<Desc/Clms Page number 1>
Schweissnahtanordnung bei überlappt geschweissten Kunststoffbahnen und zugehörige Schweissvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf das Heissschweissen von Kunststoffbahnen, also von blatt- oder folienartigem Kunststoffmaterial. Bekanntlich wird das Heissschweissen von zwei oder mehr Kunststoffbah- nen, die zum Herstellen von grossen Planen, etwa für Zelte, erforderlich sind, bislang in der Weise vorgenommen, dass die zu verbindenden Ränder der Kunststoffbahnen überlappt werden und über die überlappten Ränder längs einer geraden oder sinusförmig gewellten Linie eine Schweissvorrichtung bewegt wird.
Es hat sich nun gezeigt, dass nach einer solchen Schweissung jene der miteinander verschweissten Elementarbahnen, die in direkte Berührung mit der Schweissvorrichtung gekommen ist, sehr leicht zerreissen kann. wenn sie längs paralleler Linien. die nahe der Schweissnaht verlaufen, einer Reissbeanspruchung ausgesetzt wird. Mit andern Worten hat diese verschweisste Elementarbahn eine schmale Zone, die weniger reissfest ist und als Schwächungsstreifen neben der Schweissnaht verläuft. Dieser Schwächungsstreifen wird durch die Wärmestrahlung verursacht, die von der Schweissvorrichtung her beiderseits der Schweissnaht auftrifft.
Es wird angenommen, dass die seitlich der Schweissnaht abgestrahlte Wärme eine unregelmässige Lagerung der Moleküle bewirkt, die zu der verminderten Reissfestigkeit der Elementarbahn führt. Natürlich ergibt sich gleichzeitig ein weiterer Schwächungsstreifen in dem jenseits der Schweissnaht liegenden Teil der Elementarbahn. Dieser zweite Schwächungsstreifen beeinflusst jedoch die mechanischen Eigenschaften der geschweissten Plane nicht, weil er sich auf dem schmalen, frei über die Schweissnaht vorstehenden Saumrand befindet.
Es ist ferner bekannt, dass Bahnen (Blätter, Folien) aus thermoplastischem Kunststoff, die normalerweise durch Strangpressen aus kreisförmigen oder geradlinigen Düsen erzeugt werden, zur Erzielung einer hohen Reissfestigkeit einer Streckung in zwei zueinander senkrechten Richtungen unterworfen werden, nämlich in Richtung des Strangpressens und in Querrichtung dazu, wodurch sich die Moleküle längs dieser Richtungen orientieren. In der Praxis ist es jedoch schwierig, in diesen beiden Richtungen den gleichen molekularen Orientierungsgrad zu erzielen, so dass in der gestreckten Bahn nach wie vor eine unterschiedliche molekulare Orientierung in diesen beiden Richtungen vorliegt.
Dieser Orientierungsunterschied führt zu einer gewissen Verminderung der Reissfestigkeit der Bahn in der einen Richtung gegenüber der andern. Mit andern Worten besteht in solchen Bahnen eine Vorzugsrichtung, in der die Möglichkeit eines Reissens bzw. der Fortpflanzung eines Risses grösser ist. Diese Richtung fällt im allgemeinen mit der Strangpressrichtung zusammen. Hieraus folgt, dass im Falle einer Schweissung von Bahnen längs einer Richtung, die mit der Strangpressrichtung der Bahnen zusammenfällt, die Möglichkeit des Reissens der erhaltenen Plane längs des tatsächlich schwächend wirkenden Schwächungsstreifens weiterhin erhöht wird. Dies beruht auf der Tatsache, dass in diesem Fall in Anbetracht des Zusammenwirkens der beiden vorstehend angeführten Schwächungsursachen eine noch grössere Herabsetzung der Reissfestigkeit auftritt.
Die Erfindung zielt nun darauf ab zu verhindern, dass der unvermeidliche Schwächungsstreifen bei zusammengeschweissten gestreckten Kunststoffbahnen über wesentliche Teile seiner Längserstreckung mit
<Desc/Clms Page number 2>
der Richtung einer Reissbeanspruchung zusammenfallen kann, die auf diesen Streifen wirkt.
Die erfindungsgemässe Schweissnahtanordnung bei überlappt geschweissten, stranggepressten Kunst- stoffbahnen aus thermoplastischem Material ist dadurch gekennzeichnet, dass bei in der Strangpressrich- tung und in der dazu senkrechten Richtung gereckten Kunststoffbahnen die Schweissnaht in Form zumin- dest einer in an sich bekannter Weise ihre Richtung wechselnden, z. B. sinus-oder zickzackförmigen
Linie in einer Hauptrichtung angeordnet ist, die mit der Strangpressrichtung zusammenfällt.
Gemäss der Erfindung wird also die Verbindung von Bahnen aus thermoplastischem Kunststoff in der
Weise bewirkt, dass die überlappten Ränder der Bahnen längs einer geschlossenen, ihre Richtung wech- selnden, zweckmässig regelmässigen Linie, wie beispielsweise längs einer Sinus- oder andern Wellenli- nie, einer Zickzacklinie oder auch längs einer aus geraden Segmenten und gekrümmten Übergangsseg- menten mit kleinem Radius zusammengesetzte Linie verschweisst werden und die Hauptrichtung dieser
Linie mit der Strangpressrichtung zusammenfällt.
Auf diese Weise wird erreicht, dass der tatsächlich schwächend wirkende Schwächungsstreifen neben der Schweissnaht von parallel zur Vorzugsrichtung des
Reissens verlaufenden Schwächungslinien nur gekreuzt wird und sich daher Risse, die an diesen Kreuzungspunkten auftreten, nicht so leicht erweitern können, wie dies der Fall ist, wenn die erwähnten
Schwächungsstreifen und die Vorzugsrichtung des Reissens zusammenfallen.
Sowohl zur Verminderung der durch Liniarisierung ermittelbaren Gesamtlänge der nichtlinearen
Schweissnaht und damit der Möglichkeit des Auftretens von Fehlern, als auch zur Beschränkung der Schweissnaht auf eine angemessen schmale Zone der Bahnen (zur Vermeidung des Erfordernisses einer breiten, zur Materialvergeudung führenden Überlappung der Saumränder) empfiehlt es sich, die richtungswechselnde Schweissnaht im Rahmen der Erfindung durch eine geschlossene Folge von geradlinigen Segmenten zu bilden, die vorzugsweise miteinander durch sehr kurze Kreisbögen mit kleinem Radius verbunden sind, wobei die geradlinigen Segmente zusammen einen Zickzackverlauf haben und abwechselnd um : 45 gegen die mittlere Richtung oder Hauptrichtung der Schweissnaht geneigt sind.
Der analoge Verlauf des Schwächungsstreifens vermindert die Wahrscheinlichkeit, dass ein allfälliger Riss, der an irgendeiner Stelle auftritt, sich fortpflanzt.
Gegebenenfalls ist es auch möglich, mehrere Schweissnähte mit gleichem oder unterschiedlichem Verlauf nebeneinander herzustellen, wobei alle diese Schweissnähte ihre Richtung wechseln, also einen gewellten oder zickzackförmigen Verlauf haben.
Es versteht sich, dass auch im Falle der Anwendung mehrerer Schweissnähte jeweils nur der tatsächlich schwächend wirkende äussere Schwächungsstreifen im Sinne der Erfindung in Betracht gezogen werden muss, der an jener Bahn entsteht, die mit der Schweissvorrichtung in Berührung kommt, weil alle andern Schwächungsstreifen, die zwischen den Schweissnähten bzw. am freien Saumrand liegen, nicht die einleitend geschilderten Nachteile mit sich bringen.
Zur Herstellung der beschriebenen Schweissnahtanordnung wird erfindungsgemäss eine Schweissvorrichtung mit einer heizbaren Schweissrolle verwendet, deren Kennzeichnung darin besteht, dass auf der Schweissrolle ein in Umfangsrichtung derselben verlaufender zickzackförmiger Vorsprung vorgesehen ist.
Der Vorsprung der Schweissrolle steht dann beim Schweissen in dauemder Berührung mit der oberen Fläche der von den überlappten Saumrändern der Kunststoffbahnen gebildeten Einheit, die sich relativ zur Schweissrolle bewegt, um durch eine geschlossene Schweissnaht verbunden zu werden.
Die Schweissvorrichtung kann auch durch eine starre, ebene Platte gebildet werden, die an der Arbeitsfläche mit einem Vorsprung versehen ist, der wenigstens einen Elementarteil einer geschlossenen, ihre Richtung wechselnden Linie definiert. In diesem Falle wird der Schweissvorrichtung eine intermittierende Bewegung in vertikaler Richtung erteilt, so dass der erwähnte Vorsprung abwechselnd mit verschiedenen Teilen der Oberfläche der zu verbindenden Saumränder in Berührung kommt, wobei gleichzeitig ein Zusammenpressen und ein Verschweissen bewirkt wird, so dass im Verlauf einer ruckweisen Vorschubbewegung der Bahnen eine geschlossene Schweissnaht mit alternierendem Verlauf entsteht.
Eine Plane, die auf die beschriebene Weise aus wenigstens zwei Kunststoffbahnen hergestellt wird, ist nicht nur weniger den Mängeln unterworfen, die sich durch das unvermeidliche Vorhandensein der erwähnten Schwächungsstreifen ergeben, sondern weist auch noch eine verbesserte Schweissfestigkeit auf.
Falls auf einem bestimmten Punkt eines tatsächlich schwächend wirkenden Schwächungsstreifens neben der Schweissnaht eine Beanspruchung ausgeübt wird, so kann zwar an dieser Stelle ein Riss entstehen, doch kann sich dieser Riss nur dann leicht erweitern oder fortpflanzen, wenn die Beanspruchung in einer Richtung erfolgt, die mit einem Elementarsegment des Schwächungsstreifens zusammenfällt, so dass höchstens ein Riss auftreten kann, dessen Länge einem kleinen Teil der Schwächungszone bzw.
<Desc/Clms Page number 3>
einem in der betreffenden Richtung liegenden Segment der Schweissnaht entspricht.
Wenn anderseits in einem Punkt des Schwächungsstreifens eine Beanspruchung in einer Richtung auftritt, die nicht mit der Richtung des betreffenden Segments des Schwächungsstreifens zusammenfällt, so erweitert sich der Riss nicht bzw. kann er sich zumindest nicht leicht erweitern.
Da die zu verschweissenden Bahnen vorher einer Streckung in Strangpressrichtung und in Querrichtung dazu unterworfen worden sind und daher einen unterschiedlichen Orientierungsgrad der Moleküle aufweisen, u. zw. so, dass die Orientierung in der Strangpressrichtung gegenüber der Querrichtung überwiegt, wird der tatsächlich schneidend wirkende Schwächungsstreifen, der ebenso wie die Schweissnaht selbst einen alternierenden Verlauf hat, von parallel zur Vorzugsrichtung des Reissens verlaufenden Linien, wie schon erwähnt, nur gekreuzt und es können sich daher Risse, die an diesen Kreuzungspunkten auftreten, nicht leicht in dieser Richtung erweitern.
Der alternierende, d. h. seine Richtung wechselnde Verlauf der Schweissnaht der Bahnen aus thermoplastischem Kunststoff verbessert überdies die Festigkeit der Schweissung, d. h. den Widerstand gegen Auftrennen der Schweissnaht. Dies beruht auf der Tatsache, dass sich die nichtlineare Schweissnaht über eine (linearisierte) Länge erstreckt, die grösser ist als die tatsächliche Länge der Schweissstrecke.
Die Erfindung kann zum Schweissen von Folien aus thermoplastischen Kunststoffen beliebiger Art, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyäthylen, Polypropylen u. dgl., Anwendung finden. Sie wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer erläutert, in der Fig. l zwei thermoplastische Kunststoffolien dargestellt, die mittels einer erfindungsgemässen Schweissnaht verbunden sind, während Fig. 2 perspektivisch eine Schweissrolle veranschaulicht und Fig. 3 einen Schweissstempel von unten gesehen darstellt.
Fig. 1 zeigt ein Stück einer Plane l, die aus zwei Elementarfolien 2 und 3 besteht, welche an überlappten Saumrändern 4 und 5 mit Hilfe einer zickzackförmigen Schweissnaht 8 verbunden sind. Die geradlinigen Segmente 7 bzw. 8 der Schweissnaht verlaufen gegensinnig schräg zur Hauptrichtung der Schweissnaht und sind durch Bogenteile 9 mit kleinem Radius miteinander verbunden.
Die beiderseits der Schweissnaht verlaufenden Schwächungsstreifen sind mit 10 und 10'bezeichnet.
Der tatsächlich schwächend wirkende Schwächungsstreifen 10 ist jener, der die Rissfestigkeit der Plane 1 beeinflusst. Die Scheitelpunkte 11 des tatsächlich schwächend wirkenden Schwächungsstreifens liegen auf der Folie 2 nahe den abgerundeten Ecken 9 der Schweissnaht 6. Die Hauptrichtung der Schweissnaht 8 fällt mit der Strangpressrichtung zusammen.
Es ist erkennbar, dass eine längs der Linie A wirksame Beanspruchung, die an den Scheitelpunkten 11 des Schwächungsstreifens 10 angreift, gegebenenfalls einen Riss an einigen dieser Scheitelpunkte hervorrufen kann, wobei sich aber dieser Riss nicht leicht längs der Richtung der Beanspruchung A erweitern kann, weil der Schwächungsstreifen 10 einen Verlauf hat, der nicht mit der Richtung der Beanspruchung A übereinstimmt.
Die in Fig. 2 gezeigte Schweissrolle 12 ist an ihrer äusseren Mantelfläche 13 mit einem Vorsprung 14 versehen, der einen in sich geschlossenen Zickzack- oder Wellenverlauf hat. Der Schweissstempel 15 nach Fig. 3 ist an jener Stimfläche, die in Berührung mit den zu verschweissenden Folien kommt, mit einem Vorsprung 16 mit einem welligen-oder zickzackförmigen Verlauf versehen, der sich auf einen bestimmten Elementarteil der Schweissnaht beschränkt.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Schweissnahtanordnung bei überlappt geschweissten, stranggepressten Kunststoffbahnen aus ther-
EMI3.1
Strangpressrichtung und in der dazu senkrechten Richtung gereckten Kunststoffbahnen die Schweissnaht in Form zumindest einer in an sich bekannten Weise ihre Richtung wechselnden, z. B. sinus- oder zickzackförmigen Linie in einer Hauptrichtung angeordnet ist, die mit der Strangpressrichtung zusammenfällt.