DE1440958A1

DE1440958A1 - Widerstandsheizelement zur Schweissverbindung von thermoplastischen Kunststoffteilen

Info

Publication number: DE1440958A1
Application number: DE19631440958
Authority: DE
Inventors: Herbert Ender
Original assignee: Bolta Werke GmbH
Current assignee: Bolta Werke GmbH
Priority date: 1963-04-19
Filing date: 1963-04-19
Publication date: 1969-04-30

Description

Widerstandsheizelement zur Schweißverbindung von thermoplastischen Kunststoffteilen Die Erfindung bezieht sich auf ein Widerstandsheizelement zur Schweißverbindung von thermoplastischen Kunststoffteilen, bestehend aus einem elektrischen Heizleiter, der innerhalb der Schweißnaht als Bewehrung verbleibt und aus einem mit dem Heizleiter in unmittelbarer Wärmebertihrung stehenden Körper aus thermoplastischem Kunststoff.
Derartige Widerstandsheizelemente haben gegenüber solchen metallischen Schweißverbindungselementen,die durch Wirbelstrombildung im Hochfrequenzfeld auf die erforderliche Schweißtemperatur gebracht werden, den Vorteil, daß zur Durchführung des Schweißvorganges jede Gleich- oder Wechselspannungsquelle Verwendung finden kann, wobei es lediglich erforderlich ist, die anliegende Spannung entsprechend dem Widerstandswert des Heizdrahtes so einzustellen, daß der zur Erzeugung der erforderlichen Hitze notwendige Strom fließt.
Die zur Herstellung von Schweißverbindungen bisher benutzten Widerstandsheizelemente bestehen aus gestreckten oder schraubenlinienförmig aufgewickelten Heizdrähten, z . B. aus Eisen, die zwischen die zusammenzufügenden Stoßkanten eingefügt werden. Hierbei nehmen die Drähte einen wesentlichen Teil des zu verschweißenden Querschnittes ein und es ist deshalb zur Herstellung einer haltbaren Schweißverbindung erforderlich, daß nach Abschluß des Schweißvorganges eine ausreichende Haftung zwischen dem als Bewahrung in der Schweißnaht verbleibenden Heizdraht und dem anliegenden Kunststoff gewährleistet ist. Diese Forderung ist im allgemeinen nicht mit Sicherheit zu erfüllen, wenn blanke Drähte in die Stoßstellen der späteren Schweißnaht eingelegt werden. Aus diesem Grunde wird für die Festigkeit der Schweißnaht im allgemeinen die Fläche der benachbart zu den Schweißdrähten wirksam und bestimmend, an der die Kunststoffteile in unmittelbarer BerUhrung gestanden hatten und an der die erforderliche Schweißtemperatur erreicht worden ist. Infolge der mit der Entfernung von dem Heizdraht rasch absinkenden Temperatur und der maximal für den Kunststoff zulässigen Temperatur.. wegen konnten befriedigende Schweißnähte hoher Festigkeit auf diese Weise im allgemeinen nicht erreicht werden.
Es ist auch bekannt, zur Verbesserung des Schweißvorganges die Heizdrähte mit einem Mantel aus einem Kunststoff zu umhüllen, der dem Kunststoff der zu verschweißenden Gegenstände entspricht, Hierdurch kann zwar eine gute Verschweißung von Kunststoff mit Kunststoff erzielt werden, jedoch ist die Haftung auch hierbei zwischen dem Widerstandselement aus Eisen und dem Kunststoffmantel ungenügend.
Es ist auch bereits bekannt, zur Verbesserung der Haftwirkung zwischen dem Heizdraht und dem Kunststoffmantel den das Kernmaterial bildenden Heizdraht mit einem metallischen Überzug aus einem die Haftverbindung zwischen dem Draht und dem Thermoplasten begünstigten Material anzubringen.
Bei allen bisher bekannten Widerstandsheizelementen, gleich ob diese aus geraden oder schraubenlinienförmig aufgewickelten, blanken oder ummantelten Heizleitern bestanden, bereitete der Schweißvorgang insofern Schwierigkeiten als die Heizleiter jeweils nur für eine bestimmte Breite der Schweißfläche zu beiden 3eiten der Längserstreckung des Heizleiters geeignet waren und daher für unterschiedliche Schweißquerschnitte mehrere Heizelemente zur Verfügung gehalten werden mußten, die sich hinsichtlich des Drahtes bzw. ickeldurchmessers unterschieden. Außerdem bestanden Schwierigkeiten insofern, als die bekannten Widerstandsheizelemente eine beträchtliche Dicke auch in Richtung senkrecht zur Schweißebene aufwiesen, so daß diese Heizelemente jeweils tief in die aneinander zu fügenden Kunststoffteile eindringen mußten.
Schließlich war es unter Zuhilfenahme der bekannten Heizelemente nicht ohne weiteres möglich, größere Flächen miteinander zu verschweißen, weil es eine große Erfahrung und Geschicklichkeit voraussetzt, Widerstandsheizelemente herkömmlicher Art derart über einen größeren Schweißquerschnitt zu verteilen, daß eine vollflächige Verschweißung erfolgen kann.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein iderstandsheizelement zu schaffen, das für alle Zwecke gleich gut verwendbar ist und unabhängig von der Größe des Schweißquerschnittes eine zuverlässige und gleichmäßige Verschweißung des Materials über diese gesamte Pläche gewährleistet.
Zu diesem Zweck ist ein Widerstandsheizelement der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung in der Weise ausgebildet, daß der Kunststoffkörper als Tragelement ausgebildet ist, das die Heizleiterabschnitte in vorbestimmter Lage und in vorbestimmtem Abstand zueinander hält. Der gegenseitige Abstand der Heizleiterabschnitte kann dabei auf einfachste Weise in Abhängigkeit von dem Durchmesser der Heizdrähte so gewählt werden, daß in den zwischen den Heizleiterabschnitten liegenden Elementen des Kunststofftragkörpers die zur Verschweißung notwendige und geeignete Temperatur eingehalten wird, so daß in diesen Elementarabschnitten zuverlässig eine Verschweißung mit beiden anliegenden Kunststoffkörpern erfolgt. Man kann dann den Durchmesser der Heizdrähte zweckmäßigerweise so klein wählen, daß auf eine Haftwirkung zwischen Draht und Kunststoff überhaupt verzichtet werden kann, weil querschnittsmäßig in Bezug auf die Schweißfläche der Draht nur einen verschwindend geringen Anteil hat.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausbildung der k'rfindung ist der Kunststoffkörper mit dem Heizdraht zu einer flexiblen flachen Einheit vereinigt, wobei die Heizleiterabschjnitte so geführt sind, daß pro Flächeneinheit im wesentlichen die gleiche Heizleistung auftritt, wenn ein Strom durch den Heizleiter geschickt wird.
Eine solche flache Einheit kann entweder als Band ausgebildet sein oder als flächenhafter Körper, wobei die Heizdrähte zweckmäßigerweise parallel zueinander verlaufend angeordnet sind. Das Widerstandsheizelement kann bei flächenhafter Ausbildung oder bei bandförmiger Ausbildung so beschaffen sein, daß je nach der Größe und Form der zu verschweißenden Teile an ihrer Schweißfläche beliebig geformte Abschnitte von dem Band oder dem Flächenkörper abgeschnitten werden können. Bei einer Parallelanordnung der Heizdrähte in geringem gegenseitigem Abstand zueinander wird man dann zweckmäßigerweise die so gebildeten Heizleiterabschnitte parallel zueinander schalten, zu welchem Zweck die Enden der Heizleiterabschnitte auf beiden Seiten, bispielsweise mittels Kontaktfolien od.dgl.,verbunden und an je einen Pol der Stromquelle angeschlossen werden.
Als besonders zweckmäßig hat sich jedoch eine bandförmige Ausbildung erwiesen, bei der die Heizleiterabschnitte senkrecht zur Laufrichtung des Bandes oder schräg hierzu verlaufen und entweder an beiden Rändern durch je einen gemeinsamen Leiter parallel geschaltet sind oder in S-förmiger oder zick-zack-förmiger Anordnung in Reihe hintereinander geschaltet sind.
Sowohl in der Gestalt des Bandes als auch in Gestalt als Flächenkörper besteht gemäß einerfvorzugten Ausführungsform der Erfindung das Widerstandsheizelement aus einem Netzwerk sich kreuzender Fäden, von denen wenigstens ein Teil parallel zueinander verlaufender Fäden von dem Neizleiterabschnitt gebildet werden. Dieses Netzwerk kann als Gewebe ausgebildet sein, wobei entweder die Schußfäden oder die Kettfäden aus thermoplastischen Kunststoffäden bestehen während die jeweils hierzu senkrecht verlaufenden Päden von dem Heizdraht gebildet werden.
Bei einer Padendicke von 0,1 mm und bei einem Fadenabstand von 1,5 bis 2 mm kann sich die Anschmelzung auf einen Umkreis von 0,50 bis 0,75 mm um den Leiter beschränken, wobei noch eine einwandfreie Flächenverschweißung gewährleistet ist.
Bei einem derart dünnen erfindungsgemäß ausgebildeten Schweißnetz können Flächen miteinander verbunden werden, die mittels der herkömmlichen Verfahren mit Schweißkolbenheißluft oder im Hochfrequenzverfahren nicht miteinander verbunden werden können.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es zweckmäßig ist, möglichst dünne Heizfäden zu benutzen, bei denen die Eaftung mit dem Thermoplast nicht erforderlich ist, wobei diese dünnen Drähte möglichst nah aneinandergefügt werden, um eine rasche Anschmelzung in der Fläche zu gewährleisten, ohne daß es nötig wäre, Energien aufzuwenden, die bei den bekannten sein derstandsheizelementen erforderlich sind, um die zu verbindenden Kunststoffkörper'in der Tiefe zum Schmelzen zu bringen.
Die gemäß der Erfindung vorgesehenen großflächigen Bahnen oder die endlosen Bänder, die das Widerstandsheizelement bilden, und ein dichtes Netz von Widerstandsdrähten aufweisen, können außer dem Webverfahren auch durch wirken bzw. Stricken hergestellt werden, wobei ebenfalls ein Materialfaden als Heizwiderstand ausgebildet ist, während andere Päden aus thermoplast bestehen.
Stattdessen ist es schließlich auch gemäß der Erfindung möglich, das Tragelement aus einer Kunststoffolie herzustellen, in der der Heizleiter in einem vorbestimmten Muster fixiert ist. Hierbei kann der Heizdraht auch in Porm eines Netzes auf die Kunststofffolie bzw. zwischen zwei solche Folien aufgebracht sein. Der Heizleiter kann hierbei als Folienleiter ausgebildet sein, der nach Art einer gedruckten Schaltung auf die Kunststoffolie aufgebracht ist.
Bei jeder der beschriebenen Ausführungen kann der Heizleiter zusätzlich mit einem thermoplastischen Kunststoff ummantelt sein.
Stattdessen kann die Ummantelung selbst den erfindungsgemäßen Tragkörper bilden, indem die Ummantelung in geeigneter Weise mit dem Mantel benachbarter Heizleiterelemente verbunden wird.
Dies kann einerseits dadurch geschehen, daß die Heizleiterabschnitte in vorbestimmten Abständen und in vorbestimmter Lage in Kunststoffbahnen oder Kunststoffbändern eingebettet werden oder auch dadurch, daß derart ummantelte Heizdrähte verwebt oder gewirkt werden, wobei wiederum im Gegensatz zu den bisher bekannten Widerstandsheizelementen eine gleichmäßige "Heileistung pro Flächeneinheit und eine gleichbleibend gute Schweißverbindung pro Flächeneinheit über die gesamte Schweißfläche erzielt werden kann.
Es hat sich gezeigt, daß es möglich ist, mit dem gemäß der Erfindung ausgestalteten Widerstandsheizelement eine Flächenverbindung zwischen Teilen herzustellen, die nicht aus Kunststoff bestehen. Z.B. ist es unter Verwendung des erfindungsgemäßen » Miderstandselementes möglich, eine Verbindung zwischen Holz und Metall herzustellen, wobei zweckmäßigerweise vor Einleitung des Schweißvorganges die zu verbindenden Flächen vorher mit einer verschmelzbaren Auflage aus thermoplastischem Kunststoff versehen oder beschichtet werden.
Durch die Erfindung wird es ferner erstmals möglich, Verbindungen von Thermoplasten unterschiedlicher Härte in Form von Flächenverschweißungen herzustellen. Dies ist unter Anwendung der bisher bekannten Verfahren nicht möglich, da diese zur Voraussetzung haben, daß stets ein gleiches Material mit gleicher Härteeinstellung vorliegt.
Auf Grund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit dünnsten Heizdrähten, die entsprechend eng'gelegt sind, kann eine Schweißvebindung in kürzester Zeit hergestellt werden, so daß während des Stromdurchganges die Wärmeentwicklung aus den Widerstandsdrähten das Material nur an der Oberfläche zum Schmelzen bringt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Widerstandsheizelement aus parallel zueinander in einer Ebene verlaufenden Thermoplast-Profilfäden, z. B. kreizförmigen Querschnitts, die durch sie wenigstens zum Teil umschlingende Heizdrähte verbunden sind. Hierbei ist der Durchmesser der Heizdrähte zweckmäßigerweise bedeutend kleiner gewählt als der Durchmesser der Thermoplast-Profilfäden. Diese Heizdrähte können die hermoplast-yEden derart umschlingen, daß sie sich um einen gewissen Betrag in die Thermoplast-Fäden eingraben, so daß auf diese Weise ein flaches Band oder eine flaohe Bahn erhalten werden kann, deren Stärke nur durch den Durchmesser der Thermoplast-Fäden bestimmt ist.
An Stelle von hermoplasten und anderen Kunststoffen können für das erfindungsgemäße Widerstandsheizelement auch andere warm-verformbare schmelzbare Stoffe Anwendung finden. Bei dem erfindungsgemäßen Widerstandsheizelement können z. B. als Tragelement Polyvinyl-Chlorid- und Polyäthylen-Abschnitte in Gestalt von Fäden Anwendung finden. Bei einer netzförmigen Ausgestaltung des Widerstandsheizelementes können dabei Polyvinyl-Chlorid-und Polyäthylen-Fäden einander abwechseln.
Durch das erfindungsgemäße Widerstandsschweißelement können Profile jeder Querschnittsgestalt und Größe miteinander verschweißt werden. Im besonderen Maße eignet sich die Erfindung bei bandförmiger oder bahnförmiger Ausgestaltung auch zum Verbinden von Schlauchkörpern, wobei das Widerstandsheizelement in Gestalt einer Bandage um die beiden Enden der zu verbindenden Schlauchkörper bzw. Hohlprofile geschlungen wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, ein Hohlprofil derart zu verschweißen, daß die stumpf gegeneinander gefügten Schweißflächen durch ein Widerstands. heizelement entsprechend der oben beschriebenen Gestaltung verbunden werden, indem dies entsprechend der Querschnittsform der Stoßflächen gestaltet und zwischen diese eingefügt wird.
Patentansprüche :

Claims

Patentansprüche: f Widerstandsheizelement zur Schweißverbindung von thermoplastischen Kunststoffteilen, besiäiend.aus einem elektrischen Heizleiter, der innerhalb der Schweißnaht als Bewehrung verbleibt, und aus einem mit dem Heizleiter in unmittelbarer Wärmeberührung stehenden Körper aus thermoplastischem Kunststoff, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kunststoffkörper als Tragelement ausgebildet ist, das die Heizleiterabschnitte in vorbestimmter Lage und in vorbestimmtem Abstand zueinander hält.
2. Widerstandsheizelement nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Kunststoffkörper mit dem Draht zu einer flexiblen flachen Einheit vereinigt ist, die pro Flächeneinheit eine im wesentlichen gleiche Heizleistung aufweist.
3. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus einem Netzwerk sich kreuzender Fäden besteht, von denen wenigstens ein Teil parallel zueinander verlaufender Fäden von den Heizleiterabschnitten gebildet werden.
4. Widerstandsheizelement nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die in der einen Richtung verlaufenden Fäden Heizleiterabschnitte sind und daß die diese Heizleiterabschnitte kreuzenden Fäden aus thermoplastischem Kunststoff bestehen.
5. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus einem Gewebe besteht, dessen Schuß oder Kette aus thermoplastischen-Kunststoffäden und dessen Kette oder Schuß aus einem Heizleiter besteht.
6. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch g e k-e n n z e i c h n e t , daß der Heizleiter ohne Unterbrechung über die durch das Kunststoff-Tragelement bestimmte Fläche geführt ist.
7. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere Heizleiterabschnitte parallel zueinander geschaltet sind.
8. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß am Rand ein die Heizleiterabschnitte verbindender Leiter vorgesehen ist.
9. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß es als Band ausgebildet ist, wobei der Heizleiter S-förmig mit parallel zueinander und senkrecht zur Längsrichtung des Bandes verlaufenden Abschnitten derart geführt ist, daß nach Trennung des Bandes in beliebig lange Abschnitte jeweils ein durchgehender Heizleiter zur Verfügung steht.
10. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Tragelement aus einer Kunststoffolie besteht, in der der Heizleiter in einem vorbestimmten Muster fixiert ist.
11. Widerstandsheizelement nach Anspruch 10, dadurch g e k e n nz e i o h n e t , daß der Heizleiter als Folie ausgebildet ist.
12. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Heizleiter zwischen zwei thermoplastischen Kunststoffolien eingebettet liegt.
13. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Heizleiter mit einem thermoplastischen Kunststoff ummantelt ist.
14. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ummantelung das Tragelement bildet.
15. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 13 bis 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus einem Netzwerk kunststoffübergogener Heizleiter besteht.
16. Widerstandsheizelement nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Netzwerk als Gewebe ausgebildet ist, wobei an den Randleisten geeignete elektrische Leitungsverbindungen für die Einzelleiterabschnitte vorgesehen sind.
17. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus Heizleitern und thermoplastischen Fäden gewirkt ist.
18. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 1 bis 1t, « adurch g e k e n n z e i c h n e t , daß es zur Verbindung von Materialien, z.B.Holz, Metall odOdgl., dient, das von dem thermoplastischen Material des Tragelementes unterschieden ist.
19. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Tragelement Polyvinyl-Chlorid- und Polyäthylen-Abschnitte Verwendung finden.
20. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 3 und 19, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Netzwerk Fäden aus Polyvinyl-Chlorid- und Polyäthylen einander abwechseln.
21. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus parallel zueinander in einer Ebene verlaufenden Thermoplast-Profilfäden z. B. kreisförmigen Querschnitts besteht, die durch sie wenigstens zum Teil umschlingende Heizdrähte verbunde-n sind.