DE20218928U1 - Heizelement für das Heizelementstumpfschweißen von Kunststoffwerkstücken - Google Patents

Heizelement für das Heizelementstumpfschweißen von Kunststoffwerkstücken

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Description

Beschreibung: Weqener GmbH, Vaalser Str. 81, D-52074 Aachen
Heizelement für das Heizelementstumpfschweißen von Kunststoff werkstücken
Die Erfindung betrifft ein Heizelement für das Heizelementstumpfschweißen von Kunststoffwerkstücken, mit wenigstens einer Heizfläche, die durch eine Heizeinrichtung beheizbar ist und an der ein Kunststoffwerkstück zu dessen Erhitzung anlegbar ist.
Zum Stumpfschweißen von Kunststoffwerkstücken, beispielsweise von Kunststoffhalbzeugen und -formteilen oder von Halbschalen für Sauganlagen im Kraftfahrzeugbereich, werden Heizelemente verwendet, die beidseitig Heizflächen aufweisen, die von einer Heizeinrichtung, beispielsweise einer Widerstandsheizung, beheizbar sind. Die Heizflächen können - beispielsweise durch das Stumpfschweißen von Platten - eben ausgebildet sein. Sie können jedoch auch eine gekrümmte Formgebung haben, beispielsweise wenn mit ihnen Rohrhälften zu gekrümmten Rohren oder Rohrsammlern zusammengeschweißt werden sollen. Dabei sind die Rohrhälften mit zwei Längstscheißnähten miteinander verbunden. Auf diese Weise können beispielsweise Ansaugrohran-
rohranlagen für Verbrennungsmotoren kostengünstig hergestellt werden.
Für den Schweißvorgang werden die Heizflächen auf eine Temperatur erhitzt, die ausreichend ist, um die Kontaktflächen von an die Heizflächen angelegten Kunststoffstükken anzuschmelzen. Anschließend werden die Kunststoffwerkstücke von den Heizflächen abgelöst und das Heizelement entfernt. Die Kunststoffwerkstücke werden dann mit ihren angeschmolzenen Bereichen aufeinandergedrückt. Hierdurch entsteht nach dem Erkalten eine Schweißnaht, wobei sich das Heizelementstumpfschweißen durch hohe und reproduzierbare Nahtqualität auszeichnet.
Ein Problem stellt das Ablösen der Kunststoffwerkstücke von den Heizflächen dar. Insbesondere dann, wenn größere Kontaktflächen zwischen Heizfläche und Kunststoffwerkstück gegeben sind, ist das Ablösen erschwert, und es kann passieren, daß die angeschmolzene Schicht an der Heizfläche haften bleibt und sich vom Kunststoffwerkstück löst. Dies macht eine aufwendige Heizflächenreinigung nötig.
Man hat versucht, dem dadurch entgegenzuwirken, daß die Heizflächen mit einer Antihaftbeschichtung versehen werden, die auf Fluorpolymeren, in der Regel auf PTFE oder verwandten Werkstoffen, beruhen. Solche Antihaftbeschichtungen lösen das Problem jedoch nur unvollkommen. Bei bestimmten Werkstoffen und Kunststoffwerkstückformen und -großen ist deshalb nach wie vor ein Heizelementstumpf-
schweißen nicht möglich. Insbesondere eine geringe Schmelzviskosität wie bei Polyamid oder auch bei Recyclingwerkstoffen, oder hohe Schweißtemperaturen, wie sie bei Polyamid erforderlich sind, stehen der Anwendung des Heizelementstumpfschweißens entgegen.
Hinzu kommt, daß die Antihaftbeschichtungen nur eine limitierte Dauergebrauchstemperatur haben und zudem nicht sehr kratzfest und abrasionsbeständig sind. Die Lebensdauer solcher Antihaftbeschichtungen ist deshalb insbesondere dann, wenn Kunststoffwerkstücke mit abrasiven Füll- und Verstärkungsstoffen wie Glas-, Stahl- oder Kohlenstoff asern versehen sind, sehr begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizelement der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß das Ablösen der Kontaktflächen der Kunststoffwerkstücke von den Heizflächen auch unter schwierigen Bedingungen ohne Haftenbleiben von Restschmelze gelingt und deshalb der Anwendungsbereich des Heizelementstumpfschweißens erheblich erweitert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Heizfläche(n) über ihre Fläche verteilt Öffnungen aufweist, die über ein Kanalsystem mit einer Gasdruckquelle, insbesondere einer Luftdruckquelle derart verbindbar sind, daß Gas bzw. Luft über die Öffnungen ausstoßbar ist. Grundgedanke der Erfindung ist es, das Ablösen der Kunststoffwerkstücke von den Heizflächen mittels Gas- bzw. Luftdruck zu unterstützen. Dies beruht auf
der schon zur Erfindung gehörenden Erkenntnis, daß das Ablösen der Kunststoffwerkstücke nicht nur durch die Adhäsion der Kontaktflächen an den Heizflächen behindert wird, sondern auch dadurch, daß beim Ablösen eine Art Vakuumeffekt zwischen Schmelze und Heizfläche entsteht, der ebenfalls dazu beiträgt, daß Schmelzrückstände an den Heizflächen haften bleiben. Es hat sich gezeigt, daß der Vakuumeffekt durch Durckgasbeaufschlagung der Heizflächen beseitigt und demgemäß das Ablösen der Kunststoffwerkstücke von den Heizflächen auch unter erschwerten Bedingungen ohne Rückstandsbildung gelingt.
Mit Hilfe der Erfindung kann das Heizelementstumpfschweißen auch auf die Verschweißung von Kunststoffwerkstücken mit großen Kontakt- bzw. Fügeflächen und zudem auf Werkstücke mit geringer Schmelzviskosität erweitert werden. Dabei ist von Vorteil, daß ein Abkühlen der Schmelze nicht zu befürchten ist, da das Gas bzw. die Luft, welches beim Ablösen durch einen definierten Druckgasstoß ausgestoßen wird, schon in dem Kanalsystem und in den Öffnungen vorhanden ist und deshalb die Arbeitstemperatur der Heizfläche hat.
Die Öffnungen können als diskrete und feine Bohrungen ausgebildet sein, die zu dem Kanalsystem führen und rasterförmig verteilt angeordnet sind. Statt dessen kann jedoch auch eine Heizfläche aus einer porösen Heizplatte vorgesehen sein, die mit dem Kanalsystem in Verbindung steht. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein mikroporöses Sintermetall oder eine mikroporöse Sinterkeramik
handeln, das von der Rückseite oder von den Stirnseiten her mit einem Druckgasstoß beaufschlagt werden kann. In den Heizelement kann auch die Heizeinrichtung poröse Wandungen aufweisen.
Das druckgasunterstützte Ablösen kann das Vorsehen einer Antihaftbeschichtung auf den Heizflächen entbehrlich machen. Dies macht das Heizelement auch für Werkstoffe geeignet, die mit abrasiven Füll- oder Vertärkungsstoffen versehen sind. Außerdem kann die Arbeitstemperatur erhöht und damit der Anwendungsbereich auf Kunststoffe ausgedehnt werden, die hohe Schmelztemperaturen haben. Das Lösen der Kunststoffwerkstücke von den Heizflächen kann jedoch auch in diesem Fall dadurch unterstützt werden, daß eine Antihaftbeschichtung, beispielsweise auf keramischer oder Metalloxidbasis, vorgesehen wird. Selbstverständlich bleibt es für geeignete Anwendungszwecke möglich, die bisher verwendeten Antihaftbeschichtungen auf der Basis von Fluorpolymeren vorzusehen.
In der Zeichnung ist die Erfindung von zwei Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Heizelement in der Ansicht und
Figur 2 das Heizelement gemäß Figur 1 im Querschnitt;
Figur 3 ein zweites Heizelement in der Ansicht und
Figur 4 das Heizelement gemäß Figur 3 im Querschnitt.
Das in Figur 1 dargestellte, plattenförmige Heizelement 1 hat quadratischen Umriß und weist eine Kernplatte 2 auf, die mit einer hier nicht näher dargestellten Widerstandsbeheizung konventioneller Art versehen. Auf beide Seitenflächen der Kernplatte 2 ist jeweils eine Heizplatte 3, 4 aus einem mikroporösen Sintermetall aufgebracht. Die Heizplatten 3, 4 weisen außenseitig Heizflächen 5, 6 auf, an denen zu verschweißende Kunststoffwerkstücke angelegt werden können, um deren Kontaktflächen auf Schmelztemperatur zu erhitzen. Nach dem Ablösen der Kunststoffwerkstücke können diese an den angeschmolzenen Kontaktflächen aufeinandergedrückt und somit miteinander verschweißt werden.
Die Kernplatte 2 wird von einem Kanalsystem 7 durchdrungen, das aus einem parallel zu den Heizplatten 3, 4 sich erstreckenden Zuführkanal 8 und von dessen Ende zu den Rückseiten der Heizplatten 3, 4 gehenden Querkanälen 9, 10 besteht. Das außenseitige Ende des Zuführkanals 8 ist - was hier nicht näher dargestellt ist - an eine Druckluftquelle angeschlossen, über die ein Druckluftstoß, symbolisiert durch den Pfeil A, in das Kanalsystem 17 eingeleitet werden kann. Die Druckluft strömt dann in die untereinander in Verbindung stehenden Mikroporen der Heizplatten 3, 4 ein und verteilt sich über deren gesamte Fläche. Sie tritt an den Heizflächen 5, 6 aus und unter-
stützt das Ablösen der Kunststoffwerkstücke, wenn der Druckluftstoß gleichzeitig bewirkt wird.
Das in den Figuren 3 und 4 dargestellte Heizelement 11 hat ebenfalls quadratischen Umriß und weist eine Kernplatte 12 auf, die mit einer Widerstandsheizung versehen ist. Auf die Kernplatte 12 sind beidseitig Heizplatten 13, 14 aufgebracht und an diesen befestigt. Sie bestehen aus einem mikroporösen Sintermetall. Ihre außenliegenden Heizflächen 15, 16 sind für die Anlage der Kunststoffwerkstücke bestimmt, um sie an den Kontaktflächen anzuschmelzen.
Zu dem Heizelement 11 gehört ein Kanalsystem 17, das zwei Ringkanäle 18, 19 aufweist, die die Heizplatten 15, 16 umgeben und zu deren Stirnseiten hin offen sind. Jeder Ringkanal 18, 19 weist einen Zuführkanal 20, 21 auf, die an eine Luftdruckquelle angeschlossen sind (nicht näher dargestellt). Über diese Luftdruckquelle können Luftstöße - symbolisiert durch die Pfeile B und C - in die Zuführkanäle 20, 21 und von diesen in die jeweils anschließenden Ringkanäle 18, 19 eingeleitet werden. Die Luftstöße strömen in die Heizplatten 13, 14 über deren in die Ringkanäle 18, 19 hineinragenden Stirnflächen ein. Sie verteilen sich über die Heizflächen 15, 16 und treten über sie aus. Die Druckluftstöße werden erzeugt, wenn die zuvor an den Heizflächen 15, 16 angeschmolzenen Kunststoffwerkstücke abgelöst werden sollen. Sie vermeiden das Auftreten eines Vakuumeffektes.
Es versteht sich, daß die Heizplatten 3, 4 bzw. 13, 14 auch nicht porös ausgebildet sein können. In diesem Fall kann über die Fläche verteilt ein Raster von sich zunächst senkrecht zu den Heizflächen 5, 6 bzw. 15, 16 erstreckenden, feinen Bohrungen vorgesehen sein, die über ein entsprechend angepaßtes Kanalsystem mit den Zuführkanälen 8 bzw. 20, 21 verbunden werden.

Claims (9)

1. Heizelement (1, 11) für das Heizelementstumpfschweißen von Kunststoffwerkstücken, mit wenigstens einer Heizfläche (5, 6, 15, 16), die von einer Heizeinrichtung (2, 12) beheizbar ist und an der ein Kunststoffwerkstück zu dessen Erhitzung anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizfläche(n) (5, 6, 15, 16) über ihre Fläche verteilt Öffnungen aufweist, die über ein Kanalsystem (7, 17) mit einer Gasdruckquelle derart verbindbar sind, daß Gas über die Öffnungen ausstoßbar ist.
2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Öffnungen als diskrete Bohrungen ausgebildet sind.
3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizfläche(n) (5, 6, 15, 16) jeweils aus einer porösen Heizplatte (3, 4, 13, 14) besteht, die mit dem Kanalsystem (7, 17) in Verbindung steht.
4. Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Heizeinrichtung von porösen Wandungen umgeben ist.
5. Heizelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte(n) (3, 4, 13, 14) bzw. die Wandungen aus einem Sintermetall oder aus Sinterkeramik besteht.
6. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizfläche (5, 6, 15, 16) mit einer die Haftung herabsetzenden Antihaftbeschichtung versehen ist.
7. Heizelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftbeschichtung eine Keramikbeschichtung oder eine Metalloxidbeschichtung bildet.
8. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalsystem zur Rückseite der Heizfläche (5, 6, 15, 16) geführt ist.
9. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalsystem (17) zu den Stirnseiten der Heizfläche (5, 6, 15, 16) geführt ist.
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