DE102008005220B4

DE102008005220B4 - Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung

Info

Publication number: DE102008005220B4
Application number: DE102008005220.5A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2016-07-14
Anticipated expiration: 2028-01-19
Also published as: WO2009090116A2; EP2305004A2; WO2009090116A3; DE102008005220A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung zur Herstellung eines Wabenwerkstoffes aus thermofusionierbarem Material mit einem Heizkamm, der mehrere Heizelemente aufweist, die geeignet sind bei einem Schweißvorgang gleichzeitig über ihre gesamte Länge mit zumindest einer der zu verschweißenden Folienbahnen in Kontakt gebracht und anschließend entlang der Folienbahn außer Kontakt bewegt zu werden. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente jeweils Zonen mit unterschiedlichen elektrischen Widerständen aufweisen, was zu unterschiedlicher Erwärmung der Zonen bei Stromfluss führt, wobei die Zonen in Bewegungsrichtung der Heizelemente aneinander angrenzend angeordnet sind und die Erwärmung der Zonen durch den Stromfluss ausgehend von einem freien Ende zu einem Fußbereich der Heizelemente hin abnimmt, wobei die Zonen derart an die Bewegungsgeschwindigkeit angepasst sind, dass eine konstante Wärmeübertragung an die Folienbahnen erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung zur Herstellung eines Wabenwerkstoffes aus einem thermofusionierbaren Material.
Wabenwerkstoffe bzw. Elemente werden vielfach und in zunehmendem Maße eingesetzt. Gründe hierfür sind insbesondere die hohe Druckfestigkeit und Steifigkeit derartiger Strukturen. Wabenwerkstoffe können beispielsweise als Isoliermaterial in der Kühltechnik, als akustische Dämmmaterialien oder als leichte Baustoffe eingesetzt werden. Bekannt ist der Einsatz von Wabenwerkstoffen im Maschinenbau, im Schienen- und Straßenverkehr, im Gerüstbau, in der Luft- und Raumfahrtindustrie, für Hochleistungssportgeräte sowie beim Bau von Rennfahrzeugen und Hochseerennyachten. Des Weiteren können Waben mit größeren Maßen für Bodenbefestigung, Straßenbau, Sportplätze, Gartenbau, Damm- und Dünenbefestigung eingesetzt werden.
Bekannt sind Wabenwerkstoffe aus den Materialien Metall, insbesondere Aluminium oder Stahl, Papier bzw. Pappe und Kunststoff. Aluminiumwaben haben den Nachteil, dass der Rohstoff Aluminium verhältnismäßig teuer und die Herstellung der Aluminiumwaben aufwendig ist. Wabenmaterial aus Papier bzw. Pappe ist zwar leicht und durch Kleben einfach herzustellen, jedoch fehlt es an einer oftmals notwendigen Festigkeit, an der Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und auch an Feuerfestigkeit. Aus diesem Grunde werden derartige Waben in erster Linie lediglich als Massenware, z. B. als Verpackungsmaterial eingesetzt.
Wabenmaterial aus Kunststoff hingegen weist eine Vielzahl von Vorteilen auf, jedoch ist insbesondere die Herstellung der Wabenstruktur nur unter erhöhten Schwierigkeiten möglich.
Die Herstellung von Wabenwerkstoffen kann beispielsweise ausgehend von Flachmaterial (Folien) erfolgen.
Bei einer solchen Herstellung werden Folien einer Schweißvorrichtung bei Raumtemperatur zugeführt. Dabei werden zwei einander gegenüberliegende Folienbahnen aus einem Kunststoffmaterial, das einen Schmelzpunkt aufweist, bereichsweise unter Zuführung von Wärme aufgeschmolzen, die Schmelzen dann vereinigt und abgekühlt. Die Folien bilden in den aufgeschmolzenen und dann abgekühlten Bereichen einen monolithischen Block aus, der makroskopisch homogen ist, mikroskopisch aber aus sehr verschiedenen strukturellen Phasen bestehen kann. Diese beiden Folienbahnen werden dann mit einer dritten Bahn auf die gleiche Art und Weise verbunden, wobei die „Schweißnähte” in Längsrichtung der Folienbahnen versetzt zu den bereits vorhandenen Schweißnähten angeordnet sind. Anschließend werden die verbundenen Bahnen unter adäquater Temperatur zu dem zu erzielenden Wabenkörper auseinander gezogen.
Ein Heizleiter aus Metall für eine Folienschweißvorrichtung ist aus der DE 295 08 647 U1 bekannt. Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Schweißen von thermoplastischen Stoffen aus der AT 185569 bekannt. Die darin beschriebenen Vorrichtungen sind nicht für die Herstellung von Wabenwerkstoffen geeignet.
Eine Folienschweißvorrichtung zur Herstellung von Wabenwerkstoffen ist beispielsweise in der DE 10 2004 063 411 A1 beschrieben. Bei den mit Hilfe dieser Vorrichtung hergestellten Wabenwerkstoffen ergibt sich das Problem, dass die Schweißnähte oftmals über ihre Länge eine ungleichmäßige Qualität aufweisen.
Bekannt ist, dass die für die Verbindung eingesetzten Heizkämme einzelne Heizelemente aufweisen, die aus Stahl bestehen können, der um einen Isolator geformt ist. Der Isolator kann z. B. aus Polyimid, einem thermoplastischen Hochleistungskunststoff aus der Gruppe der Polyimide, bestehen. Da bei der Herstellung des Wabenwerkstoffes der Isolator während der Heizphasen kurzfristig sehr hohen Temperaturen von mehr als 300°C ausgesetzt wird, erfolgt in der Regel eine Verwendung des Polyimid Vespel^®, welches diese Temperaturen problemlos erträgt, aber unter Temperatureinfluss altert und dadurch instabil wird. Sowohl die Feststellung als auch die Regulierung der Temperatur findet über einen Thermofühler, der im Isolator untergebracht ist, statt. Als nachteilig erweist sich hierbei aber, dass die Heizelemente nicht sehr stabil sind und deswegen bei falscher Anwendung leicht zerstört werden. Ferner führen die bei diesem Verfahren auftretenden Totzeiten bei den einzelnen Temperaturmessungen zu einer aufwendigen PID-Parametrierung und erfordern dadurch spezielle Operationsschritte beim Schweißanfang.
Ferner können Vliese oder Folien mit einer Dichte von unter 190 gr/m² nicht verarbeitet werden, da die zurzeit verwendeten Heizelemente zu dick sind und eine dünnere Konstruktion aufgrund der mechanischen Eigenschaften des Vespel^® zu instabil ist.
Ein Anwendungsbereich für Wabenwerkstoffe mit geringer Dichte wäre z. B. die Verwendung als Wärmeaustauchdämmung, und die Herstellung klarer optischer transluzider Waben bzw. Wabenwerkstoffe. Auch die dann günstige Lichtdiffusion wäre vorteilhaft. Da in den Gebieten Wärme und Optik keine besonderen Festigkeiten verlangt werden, jedoch thermische und optische Eigenschaften wichtig sind, könnten dünne Folien in diesen Gebieten eingesetzt werden. Ferner könnten Vlieswaben aus dünnem Vlies vorteilhaft bei Filteranwendungen angewandt werden. Auch eine Verwendung im Bereich der Bodenbefestigung von beispielsweise nicht begehbaren Flächen wie Dämmen bzw. Hängen sowie Lärmschutzwällen an Autobahnen wäre vorteilhaft.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, Wabenwerkstoffe schneller, einfacher und zuverlässiger zusammenzuschweißen. Insbesondere soll auch ein Verschweißen von Material mit geringer Dichte möglich sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung zur Herstellung eines Wabenwerkstoffes aus einem thermofusionierbaren Material mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Dabei sind die erfindungsgemäßen Heizelemente durch Zonen mit verschiedenen elektrischen Widerständen, die bei Stromfluss eine unterschiedliche Erwärmung der Zonen bewirken, gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Zonen können erfindungsgemäß durch mindestens einen Schlitz in dem Heizelement erzeugt werden. Teilt ein Schlitz einen elektrischen Leiter, und variiert dessen Breite, variiert der Widerstand umgekehrt linear mit der Breite des Leiters, bei Stromfluss dessen Temperatur, abhängig von der Umgebungstemperatur und der thermischen Leitfähigkeit. Nimmt man z. B. ein trapezförmiges Heizelement, das sich von seiner Basis zur Spitze verjüngt und bringt einen Schlitz hinein, nimmt der elektrische Widerstand von der Basis zur Spitze zu. Ist das Heizelement an der Basis mit einer thermischen Masse verbunden und die Spitze steht frei in der Luft, fällt die Temperatur von Spitze zu Basis ab.
Auf diese Weise ist es möglich, dass ein aufgeheiztes Heizelement im unteren Bereich eine geringere Temperatur aufweist als im oberen Bereich. Wird das Heizelement zwischen zwei Folienbahnen eingeführt, um diese zu verschweißen, entsteht der Kontakt zwischen dem Heizelement und der Folienbahn erst in dem Moment, wenn das Heizelement ganz eingeführt ist. Entsprechend kommt der untere Bereich der Folienbahn mit dem Heizelement beim Herausziehen am längsten in Kontakt.
Der Kontakt entsteht also erst wenn das Heizelement ganz eingeführt ist. Wird ein Heizelement von 10 cm Länge mit konstanter Geschwindigkeit zurückgezogen, wird bei gleichmäßiger Heiztemperatur von oben nach unten, der untere Zentimeter der Folienbahnen 10mal mehr aufgeheizt als der obere. Da die Beschleunigung des Zurückziehens begrenzt ist, muss die Temperatur des Heizelementes von oben nach unten abfallen, um eine konstante Wärmeübertragung an die Bahnen zu gewährleisten. Die unterschiedlichen Temperaturzonen des Heizelementes, die besonders vorteilhaft von oben nach unten abfallen, gewährleisten somit eine konstante Wärmeübertragung an die Folienbahnen, so dass alle Bereiche der Folienbahnen in etwa gleich zusammengeschweißt werden und die Folienbahnen im unteren Bereich nicht durch eventuell zu heißes oder zu langes Erwärmen zerstört werden.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform weist das Heizelement Nuten zur Erzeugung von Zonen auf. Durch Materialwegnahme wird ebenfalls der elektrische Widerstand verändert, es erfolgt lediglich keine vollständige Durchtrennung des Heizelements.
Die Zonen können durch die geometrischen Abmessungen des Schlitzes der Nut, also Länge, Breite und/oder Tiefe variiert werden.
Das Einteilen in Temperaturzonen führt zu einer kontinuierlich auftretenden Temperaturtopographie ausgehend vom oberen sehr heißen Bereich des Heizelementes bis hin zum unteren etwas kühleren Bereich des Heizelementes und/oder von einem heißen Bereich in der Mitte des Heizelementes zu kälteren Temperaturzonen auf den jeweiligen Seiten.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Nut mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt, das eine andere elektrische Leitfähigkeit als das Material des Heizelements aufweist. Da die gesamte Geometrie des Heizelementes oftmals prozesstechnisch vorgegeben ist, stellt das Befüllen der Nut mit einem elektrisch leitenden Material eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung einer gewünschten Temperaturtopographie dar, die weitgehend unabhängig von der Geometrie des Heizelementes ist. So kann beispielsweise die Nutfüllung derart ausgeführt werden, dass ein Draht aus Kupfer, Aluminium, Messing, Silber usw. aus einem elektrisch gut leitenden Metall in die Nut eingebracht und mittels Hartlot verlötet und anschließend der überschüssige Lötwulst bis zur Ebene des Heizelementes abgeschliffen wird. Auf diese Weise verhält sich zum Beispiel eine mit Kupfer gefüllte 0,5 mm breite Nut wie ein Heizelement aus reinem Edelstahl, das 20 mm breit ist, da der spezifische elektrische Widerstand vom Kupfer etwa 40mal kleiner ist als der vom Edelstahl. Vorzugsweise bewirkt der so entstandene elektrische Kreis eine elektrische Widerstandsänderung von mindestens 400 ppm/°C, vorzugsweise > 1000 ppm/°C.
In einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante werden die Zonen durch unterschiedliche Geometrie, z. B. Stärke (Dicke) des Heizelementes selbst über seinen Verlauf erzeugt. Zum Beispiel kann das Heizelement an seiner Spitze dünner sein, als an seiner Basis.
Die drei genannten Verfahren zur Erzeugung der Zonen basieren auf der Formgebung des Heizelementes und damit der Änderung des elektrischen Widerstands je Zone. Die drei Formgebungsmaßnahmen können beliebig miteinander kombiniert werden, um eine möglichst exakte Temperaturverteilung über das Heizelement zu erreichen.
Insbesondere kann das Heizelement aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl gefertigt sein. Edelstahl ist deutlich robuster als Polyimid Vespel^®, was eine verbesserte Steifigkeit des Heizelementes bewirkt. Auf diese Weise können die Heizelemente wesentlich dünner als bisher sein (beispielsweise 1,5 mm gegenüber den ursprünglichen 3,2 mm), wodurch Wabenwerkstoffe aus Materialien mit geringeren Dicken herstellbar sind. Auf diese Weise kann die Peripherie des Heizelementes durch die verbesserte Steifigkeit der Heizelemente einfacher und robuster gestaltet werden, wodurch einerseits die Herstellung größerer Rohwaben und andererseits eine Erhöhung des Schweißzyklus möglich ist.
Es ist möglich, die Temperaturzonen über den jeweiligen Temperaturkoeffizient des Widerstands (TCR) zu regeln, da die verschiedenen Temperaturzonen des Heizelements ihren Widerstand mit der Temperatur ändern. Die Eigenschaften einer TCR Regelung sind beispielsweise aus der Sensorik bekannt, in der PTC und NTC Widerstandslegierungen eingesetzt werden. Dabei gibt der Durchschnittswiderstand den Istwert für die Regelung vor. Ferner hängt der Temperaturkoeffizient (TCR) von den verwendeten Materialien ab, so dass auch eine Absoluttemperaturbestimmung möglich ist. Die Totzeiten der TCR Reglung sind im Verhältnis zu den Totzeiten der derzeit verwendeten Temperaturmessungen deutlich geringer.
Vorteilhafterweise nimmt die Nut während des Schweißens die Schmelze des zu verschweißenden Polymers auf. Dabei degradiert das Polymer sehr langsam, da es einer sehr geringen Nutoberfläche ausgesetzt ist. Ferner initiiert sich der Schweißvorgang schneller, wenn die zu verbindenden Bahnen mit flüssigem Polymer benetzt werden, wodurch der Wärmeübergang erheblich beschleunigt wird. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Heizelementen, die das Polymer nur auf ihrer Oberfläche aufnehmen können, füllen sich bei den erfindungsgemäßen Heizkämmen auch die Nuten mit den Polymeren. Bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt degradiert das flüssige Polymer auf der Heizkammfläche schnell, da es einer großen Luftfläche ausgesetzt ist, was für das Polymer in der Nut nicht der Fall ist.
Eine Vorrichtung mit erfindungsgemäßen Heizelementen eignet sich insbesondere für ein Verschweißen von Vliesen. Unter dem Begriff Vlies wird im Sinne der Erfindung eine zusammenhängende Fadenschicht und/oder werden zusammenhängende Fadenschichten verstanden. Beispielsweise sind auch Spinnvliese geeignet, die direkt aus einer Spinnmasse kontinuierlich hergestellt werden. Auf einem Transportband wird das Fadengelege abgelegt und nachfolgend gegebenenfalls chemisch oder thermisch verfestigt. Anschließend kann das Vlies noch gefärbt und/oder bedruckt werden. Als Rohstoffe kommen überwiegend Polypropylen, aber auch Polyester, Polyamid oder Copolymerfäden infrage.
Die Erzeugung unterschiedlich heißer Zonen über die Breite des Heizelementes verbessert die Herstellung von Vlieswaben deswegen, weil beispielsweise die Fäden in der Mitte sehr stark verschweißt werden können, während der Grad der Verschweißung zu den Seiten hin geringer wird. Die Brüchigkeit an den Wabenkanten wird dadurch deutlich reduziert.
Auch können die Heizelemente vielfach beschichtet sein. Beispielsweise kann eine Kupferschicht den elektrischen Widerstand im unteren Bereich weiter reduzieren und/oder die elektrischen Kontakte verbessern. Ferner kann als zusätzliche Schicht ein Material mit geringer Oberflächenenergie aufgebracht werden, wodurch die Haftung gegenüber einer Metalloberfläche wesentlich verringerbar ist.
Erfindungsgemäß kann eine beliebige Anzahl Heizelemente entweder parallel oder in Reihe geschaltet sein. Wobei der Widerstand R durch U/I oder mit einer Wheatstone Brücke ermittelt werden kann und unabhängig von der Stromregime ist.
Ferner sind Schweißverfahren möglich, die auf dem Prinzip der Außenerwärmung und/oder dem Prinzip der Innenerwärmung basieren.
Bei einem Verfahren nach dem Prinzip der Außenerwärmung wird mit Hilfe von erfindungsgemäßen Heizelementen Wärme von außen in die Folienbahnen eingeleitet, bis beide Folienbahnen die Schmelztemperatur erreicht haben. Die Wärme wird also durch Folienbahnen hindurch geleitet, bis die aufeinander zuweisenden Flächen ausreichend erwärmt sind. Die Wärme kann dabei nur durch eine Folienbahn eingeleitet werden, möglich ist aber auch eine Erwärmung beider zu verbindenden Folienbahnen.
Bei einem Verfahren nach dem Prinzip der Innenerwärmung wird dagegen ein erfindungsgemäßes Heizelement zwischen die zu verbindenden Folienbahnen gebracht. Die Folienbahnen werden also lediglich auf den Seiten erwärmt, die später miteinander verbunden werden sollen.
Möglich ist aber auch eine Kombination der beiden Verfahren. Insbesondere bei Wabenwerkstoffen mit großen Zellen und starkem bzw. dickem Material ist es sinnvoll, die Folienbahnen von außen und von innen zu erwärmen. Die Wärme erreicht dann zuverlässig alle Fäden.
Die genannten Verfahren sind nur beispielhaft zu verstehen, entscheidend für die Herstellung eines Wabenwerkstoffes ist lediglich, dass eine ausreichend stabile Schweißverbindung gebildet wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand beiliegender Figuren erläutert. Weitere Vorteile und Ausführungsvarianten gehen aus dieser Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen hervor.
Es zeigen:
1: eine Prinzipdarstellung eines Wabenwerkstoffes,
2: eine Prinzipskizze der Herstellung eines Wabenwerkstoffes durch Erwärmen der zu verbindenden Folien von außen,
3 eine Prinzipskizze der Herstellung eines Wabenwerkstoffes durch Erwärmen der zu verbindenden Folien von innen,
4 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Heizelementes.
1 zeigt in einer vereinfachten prinzipiellen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Wabenwerkstoff 10. Dieser weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel sechseckige Zellen 12 auf.
Der Wabenwerkstoff 10 ist aus einem Material 14 bzw. aus miteinander verbundenen Folienbahnen 14a, 14b, 14c gebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zum besseren Verständnis drei aneinander liegende Folienbahnen 14a, 14b, 14c unterschiedlich dargestellt, was aber nicht bedeuten soll, dass es sich um Folienbahnen 14a, 14b, 14c aus unterschiedlichen Materialien handelt. Die Folienbahnen 14a, 14b, 14c sind bereichsweise über Verbindungsschnitte 16 miteinander verbunden, wobei die Verbindungsabschnitte 16 von Folienbahn zu Folienbahn um einen Betrag H zu einander versetzt sind. Je nach Wahl der Größe des Versatzes H ist die Form der Zellen 12 an gewünschte Bedingungen anpassbar. H ist die Distanz von Verbundmitte zu Verbundmitte.
Weiterhin ist eine Zellteilung A dargestellt, die quasi eine Höhe einer Zelle 12 bezeichnet. Die Zellteilung A hängt von der Anwendung ab und kann von einigen Millimetern bis in den Meterbereich variieren.
Das Material 14 kann durch ein thermofusionierbares bzw. schweißbares Material wie beispielsweise Folien, Vlies und/oder textilem Material gebildet sein.
Diese Erwärmung des zu verschweißenden Materials 14 kann einerseits nach dem Prinzip der Innenerwärmung (3) und anderseits nach dem Prinzip der Außenerwärmung (2) oder durch eine Mischform erfolgen.
2 verdeutlicht das Prinzip der Außenerwärmung. Eine erste Folienbahn 14a wird in Kontakt mit einer zweiten Folienbahn 14b und erfindungsgemäße Heizelemente 18 werden in Kontakt mit dem ersten Bahnabschnitt 14a gebracht. Die Heizelemente 18 erwärmen diese derart, dass eine Wärmeübertragung zunächst von den Heizelementen 18 zur ersten Folienbahn 14a und dann von der ersten Folienbahn 14a zur zweiten Folienbahn 14b erfolgt. Es entsteht ein Erwärmungsbereich 20. Üblicherweise werden die beiden Folienbahnen 14a, 14b dabei gegen Haltestempel 22 gedrückt, was in diesem Bereich bei Vliesstoff zu einer gezielten Nachkalandrierung führt. Anschließend werden die Heizelemente 18 zurückgezogen, die Folienbahnen 14a, 14b sind verschweißt.
Nachdem die beiden Folienbahnen 14 miteinander verbunden worden sind, wird eine dritte Folienbahn 14c (vgl. 1) an diese beiden Folienbahnen angefügt. Dabei ist es zur Ausführung der Wabenstruktur notwendig, dass die Verbindungsabschnitte 16 zwischen der ersten Folienbahn 14a und der zweiten Folienbahn 14b versetzt zu den dann folgenden Verbindungsabschnitten zwischen beispielsweise der zweiten Folienbahn 14b und der dritten Folienbahn 14c angeordnet sind.
3 verdeutlicht das Prinzip der Innenerwärmung. Die erfindungsgemäßen Heizelemente 18 werden zwischen der ersten Folienbahn 14a und der zweiten Folienbahn 14b angeordnet. Durch die Erwärmung entsteht gleichzeitig in beiden Folienbahnen 14a, 14b der Erwärmungsbereich 20, die Wärmeübertragung erfolgt ausgehend von den Heizelementen 18 über die einander zugewandten Innenflächen der Folienbahnen 14a, 14b in diese hinein. Die Erwärmung kann insgesamt sehr schnell bis zur oder über die Schmelztemperatur erfolgen, wobei die Wärmediffusionsrate berücksichtigt wird. Wesentlich bei der Erwärmung ist, dass die Schmelztemperatur der Folie möglichst kurz andauert, um eine Nachkristallisation zu vermeiden bzw. einzuschränken. Ziel ist es beispielsweise bei Folien, nur einen minimalen Bereich der Folienbahnen 14a, 14b physikalisch zu verändern, also nur einen möglichst kleinen Bereich des Erwärmungsbereiches 20.
Nachdem die beiden Folienbahnen 14a und 14b die Schweißtemperatur erreicht haben, werden die Heizelemente 18 entfernt und die beiden Folienbahnen 14a, 14b werden, beispielsweise mit Hilfe von bewegbaren nicht dargestellten Zylindern, zusammengedrückt. Die bewegbaren Zylinder können mit einem weichen Material belegt sein, um die Folienbahnen 14a, 14b möglichst schonend zusammenzudrücken.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante klemmen die bewegbaren Zylinder die Heizelemente 18, wenn sie sich zwischen den Folienbahnen 14a, 14b befinden, ein, sie drücken also die Folienbahnen 14a, 14b gegen die Heizelemente 18. Nach Erreichen der Schweißtemperatur ziehen sich die Heizelemente 18 zurück.
Nachdem die beiden Folienbahnen 14a, 14b miteinander verbunden worden sind, wird ein dritter Bahnabschnitt 14c (vgl. 1) an diese beiden Folienbahnen 14a, 14b angefügt. Dabei ist es zur Ausbildung der Wabenstruktur notwendig, dass die Verbindungsabschnitte 16 zwischen dem ersten Bahnabschnitt 14a und dem zweiten Bahnabschnitt 14b versetzt zu den dann folgenden Verbindungsabschnitten zwischen beispielsweise dem zweiten Bahnabschnitt 14b und dem dritten Bahnabschnitt 14c angeordnet sind.
Üblicherweise erfolgt ein Auffächern der zusammengefügten Folienbahnen 14a, 14b zum endgültigen Wabenwerkstoff 10. Dies kann aber auch später, beispielsweise am Einsatzort des Wabenwerkstoffes erfolgen. Nachdem also ausreichend Folienbahnen 14 zusammengefügt wurden, werden diese derart mechanisch auseinander gezogen, dass sich die Wabenzellen öffnen und sich nach Abkühlen der gewünschte Wabenwerkstoff 10 ausbildet.
4 zeigt eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Heizelements 18. Das Heizelement 18 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, in das im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Schlitze 20 eingebracht sind. Die Schlitze 20 bewirken, dass dem Stromfluss je nach geometrischer Abmessung des verbleibenden Materials unterschiedliche elektrische Widerstände entgegengesetzt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind Anschlüsse 22 in einem Fußbereich des Heizelementes 18 gezeigt, über die elektrischer Strom in das Heizelement 18 eingeleitet wird.
Die Schlitze 20 bewirken in der gezeigten Ausführungsvariante, das heiße Zonen 34 und kältere Zonen 36 erzeugt werden. Diese Zonen 34, 36 erstrecken sich sowohl in Längsrichtung des Heizelements als auch in Querrichtung. Die Anordnung und Geometrie der Schlitze 20 ist für jeden Einzelfall bzw. für jede zu fertigende Wabenherstellungsvorrichtung frei wählbar. Erkennbar ist auch, dass die geometrischen Abmessungen des Heizelementes 18 selbst die gewünschten Zonen 34, 36 mit unterschiedlichen elektrischen Widerständen und damit unterschiedlichen Temperaturen erzeugen. Das gezeigte Heizelement 18 verjüngt sich in diesem Beispiel in Richtung seines freien Endes, um eine bessere mechanische Stabilität zu erreichen.
Weiterhin zeigt 4, dass die Zonen 34, 36 unterschiedlicher Temperatur auch durch Einbringen einer Nut 30 geschaffen oder beeinflusst werden können. Im Sinne dieser Erfindung beschreibt der Begriff Nut 30 eine Vertiefung im Material des Heizelements 18. Vorteilhafterweise kann die Nut mit einem ausgewählten Material gefüllt werden, wobei das Füllmaterial einen anderen elektrischen Widerstand als das Material des Heizelementes aufweist. Durch das Befüllen mit verschiedenen Materialen ist es möglich, die Temperaturzonen im Heizelement 18 zu variieren.
Das Einteilen in Temperaturzonen führt zu einer kontinuierlich auftretenden Temperaturtopographie. Durch die Verwendung des Heizelementes 18 wird gewährleistet, dass das zu verschweißende Material 14 mit einer seiner Position entsprechend angepassten Temperatur und Zeit verschweißt werden kann. Wird das Heizelement 18 zwischen zwei Folienbahnen eingeführt, um diese zu verschweißen, entsteht der Kontakt zwischen dem Heizelement 18 und der Folienbahn erst in dem Moment, wenn das Heizelement 18 ganz eingeführt ist. Entsprechend kommt der untere Bereich der Folienbahn mit dem Heizelement 18 am längsten in Kontakt, weil das Heizelement 18 über seine ganze Länge von oben nach unten an diesem vorbeigeführt wird. Der obere Bereich der Folienbahnen 14a, 14b, 14c kommt also nur kurz und nur mit dem heißen oberen Bereich des Heizelementes 18 in Kontakt, während dagegen der untere Bereich der Folienbahnen 14a, 14b, 14c beim Ausführen mit allen Temperaturzonen des Heizelementes 18 in Kontakt kommt. Die unterschiedlichen Temperaturzonen des Heizelementes 18 gewährleisten somit die gewünschte optimale Wärmeübertragung an die Folienbahnen, so dass alle Bereiche der Folienbahnen wunschgemäß zusammengeschweißt werden und der untere Bereich der Folienbahnen 14a, 14b, 14c nicht durch eventuell zu heißes oder zu langes Erwärmen oder Behandeln mit dem Heizkamm durch das Heizelement 18 zerstört wird.
Die Wärmeübertragung kann erfindungsgemäß auch durch eine Anpassung der Bewegungsgeschwindigkeit des Heizelements beim Herausziehen beeinflusst werden. Zum Beispiel kann es sinnvoll sein, die Herausziehgeschwindigkeit während des Herausziehvorgangs zu erhöhen.

Claims

Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung zur Herstellung eines Wabenwerkstoffs (10) aus thermofusionierbarem Material (14) mit einem Heizkamm, der mehrere Heizelemente (18) aufweist, die geeignet sind bei einem Schweißvorgang gleichzeitig über ihre gesamte Länge mit zumindest einer der zu verschweißenden Folienbahnen (14a, 14b, 14c) in Kontakt gebracht und anschließend entlang der Folienbahn (14a, 14b, 14c) außer Kontakt bewegt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (18) jeweils Zonen (34, 36) mit unterschiedlichen elektrischen Widerständen aufweisen, was zu unterschiedlicher Erwärmung der Zonen (34, 36) bei Stromfluss führt, wobei die Zonen (34, 36) in Bewegungsrichtung der Heizelemente aneinander angrenzend angeordnet sind und die Erwärmung der Zonen (34, 36) durch den Stromfluss ausgehend von einem freien Ende zu einem Fußbereich der Heizelemente (18) hin abnimmt, wobei die Zonen (34, 36) derart an die Bewegungsgeschwindigkeit angepasst sind, dass eine konstante Wärmeübertragung an die Folienbahnen (14a, 14b, 14c) erfolgt.
Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Zonen (34, 36) durch eine geometrische Formgebung des Heizelementes (18) erfolgt.
Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung des Heizelementes (18) durch mindestens einen Schlitz erfolgt.
Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung des Heizelementes (18) durch mindestens einen Nut (30) erfolgt.
Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (18) aus Metall besteht.
Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (30) mit elektrisch leitendem Material gefüllt ist.
Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Material (22) einen Widerstandkoeffizienten von mindestens 400 ppm/°C, vorzugsweise >1000 ppm/°C, aufweist.
Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (18) mehrere Schlitze und/oder Nuten aufweist.
Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung des Heizelementes (18) durch unterschiedliche Materialstärken erfolgt.
Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung des Heizelementes (18) über ihren Verlauf unterschiedliche geometrische Abmessungen aufweist.
Wabenwerkstofffolienschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Beschichtung des Heizelementes (18) mit einem Material mit geringer Oberflächenenergie zur Schaffung einer Schicht mit geringem Anhaftpotential.