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Die Erfindung betrifft ein Extruderschweißgerät zum Verschweißen von thermoplastischen Kunststoffmaterialien, mit einer in einem Gehäuse angeordneten drehantreibbaren Schnecke zum Plastifizieren des thermoplastischen Kunststoffmaterials, wobei in Transportrichtung der Schnecke nachgelagert in dem Gehäuse weiterhin ein Kompressionskörper angeordnet ist, wobei zwischen dem Kompressionskörper und einer innenseitigen Wand des Gehäuses ein Ringspalt ausgebildet ist, und wobei in Transportrichtung hinter dem Kompressionskörper in dem Gehäuse eine Lochblende entlang ihres Umfangs formschlüssig aufgenommen ist.
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Ein gattungsgemäßes Extruderschweißgerät ist aus der
EP 0 663 277 B1 bekannt. Bei gattungsgemäßen Vorrichtungen ist das Gehäuse zumindest abschnittsweise als eine Schmelzkammer ausgebildet, d. h. mit einer Wärmequelle ausgestattet, mit Hilfe welcher das in dem Extruderschweißgerät von der drehantreibbaren Schnecke transportierte thermoplastische Kunststoffmaterial plastifiziert wird. Dabei wird die Wärmeenergie über die innenseitige Wand des Gehäuses an das thermoplastische Material weitergeleitet.
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Für ein befriedigendes Schweißergebnis ist es unerlässlich, dass das aus dem Extruderschweißgerät austretende Kunststoffmaterial zum einen ausreichend plastifiziert ist, d. h. eine gewisse Mindesttemperatur aufweist, und andererseits ausreichend verdichtet ist, d. h. während des Plastifiziervorgangs eventuell eingeschlossene Luftblasen vor dem Austreten des Materials aus dem Extruderschweißgerät ausgetrieben worden sind. Weiterhin ist es zur Erzielung gleichmäßiger Schweißergebnisse notwendig, dass die Schmelze homogen ist, d. h. eine ausreichende Durchmischung aufweist.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Extruderschweißgerät vorzuschlagen, das die Herstellung eines gut durchmischten, hoch plastifizierten und verdichteten Kunststoffschweißmaterials ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Extruderschweißgerät der vorgenannten Art gelöst, bei dem die Lochblende mindestens einen Durchlass für plastifiziertes Kunststoffmaterial aufweist, der zu dem Umfang der Lochblende hin geöffnet ist.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung von Durchlässen, die zu dem Umfang der Lochblende hin geöffnet sind und damit unmittelbar an die innenseitige Wand der Schmelzkammer angrenzen, hat den Vorteil, dass die Schmelze auch im Bereich der Lochblende unmittelbar mit der Schmelzkammer in Berührung steht, wodurch die Wärmeübertragung auf die Schmelze verbessert wird. Dadurch wird gewährleistet, dass die Schmelze auch bei ihrem Durchtritt durch die Lochblende nicht abkühlt und nicht an ihrer Plastizität einbüßt. Dadurch bedingt, dass somit die Viskosität der Schmelze auch beim Durchtritt durch die Lochblende niedrig gehalten wird, erhöht sich gleichzeitig die Durchmischbarkeit und Komprimierbarkeit der Schmelze.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Lochblende eine Mehrzahl von zu dem Umfang hin geöffneter Durchlässe auf, wobei der Formschluss zwischen der Lochblende und dem Gehäuse über zwischen benachbarten Durchlässen ausgebildete Stege ausgebildet ist. So ist es bei einer Ausführungsform denkbar, dass jeweils benachbarte Durchlässe von einem wie vorbeschrieben ausgestalteten Steg voneinander getrennt sind. Bei dieser Ausführungsform ist der Formschluss zwischen der Lochblende und dem Gehäuse des Extruderschweißgerätes somit gerade zwischen den freien Enden der Stege und der innenseitigen Wand des Gehäuses hergestellt.
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Zur weiteren Erhöhung der Durchmischung des plastifizierten Kunststoffmaterials ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Stege Durchlässe in Form von Bohrungen aufweisen. Anders als die vorbeschriebenen Durchlässe, welche zu dem Umfang der Lochblende hin geöffnet sind, sind die als Bohrungen in den Stegen ausgebildeten Durchlässe umlaufend begrenzt. Die Querschnitte der Bohrungen sollen auf keine bestimmten Geometrien beschränkt sein. Sie können beispielsweise zylindrisch, aber auch im Querschnitt oval oder rechteckig sein.
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Die Durchmischung des plastifizierten Kunststoffmaterials kann bei der vorbenannten Ausführungsform dadurch weiter erhöht werden, dass die in den Stegen als Bohrungen ausgebildeten Durchlässe in Transportrichtung der Schnecke bzw. in Transportrichtung des plastifizierten Kunststoffmaterials aufeinander zulaufen. Besonders bevorzugt ist bei dieser Ausführungsform, dass sich mindestens zwei der Bohrungen von einem Einlassende der Lochblende zu einem Auslassende der Lochblende hin zu einem gemeinsamen Auslass an dem Auslassende vereinigen.
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Es ist bevorzugt, dass die zu dem Umfang der Lochblende hin geöffneten Durchlässe und/oder die Stege zumindest teilweise eine Symmetrieachse aufweisen, die durch einen Symmetriepunkt der Lochblende radial nach außen und in Richtung senkrecht zu dem Umfang der Lochblende verläuft. Bevorzugt sind die Durchlässe bzw. die Stege bezüglich ihrer Symmetrieachsen unter dem gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet. Es hat sich herausgestellt, dass bei wie vorbeschrieben hochgradig symmetrisch verteilten Durchlässen bzw. Stegen die besten Ergebnisse hinsichtlich Plastizität, Durchmischung und Komprimierung der Schmelze erreicht werden.
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Bei einer leicht zu wartenden, zu reinigenden und in Abhängigkeit des zu verarbeitenden Kunststoffmaterials umzurüstenden Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lochblende und der Kompressionskörper einstückig ausgebildet sind und als ein einziges Bauteil zu den vorgenannten Zwecken aus dem Extruderschweißgerät aus- und wieder eingebaut werden können. Die exakte Positionierung der Einheit aus Lochblende und Kompressionskörper in dem Gehäuse ist über den Formschluss zwischen dem Umfang der Lochblende und dem Gehäuse besonders einfach. Grundsätzlich können die Lochblende und der Kompressionskörper jedoch auch als separate Bauteile ausgebildet sein. Dann weisen diese bevorzugt Mittel zur präzisen Anordnung von Lochblende und Kompressionskörper zueinander auf.
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Bevorzugt ist die Lochblende über einen Verbindungssteg mit dem Kompressionskörper verbunden, wobei zwischen dem Verbindungssteg und dem Gehäuse ein Ringspalt ausgebildet ist, der eine größere durchlässige Querschnittsfläche aufweist als der Ringspalt, der zwischen dem Kompressionskörper und dem Gehäuse im Bereich einer Verbindungsstelle zwischen dem Kompressionskörper und dem Verbindungssteg, d. h. unmittelbar vor dem Übergang von dem Kompressionskörper zu dem Verbindungssteg, ausgebildet ist. Somit wird auf besonders elegante Weise die bei gattungsgemäßen Vorrichtungen in Transportrichtung dem Kompressionskörper nachgelagerte Expansionskammer ausgebildet.
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Mit dem erfindungsgemäßen Extruderschweißgerät wird auf effektive Weise ein Abkühlen der durch die Lochblende ausgebildeten Einzelstränge der Schmelze und damit auch das bei der Verarbeitung einiger Materialien mit Hilfe der aus dem Stand der Technik bekannten Extruderschweißgeräten beobachtete Auftreten von Rissen an der Oberfläche der teilerstarrten Kunststoffmaterialien vermieden.
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Mit Hilfe des Kompressionskörpers kann das Extruderschweißgerät für die Verwendung unterschiedlicher Schweißmaterialien eingestellt werden. Relevante Schweißmaterialeigenschaften, in Abhängigkeit welcher die Geometrie des Kompressionskörpers ausgewählt sein kann, sind das Temperaturverhalten oder die Beschaffenheit des Schmelzgutes. Die auswechselbaren Kompressionskörper machen insbesondere einen Schneckenwechsel bei dem Wechsel auf ein Schweißmaterial mit anderen Materialeigenschaften unnötig. Anstelle der Schnecke kann erfindungsgemäß lediglich der Kompressionskörper angepasst werden.
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Das erfindungsgemäße Extruderschweißgerät ist sowohl für die Verwendung von als Schweißdraht zugegebenem Kunststoffmaterial als auch für die Verwendung von Granulaten, insbesondere auch für unterschiedliche Granulatformen, geeignet. Durch die einstückige Ausbildung von Kompressionskörper und Lochblende ist das erfindungsgemäße Extruderschweißgerät besonders einfach für die Verarbeitung unterschiedlicher Materialien umrüstbar, ohne dass dafür Veränderungen an der drehantreibbaren Schnecke und/oder an dem Extrudergehäuse vorgenommen werden müssten. Insbesondere wird dadurch auch die Abstimmung des Extruderschweißgeräts auf neu entwickelte Hochleistungskunststoffe, welche die Verwendung ganz bestimmter Lochblenden sowie Kompressionskörper und deren Kombination bedingen, möglich. Insbesondere sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen der Kompressionskörper nicht nur, wie aus dem Stand der Technik bekannt, zylindrisch oder pyramidenförmig, sondern beispielsweise auch als ein Vieleck oder Oval ausgebildet ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachstehenden Figuren erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 ein gattungsgemäßes Extruderschweißgerät gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht auf eine Lochblende und einen Kompressionskörper, die einstückig ausgebildet sind, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht auf eine Lochblende und einen Kompressionskörper, die einstückig ausgebildet sind, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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4 zwei Querschnittsansichten und eine Draufsicht auf eine Lochblende und einen Kompressionskörper, die einstückig ausgebildet sind, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
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5 Querschnittsansichten von drei Varianten einer Ausführungsform mit einer besonderen Ausgestaltung des Kompressionskegels.
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In 1 ist ein gattungsgemäßes Extruderschweißgerät gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Dieses umfasst ein Gehäuse 1, welches eine Schmelzkammer ausbildet, die von einer Wärmequelle beheizt wird, eine drehantreibbare Schnecke 2 zum Plastifizieren eines thermoplastischen Kunststoffmaterials sowie einen Kompressionskörper 3, der in Transportrichtung der drehantreibbaren Schnecke 2 bzw. des durch diese plastifizierten thermoplastischen Kunststoffmaterials der drehantreibbaren Schnecke 2 nachgelagert angeordnet ist. Zwischen dem Kompressionskörper 3 und einer innenseitigen Wand 4 des Gehäuses 1 ist ein Ringspalt 5 ausgebildet. In Transportrichtung hinter dem Kompressionskörper 3 ist eine Lochblende 6 angeordnet, welche entlang ihres Umfangs 7 formschlüssig in dem Gehäuse 1 aufgenommen ist. In der dargestellten Querschnittsansicht ist zu erkennen, dass die in der Lochblende 6 vorgesehenen Durchlässe 8 von der innenseitigen Wand 4 des Gehäuses 1 und damit von dem Umfang 7 beabstandet angeordnet sind. Für die über das Gehäuse 1 bereitgestellte Wärmeeintragung auf das zu plastifizierende thermoplastische Kunststoffmaterial ist es somit notwendig, dass die zu übertragende Wärmeenergie durch wesentliche Teile der Lochblende 6 hindurchgeleitet wird, wodurch aufgrund der Wärmekapazität der Lochblende entsprechende Verluste entstehen.
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In der 2 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lochblende 6 in Kombination mit einem mit dieser einstückig ausgebildeten Kompressionskörper 3 dargestellt. Auch bei dieser Ausführungsform ist wiederum der Kompressionskörper 3 über einen Verbindungssteg 11 mit der Lochblende 6 verbunden. In den Stegen 9 sind Bohrungen 10 vorgesehen. Neben den Bohrungen 10 sind Durchlässe 8 ausgebildet, welche zu dem Umfang 7 der Lochblende 6 hin geöffnet sind. An ihren freien Enden und damit entlang dem Umfangs 7 weisen die Stege 9 eine Kontur auf, die für die formschlüssige Aufnahme der Lochblende 6 im Innern des Gehäuses 1 (nicht dargestellt) ausgebildet ist.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der wiederum der Kompressionskörper 3 mit der Lochblende 6 über einen Verbindungssteg 11 verbunden ist. Weiterhin ist die Verbindungsstelle 13 zwischen dem Kompressionskörper 3 und dem Verbindungssteg 11 zu erkennen. In der Draufsicht ist zu sehen, dass die Durchlässe 8 als U-förmige Nuten ausgebildet sind. Daraus ergibt sich, dass die Stege 9 im Querschnitt im Wesentlichen dreieckig oder sich in Richtung des Symmetriepunkts P verjüngend ausgebildet sind. Weiterhin ist zu erkennnen, dass sowohl die Durchlässe 8 als auch die Stege 9 jeweils eine Symmetrieachse S aufweisen (es ist lediglich eine Symmetrieachse beispielhaft eingezeichnet), die einerseits durch den Symmetriepunkt P der Lochblende 6 und andererseits radial nach außen und in Richtung senkrecht zu dem Umfang 7 der Lochblende 6 verlaufen. Neben der dargestellten symmetrischen Verteilung der Durchlässe 8 ist bei anderen Ausführungsformen auch eine unsymmetrische bzw. willkürliche Verteilung möglich.
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In 4 ist schließlich eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Bohrungen 10 in der Lochblende 6 in Transportrichtung der drehantreibbaren Schnecke bzw. des thermoplastischen Kunststoffmaterials aufeinander zulaufen. Die beiden Querschnittsansichten entsprechen um 60° zueinander versetzten Querschnitten, wie es sich aus der Zusammenschau mit der Draufsicht unmittelbar ergibt. Des Weiteren ist der Draufsicht auf das Auslassende 14 der Lochblende 6 zu entnehmen, dass genau drei der insgesamt sechs Bohrungen 10 an dem Auslassende 14 zu einem gemeinsamen Auslass 15 vereinigt sind. Die nicht vereinigten Bohrungen 10 grenzen an dem Auslassende 14 unmittelbar an eine äußere Berandung des gemeinsamen Auslasses 15.
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Die 5 zeigt Querschnittsansichten von drei Varianten einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Kompressionskegel 3 eine sich in Transportrichtung des plastifizierten Kunststoffmaterials kegelförmig verjüngenden Verengung aufweist, durch welche das plastifizierte Material getrieben wird. Die Verjüngung hat zur Folge, dass das plastifizierte Kunststoffmaterial, welches in die Verengung des Kompressionskörpers 3 getrieben wird, verdichtet wird. Am Ende des derart ausgebildeten Kompressionskörpers 3 münden bei der Variante gemäß der oberen Darstellung Bohrungen 10, welche das Ende des Kompressionskörpers 3 mit dem Auslassende 14 der Lochblende 6 für den Transport des plastifizierten Kunststoffmaterials fluidisch verbinden.
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Die Variante dieser Ausführungsform gemäß der mittleren Darstellung unterscheidet sich dadurch, dass die Lochblende 6 über den Verbindungssteg 11 mit dem Kompressionskörper 3 verbunden ist. Am engen Ende des Kompressionskörpers 3 sind Bohrungen 10 vorgesehen, welche in einen sich zwischen dem Gehäuse 1 (nicht dargestellt) des Extruderschweißgeräts und dem Steg 11 ausbildenden Ringspalt münden. Weitere Bohrungen 10, welche durch die Lochblende 6 in Längsrichtung hindurchtreten, bilden eine fluidische Verbindung für den Kunststoffmaterialtransport zwischen dem Ringspalt und dem Auslassende 14.
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In der unteren Darstellung der 5 ist eine Variante dargestellt, bei der sich analog zu der Ausführungsform gemäß 4 zumindest einige der Bohrungen 10 zu dem Auslassende 14 hin zu einem gemeinsamen Auslass 15 vereinigen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sich die separaten Kunststoffmaterialstränge, welche durch die Bohrungen 10 transportiert werden, am Auslassende 14 der Lochblende 6 besser zu einem homogenen Materialstrang vermengen.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse, Schmelzkammer
- 2
- Schnecke
- 3
- Kompressionskörper
- 4
- Wand
- 5
- Ringspalt
- 6
- Lochblende
- 7
- Umfang
- 8
- Durchlass
- 9
- Steg
- 10
- Bohrung
- 11
- Verbindungssteg
- 12
- Ringspalt
- 13
- Verbindungsstelle
- 14
- Auslassende
- 15
- Auslass
