DD203496A1 - Verfahren und vorrichtung zum ueberlappt verschweissen von thermoplastplatten - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft das ueberlappt Verschweiszen von Thermoplastplatten unterschiedlicher Dicke und/oder unterschiedlichen Schmelzpunktes durch fokusierte Lichtstrahlen fuer die Zufuehrung der Schweiszwaerme. Die obere Platte ist transparent und die untere stark lichtabsorbierend. Es ist Aufgabe der Erfindung, ohne Verbrennen oder Verformen der oberen transparenten Thermoplastplatte eine einwandfreie Schweiszverbindung herzustellen. Nach dem erfindungsgemaeszen Verfahren wird waehrend des Erwaermungs- und Schmelzvorganges der Fokus auf die Oberflaeche der unteren stark lichtabsorbierenden Thermoplastplatte gerichtet und die obere Thermoplastplatte in einem Abstand zur unteren Thermoplastplatte u. damit zum Fokus gehalten, so dasz keine Beruehrung der Thermoplastplatte stattfindet. Nach dem Aufschmelzen beider Thermoplastplatten an der Schweiszstelle werden sie in bekannter Weise zusammengepreszt. Es wird eine Einrichtung angegeben, nach der in d. Naehe der Schmelzzone ein oder mehrere Abstandshalter zwischen den Platten angeordnet sind. Anwendungsgebiet ist beispielsweise das Anschweiszen von Dichtlippen an Umlenkplatten fuer Waermeuebertrager.

Description

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Titel der Erfindung
Verfahren und Torrichtung zum überlappt "Verschweißen von Thermoplastplatten
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum überlappt Verschweißen von Thermoplastplatten«. Es ist besonders geeignet für solche unterschiedlicher Dicke und/oder unterschiedlichen Schmelzpunktes· Es werden fokusierte Lichtstrahlen verwendet, welche die der Lichtquelle zugewandte transparente Thermoplastplatte teilweise durchdringen, teilweise von ihr absorbiert werden und sie in der Schweißzone auf die gewünschte Schweißtemperatur erwärmt, während die darunterliegende stark lichtabsorbierend gestaltete Thermoplastplatte an der Oberfläche bis zu einer gewissen Tiefe ebenfalls schmilzt und beide Thermoplastplatten danach zusammengepreßt werden.
Charakteristik- der bekannten technischen Lösungen Durch die DD-PS 84 474 ist es bekannt, zum Verschweißen von Thermoplastfolien als Wärmequelle fokusierte Lichtstrahlen zu verwenden. Die zu verschweißenden Pollen befinden sich auf einer Glasplatte und darunter die Lichtquelle. Eine Laufrolle erzeugt den erforderlichen Anpreßdruck· Die von der Lichtquelle ausgehende Wärmestrahlung wird wegen der Transparenz der Folie teilweise hindurchgelassen und teilweise absorbiert. Der Schmelzvorgang
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beginnt zunächst an der Oberfläche der der Lichtquelle zugewandten Folie, erfaßt dann den gesamten Querschnitt dieser Folie-und überträgt dann die Wärme auf die darunterliegende Folie und schmelzt diese auf· Vorteilhaft ist die berührungslose Zuführung der Wärme und ihre einfache Erzeugung aus Lichtstrahlen· Nachteilig ist· jedoch, daß wegen des geschilderten Verlaufes des Schmelzvorganges stets zumindestens die der Wärmequelle zugewandte Folie in ihrer gesamten Dicke aufgeschmolzen werden muß und erst von dort aus die weitere Erwärmung der darunterliegenden Folie erfolgt· Dieses Verfahren ist- deshalb auf das Verschweißen von Thermoplastfolien geringer Dicke beschränkt, da bei größerer Dicke die der Lichtquelle zugewandte Oberfläche zu weit aufgeschmolzen werden muß, ehe die Wärme die darunter befindliche Folie ebenfalls aufgeschmolzen hatο Ss kommt dadurch zu Zerstörungen und Verformungen der der Lichtquelle zugewandten Oberfläche· Weiterhin findet eine ungenügende Aufheizung der unteren Folie statt, besonders wenn diese wesentlich dicker ist oder einen höheren Schmelzpunkt hat als die obere Folie, so daß es zu Bindungsfehlern in der Schweißstelle kommen kann·
In der DD-PS wurde empfohlen, bei transparenten Folien die Lauffläche der Andruckrolle als für die Lichtstrahlen stark absorbierend auszubilden. Dies bewirkt deren Aufheizung, so daß die Schweißstelle von der Rolle her zusätzlich aufgewärmt wird· Der Werkstoff der unteren Folie wird zusätzlich von der Unterseite her nach innen erwärmt· Dies bringt zwar eine Verbesserung der Wärmezuführungsverhältnisse, die aber nur bei dünnen Folien wirksam ist· Bei größerer Dicke und/oder höherem Schmelzpunkt der Unterplatte ist durch die schlechte Wärmeleitung nur eine unzureichende zusätzliche Wärmezufuhr über die Rolle möglich. Die obere blatte schmilzt vorzeitig und verbrennt, ehe die Oberfläche der unteren Platte aufgeschmolzen ist·
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Man hat auch schon empfohlen, für die untere der beiden überlappt zu verschweißenden Folien Material höherer Absorptionsfähigkeit des Strahlenspektrums eines Liehtstrahlers zu, verwenden, um eine maximale Energieumwandlung zu erreichen (Steinicke "Liehtstrahlschweißen von Thermoplasten", ZIS-Mitteilungen 7/1970, Seite 829-843, besonders Seite 841)· Um im Fokus an der Schweißstelle ein gleichzeitiges Schmelzen der oberen und unteren Platte zu erreichen, ist eine sorgfältige Materialauswahl in bezug auf Transparenz der oberen Platte, und der Absorptionsfähigkeit der unteren Platte notwendig, da beide Platten in wärmeleitendem Kontakt stehen· Wenn dann die Platten noch verschiedene Dicke und unterschiedliche Schmelzpunkte haben, sind die Terhältnisse so kompliziert, daß bei den üblichen !Toleranzen in der Materialbeschaffenheit die gewünschte Qualität der Schweißstelle nicht zu erreichen ist· Bs kommt entweder zu ungenügender Bindung oder zum Verformen und Verbrennen der. oberen Platte·
Bin Beispiel für die Notwendigkeit des Verschweißens von thermoplastischen Pollen unterschiedlicher Dicke ist die Herstellung von Umlenkplatten für Rohrbündelwärmeübertrager, zum Beispiel nach DD-PS 119 861 β Die Umlenkplatten bestehen aus thermoplastischem Werkstoff relativ großen Querschnittes, während am Umfang zur Abdichtung eine dünne Dichtlippe vorgesehen ist« Ihre Herstellung erfolgt durch Spritzen in Formen, was jedoch sehr aufwendig und erst bei größeren Stückzahlen rentabel ist· Bei kleineren Stückzahlen liegt der Gedanke nahe, solche Umlenkplatten durch eine Schweißverbindung herzustellen. Es ist dann erforderlich, auf eine .Umlenkplatte großer Dicke eine Thermoplastplatte geringerer Dicke als Dichtkörper aufzuschweißen· Bs bietet sich an, zur Zuführung der Schweißwärme fokusierte Lichtstrahlen zu verwenden· Mit den bekannten Verfahren ist es jedoch nicht möglich, dia notwendige ständig
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reproduzierbare Qualität der Schweißverbindung zu erreichen· Die Ursache liegt in den bereits, erwähnten Toleranzen der Materialbeschaffenheit· So genügt beispielsweise eine geringfügig aufgerauhte Oberfläche, um in der Schweißzone völlig andere Temperaturverhältnisse zu schaffen* Wenn man dabei noch berücksichtigt, daß beispielsweise der Werkstoff mit der größeren Materialdicke einen höheren Schmelzpunkt hat als die mit ihm zu verschweißende Platte geringerer Dicke, versagen die Mittel des Standes der Technik.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, Thermoplastplatten größerer Materialstärke und unterschiedlicher Dicke und evtl* unterschiedlicher Schmelzpunkte in einwandfreier Qualität zu verbinden, um bei in kleineren Stückzahlen herzustellenden Werkstücken die Anfertigung aufwendiger Spritzformen zu vermeiden·
Darlegung des Wesens der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln die es gestattet, Thermoplastplatten größerer und evtl· unterschiedlicher Dicke und Schmelztemperatur durch Wärmezufuhr mittels fokusierter Lichtstrahlen überlappt zu verschweißen,, wobei die dickere Thermoplastplatte aus einem Werkstoff mit höherem Schmelzpunkt und aus stark licht absorbierendem Material bestehen kann und mit denen es möglich wird, ohne Verbrennen oder Verformen der oberen transparenten Thermoplastplatte, eine einwandfreie Schweißverbindung herzustellen·
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß während des Erwärmungs- und Schmelzvorganges der Fokus auf die Oberfläche der unteren stark lichtabsorbierenden Platte gerichtet wird und die obere transparente Thermoplast-
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platte in einem solchen von Werkstoffeigenschaften, Oberflächenzustand und Dicke beider Thermoplastplatten abhängigen Abstand zur unteren Thermoplastplatte und damit zum Fokus gehalten wird, daß beide Thermoplastplatten gleichzeitig ihre optimale Schweißtemperatur erreichen·
Das erfindungsgemäße Verfahren, bewirkt, daß die Lichtstrahlen die obere transparente Thermoplastplatte teilweise durchdringen und im Fokus die untere Thermoplastplatte aufschmelzen« Die obere Thermoplastplatte liegt durch Anordnung in einem gewissen Abstand zur unteren Thermoplastplatte außerhalb des Fokus und liegt dementsprechend in Bereichen geringerer Temperatur als die Oberfläche der unteren Thermoplastplatte· Da die untere Thermoplastplatte stark lichtabsorbierend ausgeführt ist, hat ihre Dicke nur geringen Einfluß auf den Aufheizungs- und Schmelzvorgang an ihrer Oberfläche· Sie kann aus einem Werkstoff mit höherem Schmelzpunkt bestehen· Trotzdem findet kein Verbrennen oder Verformen der oberen Thermoplastplatte statt.
Da nach dem erfindungsgemäßen Verfahren während des Aufheiz- und Schmelzvorganges sich beide Thermoplastplatten nicht berühren, gibt es in dieser Phase auch keine Kontaktwärmeübertragung zwischen den Platten· Diese findet erst nach dem Aufschmelzen beider Thermoplastplatten auf unterschiedliche Temperaturen statt, indem beide Thermoplastplatten zusammengepreßt werden, beispielsweise durch ständig fortschreitende Bewegung beider Thermoplastplatten oder des Lichtstrahlers und einer nachfolgenden Rolle, die beide Thermoplastplatten gegen eine Unterlage zusammenpreßt·
:Zur Durchführung dieses Verfahrens· sieht die Erfindung vor, eine Vorrichtung zu verwenden, bei der in der Nähe der Schmelzzone ein oder mehrere Abstandshalter zwischen der oberen und unteren Thermoplastplatte so angeordnet sind, daß sich die obere Thermoplastplatte außerhalb des Fokus befindet· Dieser Abstandshalter kann in seiner Dicke entsprechend den Werkstoff-
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merkmalen gewählt werden* Geringfügige Änderungen in der Materialiseschaffenheit entsprechend den üblichen Toleranzen haben nur einen unwesentlichen Einfluß, da sich außerhalb des Fokus die Temperatur nicht sprunghaft mit dem Abstand ändert*
Ausführungsbeispiel
Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Einrichtung zum kontinuierlichen Verschweißen von Thermoplastplatten unterschiedlicher Dicke und unterschiedlichen Schmelzpunktes im Schema·
Die Lichtquelle 1 ist als Punktstrahler ausgebildet und mit einer Halogen-Quarz-Lampe ausgestattet· Die vom Glühlampenwendel 2 ausgehenden Lichtstrahlen werden durch einen Parabolspiegel fokusiert· Wegen der Form des Glühlampenwendels ist kein scharfer Fokus 3 zu erzielen· Es bildet sich ein Brennfleck größerer Fläche aus*. Dies ist eine erwünschte Erscheinung» da sich damit eine relativ breite Aufheizungsund Bindungszone erreichen laßto
Die Licht strahlen erreichen zunächst die transparent gehaltene obere dünnere Thermoplastplatte 4 mit tieferem Schmelzpunkt· Sie werden von ihr teilweise absorbiert, so daß eine Erwärmung stattfindet· Ein weiterer Teil der Lichtstrahlen durchdringt den Werkstoff und erreicht die Oberfläche 5 der unteren Thermoplastplatte 6· Dabei ist die Stellung des Lichtstrahlers so gewählt, daß der Fokus auf der Oberfläche 5 der unteren Thermoplastplatte liegt« Ein Abstandshalter 7 ist zwischen der oberen Thermoplastplatte 4 und der Oberfläche 5 der unteren Thermoplastplatte β angeordnet und mit dem Lichtstrahler verbunden. Hierdurch wird die obere Thermoplastplatte 4 so gehalten, daß sie im Aufheiz- und Schmelzbereich die Oberfläche 5 der unteren Thermoplastplatte 6 nicht berührt und sich außerhalb des Fokus 3 befindet· Die Wärmeaufnahme der Ober-
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fläche 5 der unteren Thermoplastplatte β ist damit wesentlich größer als die der oberen Thermoplastplatte 4. Unter der Annahme, daß beide Thermoplastplatten.unterschiedliche Schmelzpunkte haben, kann durch entsprechende Wahl des Abstandes 8 durch die Dicke des Abstandshalter^ 7 der Vorgang so gesteuert werden^ daß an der Oberfläche 5 der unteren Thermoplastplatte 6 und in der oberen Thermoplastplatte 4 eine solche Temperatur erreicht wird, daß beim kontinuierlichen Durchlauf durch die Rollen 9 eine einwandfreie Schweißverbindung zustande kommt· Dabei kann durch den Abstand 8 beispielsweise der Torgang so eingestellt werden, daß im Fokus 3 ein Aufschmelzen der Oberfläche 5 erfolgt, während im. Lichtdurchgang der oberen Thermoplastplatte 4 eine Temperatur erreicht wird, die nahe der Schmelztemperatur liegt· Da die Schmelztemperatur der unteren Thermoplastplatte 6 höher ist als die der oberen Thermoplastplatte 4, kommt es beim Durchlauf durch, die Rollen 5 beim Kontakt beider Platten auch zum Aufschmelzen der oberen Thermoplastplatte- und damit zu einer sicheren Schweißverbindung, ohne daß eine unerwünschte Yerformung oder ein Verbrennen der oberen Thermoplastplatte 4 eintritt·

Claims (2)

  1. -*-. 2379 7 2
    S rf i ndtt.ag s ansp ru ch
    1o Verfahren zum überlappt Verschweißen von Thermoplastplatten, vorzugsweise unterschiedlicher Dicke und/oder unterseMedliehen. Schmelzpunktes, mittels einseitig auf die Schweißzone gerichteter fokusierter Lichtstrahlen, welche die. der Lichtquelle zugewandte transparente obere Thermoplastplatte teilweise durchdringen und teilweise von ihr absorbiert werden und in der Schweißzone auf die gewünschte Schweißtemperatur erwärmt wird, während die darunterliegende stark lichtabsorbierend gestaltete Thermoplastplatte an ihrer Oberfläche bis zu einer gewissen Tiefe schmilzt.und beide Thenaoplastplatten danach zusammengepreßt werden,, gekennzeichnet dadurch, daß während des Brwärmungs- und Schmelzvorganges der Fokus (3) auf die Oberfläche (5) der unteren Thermoplastplatte (6) gerichtet wird und die obere transparente Thermoplastplatte (4) in einem solchen von Werkstoffeigenschaften, Oberflächenzustand und Dicke beider Thermoplastplatten (4;β) abhängigen Abstand zur unteren Thermoplastplatte (6) und damit zum Fokus (3) gehalten wird, daß beide Thenaoplastplatten (4;6) gleichzeitig ihre optimale Schweißtemperatur erreichen·
  2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Pkt» 1, gekennzeichnet dadurch, daß in der Mhe der Schmelzzone ein oder mehrere Abstandshalter (7) zwischen der oberen und unteren Thermoplastplatte (4;6) so angeordnet sind, daß sich die obere Thermoplastplatte (4) außerhalb des Fokus (3) befindet.
    Hierzu 1 Seite Zeichnung
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