DE1061456B - Elektrisch beheizter Schweissstempel zum Schweissen von Kunststoffen - Google Patents

Elektrisch beheizter Schweissstempel zum Schweissen von Kunststoffen

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DE1061456B DET11411A DET0011411A DE1061456B DE 1061456 B DE1061456 B DE 1061456B DE T11411 A DET11411 A DE T11411A DE T0011411 A DET0011411 A DE T0011411A DE 1061456 B DE1061456 B DE 1061456B
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Description

  • Elektrisch beheizter Schweißstempel zum Schweißen von Kunststoffen Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizten Schweißstempel zum Schweißen von Kunststoffen, und zwar insbesondere in Folienform.
  • Es ist bekannt, daß eine große Anzahl von Kunststoffen bei bestimmten Temperaturen weich werden und dabei mit einem zweiten Stück Kunststoff unter Druck eine feste Verbindung eingehen, die man als ein Verschweißen bezeichnen kann.
  • So einfach das Verschweißen punktförmiger oder kurzer Stellen ist, so schwierig wird einVerschweißen dann, wenn es sich um längere Verbindungsstellen handelt, gleichgültig, ob diese geradlinig oder in Kurvenform sind. Da der Temperaturbereich, in dem der Schweißvorgang stattfindet, verhältnismäßig klein ist und da bei zu langem Schweißen das zu verschweißende Material wegfließt, ist man dazu übergegangen, ähnlich wie beim Schweißen von Eisen eine Impulsschweißung vorzunehmen. Während es bei Impulsschweißungen von Metall nur darauf ankommt, in den Stromkreis des Schweißtransformators ein Zeitrelais zu schalten, besteht bei der Impulsschweißung von Kunststoffen dadurch eine Schwierigkeit, daß die Kunststoffe Isolatoren sind und daß infolgedessen kein Stromübergang an der Schweißstelle stattfindet. Es ist also nötig, den Schweißimpuls so zu wählen, daß die an dem Stempel entwickelte Wärme gerade ausreichend ist, die beiden Kunststoffteile so weit zu erhitzen, daß ein Verschweißen stattfindet. Es erübrigt sich, darauf hinzuweisen, daß selbstverständlich während des Schweißvorganges die beiden zu verschweißenden Teile unter einem bestimmten Druck zusammengepreßt werden. Handelt es sich um Schweißstellen von Millimeterlänge bis etwa 1 oder 2 cm, so treten keinerlei Schwierigkeiten auf. Anders wird die Situation jedoch, wenn es sich darum handelt, lange, ausgedehnte Schweißstellen zu erhalten, gleichgültig, ob diese Schweißstellen geradlinig oder in Kurvenform verlaufen, beispielsweise in Kreisform. Die Zuführung an den beiden Enden reicht dann keineswegs aus, und man wird die Beobachtung machen, daß bei einer Schweißnaht von beispielsweise 50 cm Länge die Schweißung über diese Länge nicht gleichmäßig ist, sondern Stellen mit einwandfreier Schweißung abwechseln mit Stellen ungenügender Schweißung oder iiberhitzter Schweißung.
  • Nach der Erfindung wird dieser Mangel behoben, und zwar bei einem elektrisch beheizten Schweißstempel zum Schweißen von Kunststoffen, auf dessen Unterseite eine beim Schweißvorgang kurzzeitig an Spannung gelegte und damit die Wärme für den Schweißvorgang erzeugende Heizfolie aus Metall vorgesehen ist, erfindungsgemäß dadurch, daß zwecks Erzeugung ausgedehnter Schweißstellen die sich über eine große Fläche, insbesondere eine große Länge, er- streckende Heizfolie mit mehreren abwechselnd nach der einen und anderen Seite abgehenden, in Parallelschaltung gespeisten Stromanschlüssen versehen ist und daß die Stromanschlußleitungen, auf alle Fälle in unmittelbarer Nähe der Anschlußstelle, einen solchen elektrischen Widerstand und damit eine solcheWärmeerzeugung aufweisen, daß die durch sie hervorgerufene Erhitzung zusammen mit derjenigen, die durch den durch die Vielzahl der Anschlußstellen hervorgerufenen Stromfluß durch die Heizfolie erfolgt, eine gleichmäßige Erhitzung in dieser hervorruft.
  • Nehmen wir an, daß es sich um die Schweißung einer 50 cm langen Naht handelt, so wird man außer den Zuleitungen an den Enden noch weitere Zuleitungen anbringen, beispielsweise vier Zuleitungspaare, d. h. etwa alle 10 cm ein Paar. Versetzt man jetzt diese Zu- bzw. Ableitungen, indem män die Zuleitungen abwechselnd nach der einen und nach der anderen Seite abgehen läßt, wobei sich jeweils die Zuleitungen auf der entgegengesetzten Seite der Folie in der Mitte der beiden gegenüberlieguden Zuleitungen befindet, so erhält man zwischen jeweils zwei Zuleitungen nur eine Strecke von 5 cm. Es sei ausdrücklich bemerkt, daß die vorstehend genannten Längen rein willkürlich gewählt sind daß beispielsweise der Abstand an Stelle von 5 cm auch 10 cm oder mehr betragen kann. Die Wahl des richtigen Abstandes ist ausschließlich eine Sache des individuellen Falles, d. h., der die Schweißelektrode entwerfende Konstrukteur kann je nach den vorliegenden Verhältnissen die Lage der einzelnen Zuleitungspunkte festlegen. Wenn beispielsweise die vorstehend genannten 50 cm nicht geradlinig sind, sondern einen Kreis mit einem Durchmesser von etwa 16 cm bilden, so wird man, wie die Praxis zeigt, die Zuführungen enger legen als bei einer geradlinigen Folie. Zweckmäßigerweise wird zu beiden Seiten der Folie eine Sammelschiene großen Querschnittes angebracht, zu der die einzelnen Zuleitungen, die einen verhältnismäßig geringen Querschnitt besitzen und damit eine ausreichende Erhitzung an den Zuführungsstellen aufweisen, führen. Bei einer großen Länge der Sammelschiene kann es zweckmäßig sein, auch diesen Sammelschienen mehr als eine Stromzuführung zu geben. Handelt es sich beispielsweise um einen kreisförmigen Stempel, für eine Kreisnaht von etwa 60 cm Durchmesser, so ist die Gesamtlänge der Folie 188,50 cm. Die beiden Stromschienen haben also je eine Länge von nahezu 2 m. Man wird daher diesen Stromschienen nicht nur an einer Stelle den Strom zuführen, sondern an mehreren, beispielsweise zwei oder vier Stellen. Eine so konstruierte Elektrode verhält sich tatsächlich wie eineGlühlampe. Der Schweißvorgang kann nun in der Weise stattfinden, daß zunächst die beiden zu verschweißenden Folien auf eine Unterlage aufgebracht werden, worauf man den Schweißstempel auf die beiden Folien und Unterlage aufdrückt. Unter Druck wird jetzt der Strom eingeschaltet, wobei die Dauer des Impulses von den jeweils ligen Verhältnissen abhängt. Es ist selbstverständlich, daß man zum Verschweißen millimeterstarker Stücke wesentlich größere Wärmemengen, also eine größere Impulsdauer, benötigt, als bei dem Verschweißen hauchdünner Folien. Nach erfolgter Schweißung schaltet sich der Strom zweckmäßigerweise automatisch ab.
  • Der Schweißstempel verbleibt nach erfolgter Schweißung noch eine kurze Zeit unter Druck auf den Folien. In dieser Zeitspanne kühlt sich die Metallfolie des Schweißstempels ab, und auch die zusammengeschweißten Folien kühlen sich so weit ab, daß der Kunststoff wieder eine ausreichende Festigkeit bekommt. Es ist auch hier selbstverständlich, daß diese »Abkühlzeit« eine Funktion der Folienstärke usw. ist.
  • Am Rande sei bemerkt, daß es bei manchen Kunststoffen vorteilhafter sein kann, die Schweißstempel mit der Metallfolie nicht unmittelbar auf die zu verschweißenden Kunststoffstücke aufzusetzen, sondern eine Zwischenlage aufzulegen. Als Material für diese Zwischenlage kann Papier, Textilgewebe, gegebenenfalls auch ein Kunststoff dienen, dessen Erweichungstemperatur erheblich über der Schweißtemperatur liegen muß. Es ist auch zweckmäßig, diese Unterlage mit Silikonen zu imprägnieren. Diese Zwischenlage zwischen Schweißstempel und zu verschweißender Folie dient einmal dazu, um eine möglichst gleichmäßige Schweißstelle zu bekommen und weiter, um zu verhindern, daß die verschweißten Kunststoffe eine scharfe Prägkante erhalten, durch welche die Festigkeit der Schweißstelle ungünstig beeinflußt würde.
  • Eine einwandfreie Schweißnaht ist dann vorhanden, wenn die Stromanschlußstellen an der Schweißstelle nach erfolgter Schweißung nicht erkennbar sind.
  • An Hand der Figuren und der nachfolgenden Beschreibung sollen noch weitere Einzelheiten der Erfindung an einigen Beispielen näher erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 eine gestreckte metallische Heizfolie, Fig. 2 eine Folie für einen kreisförmigen Schweißstempel; Fig. 3 ist ein Schnitt nach II-I der Fig. 2; Fig. 4 zeigt schematisch eine Heizfolie mit den beiden Stromschienen; Fig. 5 a und 5b zeigen eine Form einer Heizfolie eines Schweißstempels, wie er zur Herstellung von Flüssigkeitsbehältern aus Kunststoffen Verwendung findet, und Fig. 6 zeigt die Verbindungsstelle zweier bandförmiger Heizfolienabschnitte.
  • Es gelten für alle Figuren für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen.
  • In der Fig. 1 hat die metallische Folie 1 auf jeder Seite vier Zuleitungen 2 bzw. 3 mit verhältnismäßig geringem Querschnitt. Die Zuleitungen 3 sind gegenüber den Zuleitungen 2 versetzt, so daß sich eine Zuleitung 3 jeweils in der Mitte zwischen zwei Zuleitungen 2 befindet. Die Zuleitungen 2 einerseits und die Zuleitungen 3 andererseits stehen mit nicht dargestellten Sammelschienen in leitender Verbindung, wobei dann diesen Sammelschienen der Strom durch einen Transformator od. dgl. zugeführt wird.
  • Bei dem Beispiel nach den Fig. 2 und 3 handelt es sich um eine Metallfolie für einen Kreisstempel. Man erkennt hier, daß die Metallfolie nicht anderes ist als eine entsprechend verlängerte Folie nach Fig. 1, die zu einem Kreis gebogen ist. Dieser Kreis ist ein fortlaufender Leiter, dem sowohl von der Innenseite als auch von der Außenseite durch die Zuführungen 2 bzw. 3 Strom zugeführt wird. Man erkennt auch hier, daß die Zuleitungen 3 in der Mitte zwischen je zwei Zuleitungen 2 sitzen.
  • Der Schnitt nach Linie II-II der Fig. 2 läßt in Fig. 3 die Anordnung der Metallfolie und der beiden Stromschienen, sowie die Art der Führung der schmalen und damit ihre Anschlußstellen an die Folie genügend erhitzenden Zuleitungen 2 und 3 erkennen. Der eigentliche Schweißstempel besteht aus einem Ring 4 aus Isoliermaterial, beispielsweise aus Hartgewebe. Auf der Stirnseite des Ringes 4 liegt beispielsweise in der Figur nicht dargestellt in einer flachen Nut dieMetallfolie 1. Beiderseits des Ringes 4 verläuft eine ebenfalls ringförmige innere Stromschiene 5 und eine äußere Stromschiene 6. Die Befestigung dieser Stromschienen kann durch Schrauben 7 erfolgen. Wie man erkennt, sind die Zuleitungen 2 bzw. 3 an den Stellen 8 und 9 umgebogen und zwischen Isolierring 4 und Stromschiene 6 bzw. 5 geklemmt. Selbstverständlich ist die in der Fig. 3 dargestellte Verbindung von Metallfoliei und den Stromschienen5 und 6 nur eine der vielen möglichen Ausfühiüffgsformen. Die Stromzuführungen 2 bzw. 3 brauchen durchaus nicht zwischen Ring4 und Schiene 5 bzw. 6 eingeklemmt zu sein, sondern können beispielsweise schräg nach oben an die Schienen bzw. 6 herangeführt sein, wobei es zweckmäßig ist, in den Ring 4 Nuten einzufeilen, in welchen dann die Zuleitungen nach oben zu den Strom schienen 5, 6 verlaufen können. Wichtig ist es, bei der Verlegung der Zuleitungen 2 bzw. 3 darauf zu achten, daß die Folie 1 an den Stellen, wo die Zuleitung 2, 3 abgeht, nicht durch ungenügendes Abbiegen eine Verbreiterung erfährt. Bei einer richtig verlegten und in ihrem Widerstand abgeglichenen Zuführungsleitung kann man an der Schweißnaht nicht erkennen, wo die Stromzuführungen 2 bzw. 3 abgehen.
  • Die in der Fig. 4 schematisch dargestellte Anordnung eines Schweißstempels in rechteckiger Form zeigt bei 1 die geschlossene Metallfolie mit ihren nach außen gehenden Zuleitungen 3 bzw. 3 a. Diese Zuleitungen sind mit der Sammelschiene6 verbunden, während die nach innen gehenden Zuleitungen 2 zu der inneren Sammelschiene 5 führen. Es empfiehlt sich bei Folien, die an irgendeiner Stelle eine scharfe Richtungsänderung aufweisen, an diese Stelle eine Zuführung zu legen, wie dies aus der Fig. 4 ersichtlich ist.
  • Die Fig. 5 a zeigt eine Folie, bei der der Querschnitt der Folie nicht überall gleich ist, sondern Flächen wesentlich vergrößerten Durchmessers vorhanden sind.
  • Beispielsweise, während die beiden Schenkel 10 der Folie gleichen Querschnitt aufweisen, befindet sich in dem oberen Teil ein Gebiet 11 mit vergrößertem Querschnitt. Wenn normalerweise der Anfang 12 bzw. 13 der beiden Schenkel 10 durch die Zuleitungen 14 bzw.
  • 15 zu der Sammelschiene 5 geht, ist das obere Ende 16 der Folie nur durch die Zuleitung 17 mit der Sammelschiene 6 verbunden. Es leuchtet ein, daß das mit Schraffur bezeichnete vergrößerte Gebiet 11 nicht in genügendem Maße beheizt werden kann. Erfindungsgemäß ist daher eine besondere Zuführung 18 vorgesehen, die bei 19 in das Gebiet 11 hineinführt. Hierdurch erreicht man, daß auch dieses Gebiet 11 eine genügende Aufheizung bekommt. Es ist selbstverständlich, daß die Zuführung 17 zu der Sammelschiene 6 entsprechend kräftig bemessen werden muß, da ja der Stromfluß hier infolge der drei Zuleitungen 14, 15 und 18 größer sein wird. In Fällen, wo eine einfache Zuführung 18 nicht mehr ausreicht, ist es möglich, den Querschnitt kurz vor der Einmündungsstelle 19 soweit zu verringern, daß dieses Ende verminderten Querschnittes als eine Art Heizwiderstand wirkt. Die Beheizung der Folie innerhalb des vergrößerten Gebietes 11 ist also eine Kombination von direkter und indirekter Heizung. Man kann natürlich auch noch einen Schritt weitergehen und, wie dies in der Fig. 5b gezeigt ist, das letzte Stück kurz vor der Einmündung bei 19 als Heizwiderstand ausbilden. Wenn im vorstehenden die Zuführungen 14, 15 und 17 als besondere Zuführungen zu der Sammelschiene5 bzw. 6 dargestellt sind, so wird damit natürlich nicht ausgeschlossen, daß man dieHeizfolie sowohl an dem oberen Ende als auch an den beiden unteren Enden gleich breit läßt, so daß dann, mit anderen Worten gesagt, die Zuführungen 14, 15 und 17 nichts anderes sind als Verlängerungen des Folienheizbandes an seinen Enden.
  • Die im vorstehenden zu Fig. 5 a und 5b gemachten Ausführungen gelten analog für sämtliche Heizfolien, bei denen nicht ein gleichbleibender Querschnitt vorhanden ist, sondern Stellen vergrößerten Querschnitts mit Stellen geringeren Querschnitts abwechseln. Man wird zu diesen Stellen vergrößerten Querschnitts so viele zusätzliche Stromzuführungen hinleiten, wie notwendig sind, um eine homogene Temperaturverteilung zu erhalten.
  • Da für die Schweißung immerhin nicht unerhebliche Temperaturen notwendig sind, die bei den normalen Kunststoffen bis 2000 C liegen, so besteht bei Folien größerer Längenausdehnung die Gefahr, daß die Folie sich wirft. Um derartige Rillungen der Folie zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, die Heizfolie mechanisch in einzelne Abschnitte oder Sektoren zu unterteilen, so daß die Wärmeausdehnung nicht mehr die schädlichen Wirkungen hervorrufen kann. Wenn im vorstehenden ausdrücklich davon gesprochen wird, daß die Metallfolie mechanisch unterteilt werden soll, so soll damit zum Ausdruck gebracht werden, daß die Folie jedoch nach wie vor elektrisch eine Einheit bildet. An Hand der Fig. 6 sei dies erläutert: Die beiden Folienenden la und lb sind, wie man bei 20 erkennt, übereinandergelegt, wobei an der tberlappungsstelle jede Folie nur halbe Dicke aufweist, so daß also die beiden übereinanderliegenden Stücke 21 und 22 zusammen die gleiche Dicke haben, wie die Folielabzw. lb. Es ist auch zweckmäßig, an die Enden der beiden sich überlappenden Folien je eine Zuleitung 2 ci bzw. 2 b zu legen, wobei dann die beiden Zuleitungen 2 ci und 2 b zusammen gleichen Querschnitt haben wie eine normale Zuleitung. Die in der Fig. 6 dargestellten Trennstellen bedeuten tatsächlich nur eine mechanische, nicht aber eine elektrische Trennung, so daß sich die Folie zwar bei Wärmung ausdehnen kann, jedoch keine Beeinträchtigung der Heizwirkung auftritt.
  • Es sei bemerkt, daß selbstverständlich eine Trennstelle, wie sie in einem der möglichen Beispiele in Fig. 6 dargestellt ist, sowohl bei geradlinigen Schweißstempeln als auch bei gebogenen oder geschlossenen Stempeln Anwendung finden kann.
  • PATENTANSPOCHE: 1. Elektrisch beheizter Schweißstempel zum Schweißen von Kunststoffen, auf dessen Unterseite eine beim Schweißvorgang kurzzeitig an Spannung gelegte und damit die Wärme für den Schweißvorgang erzeugende Heizfolie aus Metall vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzeugung ausgedehnter Schweißstellen die sich über eine große Fläche, insbesondere eine große Länge, erstreckende Heizfolie (1) mit mehreren abwechselnd nach der einen und anderen Seite abgehenden, in Parallelschaltung gespeisten Stromschlüssen versehen ist und daß die Stromanschlußleitungen (2,3), auf alle Fälle in unmittelbarer Nähe der Anschlußstelle, einen solchen elektrischenWiderstand und damit eine solcheWärmeerzeugung aufweisen, daß die durch sie hervorgerufene Erhitzung zusammen mit derjenigen, die durch den durch die Vielzahl der Anschlußstellen hervorgerufenen Stromfluß durch die Heizfolie (1) erfolgt, eine gleichmäßige Erhitzung in dieser hervorruft.

Claims (1)

  1. 2. Schweißstempel mit einer Heizfolie gleicher Breite und großer Länge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromanschlußstellen in gleichen Abständen abwechselnd nach der einen bzw. anderen Seite der als Heizband ausgebildeten Heizfolie erfolgen.
    3. Schweißstempel nach Anspruch 1 mit Gebieten, die eine größere Flächenausdehnung haben als die iibrigen Gebiete, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stellen großer Flächenausdehnung mehrere Stromanschlußleitungen (14, 15, 18) vorgesehen sind (Fig. 5 a).
    4. Schweißstempel nachAnspruch3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungsleitungen (18) in die vergrößerten Gebiete (11) hinein unmittelbar vor der Einführungsstelle (19) einen verminderten Querschnitt aufweisen oder als zusätzlicher Heizwiderstand für indirekte Heizung der vergrößerten Gebiete (11) ausgebildet sind (Fig. 5b).
    5. Schweißstempel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizfolie (1) in eine Anzahl Abschnitte (1cd, 1 h), z.B. Sektoren bei Kreisstempeln, unterteilt ist, wobei zur Vermeidung von Unterbrechungen an der Grenze zweier Abschnitte (1 ci, 1 b) sich die beiden aneinander anstoßenden Heizfolien überlappen (Fig. 6).
    6. Schweißstempel nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei sich überlappenden Folienenden (21, 22) jedes dieser beiden je eine besondere Stromzuführung (2a, 2 b) aufweist, wobei beide Stromzuführungsleitungen tv2a, 2b) zusammen den Querschnitt der an dieser Stelle erforderlichen, den notwendigen Widerstand besitzenden Stromzuführung ergeben.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 930 118, 863 256; schweizerische Patentschrift Nr. 274 038; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 673 783.
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