichtung in der obigen Ausführung nur beim Verschweissen der oberen Oberflächen des Blattmaterials beschrieben worden ist, ist ohne weiteres zu erkennen, dass mit einer nach der Erfindung ausgebildeten Schweissvorrichtung leicht auch Schweissmaterial gleichzeitig zwischen die zwei Blätter abgelagert werden kann.
Ferner kann bei einer eine Streichfläche aufweisenden Schweissvorrichtung vorgesehen sein, dass die Distanz zwischen dieser und den zu verschweissenden Flächen verstellbar ist, so dass die Streich- und Abscherwirkung entweder ab oder zunimmt. Die Streichfläche kann auch an einem Drehelement angeordnet sein, das unabhängig von dem Extruder der Vorrichtung angetrieben wird.
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1 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

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    PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zum Zusammenschweissen von Oberflächen thermoplastischen Materials, dadurch gekennzeichnet, dass man
    (a) auf aneinandergrenzende Bereiche der zu verbindenden Oberflächen eine zusammenhängende Schicht aus schmelzflüssigem Thermoplast-Schweissmaterial aufträgt, wobei das Auftragen von schmelzflüssigem Schweissmaterial wenigstens zum Teil durch einen Aufstreich Vorgang vorgenommen wird, bei welchem das Schweissmaterial Scherkräften unterworfen wird, die quer über die Oberflächen wirken, und b) das aufgetragene Schweissmaterial erstarren lässt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinandergrenzenden Bereiche der Oberflächen vor dem Auftragen von schmelzflüssigem Schweissmaterial vorgewärmt werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmen mti Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung vorgenommen wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinandergrenzenden Bereiche während des Vorwärmens und/oder des Auftragens von Schweissmaterial oberflächlich beschädigt oder aufgerissen werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzflüssige Schweissmaterial unmittelbar vor dem Auftragen ständig durchmischt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verschweissenden Oberflächen von einem Paar überlappender Blätter aus thermoplastischem Material gebildet werden.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinandergrenzenden Bereiche der Oberflächen die an einer Kante der einen Oberfläche anstossenden Bereiche umfassen.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinandergrenzenden Bereiche der Oberflächen Bereiche zwischen zwei zu verschweissenden Blättern und an die Kante der einen Oberfläche anschliessende Bereiche umfassen.
  9. 9. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (3,21,27) zum Auftragen einer zusammenhängenden Schicht aus schmelzflüssigem Thermoplast-Schweissmaterial auf die aneinandergrenzenden Bereiche der Oberflächen und durch eine Aufstreicheinrichtung (15,23, 30,31), um das Schweissmaterial während des Auftragens einem Aufstreichprozess relativ zu den Oberflächen zu unterwerfen.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Aufstreicheinrichtung mit, Mitteln (24, 33) zum oberflächlichen Beschädigen oder Aufreissen der Bereiche während des Auftragens von schmelzflüssigem Schweissmaterial.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschädigungsmittel (24; 33) in die Aufstreicheinrichtung integriert sind.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrageinrichtung (3) ein Austragsrohr (7; 21 ; 29) aufweist, das in einer Düse für das Schweissmaterial endet und die Aufstreicheinrichtung wenigstens ein Drehelement (11,21) enthält, das in einer innerhalb der Düse liegenden Streichfläche (15,23, 30, 31) endet.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein rotierendes Austragsrohr (21) für das Schweissmaterial und dadurch, dass das Austragsrohr (21) in einer zur Rohrachse quergerichteten ringförmigen Streichfläche (23) endet, die innerhalb einer Düse liegt.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufstreichfläche (15; 23, 30, 31) inbe-zug auf die zu verschweissenden Oberflächen verstellbar ist.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufstreicheinrichtung aus zwei nebeneinander angeordneten Drehelementen besteht von denen jedes in einer Streichfläche (30, 31) endet.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Austragsrohr (29) und die Düse Mittel (27) enthalten, welche das schmelzflüssige Schweissmaterial veranlassen, während des Auftragens auf die zu verschweissenden Oberflächen inbezug auf diese zu rotieren oder zu wirbeln.
CH5163/81A 1981-03-13 1981-08-11 Verfahren und vorrichtung zum zusammenschweissen von oberflaechen thermoplastischen materials. CH654522A5 (de)

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