DE102019109294B4

DE102019109294B4 - Verfahren zum Verschweißen von Profilstäben

Info

Publication number: DE102019109294B4
Application number: DE102019109294.9A
Authority: DE
Inventors: Wladimir Wagner
Original assignee: STUERTZ MASCHB GmbH; Stuertz Maschinenbau GmbH
Current assignee: STUERTZ MASCHB GmbH; Stuertz Maschinenbau GmbH
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2022-07-07
Anticipated expiration: 2039-04-10
Also published as: DE102019109294A1

Abstract

Verfahren zum Verschweißen von zwei hohlen, Sichtflächen (10) und Verbindungsflächen (11) aufweisenden Profilstäben (1) aus Kunststoff, bei dem die miteinander zu verbindenden Profilstäbe (1) mit ihren Verbindungsflächen (11) an einem auf eine vorgegebene Schweißtemperatur erhitzten Schweißspiegel angelegt und an diesem unter einer ersten Längenverkürzung und Bildung eines Schweißwulstes aus dem bei der Längenverkürzung verdrängten Material angepresst werden und nach dem Entfernen des Schweißspiegels unter Druck und weiterer, zweiter Längenverkürzung zusammengefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entfernen des Schweißspiegels der Schweißwulst im Bereich der Sichtfläche (10) der Profilstäbe (1) unter Ausbildung eines stufenförmigen Absatzes (112) im Profilstab (1) am Übergang zwischen der Sichtfläche (10) und der Verbindungsfläche (11) der Profilstäbe (1) entfernt wird, wobei der Absatz (112) solchermaßen bemessen ist, dass seine Seitenlängen im Wesentlichen der zweiten Längenverkürzung (111) beim Verschweißen entsprechen und dass das beim anschließenden Zusammenfügen der Profilstäbe (1) im Bereich ihrer Verbindungsflächen (11) unter Druck verdrängte Material der Profilstäbe (1) den stufenförmigen Absatz (112) zwischen den Profilstäben (1) vollständig auffüllt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von zwei hohlen, Sichtflächen und Verbindungsflächen aufweisenden Profilstäben aus Kunststoff, bei dem die miteinander zu verbindenden Profilstäbe mit ihren Verbindungsflächen an einem auf eine vorgegebene Schweißtemperatur erhitzten Schweißspiegel angelegt und an diesem unter einer ersten Längenverkürzung und Bildung eines Schweißwulstes aus dem bei der Längenverkürzung verdrängten Material angepresst werden und nach dem Entfernen des Schweißspiegels unter Druck und weiterer, zweiter Längenverkürzung zusammengefügt werden.
Derartige Verfahren sind bekannt und werden insbesondere zur Bildung von Fensterrahmen aus Kunststoff-Profilstäben verwendet, bei denen in den Eckbereichen des Fensterrahmens zwei entsprechend hergerichtete Profilstäbe mit ihrem üblicherweise auf Gehrung geschnittenen Verbindungsflächen miteinander verschweißt werden können. Zu diesem Zweck werden üblicherweise Schweißvorrichtungen verwendet, mit denen -je nach Ausgestaltung der Vorrichtung - eine Ecke, zwei Ecken oder alle vier Ecken eines Fensterrahmens gleichzeitig zusammengeschweißt werden können. Dabei besitzt jede Schweißvorrichtung für jede Ecke einen Schweißkopf mit einem beheizbaren Schweißspiegel sowie für jeden Profilstab eine Spanneinheit. Jede Spanneinheit weist dabei eine obere und eine untere Begrenzungsrampe auf, zwischen denen jeweils ein Profilstab gehalten ist.
Für den eigentlichen Schweiß- bzw. Fügevorgang werden zunächst die beiden zu verbindenden Profilstäbe, die an ihren Verbindungsflächen etwa 3 mm länger als das Maß des fertigen Fensterrahmens ausgeführt sind, aufeinander ausgerichtet und in einer Lage gesichert, in der die beiden Verbindungsflächen so weit voneinander beabstandet gehalten sind, dass der auf eine vorgegebene Temperatur erhitzte Schweißspiegel, üblicherweise eine beheizte Platte, zwischen dieselben eingeführt werden kann. Sodann werden die Verbindungsflächen der beiden Profilstäbe gegen den Schweißspiegel gepresst und dabei soweit angeschmolzen, dass eine erste Längenverkürzung um z.B. etwa 2 mm eintritt. Dabei entsteht bei diesem Pressvorgang in allen am Schweißspiegel anliegenden Bereichen der Profilstäbe ein sogenannter Schweißwulst aus dem bei der Längenverkürzung verdrängten Material des Profilstabes. Anschließend werden die Profilstäbe kurzzeitig vom Schweißspiegel abgehoben, sodass derselbe wieder in seine Ausgangslage zurückkehren kann. Nachfolgend werden die erhitzten Verbindungsflächen der beiden Profilstäbe erneut gegeneinandergepresst, wobei unter weiterer, zweiter Längenverkürzung sich der vorerwähnte Schweißwulst vergrößert. Die hierbei eintretende zweite Längenverkürzung beträgt üblicherweise etwa 1 mm und erreicht somit das gewünschte End- oder Fertigmaß der aneinander angrenzenden verschweißten Profilstäbe, die sich beim anschließenden Abkühlen der Verbindungsflächen in der gewünschten Weise durch Verschweißen des Kunststoffmaterials verbinden.
Die durch das Zusammenfügen der Profilstäbe im Bereich der Verbindungsflächen entstandenen Schweißwulste oder -grate sind nicht nur umlaufend außen, sondern auch an allen im Innern der Profilstäbe befindlichen Stegen vorhanden. Die Schweißwulste können teilweise scharfkantig sein und ergeben an den sichtbaren Flächen des späteren Fensterrahmens ein unerwünschtes Aussehen. Aus diesem Grund werden diese Schweißwulste zumindest an den sichtbaren Flächen des geschweißten bzw. zusammengefügten Fensterrahmens in einem nachfolgenden Schritt entfernt. Dies erfolgt üblicherweise mittels besonderer Messer und/oder Fräser an der Ober- bzw. Vorderseite und an der Unter- bzw. Rückseite des geschweißten Fensterrahmens, die zugleich die Sichtseiten desselben bilden. Durch den solchermaßen erforderlichen zusätzlichen Arbeitsgang erhöht sich nicht nur zwangsläufig die Zeit und der Aufwand für die Fertigung eines Fensterrahmens, sondern es wird auch eine zusätzliche Vorrichtung benötigt. Darüber hinaus werden in der Regel Schattennuten erzeugt, die eine gegenüber der sonstigen Oberfläche des Fensterrahmens rauere Oberfläche aufweisen, welche die Ablage von Schmutzpartikeln begünstigt und sich nur schlecht reinigen lässt.
Um zumindest einen Teil des Aufwands für die Beseitigung der sichtbaren und damit störenden Schweißwulste zu vermeiden und somit die Zeit für die Fertigung eines Fensterrahmens zu verringern, ist es aus der DE 10 2015 013 439 A1 bekannt, nach dem Entfernen des Schweißspiegels die an den Sichtflächen des späteren Fensterrahmens im Bereich der Verbindungsflächen bei der Profilstäbe entstandenen äußeren Teile der Schweißwulste nach innen zu pressen, danach den Schweißspiegel erneut zwischen die Verbindungsflächen der Profilstäbe zu bewegen und die Verbindungsflächen bei gleichzeitiger Verformung der nach innen gepressten Schweißwulste nachzuerhitzen und schließlich nach dem erneuten Entfernen des Schweißspiegels die Verbindungsflächen der beiden Profilstäbe zusammenzufügen. Dieses bekannte Verfahren bringt jedoch nicht bei allen für die Herstellung von Fensterrahmen verwendeten Querschnitten der Profilstäbe und den eingesetzten Kunststoffen den gewünschten Erfolg.
Aus der DE 10 2017 111 606 A1 ist darüber hinaus ein modifiziertes Verfahren bekannt, bei dem ebenfalls der äußere Schweißwulst vor dem Zusammenfügen der Profilstäbe nach innen verdrängt wird und dann zusammen mit den inneren Wulsten entfernt wird, sodass im Ergebnis im Bereich der Verbindungsstellen des fertigen Fensterrahmens an dessen sichtbaren Ober- bzw. Vorderseite und an dessen Unter- bzw. Rückseite eine Art Schattennut entsteht, die durch den Einsatz eines entsprechend konturierten Schneidmessers erzeugt wird. Auch eine solche Schattennut weist jedoch den Nachteil auf, dass sich leicht Verschmutzungen darin ansammeln, die nur schwierig wieder entfernt werden können, außerdem erzeugt jedes Schneidmesser an der Oberfläche eine vom übrigen Profil abweichende Rauigkeit. Sofern - was insoweit üblich ist - die Profilstäbe vor dem Verschweißen mit einer auf den Sichtflächen angebrachten Schutzfolie versehen sind, muss diese zum Erzeugen einer guten Verschweißung und eines sauberen Schnitts des Schneidmessers vor dem Schweißvorgang zumindest im Bereich der Verbindungsflächen entfernt werden, was einen weiteren unerwünscht hohen Arbeitsaufwand nach sich zieht.
Die DE 202013012778 U1 offenbart eine Verschweißung der Profilstäbe, die zunächst im Bereich der Verbindungsflächen mit einer Nut versehen werden, welche so bemessen ist, dass beim anschließenden Aufschmelzen und Verpressen der Profilstäbe die Nut idealerweise vollständig aufgefüllt wird. Dies ist jedoch mit erheblichem Aufwand verbunden, wobei ungewolltem Herausquellen von Material aus der Nut durch aufgelegte Drücker entgegengewirkt werden muss.
Die nicht vorveröffentlichte ältere Druckschrift DE 10 2017 127 483 A1 beschreibt die Einbringung eines stufenförmigen Absatzes in die Verbindungsflächen, allerdings in einer deutlich geringeren Tiefe als die zweite Längenverkürzung.
Weiterer relevanter Stand der Technik findet sich in EP 3132917 A1 und DE 3510552 A1 .
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches die zuverlässige Verschweißung von hohlen, Sichtflächen und Verbindungsflächen aufweisenden Profilstäben aus Kunststoff ermöglicht, sodass sich keinerlei Schweißwulst mehr auf den Sichtflächen zeigt und auch keine durch Schneidmesser bearbeitete Schattennuten mehr zeigen, sondern die Profilstäbe im verschweißten Zustand gewissermaßen auf Stoß aneinandergefügt sind, ohne dass eine Schattennut sichtbar ist und die Verschweißung unabhängig von der Anwesenheit einer Schutzfolie auf den Sichtflächen herstellbar ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Ausgestaltung eines Verfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt vor, dass nach dem Entfernen des Schweißspiegels der Schweißwulst im Bereich der Sichtfläche der Profilstäbe unter Ausbildung eines stufenförmigen Absatzes im Profilstab am Übergang zwischen der Sichtfläche und der Verbindungsfläche der Profilstäbe entfernt wird, wobei der Absatz solchermaßen bemessen ist, dass seine Seitenlängen im Wesentlichen der zweiten Längenverkürzung beim Verschweißen entsprechen und dass das beim anschließenden Zusammenfügen der Profilstäbe im Bereich ihrer Verbindungsflächen unter Druck verdrängte Material der Profilstäbe den stufenförmigen Absatz zwischen den Profilstäben vollständig auffüllt.
Erfindungsgemäß wird also nicht nur der Schweißwulst im Bereich der Sichtfläche, d. h. der Vorderseite und/oder der Rückseite der Profilstäbe entfernt, nachdem die Verbindungsflächen am Schweißspiegel zur Anlage gekommen sind und wieder von diesem abgehoben wurden, sondern es wird auch ein stufenförmiger Absatz im Profilstab indessen Übergangsbereich zwischen der Sichtfläche und der Verbindungsfläche erzeugt, der solchermaßen bemessen ist, dass anschließend beim Zusammenfügen der Profilstäbe im Bereich ihrer Verbindungsflächen das unter Druck verdrängte Material diesen stufenförmigen Absatz zwischen den Profilstäben vollständig auffüllt.
Im Ergebnis wird somit eine Verschweißung zweier Profilstäbe erhalten, bei der weder ein Schweißwulst noch eine Schattennut zwischen den Profilstäben sichtbar ist, sondern diese stoßen unter idealerweise ebener Fortsetzung der Sichtflächen aneinander.
Erfindungsgemäß ist der erzeugte stufenförmige Absatz so bemessen, dass seine Seitenlängen etwa der zweiten Längenverkürzung beim Verschweißen entsprechen. Das richtige Verhältnis der Seitenlängen des stufenförmigen Absatzes ist gegebenenfalls durch einen Versuch vom Fachmann zu bestimmen.
Nach einem Vorschlag der Erfindung schließt der stufenförmige Absatz einen rechten Winkel ein oder alternativ einen Winkel größer 90°, vorzugsweise 100° bis 105° insbesondere 102°.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird nach dem Ausbilden des stufenförmigen Absatzes und vor dem Zusammenfügen der Profilstäbe der Schweißspiegel erneut zwischen die Verbindungsflächen der Profilstäbe eingeführt und die Verbindungsflächen werden nacherhitzt, bevor sie nach erneuter Entfernung des Schweißspiegels zusammengepresst werden.
Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 in schematisierter Darstellung einen Verfahrensschritt gemäß der Erfindung;
2 Details der Abbildung gemäß 1;
3 die Einzelheit A in 2 in vergrößertem Maßstab;
4 eine alternative Ausgestaltung der Erfindung gemäß 2;
5 die Einzelheit B in 4 in vergrößertem Maßstab;
6 einen Profilstab nach Durchführung des Verfahrensschritts gemäß 4;

Aus den 1 bis 3 ist in stark vereinfachter Form eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Vorrichtung zum Verschweißen von hohlen, Sichtflächen 10 und Verbindungsflächen 11 aufweisenden Profilstäben 1 aus Kunststoff dargestellt, wobei sich insbesondere um Profilstäbe 1 zur Herstellung eines Kunststoff-Fensterrahmens handeln kann.
Der aus den Figuren ersichtliche Profilstab 1 wird in seinem den Verbindungsbereich 11 aufweisenden Endbereich von einer Rampe 2 gegenüber einer hier nicht dargestellten Unterlage bzw. weiteren Rampe gehalten und festgeklemmt, wobei benachbart zur Verbindungsfläche 11 eine Messerkante 3 in einer entsprechenden Ausnehmung aufgenommen ist, die in nachstehend noch erläuterter Weise zur Führung eines Messers 4 dient.
Die Profilstäbe 1 sind beispielsweise auf Gehrung im Bereich ihrer Verbindungsfläche 11 zugeschnitten, wobei selbstverständlich zusätzlich zu der aus 1 ersichtlichen Anordnung ein weiterer zum Verbinden vorgesehener Profilstab 1 in analoger Weise von einer Rampe mit Messerkante spiegelbildlich bereitgestellt wird.
Wesentlich ist, dass jeder Profilstab 1 im Bereich seiner Verbindungsfläche 11, die sich etwa rechtwinklig zur Sichtfläche 10 erstreckt, ein gewisses Übermaß gegenüber dem gewünschten fertigen Längenmaß aufweist, dass sich in einen sogenannten ersten und einen zweiten Abbrand 110, 111 aufteilt. Der erste Abbrand 110 weist beispielsweise eine in 1 sowie 2 dargestellte Länge von etwa 2 mm auf, während der in Richtung auf die weitere Längserstreckung des Profilstabes 1 nachfolgende zweite Abbrand 111 lediglich eine Länge von etwa 1 mm, wie in den 1 und 2 dargestellt, aufweist. Das gesamte Übermaß eines Profilstabes 1 beträgt damit etwa 3 mm.
Zum Vorbereiten der gewünschten Schweißverbindung wird in nicht näher dargestellter Weise zwischen die beiden Verbindungsflächen 11 der Profilstäbe 1 ein auf die gewünschte Schweißtemperatur erhitzter Schweißspiegel eingeführt und die Verbindungsflächen 11 werden mit einem gewissen Druck in Längsrichtung der Profilstäbe 1 auf diesen beheizten Schweißspiegel aufgepresst. Dadurch wird das Material insbesondere im Bereich des ersten Abbrandes 110 aufgeschmolzen, wodurch sich der Profilstab um das Längenmaß des ersten Abbrandes verkürzt und das entsprechend verdrängte Material einen Schweißwulst ausbildet, der im Bereich der Sichtseite 110 hervortritt.
Anschließend wird der Schweißspiegel entfernt, nachdem die Profilstäbe 1 wiederum leicht auseinandergefahren worden sind und es wird gemäß der Darstellung in den 1 bis 3 der entstandene Schweißwulst einschließlich eines Materialstreifens im Übergangsbereich zwischen der Sichtseite 10 und der Verbindungsfläche 11 der Profilstäbe 1 vollständig entfernt. Dazu wird entlang der Messerkante 3 und der von dieser ausgebildeten Anlageflächen 30 ein Schneidmesser 4 mit einer entsprechend geformten Schneidklinge ausgefahren und quer zur Längserstreckung des Profils 1 entlang der Sichtseite 10 verfahren.
Im Ergebnis wird damit ein Profilstab 1 erhalten, der gemäß Darstellung in der 6 lediglich noch die Längenzugabe in Gestalt des zweiten Abbrandes 111 im Bereich seiner Verbindungsfläche 11 aufweist und im Übergangsbereich zwischen Sichtfläche 10 und Verbindungsfläche 11 einen vom Messer 4 erzeugten stufenförmigen Absatz 112 aufweist, in welchem nicht nur das Material des Schweißwulstes sondern auch Material aus der Sichtseite 10 des Profilstabes 1 entfernt worden ist.
Ausgehend von der Verbindungsfläche 11 springt der stufenförmige Absatz etwa um die Breite des zweiten Abbrandes 111 in Richtung der Längserstreckung des Profils 1 zurück, d. h. in der Darstellung gemäß 6 nach links, und auch die von der Sichtseite 10 her betrachtete Tiefe des stufenförmigen Absatzes 112 ist in einer entsprechenden Dimension ausgeführt. Im konkreten Ausführungsbeispiel, in welchem die Breite des zweiten Abbrandes 111 etwa 1 mm beträgt, sind somit die Seitenlängen des stufenförmigen Absatzes 112, d. h. sowohl dessen Breite als auch dessen Tiefe jeweils etwa 1 mm lang ausgeführt.
Gemäß der Darstellung in 3 schließt dabei durch entsprechende Konturierung der Schneide 40 der stufenförmige Absatz 112 einen Winkel von hier etwa 102° ein, da das Messer 4 eine Schneide 40 mit etwa um 12° aus dem rechten Winkel nach links geneigter Schneidfläche und einer entsprechenden Neigung der Anlagefläche 30 der Messerkante 3 aufweist.
Alternativ kann, wie aus den 4 und 5 ersichtlich, der stufenförmige Absatz 112 auch einen rechten Winkel einschließen, wenn die Schneide 40 des Messers 4 entsprechend rechtwinklig ausgeführt ist und auch die Anlagefläche 30 der Messerkante 3 entsprechend rechtwinklig zur Sichtfläche 10 des Profilstabes 1 ausgerichtet ist.
Wenn anschließend an die Erzeugung der stufenförmigen Absätze 112 in den aneinander zufügen Profilstäben 1 diese unter Ausnutzung der noch innewohnenden Restwärme oder nach einem kurzzeitigen erneuten Anlegen am eingefahrenen Schweißspiegel zum Nacherhitzen der Verbindungsflächen 11 unter Druck zusammengefügt werden, tritt eine zweite Längenverkürzung der Profilstäbe durch Verdrängung des noch verbleibenden zweiten Abbrandes 111 ein, sodass die beiden Profilstäbe 1 miteinander verschweißen und zugleich ihr gewünschtes Fertigmaß erreichen. Das verdrängte Material aus dem zweiten Abbrand 111 wird unter anderem in Richtung der Sichtfläche 10 der Profilstäbe 1 verdrängt und füllt dort den von den aneinander anliegenden stufenförmigen Absätzen 112 gebildeten Freiraum vollständig aus, sodass im Ergebnis eine Verschweißung der Profilstäbe 1 ohne sichtbaren Schweißwulst und ohne Erfordernis einer nachträglichen Bearbeitung der Schweißnaht erhalten wird. Die Profilstäbe 1 sind damit gewissermaßen auf Stoß miteinander verbunden, ohne dass sich eine Schattenfuge oder dergleichen zeigt, in der Schmutz und dergleichen angesammelt werden könnte.
Eine Nachbearbeitung der entstandenen minimalen Fuge zwischen den beiden Profilstäben 1 ist nicht erforderlich, insbesondere tritt bei korrekter Dimensionierung des stufenförmigen Absatzes 112 im Verhältnis zum zweiten Abbrand 111 kein Material über die Sichtseite 10 hervor.
Darüber hinaus ist es nicht notwendig, etwaige auf der Sichtseite angebrachte Schutzfolien vor dem Ausbilden der Schweißverbindung zu entfernen. Diese Schutzfolie wird vielmehr beim Erzeugen des stufenförmigen Absatzes auf das passende Maß gleichsam mit dem Material des Profilstabes 1 gekürzt, sodass auch das bisher unvermeidliche Entfernen der Schutzfolie nicht mehr erforderlich ist.
Es versteht sich, dass das vorangehend erläuterte Verfahren gleichsam an zwei zur Verbindung miteinander vorgesehenen Profilstäben 1 durchgeführt wird und im Rahmen einer automatisierten Fensterrahmenherstellung auch an mehr als einer Ecke des auszubildenden Fensterrahmens oder an allen Ecken gleichzeitig in entsprechenden Bearbeitungsstationen durchgeführt werden kann.

Claims

Verfahren zum Verschweißen von zwei hohlen, Sichtflächen (10) und Verbindungsflächen (11) aufweisenden Profilstäben (1) aus Kunststoff, bei dem die miteinander zu verbindenden Profilstäbe (1) mit ihren Verbindungsflächen (11) an einem auf eine vorgegebene Schweißtemperatur erhitzten Schweißspiegel angelegt und an diesem unter einer ersten Längenverkürzung und Bildung eines Schweißwulstes aus dem bei der Längenverkürzung verdrängten Material angepresst werden und nach dem Entfernen des Schweißspiegels unter Druck und weiterer, zweiter Längenverkürzung zusammengefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entfernen des Schweißspiegels der Schweißwulst im Bereich der Sichtfläche (10) der Profilstäbe (1) unter Ausbildung eines stufenförmigen Absatzes (112) im Profilstab (1) am Übergang zwischen der Sichtfläche (10) und der Verbindungsfläche (11) der Profilstäbe (1) entfernt wird, wobei der Absatz (112) solchermaßen bemessen ist, dass seine Seitenlängen im Wesentlichen der zweiten Längenverkürzung (111) beim Verschweißen entsprechen und dass das beim anschließenden Zusammenfügen der Profilstäbe (1) im Bereich ihrer Verbindungsflächen (11) unter Druck verdrängte Material der Profilstäbe (1) den stufenförmigen Absatz (112) zwischen den Profilstäben (1) vollständig auffüllt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stufenförmige Absatz (112) einen rechten Winkel einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stufenförmige Absatz (112) einen Winkel größer als 90°, vorzugsweise 100° bis 105° einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausbilden des stufenförmigen Absatzes (112) und vor dem Zusammenfügen der Profilstäbe (1) der Schweißspiegel erneut zwischen die Verbindungsflächen (11) der Profilstäbe (1) eingeführt wird und die Verbindungsflächen (11) nacherhitzt werden.