DE102016120064A1 - Verfahren und Vorrichtung zum thermischen, flächigen Verschweißen mehrerer Werkstoffplatten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum thermischen, flächigen Verschweißen mehrerer Werkstoffplatten Download PDF

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Thorsten Koch
Oliver Mance
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Robert Buerkle GmbH
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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum thermischen, flächigen Verschweißen mehrerer Werkstoffplatten aus aufgeschäumtem und/oder auch nicht aufgeschäumtem Material werden Werkstoffplatten (10, 11) mittels Fördereinrichtungen (20, 21) jeweils kontinuierlich einer Schweißstation (D) zugeführt. Die aufeinander zu zeigenden, zu verschweißenden Oberflächen der Werkstoffplatten (10, 11) werden stromaufwärts der Schweißstation (D) mittels wenigstens eines zwischen den Oberflächen befindlichen Wärmeelements (15) so mit Wärme beaufschlagt werden, dass mindestens eine dieser Oberflächen angeschmolzen wird. Im Anschluss werden die Oberflächen unter Anpressdruck aufgrund der vorangegangenen Wärmebeaufschlagung durch das Wärmelement (15) stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Dadurch, dass die Werkstoffplatten (10, 11) in einem Winkel kleiner 1°, vorzugsweise parallel zueinander bis zur Schweißstation (D) zugeführt werden, dass das Wärmelement (15) die Oberflächen der Werkstoffplatten (10, 11) kontaktierend anschmilzt und dass die Werkstoffplatten (10, 11) in der Schweißstation (D) zueinander passgenau positioniert verbunden werden, werden ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, die die Herstellung qualitativ hochwertiger Werkstoffplatten bei gleichzeitig energieeffizientem Prozess und hoher Arbeitsgeschwindigkeit erlauben.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen, flächigen Verschweißen mehrerer Werkstoffplatten aus aufgeschäumten und/oder auch nicht aufgeschäumtem Material mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zum thermischen, flächigen Verschweißen mehrerer derartiger Werkstoffplatten mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruches 11.
  • Unter einem „flächigen“ Verschweißen wird dabei ein Verschweißen bzw. Fügen beliebiger Oberflächen von Werkstoffplatten, wie insbesondere Dämmstoffplatten verstanden, wobei zur Erhöhung der Breite die Längskanten, zur Erhöhung der Länge die Querkanten und zur Steigerung der Dicke bzw. Höhe der Dämmstoffplatten die Flächen der Dämmstoffplatten selbst miteinander verschweißt werden. Zum Anschmelzen der zu fügenden Oberflächen wird dabei ein Wärmeelement verwendet, das in den Ausführungsbeispielen horizontal angeordnet ist und eine im Vergleich zu seiner Länge geringe vertikale Höhe aufweist. Grundsätzlich kann das Wärmeelement insbesondere zum Fügen der Flächen und Kanten aber auch vertikal oder in einem beliebigen anderen Winkel angeordnet sein.
  • Stand der Technik
  • Das Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist das Kaschieren oder Aufdoppeln von Hartschaumplatten, die zur Herstellung von Wärmedämmschichten insbesondere für Gebäude verwendet werden. Derartige Dämmstoffplatten werden aufgrund geltender Energiesparverordnungen vor allem im Bau- und Immobilienbereich sowie in der Industrie zur Erzielung einer ausreichenden Wärmedämmung eingesetzt, um nicht erneuerbare Energieträger einzusparen. Durch eine optimale Wärmedämmung können die Heizkosten eines Hauses deutlich verringert werden. Aus diesem Grund fanden in der Vergangenheit Kunststoffschaumelemente als Dämmstoffplatten mit besonders starken Dicken von mehr als 100 mm Einsatz bei der Gebäudeisolierung. Zu diesem Zweck wurden vor allem Dämmmittel wie beispielsweise Polyurethan-Hartschaum, expandierter Polystyrol-Hartschaum oder extrudierter Polystyrol-Hartschaum bekannt. Extrudierte Werkstoffplatten sind üblicherweise prozessbedingt in Breite und Höhe z.B. meist limitiert auf 600 bis 1200 mm Breite und maximal 100 mm Höhe bei einer Plattenbreite von 1200 mm und 240 mm Höhe bei einer Plattenbreite von 600 mm. Grundsätzlich sind jedoch durchaus auch andere Breiten und Höhen denkbar.
  • Nach Abkehr von den in der Vergangenheit zum Aufschäumen der Werkstoffplatten verwendeten FCKW-haltigen Treibmitteln haben sich bei der Herstellung derartiger Kunststoffplatten jedoch Schwierigkeiten eingestellt. Diese Schwierigkeiten nehmen spätestens ab einer Dicke der Werkstoffplatten von mehr als 80 mm deutlich zu. Gleichzeitig verschlechtern sich die Isoliereigenschaften und der Lambda-Wert bei Werkstoffplatten mit einer Dicke von mehr als 80 mm, da sich die Zellstruktur des Schaums verändert.
  • Aus der dem Oberbegriff des Anspruches 1 zugrundeliegenden DE 10 2012 204 822 A1 ist ein Verfahren zum dauerhaften flächigen Verbinden von Werkstoffplatten aus aufgeschäumten Materialien bekannt. Die Werkstoffplatten werden mit je einer Fördereinrichtung in der gewünschten Orientierung und Deckung passgenau übereinander positioniert, einer Schweißstation zugeführt und dort entlang eines Trennschwertes bewegt. Durch die Positionierung des Trennschwertes wird ein Spalt mit definierter Spaltbreite erzeugt, in die ein stromabwärts vom Trennschwert angeordnetes, fest installiertes Wärmeelement, vorzugsweise ein Heizschwert, angeordnet ist. Dieses Heizschwert erweicht durch berührungsfreie Wärmeübertragung mindestens eine der Oberflächen der zu fügenden Werkstoffplatten oder schmilzt sie an. Anschließend werden die Werkstoffplatten durch Andrückelemente zusammengefügt, die die Werkstoffplatten so gegeneinander drücken, dass sich aufgrund der vorangegangenen Wärmebeaufschlagung beim Andrücken und anschließenden Abkühlen der Schweißnaht eine stoffschlüssige Verbindung einstellt. Damit können auch mehrlagige Hartschaumplatten hergestellt oder Hartschaumplatten kaschiert werden. Allerdings ist durch die Anordnung von Trennschwert und Heizschwert in einem Spalt eine Umlenkung der Werkstoffplatten erforderlich, was insbesondere bei größeren Dicken von Werkstoffplatten zu Unebenheiten und Krümmungen der fertig gefügten Werkstoffplatte führen kann.
  • Aus der WO 2016/102292 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von zumindest zweilagigen thermoplastischen Platten durch thermisches Verschweißen von Platten bekannt, wobei die Platten eine unterschiedliche Dichte aufweisen. Dabei werden mehrere Heizelemente auf zueinander versetzten Ebenen zwischen die Ausgangsplatten eingeführt, ohne dass die Oberflächen der Heizelemente die Werkstoffplatten berühren. Durch entsprechend gewählte Abstände können unterschiedliche Energiemengen bzw. Heizleistungen auf die miteinander zu verbindenden Oberflächen der Ausgangsplatten übertragen werden, die anschließend miteinander verbunden werden.
  • Aus der EP 2 724 843 A1 ist es bekannt, extrudierte Schaumstoffplatten großer Dicke durch Verschweißen mehrerer Ausgangsplatten herzustellen, wobei die Schweißnaht durch eine kurzfristige Schockerwärmung so dünn gehalten wird, dass die Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl gegenüber den Ausgangsplatten möglichst wenig erhöht wird und eine gewünschte Diffusionsoffenheit zu erreichen ist. Für die Erwärmung wird ein Heizschwert oder ein Heizkeil als Wärmequelle verwendet, das oder der zumindest teilweise mit den Berührungsflächen der Ausgangsplatten in Berührung kommt. Die Ausgangsplatten werden in einem Winkel zueinander zugeführt, der zwischen 1 bis 15 Grad (Absatz (0137)) beträgt.
  • Herkömmlicherweise erfolgt das Verschweißen zweier Werkstoffplatten taktweise im Spiegelschweißverfahren, wobei die zu verbindenden Oberflächen der beiden Werkstoffplatten vollflächig durch flächige Wärmequellen bis zum Anschmelzen aufgeheizt werden. Danach werden die Spiegel herausgefahren und die beiden Werkstoffplatten passgenau aufeinander gelegt und anschließend gegeneinander gedrückt, bis die angeschmolzenen Oberflächen der Werkstoffplatten erkaltet sind und hierdurch eine stoffschlüssige Verbindung der beiden Werkstoffplatten entsteht. Bedarfsweise können dann noch weitere Platten aufgebracht werden, um die Plattendicke weiter zu erhöhen. Die Spiegel stehen üblicherweise in einem geringem Abstand von z.B. 0,3 mm zu den Werkstoffplatten, so dass letztere sehr exakt zugeführt werden müssen. Durch die Bewegung der Spiegel besteht auch die Gefahr, dass die angeschmolzenen Oberflächen unterschiedlich schnell abkühlen. Das Spiegelschweißverfahren hat den Nachteil, dass nur eine geringe Plattenleistung/min. und ein hoher Energieeinsatz erforderlich ist, da mit jeder Bewegung, die zwischen den Platten zum Anschmelzen aufgebrachte Wärme wieder abgeführt wird.
  • Den genannten Verfahren ist gemeinsam, dass einerseits eine Begrenzung der Geometrie dadurch vorgegeben ist, dass die Extrusionsbreite und/oder die Extrusionsdicke limitiert sind. Zudem ist eine Umstellbarkeit eines Extruders für eine auftragsbezogene Produktion mit hohem Ausschuss und Aufwand verbunden, bis der Prozess stabil und reproduzierbar läuft. Optimale Lambda-Werte werden bis zu einer Dicke von ca. 80 mm erreicht, danach reduzieren sich die Werte in den Einzelplatten mit zunehmender Dicke.
  • Werden die Ausgangsplatten wie im Stand der Technik üblich unter einem Winkel von z.B. fünf Grad oder mehr zugeführt, führt dies zu einer geringeren Leistung und Dickenbegrenzung der oberen Dämmstoffplatte aufgrund der damit einhergehenden Krümmung.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum flächigen thermischen Verschweißen von Werkstoffplatten zu schaffen, die die Herstellung qualitativ hochwertiger Werkstoffplatten bei gleichzeitig energieeffizientem Prozess und hoher Arbeitsgeschwindigkeit erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen, flächigen Verschweißen mehrerer Werkstoffplatten aus aufgeschäumten und/oder auch nicht aufgeschäumten Materialien mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
  • Das Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gestatten ein Verschweißen beliebiger Oberflächen von Werkstoffplatten, wie insbesondere Dämmstoffplatten. Dabei können zur Erhöhung der Breite die Längskanten, zur Erhöhung der Länge die Querkanten und zur Steigerung der Dicke bzw. Höhe der Dämmstoffplatten die Flächen der Dämmstoffplatten selbst miteinander verschweißt werden. Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, dass durch ein möglichst paralleles Zuführen mit einem Winkel der Zuführung kleiner 1° ein kontinuierliches Verfahren mit kontinuierlicher Zuführung der Werkstoffplatten auch bei biegesteifen Werkstoffplatten möglich ist.
  • Dabei berührt das Wärmeelement, das vorzugsweise als Heizschwert ausgebildet ist, die Oberflächen der Werkstoffplatten und schmilzt diese vor dem eigentlichen Schweiß- oder Fügeprozess an. Durch die unmittelbare Anlage des Wärmeelements an den Werkstoffplatten kann in einem optimierten Temperaturbereich gearbeitet werden, der gerade so viel von der Werkstoffplatte anschmilzt, wie für den anschließenden Fügeprozess erforderlich ist. Dadurch kann die Schweißnaht sehr dünn gehalten werden, was u.a. zur Diffusionsoffenheit der hergestellten Endprodukte beiträgt. Da das Anschmelzen unmittelbar vor dem eigentlichen Schweißprozess erfolgt, und auch das Wärmeelement nicht aus dem Spalt entfernt werden muss, kann der Prozess mit verhältnismäßig wenig Energie betrieben werden. Die geringe Wärmeleitfähigkeit der Werkstoffplatten hat zudem den Vorteil, dass Wärme aus dem minimalen Spalt bei paralleler oder nahezu paralleler Zuführung der Werkstoffplatten kaum entweichen kann. Gegenüber einer Zuführung der Werkstoffplatten im Winkel, bei der die um das Wärmeelement herum befindliche Luft in der Schweißstation „herausgedrückt“ wird und damit auch Wärmeenergie abgeführt wird, ergibt sich gegenüber den vorbekannten kontinuierlich arbeitenden Verfahren ein deutlich geringerer Energieaufwand zum Erwärmen des Wärmeelements zum Anschmelzen der zu fügenden Oberflächen der Werkstoffplatten.
  • Die parallele oder nahezu parallele Zuführung der Werkstoffplatten hat zudem den Vorteil, dass deutlich weniger Bauhöhe bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erforderlich ist. Damit ist ein Einrichten, Ausrichten oder Positionieren der Werkstoffplatten zueinander, um z.B. einen Falz oder eine Nut und Feder an den Werkstoffplatten zu erzeugen, nun direkt in der Schweißstation möglich. Dies reduziert den baulichen Aufwand für entsprechende Positionierungsmechanismen, wie sie bisher im Stand der Technik üblich sind.
  • Gleichzeitig verringern sich die bisher erforderlichen Umrüstzeiten, da selbst mit einem kleinen Lager an Werkstoffplatten kurzfristig ein großes Geometriespektrum an zu erzeugenden Werkstoffplatten abgedeckt werden kann. Dies führt zu einem hohen Maß an Flexibilität und geringen Lagerkapazitäten bei den Herstellbetrieben. Beliebige Dicken, Breiten und Längen von Werkstoffplatten können so in einer Station aber auch in mehreren Stationen erzeugt werden. Eine Nacharbeit nach dem Fügeprozess lässt sich vermeiden oder zumindest minimieren, da durch die zur Schweißstation ortsnahe Positionierung eine hohe Präzision gewährleistet ist. Dies verringert auch mögliche Abfälle durch Nacharbeit erheblich und trägt damit zu einem resourcenschonenden Umgang mit den erforderlichen Rohstoffen bei. Gleichzeitig lässt sich die Durchsatzleistung auf z.B. bis zu 200 m3/h vor allem bei der Herstellung von vier oder mehrlagigen Platten dadurch steigern, dass sich mehrere Platten im Durchlaufverfahren miteinander verschweißen lassen.
  • Von Vorteil ist, wenn die Werkstoffplatten während des Zuführens vermessen und in der Schweißstation zueinander positioniert werden. Dadurch kann die Effizienz weiter gesteigert werden, da bereits zum Zeitpunkt des Fügens die genaue Position der Platten bekannt ist.
  • Vorzugsweise werden die Werkstoffplatten erst in der Schweißstation selbst zueinander passgenau positioniert. Je später die Positionierung erfolgt, desto einfacher ist die Positionierung zu gewährleisten, sofern sichergestellt ist, dass die Positionierung mit dem Durchsatz der Werkstoffplatten mithalten kann.
  • Vorzugsweise werden die Werkstoffplatten nach einer Oberflächenbearbeitung insbesondere mit einer der Planerwellen der zu fügenden Oberflächen unmittelbar der Schweißstation zugeführt. Aufgrund der parallelen oder nahezu parallelen Zuführung in Verbindung mit der dynamischen Planerwellenverstellung mit einer Bearbeitung der Werkstoffplatten oben und/oder unten kann eine Wendestation und/oder Plattenhubstation eingespart werden.
  • Das Wärmeelement ist vorzugsweise ein Heizschwert, wobei auch mehrere Wärmeelemente vorgesehen sein können, insbesondere wenn mehrere Lagen von Werkstoffplatten, d.h. insbesondere mehr als zwei Lagen miteinander verschweißt werden.
  • Das Wärmeelement hat in einer bevorzugten Ausführungsform mehrere Oberflächen, die auf unterschiedliche Temperaturen temperierbar sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Wärmeelement mittels gesonderter Heizmittel auf einander gegenüberliegenden Oberflächen auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt wird. Die unabhängig voneinander installierten Heizmittel wie z.B. Heizwiderstände oder Heizkreisläufe können z.B. im Temperaturbereich von 100°C bis 400°C betrieben werden, wobei die Temperatur von den jeweiligen Erweichungstemperaturen der Werkstoffe abhängig ist. Über die Heizmittel können die Oberflächen dann so temperiert werden, dass eine Werkstoffplatte an der einen Oberfläche und die andere an der gegenüberliegenden Oberfläche des Wärmeelements kontaktbehaftet vorbeigeführt werden. Ebenso können alternativ oder ergänzend die Werkstoffplatten den Oberflächen des Wärmelements auch mit unterschiedlichem Anpreßdruck zugeführt werden. In beiden Fällen kann dadurch auf Besonderheiten der einzelnen Werkstoffplatten, wie ihre Dichte, Struktur, Materialbeschaffenheit ganz nach Bedarf eingegangen werden, so dass gleiche, aber auch verschiedene Werkstoffplatten „artgerecht“ behandelt werden können, bevor sie miteinander verschweißt werden.
  • Es ist von Vorteil, wenn die Werkstoffplatten mit einem geringen Abstand parallel oder nahezu parallel mit einem Winkel kleiner 1° dem Wärmeelement zugeführt werden. Das bevorzugte Spaltmaß beträgt kleiner gleich 10 mm, vorzugsweise ist jedoch ein kleinerer Spalt von 5 mm oder auch gar kein Spalt vorhanden, d.h. die Platten werden aufeinanderliegend dem Wärmeelement zugeführt. Dies kann im Bereich der Schweißstation auch so weit gehen, dass die Werkstoffplatten quasi mit einem negativen Spaltmaß von z.B. bis zu minus 4 mm dem Wärmeelement zugeführt werden. Dies ist einem bereits erfolgten Anschmelzen der Oberflächen gleichzusetzen. Durch den geringen oder keinen Spalt tritt eine Wärmeisolierung des Wärmeelementes ein, so dass mit geringer Energie ein optimales Anschmelzen der Werkstoffplatten an den miteinander zu verschweißenden Oberflächen erreicht werden kann.
  • Werden mehr als zwei Lagen an Werkstoffplatten miteinander verschweißt, können mehrere wenigstens in einer Richtung quer zur Transportrichtung der Werkstoffplatten versetzte Wärmeelemente vorgesehen sein, so dass jedem zwischen den Werkstoffplatten befindlichen Spalt wenigstens ein Wärmeelement zugeordnet ist. Die angeschmolzenen Oberflächen der Werkstoffplatten können dann gegebenenfalls auch gleichzeitig in einer Schweißstation miteinander verbunden werden.
  • Gerade für biegesteife Dämmstoffplatten als Werkstoffplatten hat sich das Verfahren als besonders geeignet gezeigt, selbst wenn diese die gleiche Dicke aufweisen, da durch die parallele, insbesondere symmetrische Zuführung nach dem Verschweißen auftretende Krümmungen der fertig gefügten Werkstoffplatten nachhaltig vermieden werden.
  • Vorzugsweise wird das Wärmeelement durch das kontinuierliche und kontaktbehaftete Vorbeiführen der Werkstoffplatten prozessbedingt selbst gereinigt, so dass vom Anschmelzen der Oberflächen anhaftendes Restmaterial zuverlässig abgeführt wird und z.B. zum Fügeprozess der nächsten Werkstoffplatte beitragen kann.
  • Die genannte Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zum thermischen, flächigen Verschweißen mehrerer Werkstoffplatten gelöst. Dabei sind eine erste Fördereinrichtung und eine zweite Fördereinrichtung zum kontinuierlichen Zuführen der Werkstoffplatten zur Schweißstation vorgesehen. Stromaufwärts der Schweißstation ist das Wärmeelement angeordnet. Andrückelemente sorgen stromabwärts nach dem Wärmeelement für den Fügeprozess, der aufgrund der vorangegangenen Wärmebeaufschlagung durch das Wärmeelement möglich ist und zur stoffflüssigen Verbindung der Werkstoffplatten führt. Die erste Fördereinrichtung und die wenigstens eine weitere Fördereinrichtung sind zumindest im Bereich der Schweißstation in einem Winkel kleiner 1°, vorzugsweise parallel zueinander angeordnet, was eine schonende Zuführung selbst biegesteifer Dämmstoffplatten ermöglicht. Durch die Anordnung des Wärmeelementes berührend an den Oberflächen der Werkstoffplatten kann mit verhältnismäßig wenig Energie ein Anschmelzen der Oberflächen bewerkstelligt werden. Die parallele Zuführung trägt dazu bei, dass verhältnismäßig wenig Luft an das Wärmeelement gelangt, das zugleich zwischen wärmeisolierenden Werkstoffplatten angeordnet ist. Auch dies trägt zu einem energieeffizienten Anschmelzen bei. Das Wärmeelement ist vorzugsweise unmittelbar in der Schweißstation angeordnet, so dass der Fügeprozess unmittelbar nach dem Anschmelzen stattfinden kann. Mittel zum Positionieren der Werkstoffplatten zueinander sind der Schweißstation zugeordnet, da durch die parallele Zuführung eine Positionierung kurz vor oder vorzugsweise in der Schweißstation zur Erzielung eines optimalen Ergebnisses möglich ist. Dadurch kann der Aufwand für Nacharbeiten nach dem Fügeprozess sowie der Anfall an Materialabfällen reduziert werden.
  • In bevorzugter Ausführung weist das Wärmeelement mehrere Oberflächen auf, die auf unterschiedliche Temperaturen temperierbar sind oder die Werkstoffplatten werden mit unterschiedlichem Druck oder unterschiedlichen „Tiefgang“, d.h. mit einem quasi „negativen“ Spalt dem Wärmelement zugeführt. Dadurch kann auf die unterschiedlichen Eigenarten der miteinander zu verbindenden Werkstoffplatten gezielt eingegangen werden. Die Temperierung wird dabei in besonders bevorzugter Weise durch gesonderte Heizmittel bewerkstelligt.
  • Vorzugsweise ist das Wärmeelement so beschaffen, dass kein Anhaften von Restmaterial der angeschmolzenen Oberflächen der Werkstoffplatten erfolgt. Dies kann durch z.B. entsprechende Beschichtungen und Polieren des Wärmeelements sichergestellt werden. Dies erlaubt damit eine Führung der Werkstoffplatten eng am Wärmeelement, um die parallele Zuführung zu erleichtern.
  • Gemäß der Vorrichtung sind die Fördereinrichtungen zum Fördern der Werkstoffplatten so angeordnet, dass sich zwischen den Werkstoffplatten ein Spalt kleiner gleich 10 mm, vorzugsweise zwischen 5 und 0 mm ausbildet. Die Werkstoffplatten können auch mit einem negativen Spaltmaß von z.B. bis zu minus 4 mm dem Wärmeelement zugeführt werden. Durch den geringen bis keinen oder gar negativen Spalt und den geringen Winkel in der Zuführung kann mit einer geringen Bauhöhe das Material zugeführt werden. Bedarfsweise kann im Spalt vor dem Wärmeelement ein Trennelement als Positionierhilfe eingesetzt werden, dessen Höhe kleiner gleich der Höhe des Wärmeelements ist. Nach dem Heizelement werden die Werkstoffplatten zusammengefügt, so dass sich quasi ein Spalt mit einem „negativen Spaltmaß“ kleiner Null ergibt.
  • Vorzugsweise ist der Spalt auf die vertikale Höhe abgestimmt, die der vertikalen Erstreckung des Wärmeelementes entspricht. Dies führt zu einer reibungsarmen und verschleißarmen Förderung entlang des Wärmeelementes.
  • Werden mehrere Fördereinrichtungen zur Zuführung von wenigstens drei Lagen an Werkstoffplatten vorgesehen, sind vorzugsweise auch mehrere Wärmeelemente vorgesehen, die wenigstens in einer Richtung quer zur Transportrichtung der Werkstoffplatten zueinander versetzt sind. In der Regel liegen bei horizontaler Zuführung der Werkstoffplatten und horizontal angeordnetem Wärmeelement die Wärmeelemente dann vertikal übereinander, sie können jedoch genau so zueinander in Transportrichtung versetzt übereinander liegen. Dadurch kann mit wenigstens einem Wärmeelement je Lage vorzugsweise in nur einer Schweißstation ein mehrlagiges Endprodukt hergestellt werden.
  • Bei einer Verschweißung von Längs- und Querkanten der Werkstoffplatten kann das wenigstens eine Wärmeelement auch vertikal stehend angeordnet werden. Dadurch lassen sich die Werkstoffplatten zuverlässig und lagegerecht dem Wärmelement zuführen, so dass auch Fügeprozesse entlang der Kanten von Werkstoffplatten leicht zu realisieren sind.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in den beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Prozessablaufes,
  • 2 eine vergrößerte Darstellung der Fördereinrichtung mit daran angeordneten Werkstoffplatten im Bereich der Schweißstation D im Schnitt,
  • 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus 2 im Bereich des Heizschwertes 15,
  • 4 eine Darstellung gemäß 2 mit mehreren gleichzeitig zu fügenden Werkstoffplatten,
  • 5 eine schematische Darstellung eines bekannten Verfahrens nach dem Stand der Technik.
  • Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.
  • 5 zeigt schematisch ein Verfahren zum thermischen, flächigen Verschweißen mehrerer Werkstoffplatten aus aufgeschäumten Materialien nach dem Stand der Technik, wie es z.B. aus der DE 10 2012 204 822 A1 bekannt ist. Die dort vorhandenen Maschinen A bis D sind zur Erläuterung gestrichelt umrahmt.
  • In Arbeitsrichtung von links nach rechts werden erste Werkstoffplatten 10 und weitere Werkstoffplatten 11 zugeführt. Die Werkstoffplatten 10 sind auf einer Fördereinrichtung 20 angeordnet, die Werkstoffplatten 11 auf einer Fördereinrichtung 21, die im Ausgangsbeispiel durch einen Vakuumförderer gebildet ist. Von links nach rechts in 5 gelangen die Werkstoffplatten zunächst an eine Planerwelle 18 mit der eine Oberflächenbearbeitung im Bereich A von oben erfolgt. Die Maschine B ist eine Vakuumwendestation, in der nun die Werkstoffplatten 11 vom Vakuumstrangförderer aufgenommen werden. Je nach Länge der Platte werden ein oder zwei oder auch mehrere Platten zugeführt und dann um 180° gewendet. Dann läuft die entsprechend auf der gegenüberliegenden Oberfläche bearbeitete Anzahl von Platten ein, so dass sich entsprechende Fügepaare bilden, die dann in die Plattenhub- und Positionierungsstation C einlaufen. Die Plattenhub- und Positionierungsstation C führt dann die Werkstoffplatten in einem Winkel passgenau positioniert der Schweißstation D zu. Am Ende der Schweißstation D befindet sich ein Heizschwert als Wärmeelement 15, das die Oberflächen der Werkstoffplatten anschmilzt. Im anschließenden Prozess werden in zeichnerisch nicht dargestellter Weise die Werkstoffplatten 10, 11 über Andrückrollen 25 aneinander gepresst und so stoffschlüssig miteinander verbunden.
  • 1 zeigt das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren zum thermischen, flächigen Verschweißen mehrerer Werkstoffplatten 10, 11 aus ausgeschäumten und/oder auch nicht aufgeschäumtem Material, d.h. es können mit dem Verfahren nicht nur geschäumte Materialien miteinander verbunden werden. Unter einem „flächigen“ Verschweißen wird dabei ein Verschweißen bzw. Fügen beliebiger Oberflächen von Werkstoffplatten verstanden, wobei zur Erhöhung der Breite die Längskanten, zur Erhöhung der Länge die Querkanten und zur Steigerung der Dicke bzw. Höhe der Dämmstoffplatten die Flächen der Dämmstoffplatten selbst miteinander verschweißt werden.
  • Dabei fällt auf, dass gegenüber 5 weder eine Vakuumwendestation noch eine gesonderte Positionierungsstation erforderlich ist. Zu erkennen sind, die gestrichelt umrahmte Vorrichtung A zur Oberflächenbearbeitung, die oben oder unten im Wechsel oder oben und unten mit dynamischer Wellenverstellung erfolgt. Hierzu sind entsprechende Planerwellen 18 vorgesehen. Die Werkstoffplatten sind dabei wechselweise oben oder unten an einer Fördereinrichtung 20, 21 befestigt, so dass ein durchgehender Transport z.B. als Vakuumtransport gewährleistet ist.
  • Da die Platten erfindungsgemäß nach 1 parallel und hinsichtlich ihrer Oberflächen bereits oben und/oder unten z.B. durch die dynamisch verstellbare Planerwelle bearbeitet zugeführt werden, können sie ohne eine Vakuumwendestation unmittelbar der gestrichelt umrahmten Schweißstation D zugeführt werden, in der eine entsprechende Plattenhubstation vorgesehen bzw. integriert ist. Aufgrund der parallelen Zuführung der Werkstoffplatten zu dem verhältnismäßig dünnen Wärmeelement kann auf die Hubstation verzichtet werden und aufgrund der dynamischen Planerverstellung auf die Vakuumwendestation. An einem Vakuumförderstrang 21 können die weiteren Werkstoffplatten 11 zugeführt werden, während die Werkstoffplatten 10 auf der Fördereinrichtung 20 angeordnet sind, die ggf. ebenfalls als Vakuumförderer ausgebildet ist. Am Ende der Schweißstation D befindet sich das Wärmeelement neben dem in Förderrichtung 14 bereits die Andrückmittel in Form von Anpressrollen 25 zu erkennen sind.
  • Vorzugsweise soll die Werkstoffplatte 10 nach Einlauf von der Fördereinrichtung 21, z.B. einem hängenden Vakuumförderer, abgedrückt werden in eine untere Position, so dass die nächste Werkstoffplatte 11 über die erste Werkstoffplatte laufen kann. Dies ist in 1 an der zweiten Position erkennbar. Dies führt zu einem gegenüber dem Stand der Technik optimaleren Ablauf für höchste Durchsatzleistungen durch eine Plattenpaarbildung im Zwei-Ebenenverfahren. Zwischen den einzelnen Werkstoffplatten kann mit einer minimalen Lücke gefahren werden, da die erste Werkstoffplatte mit z.B. 9,8 m/s2 beschleunigt werden kann und bei hoher Plattenleistung die Platten von geringer Dicke sind.
  • In der dritten Position hat sich die Fördereinrichtung 21 gegenüber der vorherigen zweiten Position leicht abgesenkt, um das gewünschte Spaltmaß zuzustellen. Dies ist das Prinzip einer Winkelübergabe in zwei Ebenen, was zu hohen Durchsatzleistungen beiträgt. Es ist nur eine geringe Fallhöhe von z.B. nur 100 mm Fallhöhe statt 700 bis 1300 mm bei einer waagerechten Abschubstrecke. Dabei wird zugleich in dieser Station das Plattenpaar gebildet, welches dann direkt in die Schweißstation D einlaufen kann.
  • Durch die dynamische Wellenverstellung soll eine wechselnde Bearbeitung der Ober- und Unterfläche erfolgen, die sich in der Teillücke zwischen den Werkstoffplatten im Durchlauf einstellen muss. Die Werkstoffplatten sind regelmäßig mit einer Haut versehen, die zur Bearbeitung an den Schweißseiten entfernt werden soll. Durch das Wärmeelement und die wechselseitige dynamische Planerwellenverstellung, die im Ausführungsbeispiel in ca. 0,2s 10 mm zurücklegt, kann auf die Wendestation verzichtet werden.
  • Verfahrensgemäß wird wenigstens eine erste Werkstoffplatte 10 mittels einer ersten Fördereinrichtung 20 und wenigstens eine weitere Werkstoffplatte 11 mittels wenigstens einer weiteren Fördereinrichtung 21 jeweils kontinuierlich der Schweißstation D zugeführt. Dies bedeutet, dass auch mehr als zwei Lagen an Werkstoffplatten zugeführt werden und mehr als zwei Fördereinrichtungen vorgesehen sein können. Die aufeinander zu zeigenden, zu verschweißenden Oberflächen 10a, 11a der ein Plattenpaar bildenden Werkstoffplatten 10, 11 werden gemäß 3 stromaufwärts der Schweißstation D mittels wenigstens eines zwischen den Oberflächen befindlichen Wärmeelements 15 so mit Wärme beaufschlagt, dass mindestens eine dieser Oberflächen 10a, 11a anschmilzt. Damit kann zwischen den miteinander zu verbindenden Werkstoffplatten auch mehr als ein Wärmeelement 15 vorgesehen sein. Zudem ist es möglich, zwischen mehreren Lagen von Werkstoffplatten mehrere Wärmeelemente 15 versetzt zueinander anzuordnen und die Platten dann beschleunigt aufeinander abzulegen. Im Anschluss an das Anschmelzen der Oberflächen 10a, 11a werden die aufeinander zu zeigenden Oberflächen 10a, 11a mit Anpressdruck stoffschlüssig aufgrund der vorangegangenen Wärmebeaufschlagung durch das Wärmeelement 15 miteinander verbunden. Dieser Vorgang erfolgt sehr energieeffizient, worauf noch näher eingegangen wird.
  • Gemäß den 1 und 2 werden die Werkstoffplatten 10, 11 parallel oder nahezu parallel in einem Winkel kleiner 1° bis zur Schweißstation 15 zugeführt. Dabei berührt das Wärmeelement 15 die Oberflächen 10a, 11a der Werkstoffplatten 10, 11 und schmilzt sie unmittelbar an. Durch die parallele Zuführung ist es möglich, die Werkstoffplatten 10, 11 in der Schweißstation D oder nahe der Schweißstation D passgenau zu einander zu positionieren und miteinander zu verbinden. Vorzugsweise kann die passgenaue Positionierung auch erst in der Schweißstation D erfolgen, wobei es von Vorteil ist, dass die Werkstoffplatten während der Zuführung vermessen und positioniert werden.
  • Das Wärmeelement 15 kann, wie in 3 dargestellt, mehrere Oberflächen 15a, 15b aufweisen, die auf unterschiedliche Temperaturen temperierbar sind. Dies kann insbesondere durch gesonderte Heizmittel 16, 17 verwirklicht werden, die dafür sorgen, dass gegenüberliegende Oberflächen 15a, 15b des Wärmeelementes 15 – in 3 unten und oben am Wärmeelement – auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt werden. Es ist ebenso alternativ oder ergänzend möglich, die Werkstoffplatten mit unterschiedlichem Anpressdruck dem Wärmeelement zuzuführen. Als Heizmittel kommen dabei elektrische Heizmittel wie z.B. Widerstandsheizungen ebenso in Betracht wie Heizkreisläufe mit geeigneten Temperiermitteln. Derartige Heizmittel sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Damit kann die erste Werkstoffplatte 10 an der einen Oberfläche 15a und die weitere Werkstoffplatte 11 an der gegenüberliegenden anderen Oberfläche 15b des Wärmeelementes 15 kontaktbehaftet vorbeigeführt werden. Damit ist es vor allem möglich, nicht nur gleiche, sondern auch unterschiedliche Werkstoffplatten anzuschmelzen. Je nach Dichte, Materialbeschaffenheit, Zusammensetzung und/oder auch Dicke der Werkstoffplatte kann zielgerichtet mit bestimmten Temperaturbereichen gearbeitet werden, um ein schonendes Anschmelzen der zu fügenden Oberflächen zu erreichen. Dadurch lässt sich die Schweißhaut so dick wie nötig einstellen, um die Werkstoffplatten fügen zu können, aber auch so dünn wie möglich einstellen, um dadurch auch die Wasserdiffusionswiderstandszahl gegenüber den Ausgangsplatten so wenig wie möglich zu beeinträchtigen.
  • Gleichzeitig kann durch die Anordnung des Wärmeelementes 15 zwischen den allenfalls mit einem geringen Spalt 13 parallel zugeführten Werkstoffplatten 10, 11 mit verhältnismäßig wenig Energie die gewünschte Temperatur zum Anschmelzen der Oberflächen erreicht werden. Denn einerseits erfolgt kein zusätzlicher Luftein- oder -austrag, der für eine unerwünschte Abfuhr von Wärmeenergie sorgt, andererseits befindet sich das Wärmeelement 15 zwischen den Werkstoffplatten 10, 11, die über eine geringe Wärmeleitfähigkeit verfügen und damit das Wärmeelement 15 gleichzeitig an seiner Position isolieren. Dies trägt zu einem höchst energieeffizienten Fügeprozess bei. Gleichzeitig wird nur so viel Material angeschmolzen, wie für den Fügeprozess auch erforderlich ist, so dass eine sehr dünne Schweißnaht erzielt werden kann. Dies trägt wiederum zu einer guten Diffusionsoffenheit des Endprodukts auch im Bereich der Schweißnaht bei.
  • Zu diesem Zweck werden die Werkstoffplatten nicht nur möglichst parallel oder nahezu parallel, sondern auch mit einem minimalen Abstand mit einem Spaltmaß z.B. kleiner gleich 10 mm, vorzugsweise mit einem Spaltmaß zwischen 5 und 0 mm dem Wärmeelement 15 zugeführt. Dies kann im Bereich der Schweißstation auch so weit gehen, dass die Werkstoffplatten quasi mit einem negativen Spaltmaß von z.B. bis zu minus 4 mm dem Wärmeelement 15 zugeführt werden. Durch den geringen bis negativen Spalt kann mit einer geringen Bauhöhe das Material zugeführt werden. Bedarfsweise kann im Spalt vor dem Wärmeelement ein Trennelement 23 als Positionierhilfe eingesetzt werden, dessen Höhe kleiner gleich der Höhe des Wärmeelements ist. Nach dem Heizelement werden die Werkstoffplatten zusammengefügt, so dass sich quasi ein Spalt mit einem „negativen Spaltmaß“ kleiner Null ergibt.
  • Sind mehr als drei Lagen an Werkstoffplatten 10, 10‘, 11, 11‘ gemäß 4 miteinander zu verschweißen, werden diese mehreren, wenigstens in einer Richtung quer zur Transportrichtung 14 der Werkstoffplatten versetzten Wärmeelementen 15, 15‘ (in 4 vertikal versetzt) zugeführt und in möglichst einer Schweißstation D miteinander verbunden. In diesem Fall, aber auch bei nur zwei Lagen, können ergänzend Trennelemente 23 als Positionierhilfe vorgesehen sein, die in Transportrichtung vor dem Wärmeelement 15 angeordnet sind. Um allerdings die Berührung der Werkstoffplatten 10, 10‘, 11, 11‘ sicherzustellen ist die Höhe dieser Trennelemente auf die Höhe des Wärmeelements abgestimmt und in der Regel kleiner als die Höhe des Wärmeelements 15. Es versteht sich allerdings von selbst, dass auch mehrere Schweißstationen D vorgesehen sein können, wenn der Prozess oder der Werkstoff dies erfordert.
  • Vorzugsweise können die Werkstoffplatten auch biegesteife Dämmstoffplatten sein, die z.B. die gleiche Dicke aufweisen. Durch die parallele Zuführung ist keine Krümmung der Werkstoffplatten 10, 11 bei der Zuführung erforderlich, so dass auch mehrere Werkstoffplatten z.B. mit je einer Dicke von 200 mm durch dieses Verfahren miteinander gefügt werden können.
  • Durch das Verfahren können bei einer kontinuierlichen Zuführung der Schweißpartner, also der Werkstoffplatten, beliebige/endlose Flächen und Dicken von Dämmstoffplatten aus extrudierten Standardformaten erzeugt werden. Ein anschließender Zuschnitt zu beliebigen geometrischen Formen und Flächen ist möglich. Dabei kann den Grenzen der Extrusion bei der Herstellung der Werkstoffplatten Rechnung getragen werden und es können Werkstoffplatten mit optimalen Lambda-Werten ohne weiteres verwenden werden. Gleichzeitig sind hohe Durchsatzmengen problemlos möglich. Zudem lässt sich der Prozess auch bei der Herstellung von mehrlagigen Platten mit mehr als zwei Lagen deutlich vereinfachen.
  • Die Werkstoffplatten werden kontinuierlich über Fördereinrichtungen 20, 21 wie z.B. Vakuumförderer zugeführt. Die zu fügenden Werkstoffplatten 10, 11 werden vorzugsweise kurz vor der Schweißstation D ausgerichtet und passgenau positioniert und dann an dem Wärmeelement 15 entlanggeführt und angeschmolzen, so dass sie anschließend unmittelbar danach unter Anpressdruck miteinander gefügt werden können. Gegebenenfalls werden die gefügten Platten anschließend einer weiteren Konfektionierung zugeführt. Die Werkstoffplatten 10, 11 werden parallel zueinander oder zumindest nahezu parallel zueinander mit einem allenfalls kleinen Spalt 13 von etwa 10 mm, vorzugsweise 5 mm oder auch ohne oder mit einem negativen Spalt, der Schweißstation zugeführt. Die obere Werkstoffplatte 11 kann durch hängende Vakuumförderer als Fördereinrichtung 21 auf die gewünschte Spalthöhe positioniert werden. Die Werkstoffplatten werden passend in der vorgeschalteten Planerstation A mittels Planerwellen 18 wechselweise oben und/oder unten bearbeitet, so dass nur eine Planerstation erforderlich ist. Durch die parallele Zuführung mit einem kleinen bzw. keinem Spalt 13 entfallen der Hub- und Drehprozess und damit die Vakuumwendestation, welche regelmäßig den Engpass bei der Höchstleistung einer kontinuierlichen Thermobondingstation als Schweißstation darstellt.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine erste Fördereinrichtung 10 zum kontinuierlichen Zuführen einer ersten Werkstoffplatte 10 zu einer Schweißstation D sowie eine weitere Fördereinrichtung 21 zum kontinuierlichen Zuführen wenigstens einer weiteren Werkstoffplatte 11 zur Schweißstation D auf. Wenigstens ein Wärmeelement 15 ist stromaufwärts der Schweißstation zwischen den aufeinander zu zeigenden, zu verschweißenden Oberflächen 10a, 11a der Werkstoffplatten 10, 11 angeordnet. Über Andrückelemente, die stromabwärts des Wärmeelementes 15 angeordnet sind und im Ausführungsbeispiel durch die Anpressrollen 25 gebildet sind, werden die Werkstoffplatten 10, 11 stromabwärts des Wärmeelementes 15 gegeneinander gepresst, so dass sich die aufeinander zu zeigenden Oberflächen aufgrund der vorangegangenen Wärmebeaufschlagung durch das Wärmeelement 15 stoffschlüssig miteinander verbinden. Die erste Fördereinrichtung 20 und die wenigstens eine weitere Fördereinrichtung 21 stehen zumindest im Bereich der Schweißstation D in einem Winkel kleiner 1°, vorzugsweise sind sie parallel zueinander. Das Wärmeelement 15 ist relativ zu den Fördereinrichtungen 20, 21 so angeordnet, dass es die Oberflächen 10a, 11a der Werkstoffplatten 10, 11 berührt. Der Schweißstation D sind Mittel zum Positionieren der Werkstoffplatten 10, 11 zueinander zugeordnet. Vorzugsweise sind die Mittel zum Positionieren der Werkstoffplatten in der Schweißstation D selbst vorgesehen.
  • Das Wärmeelement 15 kann mehrere Oberflächen 15a, 15b aufweisen, die auf unterschiedliche Temperaturen temperierbar sind. Dies erfolgt vorzugsweise durch gesonderte Heizmittel 16, 17. Die Fördereinrichtung 20 und die Fördereinrichtung 21 zum Fördern der Werkstoffplatten 10 bzw. 11 sind so angeordnet, dass sich zwischen den Werkstoffplatten der gewünschte Spalt ausbildet, der vorzugsweise eine vertikale Höhe hat, die der vertikalen Erstreckung des Wärmeelementes 15 entspricht oder kleiner als diese Höhe ist. Werden mehrere Lagen von Werkstoffplatten zugeführt, befindet sich zwischen jeder Lage der Werksstoffplatten gemäß 4 ein entsprechender Spalt bzw. wenigstens ein entsprechendes Wärmeelement. Ergänzend können Trennelemente 23 z.B. als Positionierhilfe stromaufwärts von dem oder den Wärmeelementen 15, 15‘ vorgesehen sein. Diese mehreren Wärmeelemente 15, 15‘ sind wenigstens in einer Richtung quer zur Transportrichtung 14 der Werkstoffplatten zueinander versetzt, d.h. im Ausführungsbeispiel liegen sie vertikal übereinander, sie könnten aber auch in Transportrichtung 14 zueinander versetzt sein.
  • Mit dem Verfahren und der Vorrichtung können auch biegesteife Dämmstoffplatten kontinuierlich zugeführt, vorjustiert, ausgerichtet, vorpositioniert der Schweißstation D zugeführt werden. Die Werkstoffplatten können längs, quer und mehrlagig miteinander gefügt werden. Auch eine Verschweißung artgleicher und artungleicher Werkstoffe gegebenenfalls auch mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen ist bei entsprechender Ausgestaltung des Wärmeelementes 15 möglich.
  • Das Wärmeelement ist ein Heizschwert oder ein dünner Heizdraht, wobei die Werkstoffplatten an dem Wärmeelement kontinuierlich vorbeigeführt werden. Das Wärmeelement 15 kann dauerhaft und/oder getaktet betrieben werden. Zum Beispiel kann das Wärmeelement vor der Zuführung des zu schweißenden Halbzeugs kurzzeitig mit höherer Energie beaufschlagt werden. Vorzugsweise ist das Wärmeelement 15 mit einer Regelungseinheit ausgestattet, wie z.B. einem Temperaturfühler, einer Temperaturregelung oder -steuerung.
  • Die Oberfläche des Wärmeelementes 15 ist vorzugweise so ausgeführt, dass ein Anhaften des zu verschweißenden Materials reduziert oder ganz ausgeschlossen wird. Dies kann einerseits durch eine Oberflächenbehandlung z.B. mit einer Beschichtung oder eine besondere Oberflächengestaltung bis hin zu einer Politur erreicht werden. Das Wärmeelement 15 ist allerdings auch prozessbedingt selbstreinigend, da die Werkstoffplatten kontinuierlich kontaktbehaftet am Wärmeelement vorbeigeführt werden.
  • Das Wärmeelement ist z.B. ein dünnes, heizbares Stahlband.
  • Über das Wärmeelement 15 muss eine hohe Energiedichte eingebracht werden können. Dabei muss die Energie schnell bzw. dynamisch zugeführt werden. Bedarfsweise können auch über den Peltier-Effekt gezielt Kühlungen bewirkt werden. Die Temperaturbereiche, mit denen das Wärmeelement 15 betrieben wird, richten sich nach dem zu verschweißenden Material. Eine Temperatur von 100 bis 400° C ist in der Regel erforderlich. Die konkrete Oberflächentemperatur am zu verschweißenden Material richtet sich nach den empfohlenen Verarbeitungstemperaturen der zu fügenden Werkstoffe.
  • Das Wärmeelement 15 muss zudem mechanisch dauerfest und wärmebeständig sein. Es soll eine möglichst geringe Wärmedehnung aufweisen oder es muss eine Vorrichtung zum dauerhaften Ausgleich einer Wärmedehnung vorgesehen werden, wie z.B. eine Vorspannung mit Gewichten, Federn oder dergleichen. Ein mehrlagiges Verschweißen kann in einer Station und in einem Arbeitsschritt erfolgen. Es können auch mehr als zwei Platten zugeführt werden, solange sichergestellt ist, dass die Plattenflächen parallel oder nahezu parallel zugeführt werden.
  • Die Positionierung sollte möglichst eine exakte Zuführung erlauben, so dass vor, während und nach dem Fügen ein Plattenversatz minimiert, ausgeschlossen, gezielt eingestellt wird und eine Nacharbeit weitestgehend vermieden wird. Dies kann z.B. dadurch unterstützt werden, dass die Werkstoffplatten während des Prozesses vermessen und zueinander positioniert werden, so dass sich eine möglichst exakte Positionierung ergibt.
  • Die Zuführung über die Fördereinrichtungen 20, 21 kann z.B. mit Vakuumbändern, Luftkissen, Mangelrollen, Ausrichtrollen, angetriebenen Anschlagslinealen, stillstehend oder angetrieben, Schieber oder Pusher erfolgen. Im Falle einer Mehrlagigkeit ist eine Zuführung unten durch Vakuumriemen und in der Mitte z.B. durch eine seitliche Fördereinrichtung 22 gemäß 4 an den Außenkanten möglich. Denkbar sind ferner Schieber und Pusher oder seitliche Führungen und Lamellen.
  • Bezugszeichenliste
  • 10, 10‘
    erste Werkstoffplatte
    10a
    Oberfläche
    11, 11‘
    weitere Werkstoffplatte
    11a
    Oberfläche
    13
    Spalt
    14
    Transportrichtung
    15
    Wärmeelement
    15a, 15b
    Oberfläche
    16, 17
    Heizmittel
    18
    Planerwelle
    20
    erste Fördereinrichtung
    21
    weitere Fördereinrichtung
    22
    seitliche Fördereinrichtung
    23
    Trennelement
    25
    Anpressrolle
    A
    Oberflächenbearbeitung
    B
    Vakuumwendestation
    C
    Plattenhub- und Positioniereinrichtung
    D
    Schweißstation
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012204822 A1 [0005, 0041]
    • WO 2016/102292 A1 [0006]
    • EP 2724843 A1 [0007]

Claims (19)

  1. Verfahren zum thermischen, flächigen Verschweißen mehrerer Werkstoffplatten aus aufgeschäumtem und/oder auch nicht aufgeschäumtem Material, wobei wenigstens eine erste Werkstoffplatte (10) mittels einer ersten Fördereinrichtung (20) und wenigstens eine weitere Werkstoffplatte (11) mittels wenigstens einer weiteren Fördereinrichtung (21) jeweils kontinuierlich einer Schweißstation (D) zugeführt werden, wobei aufeinander zu zeigende, zu verschweißende Oberflächen (10a, 11a) der Werkstoffplatten (10, 11) stromaufwärts der Schweißstation (D) mittels wenigstens eines zwischen den Oberflächen (10a, 11a) befindlichen Wärmeelements (15) so mit Wärme beaufschlagt werden, dass mindestens eine dieser Oberflächen (10a, 11a) anschmilzt, wobei die aufeinander zu zeigenden Oberflächen (10a, 11a) anschließend unter Anpressdruck aufgrund der vorangegangenen Wärmebeaufschlagung durch das Wärmelement (15) stoffschlüssig miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Werkstoffplatten (10) und die weiteren Werkstoffplatten (11) in einem Winkel kleiner 1°, vorzugsweise parallel zueinander bis zur Schweißstation (D) zugeführt werden, dass das Wärmelement (15) die Oberflächen (10a, 11a) der Werkstoffplatten (10, 11) kontaktierend anschmilzt und dass die Werkstoffplatten (10, 11) in der Schweißstation (D) zueinander passgenau positioniert verbunden werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Werkstoffplatten (10) und die weiteren Werkstoffplatten (11) während des Zuführens vermessen und in der Schweißstation (D) zueinander positioniert werden und/oder erst in der Schweißstation (D) zueinander passgenau positioniert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffplatten (10, 11) nach einer Oberflächenbearbeitung der zu fügenden Oberflächen (10a, 10b) unmittelbar der Schweißstation (D) zugeführt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Werkstoffplatten (10, 10‘, 11, 11‘) seriell vorzugsweise mit wenigstens einer dynamisch verstellbaren Planerwelle (18) bearbeitet werden und anschließend unter Bildung einer mit den zu fügenden Oberflächen (10a, 11a) aneinanderliegenden Paaren oder Gruppen von Werkstoffplatten der Schweißstation (D) zugeführt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeelement (15) mehrere Oberflächen (15a, 15b) aufweist, die auf unterschiedliche Temperaturen temperierbar sind und/oder denen die Werkstoffplatten (10, 11) mit unterschiedlichem Druck zugeführt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeelement (15) mittels gesonderter Heizmittel (16, 17) an gegenüberliegenden Oberflächen (15a, 15b) auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt wird, wobei die ersten Werkstoffplatten (10) an der einen Oberfläche (15a) und die weiteren Werkstoffplatten (11) an den gegenüberliegenden anderen Oberflächen (15b) des Wärmeelements (15) kontaktbehaftet vorbeigeführt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Werkstoffplatten (10) und weiteren Werkstoffplatten (11) in einem Abstand mit einem Spaltmaß kleiner gleich 10 mm, vorzugsweise mit einem Spaltmaß zwischen 5 und 0 mm, bis hin zu einem negativen Spaltmaß von vorzugsweise bis zu minus 4 mm dem Wärmelement (15) zugeführt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Lagen an Werkstoffplatten (10, 10‘, 11, 11‘) mehreren wenigstens in einer Richtung quer zur Transportrichtung (14) der Werkstoffplatten versetzten Wärmeelementen (15, 15‘) zugeführt werden und in der einen Schweißstation (D) miteinander verbunden werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoffplatten (10, 11) biegesteife Dämmstoffplatten zugeführt werden, die vorzugsweise die gleiche Dicke aufweisen.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeelement (15) durch das kontinuierliche und kontaktbehaftete Vorbeiführen der Werkstoffplatten das Wärmeelement gereinigt wird.
  11. Vorrichtung zum thermischen, flächigen Verschweißen mehrerer Werkstoffplatten aus aufgeschäumten und/oder auch nicht aufgeschäumtem Material, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer ersten Fördereinrichtung (20) zum kontinuierlichen Zuführen wenigstens einer ersten Werkstoffplatte (10) zu einer Schweißstation (D), einer weiteren Fördereinrichtung (21) zum kontinuierlichen Zuführen wenigstens einer weiteren Werkstoffplatte (11) zu der Schweißstation (D), wenigstens einem zwischen den aufeinander zu zeigenden, zu verschweißenden Oberflächen (10a, 11a) der Werkstoffplatten (10, 11) stromaufwärts der Schweißstation (D) angeordneten Wärmeelement (15), Andrückelementen, die stromabwärts des Wärmeelements (15) angeordnet sind und die Werkstoffplatten (10, 11) gegeneinander pressen, so dass sich deren aufeinander zu zeigenden Oberflächen (10a, 11a) aufgrund der vorangegangenen Wärmebeaufschlagung durch das Wärmeelement (15) stoffschlüssig miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fördereinrichtung (20) und die wenigstens eine weitere Fördereinrichtung (21) zumindest im Bereich der Schweißstation (D) in einem Winkel kleiner 1°, vorzugsweise parallel zueinander, angeordnet sind, dass das Wärmelement (15) relativ zu den Fördereinrichtungen (20, 21) so angeordnet ist, dass es die Oberflächen (10a, 11a) der Werkstoffplatten (10, 11) berührt und dass der Schweißstation (D) Mittel zum Positionieren der Werkstoffplatten (10, 11) zueinander zugeordnet sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Positionieren der Werkstoffplatten in der Schweißstation (D) vorgesehen sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeelement (15) mehrere Oberflächen (15a, 15b) aufweist, die auf unterschiedliche Temperaturen temperierbar sind und/oder denen die Werkstoffplatten (10, 11) mit unterschiedlichem Druck zuführbar sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmelement (15) gesonderte Heizmittel (16, 17) zur unterschiedlichen Temperierung seiner Oberflächen (15a, 15b) aufweist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeelement (15) so beschaffen ist, dass kein Anhaften von Restmaterial der angeschmolzenen Oberflächen (10a, 11a) der Werkstoffplatten erfolgt.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (20) zum Fördern der ersten Werkstoffplatte (10) und die Fördereinrichtung (21) zum Fördern der weiteren Werkstoffplatte (11) so angeordnet sind, dass die Werkstoffplatten zwischen sich einen Spalt (13) ausbilden, der kleiner gleich 10 mm, vorzugsweise zwischen 5 und 0 mm breit, und bis hin zu einem negativen Spaltmaß von vorzugsweise bis zu minus 4 mm ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (13) eine vertikale Höhe aufweist, die kleiner gleich der vertikalen Erstreckung des Wärmeelements (15) ist.
  18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Fördereinrichtungen (20, 21) zur Zuführung von wenigstens drei Lagen an Werkstoffplatten (10, 10‘, 11, 11‘) zu mehreren Wärmeelementen (15, 15‘) vorgesehen sind, die wenigstens in einer Richtung quer zur Transportrichtung (14) der Werkstoffplatten zueinander versetzt sind.
  19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmelement (15) zur Verschweißung von Längs- und Querkanten der Werkstoffplatten (10, 11) vertikal stehend angeordnet ist.
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