DE102012218655A1

DE102012218655A1 - Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente

Info

Publication number: DE102012218655A1
Application number: DE102012218655.7A
Authority: DE
Inventors: Alfred Isele; Uwe Kratzer; Helmut Gall; Reinhold Konnerth
Original assignee: IWI GmbH
Current assignee: IWI GmbH
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2032-10-13
Also published as: EP2906408A1; DE102012218655B4; WO2014057135A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente (12a, 12b), wobei die Vorrichtung (1) eine erste Aufnahmevorrichtung (11a) zum Aufnehmen eines ersten Kunststoffschaumelements (12a) sowie eine zweite Aufnahmevorrichtung (11b) zum Aufnehmen eines zweiten Kunststoffschaumelements (12b) aufweist. Insbesondere ist die erste Aufnahmevorrichtung (11a) derart gegenüber der zweiten Aufnahmevorrichtung (11b) angeordnet, dass ein Spaltbereich (a) zwischen den zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente (12a, 12b) ausgebildet wird. Darüber hinaus ist mindestens ein Heizelement (13a, 13b) vorgesehen, welches ausgelegt ist, zumindest die zu verbindende Oberflächen des ersten und zweiten Kunststoffschaumelements zu erhitzen. Mit dem Ziel verbundene Kunststoffschaumelemente mit besseren Dämmeigenschaften bei guter Dampfdurchlässigkeit herzustellen, weist der Spaltbereich (a) eine Breite auf, welche ausgelegt ist, das mindestens eine Heizelement (13a, 13b) berührungsfrei zwischen den zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente (12a, 12b) aufzunehmen. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum dauerhaften Verbinden von Kunststoffschaumelementen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffelemente gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10.
Gerade in Zeiten immer neuer Energiesparverordnungen wird von Immobilienbesitzern eine immer bessere Wärmedämmung ihres Eigentums verlangt. Dies liegt nicht zuletzt darin begründet, dass eine begrenzte Verfügbarkeit von nicht erneuerbaren Energieträgern besteht, welche dazu führt, dass alle Verbraucher sparsam mit den verbleibenden Energievorräten umgehen. Eine besonders effektive Variante Energie einzusparen, stellt dabei eine bessere Hausisolierung dar. Insbesondere könnten durch eine optimale Wärmedämmung die Heizkosten laut Deutscher Energie-Agentur (dena) um bis zu 70% gesenkt werden. Aus diesem Grund fanden in der Vergangenheit Kunststoffschaumelemente mit besonders starken Dicken Einsatz in der Isolierung von Gebäuden. Zu diesem Zweck sind vor allem Kunststoffschaumplatten bekannt, welche aus Dämmmitteln wie beispielsweise Polyurethan-Hartschaum, expandiertem Polystyrol-Hartschaum (EPS) oder extrudiertem Polystyrol-Hartschaum (XPS) gebildet sind.
Insbesondere die Isolationseigenschaften des XPS hängen sehr stark von der Zellstruktur des Schaums ab. Im Einzelnen ist es bekannt, dass dicke XPS-Platten signifikant schlechtere Wärmedämmeigenschaften haben, als es bei dünneren XPS-Platten der Fall ist. Dies liegt insbesondere darin begründet, dass sich bei größer werdender Plattendicke eine Verschlechterung der Zellstruktur und somit eine Reduzierung der Isoliereigenschaften der XPS-Platte einstellt.
Um die oben beschriebene Problemstellung zu umgehen und dicke Platten mit einer guten Zellstruktur, d.h. guten Wärmedämmeigenschaften herzustellen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, mehrere dünne Kunststoffschaumplatten miteinander zu verbinden. Dazu wurde beispielsweise vorgeschlagen, die Kunststoffschaumplatten mit lösungsmittelfreien Klebern, z.B. auf Polyurethanbasis zu verkleben. Dies hat den Nachteil, dass im Verbindungsbereich der verklebten Kunststoffschaumplatten eine Sperrschicht gegen Wasserdampfdiffusion entsteht, welche selbstverständlich gerade in der Gebäudeisolierung unerwünscht ist. Darüber hinaus stellt der bekannte lösungsmittelfreie Kleber ein Fremdmaterial dar, welches zwischen die Kunststoffschaumplatten eingebracht worden ist und somit das Recyceln der Kunststoffschaumplatte sehr stark erschwert bzw. komplett verhindert.
Aufgrund oben genannter Nachteile ist man in der Zwischenzeit häufig dazu übergegangen, eine Verdoppelung der Kunststoffschaumplatten dadurch zu erreichen, dass die Kunststoffschaumplatten an ihren Berührungsflächen miteinander verschweißt werden. Dabei wird eine thermische Verbindung (Schweißnaht) zwischen den Kunststoffschaumplatten hergestellt. Ein derartiges Verfahren zum Verschweißen zweier Kunststoffschaumplatten wird beispielsweise in der DE 44 21 016 A1 offenbart. Gemäß den darin angegebenen Lehren erfolgt das Verschweißen der Kunststoffschaumplatten unter Verwendung eines Heizschwertes. Mit Hilfe des Heizschwertes wird unter Berührung der Kunststoffschaumplatten deren Oberfläche angeschmolzen, d.h. die Kunststoffschaumplatten werden unter Zusammendrücken über das Heizschwert gezogen oder geschoben. Nach dem Anschmilzen der Oberflächen der Kunststoffschaumplatten werden diese aufeinander gepresst und gehen somit eine dauerhafte Schweißverbindung miteinander ein.
Das Verschweißen der Kunststoffschaumplatten mittels des zuvor genannten Heizschwertes hat den Nachteil, dass die miteinander zu verschweißenden Oberflächen der beiden Kunststoffschaumplatten durch thermische und gleichzeitig mechanische Belastung in ihrer Zellstruktur verändert bzw. verdichtet werden.
Dies reduziert jedoch die Diffusionseigenschaften der Grenzschicht, wodurch eine Sperrschicht gegen Wasserdampfdiffusion entsteht. Darüber hinaus kann es durch das zuvor genannte Verfahren zu einer übermäßigen Emission von Styrol und Penthan kommen, welche als sehr stark gesundheitsschädlich bekannt sind. Daraus ergibt sich eine Gefährdung für das Bedienpersonal der Vorrichtung zum Verbinden von Kunststoffschaumelementen.
Auf Grundlage der oben genannten Probleme liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente anzugeben, welches die genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll durch die Erfindung eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren angegeben werden, durch welches auf einfache Weise eine Verbindung von Kunststoffschaumelementen erzielt werden kann, die eine hohe Dampfdurchlässigkeit aufweist und die Emission von Giftstoffen wie Styrol auf ein Minimum reduziert.
Erfindungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10 gelöst.
Demnach wird eine Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente vorgeschlagen, welche eine erste Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen eines ersten Kunststoffschaumelements sowie eine zweite Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen eines zweiten Kunststoffschaumelements aufweist. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens ein Heizelement auf, welches ausgelegt ist, zumindest die zu verbindende Oberflächen des ersten und zweiten Kunststoffschaumelements zu erhitzen. Dabei ist die erste Aufnahmevorrichtung derart gegenüber der zweiten Aufnahmevorrichtung anordbar, dass ein Spaltbereich zwischen den zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente ausgebildet wird. Dieser Spaltbereich weist eine Breite auf, welche ausgelegt ist, das Heizelement berührungsfrei zwischen den zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente aufzunehmen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente weist eine Vielzahl von Vorteilen auf. So wird durch das berührungsfrei im Spaltbereich angeordnete Heizelement gewährleistet, dass die zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente erhitzt werden, ohne die Oberflächen zu berühren. Dadurch wird wiederum wirkungsvoll verhindert, dass eine Veränderung der Zellstruktur durch mechanische Belastungen eintritt. Auch wird durch das Erhitzen der Oberflächen ausschließlich durch Wärmestrahlung gewährleitstet, dass eine ausreichend dünne Schweißnaht zwischen den beiden Kunststoffschaumelementen gebildet wird, welche die Dampfdurchlässigkeit der verdoppelten Kunststoffschaumplatte nur in geringem Maße beeinträchtigt. Auch ist durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ein sehr geringer Wartungsaufwand nötig, da das Heizelement nicht im Kontakt mit den Oberflächen der Kunststoffschaumelemente steht und sich somit keine Rückstände auf der Oberfläche des Heizelements bilden können, welche die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung beeinflussen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
So ist es in einer ersten Realisierung vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Aufnahmevorrichtung Betätigungselemente aufweisen, welche ausgelegt sind, die beiden Kunststoffelemente nach dem Erhitzen durch das mindestens eine Heizelement mit ihren zu verbindenden Oberflächen gegeneinander zu pressen. Dementsprechend können die ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen nicht nur dazu verwendet werden, einen Spaltbereich zum Erhitzen der Kunststoffschaumelemente auszubilden; vielmehr ist es gleichzeitig möglich, die Kunststoffschaumelemente mit Hilfe der Aufnahmevorrichtungen zu verpressen, nachdem diese durch das Heizelement erhitzt wurden. Demzufolge ergeben sich ein verringerter Platzbedarf der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eine verbesserte Schweißnaht, da die Kunststoffschaumelemente unmittelbar nach dem Erhitzen miteinander in Verbindung gebracht werden können. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die beiden Aufnahmevorrichtungen translatorisch in vertikaler Richtung aufeinanderzu bewegt werden können. Die Bewegung der ersten und zweiten Aufnahmevorrichtung kann beispielsweise durch eine pneumatische, hydraulische, elektrische oder magnetische Betätigungsvorrichtung erfolgen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen als ebene Plattenelemente ausgebildet und planparallel zueinander angeordnet. In dieser Ausgestaltungsvariante bilden die ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen ebene Auflageflächen für die ersten und zweiten Kunststoffschaumelemente. Dementsprechend wird gewährleistet, dass die Kunststoffschaumelemente während des Heiz-/Anpressvorganges nicht verbogen werden, d.h. keinem zusätzlichen Biegemoment ausgesetzt sind. Einem sogenannten „Schüsseln“ der verbunden Kunststoffschaumelemente kann somit wirkungsvoll entgegengewirkt werden. Ferner ist es in diesem Zusammenhang vorstellbar, selbst Kunststoffschaumelemente sehr hoher Dicken und Dichten zu verschweißen, da ein Verbiegen der Kunststoffschaumelemente im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Rollenführungen nicht nötig ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Vorrichtung weist diese mindestens eine Heizstation auf, welche neben den Aufnahmevorrichtungen angeordnet ist. Die Heizstation ist dabei insbesondere dazu ausgelegt, das mindestens eine Heizelement zu erhitzen. Mit anderen Worten, das Heizelement ist als passives Heizelement ausgebildet, d.h. es weist keine Heizstrukturen, wie beispielsweise Heizdrähte auf. Dies hat den Vorteil, dass das Heizelement besonders robust ist und in der Heizstation sehr genau auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden kann, ohne dabei bereits die Oberflächen der Kunststoffschaumelemente zu beeinflussen. Auch wird durch die Verwendung der Heizstation gewährleistet, dass das mindestens eine Heizelement von Anfang an sehr gut reproduzierbare Temperaturwerte aufweist.
Um das mindestens eine Heizelement zwischen der Heizstation und dem Spaltbereich verfahren zu können, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine Transporteinrichtung aufweisen. Durch die Transporteinrichtung kann das mindestens eine Heizelement bspw. in horizontaler Richtung in den Spaltbereich zwischen den Aufnahmevorrichtungen eingeführt werden. Selbstverständlich lässt sich das mindestens eine Heizelement auf gleiche Weise in horizontaler Richtung wieder aus dem Spaltbereich herausnehmen. Die Transporteinrichtung kann zu diesem Zweck als horizontale Schienenanordnung mit mindestens einem Schlitten zur Aufnahme des mindestens einen Heizelements ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das mindestens eine Heizelement besonders schnell und zuverlässig zwischen der Heizstation und dem Spaltbereich verfahren werden. Darüber hinaus wird durch die Ausbildung der Transporteinrichtung als horizontale Schienenanordnung die Wartung der erfindungsgemäßen Vorrichtung stark vereinfacht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zwei Heizstationen und zwei Schlitten an gegenüberliegenden Seiten der Aufnahmevorrichtungen zur Aufnahme von zwei Heizelementen aufweisen. Mit anderen Worten, auf diese Weise können zwei Heizelemente unabhängig voneinander erhitzt und zwischen der Heizstation und dem Spaltbereich verfahren werden. Dadurch können die beiden Heizelemente gleichzeitig in den Spaltbereich eingeführt werden, wodurch die Erhitzung der Kunststoffschaumelemente schneller und effektiver erfolgen kann, da gleichzeitig zwei Heizelemente zum Erhitzen der Kunststoffschaumelemente genutzt werden.
Alternativ ist es bspw. auch vorstellbar, dass ein erstes Heizelement zum Erhitzen der Kunststoffschaumelemente verwendet wird, während das zweite Heizelement in seiner Heizstation erhitzt wird. Sobald das erste Heizelement aus dem Spaltbereich herausgefahren wurde und neue Kunststoffschaumelemente in die Aufnahmevorrichtungen eingelegt wurden, kann das zweite Heizelement in den Spaltbereich verfahren werden, während nun das erste Heizelement an der entsprechenden Heizstation erhitzt wird. Somit wird gewährleistet, dass zu jedem Zeitpunkt ein Heizelement mit einer ausreichenden Temperatur zur Verfügung steht.
Gemäß einer weiteren Umsetzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente sind die beiden Aufnahmevorrichtungen mit einer Unterdruckquelle verbunden und ausgelegt, die ersten und zweiten Kunststoffschaumelemente während dem Verbindungsprozess mittels Unterdruck zu fixieren. Dementsprechend kann es sich bei den Aufnahmevorrichtungen um planparallele Platten handeln, welche Saugöffnungen aufweisen, um die Kunststoffschaumelemente während des Verbindungsprozesses mittels Unterdruck zu fixieren. Durch diese spezielle Ausbildung der Aufnahmevorrichtungen können die Kunststoffschaumelemente, welche ohnehin ein geringes Gewicht aufweisen, auf einfache Weise (ohne Verrutschen) während des Verbindungsprozesses an den Aufnahmevorrichtungen fixiert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner eine Einlegevorrichtung zum automatischen Einlegen der ersten und zweiten Kunststoffschaumelemente in die erste und zweite Aufnahmevorrichtung aufweisen. Analog dazu ist es vorstellbar, dass die Vorrichtung auch eine Entnahmevorrichtung zum automatischen Entnehmen der verbundenen Kunststoffschaumelemente aufweist. Dementsprechend kann der Verbindungsprozess der beiden Kunststoffschaumelemente vollkommen automatisch ablaufen. Die Entnahmevorrichtung kann gleichzeitig ausgelegt sein, die dauerhaft miteinander verbundenen Kunststoffschaumelemente automatisch aufeinander zu stapeln. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Einlege- bzw. Entnahmevorrichtung als Vakuumfördervorrichtungen ausgebildet sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffelemente, welches die folgenden Schritte aufweist:

– Einbringen eines ersten Kunststoffschaumelements in eine erste Aufnahmevorrichtung;
– Einbringen eines zweiten Kunststoffschaumelements in eine zweite Aufnahmevorrichtung;
– Anordnen der ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen derart, dass ein Spaltbereich bestimmter Breite zwischen zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente ausgebildet wird;
– Einbringen mindestens eines Heizelements in den Spaltbereich derart, dass das Heizelement berührungsfrei Wärme auf die zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente überträgt;
– Entnehmen des mindestens einen Heizelements aus dem Spaltbereich; und
– Zusammenpressen des ersten und zweiten Kunststoffschaumelements entlang ihrer zu verbindenden Oberflächen.

Wie bereits in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt, hat auch das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass dicke Kunststoffschaumelemente hergestellt werden können, welche eine gute Dampfdurchlässigkeit aufweisen, wobei die Emission von Styrol auf ein Minimum reduziert wird.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente mit Bezug auf die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente;
2 eine Seitenansicht von rechts auf die in 1 dargetellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 eine Seitenansicht von links auf die in 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4 eine Querschnitt-Ansicht durch die in 3 gezeigte Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
5 eine Frontansicht der in 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
6 eine Querschnitt-Ansicht von hinten durch die in 1 dargestellt Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
7 eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung sind gleiche oder gleich wirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Den Darstellungen gemäß den 1 bis 7 ist eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente zu entnehmen. Die dargestellte Vorrichtung 1 weist eine erste Aufnahmevorrichtung 11a zum Aufnehmen eines ersten Kunststoffschaumelements 12a (2) auf, welche planparallel gegenüber einer zweiten Aufnahmevorrichtung 11b zum Aufnehmen eines zweiten Kunststoffschaumelements 12b angeordnet ist. Wie es anschließend näher erläutert wird, sind diese ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen 11a, 11b verstellbar an einer Rahmenstruktur 10 der dargestellten Vorrichtung 1 angebracht.
Wie es insbesondere 2 entnommen werden kann, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens ein Heizelement 13a, 13b auf, welches ausgelegt ist zumindest die zu verbindenden Oberflächen des ersten und zweiten Kunststoffschaumelements 12a, 12b zu erhitzen. In der hier dargestellten Ausführungsvariante weist die Vorrichtung 1 insbesondere zwei Heizelemente 13a, 13b auf, welche als Plattenelemente ausgeführt sind. Auch ist gezeigt, dass die erste Aufnahmevorrichtung 11a erfindungsgemäß derart gegenüber der zweiten Aufnahmevorrichtung 11b angeordnet ist, dass ein Spaltbereich a zwischen den zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente 12a, 12b ausgebildet wird. Dieser Spaltbereich a weist eine Breite auf, welche ausgelegt ist, das mindestens eine Heizelement 13a, 13b berührungsfrei zwischen den zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente 12a, 12b aufzunehmen. Insbesondere können die Heizelemente 13a, 13b zu diesem Zweck entlang einer Schienenanordnung 16 in den Spaltbereich hineinverfahren werden, wie dies anschließend näher erläutert wird.
Zum Ausbilden des zuvor genannten Spaltbereichs a mit der vorbestimmten Breite weist die Vorrichtung 1 ferner Verstelleinrichtungen 19a, 19b auf, welche ausgelegt sind, die ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen 11a, 11b in ihrer vertikalen Position zu verstellen. Zu diesem Zweck ist ein erstes Handrad 191a über eine Getriebeanordnung mit Gewindespindeln 21a der ersten Aufnahmevorrichtung 11a verbunden. Analog dazu ist bei einer zweiten Verstelleinrichtung 19b ein zweites Handrad 191b angebracht, welches über eine Getriebeanordnung mit Gewindespindeln 21b der zweiten Aufnahmevorrichtung 11b verbunden ist. Somit kann durch eine Betätigung der Handräder 191a bzw. 191b die vertikale Position der ersten bzw. zweiten Aufnahmevorrichtung auf einfache Weise verändert werden. Zur Kontrolle des Verstellweges sind vorzugsweise Stellungsanzeiger 192a, 192b mit den Handrädern 191a, 191b verbunden. Somit kann die Breite des Spaltbereiches a stufenlos eingestellt werden.
Selbstverständlich ist es alternativ auch denkbar, dass die Anordnung der ersten und zweiten Aufnahmevorrichtung 11a, 11b automatisch, beispielsweise durch eine Motoranordnung erfolgt. In diesem Zusammenhang sei auch erwähnt, dass es durchaus denkbar ist, bspw. das erste Kunststoffschaumelement 12a weiter entfernt von dem Heizelement 13a bzw. 13b anzuordnen, als es bei dem zweiten Kunststoffschaumelement 12b der Fall ist.
Wie dies insbesondere aus den 2 und 3 ersichtlich ist, kann die erste und/oder die zweite Aufnahmevorrichtung 11a, 11b Betätigungselemente 22 aufweisen, welche ausgelegt sind, die beiden Kunststoffelemente 12a, 12b, nach dem Erwärmen durch das mindestens eine Heizelement 13a, 13b mit ihren zu verbindenden Oberflächen gegeneinander zu pressen. Bei den besagten Betätigungselementen 22 kann es sich beispielsweise um Pneumatikzylinder handeln, welche dazu dienen, die Kunststoffelemente 12a, 12b unter hohen Drücken aufeinander zu pressen. Selbstverständlich geschieht dieses Aufeinanderpressen der beiden Kunststoffelemente 12a, 12b durch die erste und/oder die zweite Aufnahmevorrichtung 11a, 11b erst dann, wenn sich die Heizelemente 13a, 13b nicht mehr im Spaltbereich a zwischen den zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente 12a, 12b befinden. Es ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Betätigungselemente auf anderen Wirkprinzipien basieren, d.h. diese können beispielsweise auch hydraulisch, elektrisch oder magnetisch ausgebildet sein.
Die ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen 11a, 11b sind vorzugsweise als ebene Plattenelemente ausgebildet und planparallel zueinander angeordnet, wie dies bspw. aus den 1 bis 4 ersichtlich ist. In dieser Ausgestaltungsvariante bilden die ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen 11a, 11b ebene Auflageflächen für die ersten und zweiten Kunststoffschaumelemente 12a, 12b. Dementsprechend wird gewährleistet, dass die Kunststoffschaumelemente 12a, 12b während des Heiz-/Anpressvorganges nicht verbogen werden, d.h. keinem zusätzlichen Biegemoment ausgesetzt sind.
Um das vorzugsweise als Heizplatte ausgebildete mindestens eine Heizelement 13a, 13b zu erhitzen, ist bei der dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 1 mindestens eine, insbesondere zwei Heizstationen 14, 15 vorgesehen. Die beiden Heizstationen 14, 15 sind neben den Aufnahmevorrichtungen 11a, 11b angeordnet. Dabei ist es besonderes vorteilhaft, die Heizstationen 14, 15 jeweils mit einem oberen Heizbereich 14a, 15a und einem unteren Heizbereich 14b, 15b auszubilden. Im Einzelnen ist der obere Heizbereich 14a bzw. 15a derart ausgebildet, dass dieser parallel oberhalb des Heizelements 13a bzw. 13b angeordnet ist, wobei der untere Heizbereich 14b bzw. 15b parallel unterhalb des Heizelements 13a bzw. 13b angeordnet ist. Die oberen und unteren Teilbereiche 14a, 15a bzw. 14b, 15b der Heizstationen 14, 15 sind auf einfache Weise mit Haltestrukturen 20 am Rahmenelement 10 der Vorrichtung 1 befestigt. Diese Haltestrukturen 20 weisen insbesondere eine L-Struktur auf, wie dies 1 zu entnehmen ist.
Die oberen und unteren Heizbereiche 14a, 14b, 15a, 15b der Heizstationen 14, 15 können jeweils ein oder mehrere Heizeinrichtungen 141a, 141b, 151a, 151b aufweisen, wie dies in 4 angedeutet ist. Um auf einfache Weise Wärmeenergie auf die Heizelement 13a, 13b übertragen zu können, sind die Heizeinrichtungen 141a, 141b, 151a, 151 beispielsweise als Heizstrahler aus Keramik ausgebildet. Die Heizeinrichtungen 141a, 141b, 151a, 151b sind dabei derart angeordnet, dass ein möglichst homogener Wärmeeintrag in die Oberfläche des jeweiligen Heizelements 13a, 13b erreicht werden kann. Es ist demgemäß besonders vorteilhaft mehrere Heizeinrichtungen 141a, 141b, 151a, 151b pro Heizbereich 14a, 14b, 15a, 15b vorzusehen. Mit anderen Worten, die Heizbereiche 14a, 14b, 15a, 15b werden in eine Vielzahl von Heizzonen unterteilt, welche jeweils eine Heizeinrichtung 141a, 141b, 151a, 151b aufweisen. Somit kann der Wärmeeintrag in die Heizelemente 13a, 13b sehr genau gesteuert werden. Es ist insbesondere auch denkbar, verschiedene Temperaturzonen auf der Plattenfläche der Heizelemente 13a, 13b einzustellen, wodurch verschieden Schweißmuster ermöglicht werden.
Um die Heizleistung der in den zuvor genannten Heizzonen angeordneten Heizeinrichtungen 141a, 141b, 151a, 151b noch effektiver nutzen zu können, können Reflektorelemente 142a, 142b, 152a, 152b vorgesehen sein. Die Reflektorelemente 142a, 142b, 152a, 152b weisen, wie aus der 4 erkennbar, bspw. einen konkaven Querschnitt auf, um die Wärmestrahlung der Heizeinrichtungen 141a, 141b, 151a, 151b auf das jeweilige Heizelement 13a, 13b zu fokussieren. Somit können die Heizelemente 13a, 13b der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 besonders effektiv, d.h. mit einem hohen Wirkungsgrad, erhitzt werden.
Wie bereits angedeutet, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung nötig, das mindestens eine Heizelement 13a, 13b in den Spaltbereich hinein und aus dem Spaltbereich herauszuverfahren. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung 1 eine Transporteinrichtung aufweisen, welche ausgelegt ist, das mindestens eine Heizelement 13a, 13b zwischen der jeweiligen Heizstation 14 bzw. 15 und dem Spaltbereich a zu verfahren.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist diese Transporteinrichtung als horizontale Schienenanordnung 16 mit mindestens einem Schlitten 17a, 17b zur Aufnahme des mindestens einen Heizelements 13a bzw. 13b ausgebildet.
Eine mögliche Ausgestaltung der horizontalen Schienenanordnung mit dem mindestens einen Schlitten 17a, 17b ist in den 5 und 6 dargestellt. Wie zu erkennen ist, weist der dargestellte mindestens eine Schlitten 17a zwei L-förmige Trägerelemente 173a auf, welche ausgebildet sind, das mindestens eine Heizelement 13a, 13b auf je einem Schenkel der L-förmigen Trägerelemente 173a zu tragen. Der andere Schenkel der L-förmigen Trägerelemente 173a ist an einem jeweiligen Basiselement 172a des Schlittens 17a angebracht, wobei die beiden Basiselement 172a wiederum jeweils Rollen 171a aufweist, welche in der ersten bzw. zweiten Schiene 16a, 16b der Schienenanordnung 16 führbar sind.
Wie bereits angedeutet, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 vorzugsweise zwei Heizstationen 14, 15 sowie zwei Schlitten 17a, 17b an gegenüberliegenden Seiten der Aufnahmevorrichtungen 11a, 11b auf, um beide Heizelemente 13a, 13b aufnehmen zu können. Dabei ist es selbstverständlich besonderes vorteilhaft den zweiten Schlitten 17b identisch mit dem ersten Schlitten 17a auzubilden.
Wie es insbesondere den 3 und 4 entnommen werden kann, weist die Vorrichtung 1 zum Antreiben der beiden Schlitten 17a und 17b mindestens ein Antriebsmittel 18 auf, welches über eine Getriebeanordnung mit den Schlitten 17a, 17b verbunden ist. Im Einzelnen kann es sich bei dem Antriebsmittel 18 um einen Antriebsmotor, bspw. einen Elektromotor handeln. Das Antriebsmittel 18 ist im dargestellten Fall über eine Getriebeanordnung aus zwei Antriebsketten 182 und einer Vielzahl von Zahnrädern 181, 183 mit den Schlitten 17a, 17b der Transporteinrichtung verbunden.
Im Bezug auf die in 6 gezeigte Darstellung, sei ferner erwähnt, dass die Vorrichtung in vorteilhafter Weise nur ein Antriebsmittel 18 aufweist, welches über ein Synchronisationselement 184, insbesondere eine Welle, mit den Getriebeanordnungen der ersten und zweiten Schiene 16a, 16b verbunden ist. Im Einzelnen sind auf dem Synchronisationselement 184 mindestens zwei Zahnräder 183 angeordnet, welche mit der Antriebskette 182 der jeweiligen Getriebeanordnung der ersten bzw. zweiten Schiene 16a, 16b in Wirkverbindung stehen. Im Betrieb des mindestens einen Antriebmittels 18 rotiert das als Welle ausgebildete Synchronisationselement 184 um seine Längsachse und setzt dadurch die beiden Antriebsketten 182 in Bewegung. Gleichzeitig sorgen die mit den Antriebsketten 182 verbundenen Basisteile 172a, 172b der Schlitten 17a, 17b dafür, dass die Bewegung der Antriebsketten 182 auf die Schlitten 17a, 17b übertragen werden. Somit ergibt sich auf einfache Weise eine reibungsfreie Bewegung der beiden Schlitten 17a, 17b entlang der Schienenanordnung 16.
Es ist jedoch zu beachten, dass die jeweiligen Basisteile 172a, 172b zu diesem Zweck, an unterschiedlichen Punkten mit der jeweiligen Antriebskette 182 verbunden sein müssen. Im Einzelnen ist es bei dieser Ausgestaltungsvariante erforderlich, dass ein erster Basisteil 172a des ersten Schlittens 17a mit einem unteren Teilbereich der Antriebskette 182 verbunden ist, während der andere Basisteil 172b des zweiten Schlittens 17b mit einem oberen Teilbereich der Antriebskette 182 verbunden ist. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass bei einer Rotation, der Antriebskette 183 im Uhrzeigersinn beide Schlitten 17a, 17b synchron in den Spaltbereich a hineingefahren werden. Analog dazu würde eine Rotation der Antriebskette 182, gegen den Uhrzeigersinn zum Verfahren der Schlitten 17a, 17b aus dem Spaltbereich a herausführen. Durch die spezielle Getriebeanordnung ist es dementsprechend auf einfach Weise möglich, die beiden Schlitten 17a, 17b mit nur einem Antriebsmittel 18 vollkommen synchron entlang der Schienenanordnung 16 zu verfahren. Selbstverständlich ist es jedoch auch denkbar, die beiden Schlitten 17a, 17b jeweils mit separaten Antriebsmitteln zu verbinden, so dass die Schlitten 17a, 17b bspw. alternierend in den Spaltbereich a eingebracht werden können.
Um ein Herunterrutschen der Heizelemente 13a, 13b von ihren jeweiligen Schlitten 17a, 17b zu verhindern, können die Heizelemente 13a, 13b, wie in 1 dargestellt, Bohrungen an ihren Seitenkanten aufweisen, über die sie mit dem Schlitten 17a, 17b lösbar (z.B. durch Schraubelemente) verbunden werden können. Durch die lösbare Verbindung der Heizelemente 13a, 13b mit ihren jeweiligen Schlitten 17a, 17b ist darüber hinaus eine sehr einfache Wartung der Heizelemente 13a, 13b bzw. Schlitten 17a, 17b möglich. Mit Hilfe der Schienenanordnung 16 mit den beiden Schlitten 17a, 17b ist es auf einfache und schnelle Weise möglich, die Heizelemente 13a, 13b in den Spaltbereich a zwischen den zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente 12a, 12b einzubringen und diese wieder aus besagtem Spaltbereich a zu entfernen.
Zwar ist dies nicht ohne Weiteres aus den Zeichnungen zu erkennen, jedoch ist es besonders vorteilhaft, wenn die beiden Aufnahmevorrichtungen 11a, 11b mit einer Unterdruckquelle verbunden und ausgelegt sind, die ersten und zweiten Kunststoffschaumelemente 12a, 12b während des Verbindungsprozesses mittels Unterdruck zu fixieren. Mit anderen Worten, die beiden Kunststoffschaumelemente 12a, 12b werden nach dem Einlegen von den jeweiligen Aufnahmevorrichtungen 11a, 11b angesaugt, so dass ihre zu verbindenden Oberflächen insbesondere planparallel zueinander ausgerichtet sind und ein Wegrutschen während des Verbinddungsprozesses wirkungsvoll verhindert wird.
Selbstverständlich ist es bei dieser Ausführungsvariante nötig, dass die Ansaugwirkung nach dem Zusammenpressen der Kunststoffschaumelemente 12a, 12b an zumindest einer der beiden Aufnahmevorrichtungen 11a, 11b abgeschaltet wird, um die neu hergestellte Schweißverbindung nicht unnötig zu belasten. Im Einzelnen kann dazu eine Steuervorrichtung vorgesehen sein, welche die Saugwirkung der ersten Aufnahmevorrichtung 11a abschaltet, sobald die beiden Kunststoffschaumelemente 12a, 12b miteinander verpresst sind.
Schließlich ist es auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 Einlege- und Entnahmevorrichtungen vor bzw. hinter den ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen 11a, 11b aufweist. Diese Vorrichtungen sind insbesondere dazu ausgebildet, die ersten und zweiten Kunststoffschaumelemente 12a, 12b in die ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen einzulegen bzw. das verbundene Kunststoffschaumelement wieder zu entnehmen. Somit kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung das Verfahren zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente vollkommen automatisiert ablaufen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
10: Rahmengetell
11a: erste Aufnahmevorrichtung
11b: zweite Aufnahmevorrichtung
12a, 12b: Kunststoffschaumelement
13a, 13b: Heizelement
14, 15: Heizstation
14a, 15a: oberer Heizbereich
14b, 15b: unterer Heizbereich
16: Schienenanordnung
16a: erste Schiene
16b: zweite Schiene
17a, 17b: Schlitten
18: Antriebsmittel
19a, 19b: Verstelleinrichtung
20: Haltestruktur
21a, 21b: Gewindespindel
22: Betätigungselement
141a, 141b, 151a, 151b: Heizeinrichtung
142a, 142b, 152a, 152b: Reflektorelement
171a, 171b: Rollen
172a, 172b: Basisteil
173a, 173b: L-förmiges Trägerelement
181: Zahnrad
182: Antriebskette
183: Zahnrad
184: Synchronisationselement
191a, 191b: Handrad
192a, 192b: Stellanzeige

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4421016 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung (1) zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente, wobei die Vorrichtung (1) folgendes aufweist: – eine erste Aufnahmevorrichtung (11a) zum Aufnehmen eines ersten Kunststoffschaumelements (12a); – eine zweite Aufnahmevorrichtung (11b) zum Aufnehmen eines zweiten Kunststoffschaumelements (12b); – mindestens ein Heizelement (13a, 13b), welches ausgelegt ist, die zu verbindende Oberflächen des ersten und zweiten Kunststoffschaumelements zu erhitzen, wobei die erste Aufnahmevorrichtung (11a) derart gegenüber der zweiten Aufnahmevorrichtung (11b) angeordnet ist, dass ein Spaltbereich (a) zwischen den zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente (12a, 12b) ausgebildet wird, wobei der Spaltbereich (a) derart breit ist, dass das mindestens eine Heizelement (13a, 13b) berührungsfrei zwischen den zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente (12a, 12b) aufnehmbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die erste und/oder zweite Aufnahmevorrichtung (11a, 11b) Betätigungselemente (21a, 21b) aufweisen, welche ausgelegt sind, die beiden Kunststoffschaumelemente (12a, 12b) nach dem Erhitzen durch das mindestens eine Heizelement (13a, 13b) mit ihren zu verbindenden Oberflächen gegeneinander zu pressen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen (11a, 11b) als ebene Plattenelemente ausgebildet und planparallel zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine Heizstation (14, 15) aufweist, welche neben den Aufnahmevorrichtungen (11a, 11b) angeordnet und ausgelegt ist, das mindestens eine Heizelement (13a, 13b) zu erhitzen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Vorrichtung (1) ferner eine Transporteinrichtung zum Verfahren des mindestens einen Heizelements (13a, 13b) zwischen der Heizstation (14, 15) und dem Spaltbereich (a) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei die Transporteinrichtung als horizontale Schienenanordnung (16) mit mindestens einem Schlitten (17a, 17b) zur Aufnahme des mindestens einen Heizelements (13a, 13b) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung (1) zwei Heizstationen (14, 15) und zwei Schlitten (17a, 17b) an gegenüberliegenden Seiten der Aufnahmevorrichtungen (11a, 11b) zur Aufnahme von zwei Heizelementen (13a, 13b) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Aufnahmevorrichtungen (11a, 11b) mit einer Unterdruckquelle verbunden und ausgelegt sind, die ersten und zweiten Kunststoffschaumelemente (12a, 12b) während des Verbindungsprozesses mittels Unterdruck zu fixieren.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) eine Einlegevorrichtung zum automatischen Einlegen der ersten und zweiten Kunststoffschaumelemente (12a, 12b) in die erste und zweite Aufnahmevorrichtung (11b) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) eine Entnahmevorrichtung zum automatischen Entnehmen der verbundenen Kunststoffschaumelemente (12a, 12b) aufweist.
Verfahren zum dauerhaften Verbinden zweier Kunststoffschaumelemente, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Einbringen eines ersten Kunststoffschaumelements in eine erste Aufnahmevorrichtung; – Einbringen eines zweiten Kunststoffschaumelements in eine zweite Aufnahmevorrichtung; – Anordnen der ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen derart, dass ein Spaltbereich bestimmter Breite zwischen den zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente ausgebildet wird; – Einbringen mindestens eines Heizelements in den Spaltbereich derart, dass das Heizelement berührungsfrei Wärme auf die zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente überträgt; – Entnehmen des mindestens einen Heizelements aus dem Spaltbereich; und – Zusammenpressen des ersten und zweiten Kunststoffschaumelements entlang ihrer zu verbindenden Oberflächen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das mindestens eine Heizelement vor dem Einbringen in den Spaltbereich an einer Heizstation erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei zwei Heizelemente in den Spaltbereich derart eingebracht werden, dass die beiden Heizelemente gleichzeitig berührungsfrei Wärme auf die zu verbindenden Oberflächen der Kunststoffschaumelemente übertragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die verbundenen Heizelemente nach dem Zusammenpressen automatisch aus den Aufnahmevorrichtungen entnommen und abgestapelt werden.