DE1704322C3 - Vorrichtung zum Verschweißen von thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents

Vorrichtung zum Verschweißen von thermoplastischen Kunststoffen

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DE1704322C3
DE1704322C3 DE1704322A DE1704322A DE1704322C3 DE 1704322 C3 DE1704322 C3 DE 1704322C3 DE 1704322 A DE1704322 A DE 1704322A DE 1704322 A DE1704322 A DE 1704322A DE 1704322 C3 DE1704322 C3 DE 1704322C3
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschweißen von thermoplastischen Kunststoffen mit einem durch elektrische Widerstandserhitzung beheizten Schweißwerkzeug in Balken-, Rollen- oder Scheibenform.
Beim Verschweißen von thermoplastischen Kunststoffen hängt die erreichbare Festigkeit der Schweißnaht weitgehend von der Einhaltung der dem jeweiligen Material eigenen Verarbeitungsiemperatur ah, die sich meist nur über einen sehr engen Temperaturbereich erstreckt. Liegt die Schweißtemperaiur zu niedrig, so kommt es zu einer schlechten Schweißstelle. Ist die Schweißtemperatur zu hoch, so können nicht reversible Strukturänderungen im Material auftreten, die sich nachteilig auf Elastizität und Festigkeit auswirken. Bei extrem hoher Überschreitung der Temperatur ist u. U. auch mit Brandgefahr zu
ίο rechnen.
Der Temperaturbereich, in dem zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden, schwankt erfahrungsgemäß um etwa :5n<« um die eigentliche Verarbeitungsiemperatur des thermoplastischen Kunststoffes.
i3, Zum Verschweißen von Körpern aus organischen Kunststoffen, wie z. B. Folien, dünnen Platten und Rohren oder Stäben, sind Schweißgeräte hinreichend bekannt. Diese Schweißgeräte weisen wenigstens einen fremdbeheizten Körper auf, der an den Kunststoff gerade so viel Wärme abgibt, daß eine Verschweißung erfolgt. Für die Einhaltung einer genauen Verarbeitungstemperatur weisen die bekannten Schweißgeräte entweder präzise arbeitende Bimetallregler oder aufwendige elektronische Regler auf.
Wegen der hohen Kosten ist einer weiten Verbreitung dieser bekannten Geräte eine Grenze gesetzt. Darüber hinaus ist bei den bekannten Schweißgeräten eine überhitzung der fremdbeheizten Körper nicht mit hinreichender Sicherheit ausgeschlossen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel anzugeben, die eine Überhitzung des Schweißelements ausschließen und die darüber hinaus eine erhöhte Sicherheit der Arbeitsweise gewährleisten und zusätzlich zu einer wesentlichen Vereinfachung der gesamten Apparatur und damit zur Senkung der Kosten des Schweißgerätes führen.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art erfcidungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schweißwerkzeug aus einem durch seinen eigenen elektrischen Widerstand erhitzbaren keramischen Halbleiter aus dotiertem ferroelektrischen Perowskimaterial gebildet ist. dessen elektrischer Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur im Bereich der Curietemperatur stark zunimmt.
Keramische Kaltleiter der angegebenen Art sind an sich bekannt. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist aber nicht nahegelegt, da es sich bei keramischen Kaltleitern und Kunststoff-Schweißmaschi-
5t· nen um zwei völlig verschiedene Sachgebiete handelt. Dies geht schon daraus hervor, daß keramische Kaltleiter bereits seit dem 4. 11. 1954 aus den ausgelegten Unterlagen, die später zum deutschen Patent 929 350 geführt haben, bekannt waren. Obgleich seit diesem Bekanntwerden sehr viele Anwendungen für keramische Kaltleiter bekannt wurden (vgl. z. B. die schweizerische Patentschrift 375 068. in der die Verwendung eines keramischen Kaltleiters als Heizelement beschrieben ist) und außerdem eine lange Zeitspanne seit dem Bekanntwerden der keramischen Kaltleiter verstrichen ist. haben diese jedoch keinen Eingang auf dem Gebiet der KunststofT-schweißmaschinen gefunden.
Keramische Kaltleiter zeichnen sich dadurch aus.
daß etwa von der Curietemperatur (7f) ab eine starke Zunahme des Widerstandswertes bei Temperaturerhöhung eintritt. Im Bereich dieser starken Temperaturerhöhung lassen sich bestimmte, gewünschte
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Temperaiurwerte sehr genuu einhüllen, weil eine leilerscheiben 1 und 2 sind so angeordnet, daß sie relativ große Widerstandszunahme, /. B. um eine sich mil ihren äußeren UmfangsfHichen nahezu be-Zehnerpotenz, schon bei geringer Temperaturerhö- rühren. Die Drehachsen 3 und 4 werden von einem hung eintritt. Umgekehrt bewirkt eine geringe Tem- Antriebsmotor einander entgegengesetzt angetrieben, peraturverringerung in diesem Widerstandsanstiegs- 5 Die Kaltleiterscheiben 1 und 2 sind an ihren Stirn-Temperaturbereich eine starke Verminderung des flächen mit Elektrodenbelegungeii 5 und 6 bzw. 7 Widerslandswertes. Durch Änderung der angelegten und 8 versehen. Die Stromzuführung zu diesen Elek-Spnnnung ist es somit möglich, auf dem steilen Ast troden erfolgt durch Schleifkontakte 9 und 10 bzw. der Widerstands-Teinperatur-Kurve dem keramischen 11 und 12. Die obere Kajtleilerscheibe 1 ist, wie der Kaltleiter eine Temperatur zu verleihen, die nur in »o Pfeil A zeigt, nach oben und nach unten bewegbar sehr engen Grenzen schwankt. gelagert, damit die zu verschweißenden Teile un-
In Fig. 1 ist eine solche Widerstands-Temperatur- geführt werden können und der Schweißvorgang Kurve dargestellt. Auf der Abszisse ist die Tempe- auch unterbrochen werden kann. Der Körper aus ratur in Grad Celsius eingetragen, während auf der thermoplastischem Kunststoff ist im gezeigten BeiOrdinate im logarithmischen Maßstab der spezifische 15 spiel das Ende eines Schlauches 13. der verschlossen Widerstand in Ω cm angegeben ist. Die Punkte T1 werdensoll.
und T2 weichen voneinander nur etwa um 8° C ab, Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist in
der Widerstandswert ändert sich aber in diesem Be- Fig. 4 dargestellt. Die ak, wärmeliefernde Elemente
reich von 200 auf 2000 Ω cm. dienenden keramischen Kaltleiter sind als lang-
Die in Fig. 1 angegebene Kurve gilt für einen ao genreckte Quader 14, 15 ausgebildet und an den Kaltleiter, der eine Curietemperatur T1 von etwa großen Seitenflächen mi; gegenpoligen Belegungen 140 C hat. Es ist bekannt, daß mit gitterfremden 16 und 17 bzw. 18 und 19 versehen. Die lange Stoffen dotiertes Bariumtitanat eine Curietemperatur Schmalseite der Quader 14, 15 dient zur Wärmeübervon etwa 120 C hat. Durch Anteile von Blei, Blei- tragung und hat etwa die Länge der Verbindungstitanat und Bleizirkonat kann die Curietemperatur 35 stelle zwischen den Kunststoffgegenständen. An den zu höheren Werten verschoben werden, so daß auch Elektrodenbelegungen sind Stromzuführungen 20 Curietemperaturen bis 250' C und darüber möglich und 21 bzw. 22 und 23 befestigt, z. B. angelötet. Entsind. Durch Zusätze von Strontium oder Calcium weder beide keramischen Kaltleiter 14, 15 oder nur oder deren Titanate oder Stannate bzw. Zirkonate einer davon ist senkrecht bewegbar angeordnet, kann die Cunetemperatur zu tieferen Temperaturen 3" Hierfür dienen die Führungsstäbe 24 in den Lagerverlegt werden. und Antriebsteilen 25. Die beiden miteinander zu
Fernerhin ist es bekannt, daß die Steilheit der verschweißenden Kunststoffolien 26 und 27 sind in
Widerstands-Temperatur-Kurve im Anstiegsbereich der Zeichnung nur ausschnittweise dargestellt,
steiler oder flacher verlaufen kann. Der Temperatur- Eine weitere bevorzugte Ausführungsform für eine
bereich des Widerstandsanstiegs vom niedrigsten bis 35 Vorrichtung für die erfindungsgemäße Anwendung ist
zum höchsten Widerstandswert (Änderung um 4 bis in F i g. 5 gezeigt.
7 Zehnerpotenzen) beträgt bei sehr steilem Anstieg Der keramische Kaltleiterkörper 29 ist an seinen
30 und bei weniger steilem Anstieg bis zu 100° C. gegenüberliegenden Flächen mit Elcktrodenbelegun-
Es isi deshalb möglich je nach angelegter Spannung gen 30 und 31 versehen. Diese Elektrodenbelegungen
bei einem Kaltleitertyp verschiedene Schweißtempe- 40 können, wie auch bei den anderen Beispielen, ent-
raturen auszunutzen. Beispielsweise würde zwischen weder direkt mit dem keramischen Kaltleiterkörper
200 und 2000Ocm die Arbeitstemperatur zwischen durch an sich bekanntes Einbrennen einer Metall-
143 und 15Γ C liegen (Punkte T1 und T.,). Bei suspension verbunden sein; es können aber auch
Widerstandswerten zwischen 8000 und" etwa Metallblechplatten an den keramischen Kaltleiter-
10 500 0cm würde die Arbeitstemperatur zwischen 45 körpern angepreßt werden.
164 und 168" C liegen (Punkte T1 und T4). Ahn- An den Elektrodenbelegungen 30 und 31 sind
liehe Temperaturbereiche können mit anderen Kalt- Stromzuführungen 32 und 33 befestigt, z. B. angelö-
leitertypen erzielt werden. tet. Der so ausgestattete Kaltleiterkörper ist zwischen
Aus dem Diagramm der F i g. 2 geht hervor, daß zwei Halteklemmen 34 und 35 angeordnet, die zum
ein weiterer Vorteil, darin besteht, daß die Wärme- 5° Halt von aus thermoplastischem Kunststoff bestehen-
entnahme für den Schweißvorgang relativ große den Rohren oder Stäben 36. 37 und zu deren Ver-
Werte annehmen kann, bis die Temperatur unzuläs- Schiebung in Richtung der Pfeile B und C dienen,
sig stark absinkt Eine Wärmeentnahme von etwa Wenn die miteinander zu verschweißenden Stirn-
26 W ergibt einen Temperaturrückgang von nur etwa flächen 38 und 39 der beiden Kunststoffteile 36 und
6 C. " 55 37 durch den stromdurchflossenen und entsprechend
In F i g. 2 ist auf der Abszisse die Temperatur ein- erwärmten Kaltleiterkörper 29 so weit erhitzt sind, getragen, während auf der Ordinate die Leistung N daß ein.. Verschweißung möglich ist. wird der KaItdes Kaltleiters angegeben ist. Die dargestellte Kurve leiterkörper 29 schnell aus seiner Lage herausgilt für eine Betriebsspannung von 24 V. Eine Wärme- gehoben — er ist in Richtung des Pfeiles D bewegbar entnahme von 25,9 W zwischen den Punkten T1 und 60 angeordnet —, und die Halteklemmen 34 und 35 T4 zeigt, daß die Temperaturdifferenz nur etwa'6- C führen die beiden Rohrteile 36 und 37 schnell zubeträgt, sammen. Bei Anwendung eines entsprechenden
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der keramische Druckes erfolgt der Schweißvorgang.
Kaltleiter als mit einer Drehachse versehene Scheibe Damit die zu verschweißenden Kunststoffteile nicht
ausgebildet ist. Juf deren Stirnflächen gegenpolige 65 am Kaltleiterkörper festkleben, wird empfohlen, die
Elektrodenbelegungen angebracht sind. Wärme übertragenden Berührungsflächen mit einer
In Fig. 3 ist eine Vorrichtung mit solchen kera- Schicht aus Polytetrafluorethylen zu versehen,
mischen Kaltleitern im Prinzip gezeigt. Zwei Kalt- Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können
beispielsweise Folien oder Verbundfolien aus Polyäthylen, weichem Polyvinylchlorid, Polyamid-Polyäthylen, Zellglas-Polyäthylen und auch Körper aus diesen thermoplastischen Kunststoffen in Stab- oder Rohrform geschweißt werden. Die Trennkraft bei
Folien, die Zugkraft bei Rohren und das Dre moment bei rohrförmigen Körpern liegen in d Größenordnung von etwa 3 daN bzw. 177 daN bz 80 bis 85 daN ■ cm, gemessen jeweils an der Schwei 5 stelle.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Vorrichtung /um Verschweißen von thermoplastischen Kunststoffen mit einem durch elektrische Widerstandserhitzung hjheizten Schweißwerk/eug in Balken-, Rollen- oder Scheihenl'orm, d u d ti r c h g c k e η η ζ e i c Ii net, daß das Schwciüwerkzeug aus einem durch seinen eigenen elektrisehen Widerstand erhitzbaren, keramischen Kaltleiter aus doiiertem ferroelektrischen Pemwskitmaterial gebildet ist, dessen elektrischer Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur im Bereich der Curieiemperatur stark zunimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Kaltleiter als mit einer Drehachse (3, 4) versehene Scheibe (1, 2) ausgebildet ist, auf deren Stirnflächen gegenpolige Elektrodenbclegungen (5. 6, 7, S) angebracht sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Kaltleiter als langgestreckter Quader (14, 15) ausgebildet ist, auf dessen großen Seitenflächen gegenpolige Elektrodenbelegungen (16, 17, 18, 19) angebracht sind und dessen eine lange Schmalseite zur Wärmeübertragung dient und etwa die Länge der Verbindungsstelle zwischen den Kunststoffgegenständen hat.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekei..!zeichnet, daß zwei keramische KaItleitcrscheiben (1. 2) mit ihren äußeren Umfangsflächen einander naiiczu berührend angeordnet und gegenläufig drehbar bef stigt sind, daß jede Kaltleiterscheibe (1, 2) an ihren Elektrodenbelegungen (5, 6, 7. 8) mit je einem Schleifkontakt (9. 10, 11, 12) als Stromzuführung versehen ist und daß an sich bekannte Mittel zum Hindurchführen wenigstens zwei miteinander zu verbindender Kunststoffolien vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß zwei langgestreckte keramische Kaltleiter (14. 15) mit ihren schmalen Längsseiten einander nahezu berührend und gegeneinander bewegbar angeordnet sind und daß Stromzuführungen (20. 21. 22. 23) für die Elektrodenbelegungen (16. 17. 18. 19) vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein an gegenüberliegenden Flächen mit Elektrodenbelegungen (30, 31) und Stromzuführungen (32, 33) versehener keramischer Kaltleiterkörper (29) schwenkbar zwischen zwei Halteklemmen (34. 35) angeordnet ist. die in Richtung auf den Kaltleiterkörper (29) bewegbar sind und zum Halt von stab- oder rohrförmigen KunststorTkörpern (36. 37) dienen.
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DE3226955C1 (de) * 1982-07-19 1984-03-29 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Vorrichtung zum Befestigen eines nur im erwärmten Zustand wirksamen Klebebandes an einem Gurtband für elektrische Bauelemente

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