DE1704348A1 - Verfahren zum Schweissen zweier Teile aus thermoplastischem Kunststoff - Google Patents

Verfahren zum Schweissen zweier Teile aus thermoplastischem Kunststoff

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DE1704348A1
DE1704348A1 DE19681704348 DE1704348A DE1704348A1 DE 1704348 A1 DE1704348 A1 DE 1704348A1 DE 19681704348 DE19681704348 DE 19681704348 DE 1704348 A DE1704348 A DE 1704348A DE 1704348 A1 DE1704348 A1 DE 1704348A1
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Germany
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welding
mold
welding zone
heating
zone
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Johann Musil
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Telephon und Telegraphen Fabriks AG Kapsch und Soehne
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Telephon und Telegraphen Fabriks AG Kapsch und Soehne
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Description

Patentanwälte 18^ JanUar 1968
DlpWng. 'H. PAAP D'.pl.-Ing. H. HITSCHERUCH KQUnSCUHANM
«*■«*·· Patentanmeldung 1704348
Telephon- und Telegraphen-Fabriks-Aktien^esellschaft KAPSCH & SÖHNE in WIEN, Wien (Österreich), Wagenseilgasse 1
Verfahren zum Schweißen zweier Teile aus thermoplastischem Kunststoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen zweier ^ Teile aus thermoplastischem Kunststoff durch Wärme- und Druckeinwirkung, das sich insbesondere zum Schweißverbinden von dünnwandigen Kunststoffteilen mit relativ dickwandigen eignet.
Bei der Herstellung von Tuben aus Kunststoff ist es bereits bekannt, einen relativ dünnwandigen Tubenmantel mit dem dick- · wandigeren Tubenkopfstück in der Weise zu verschweißen, daß der zu schweißende Stoßrand dieser Teile in eine Form eingeschlossen wird, die im Bereich der Schweißzone aus gut wärmeleitendem Material und im angrenzenden Bereich, der den Tubenmantel umgibt, aus schlecht wärmeleitendem Material besteht. Auf diese V/eise kann * durch Wärme- und Druckeinwirkung mittels der Form das Kunststoffmaterial in der Schweißzone zum Erweichen bzw. zum Schmelzen und zum Verschweißen gebracht werden, ohne daß dabei der durch den schlecht wärmeleitenden Formteil geschützte dünnwandige Tubenmantel abgeschmolzen wird· Nach Beendigung der Schweißung und Auskühlen der Form wird die Form von den geschweißten Teilen abgezogen.
Bei dieser Verfahrensweise besteht der Mangel, daß sich zwischen dem gut wärmeleitenden Teil und dem schlecht wärmeleiten
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den Teil der Form unvermeidlich eine Trennfuge ergibt, die sich durch Verschleiß der Form allmählich noch erweitert und eine das Aussehen beeinträchtigende Gratbildung am Werkstück zur Folge hat und auch die Entnahme des Werkstückes aus der Form erschwert. Ferner muß nach dem Schweißen das Auskühlen der Form abgewartet werden, das selbst bei Anwendung von äußeren Kühlmitteln längere Zeit beansprucht und daher den Produktionsablauf verzögert. Schlief lieh ist die Ausdehnung der Schweißzone bei diesem Verfahren im wesentlichen durch die Form vorgegeben und kann nicht innerhalb nennenswerter Grenzen durch äußere Mittel beeinflußt und verschiedenen Erfordernissen angepaßt werden.
Die Erfindung zielt darauf ab, die geschilderten Mängel des bekannten Schweißverfahrens zu beheben. Auch bei der Erfindung erfolgt die Schweißung durch Druck- und Wärmeeinwirkung unter Anwendung einer die Schweißzone und die angrenzenden Zonen der zu 'verschweißenden Teile übergreifenden und einhüllenden Form, doch wird erf indungsgemäß eine zur Gänze aus gut wärmeleitendem lüaterial bestehende Form verwendet und mit Abstand von der Schweißzone ständig gekühlt, wobei die Form nahe der Schweißzone durch direkte oder indirekte Heizung bei jedem Schweißvorgang soweit erwärmt wird, daß unter Überwindung der Auswirkung der ständigen Kühlung der Form auf den Bereich der Schweißzone in dieser die erforderliche Schweißtemperatur erreicht und die Schweißzone entsprechend der Gestalt der Form ausgeformt wird, worauf die Heizung der Form beendet und die Erstarrung der Schweißzone durch die wieder zur Schweißzone fortschreitende Auswirkung der ständigen Kühlung der Form bewirkt wird.
Bei dieser Verfahrensweise wird also eine einteilige, fugenlose Form verwendet, so daß in der Schweißzone keine störende
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. Gratbildung auftreten kann. Die Form ist in Bereich der Schweißzone entsprechend der gewünschten Fertiggestalt der Schweißzone ausgebildet und bewirkt die Formgebung dieser Zone. Die !Tiefe der Erwärmungszone bei der Schweifung hängt von der V/echseIbeZiehung zwischen der ständigen Kühlung der Fora und der temporären Heizung derselben ab und kann durch änderung der Stärke der Kühlung sowie der Stärke und Dauer der Heizung variiert und auf den jeweils günstigsten Wert eingeregelt v/erden.
Durch Verwendung von sehr gut wärmeleitendem Material, z.B. Kupfer oder Silber, für die !Torrn und dünnwandige Ausbildung der zwischen ihrem Kühibereich und ihrem Heizbereich liegenden Formwandung läßt sich erreichen, daß bei Heizung der Form die Kühlwirkung in der dem Eeizbereich der Jörn naheliegenden Schweißzone sehr rasch überwunden und die Sehweißtemperatur erreicht wird, andererseits aber nach Beendigung der Heizung die Auswirkung der ständigen Kühlung ebenfalls wieder rasch zur Schweißzone vordringt und dort die !Temperatur unter den Erstarrungspunkt des thermoplastischen Material herabsetzt, wodurch sich eine rasche Arbeitsfolge und damit eine beschleunigte Produktion ergibt. Durch die ständige Kühlung der Form entfallen irgendwelche Steuerungen, die sonst bei nur temporärer Kühlung nach jeder Schweißung erforderlich wären, wodurch sich auch der apparative Aufwand vermindert.
Die Heizung der Form kann auf verschiedene Arten erfolgen, beispielsweise durch Wärmeleitung von einem beheizten Wärmespeieher, der wesentlich größere Wärmekapazität hat als die Form und ebenfalls aus gut wärmeleitendem LIaterial besteht, so daß nach Anlegen dieses V/arme Speichers an die Form diese sehr rasch aufgeheizt wird. Ξ3 ist anaorerseiü·: auch möglich, andere Heizungen anzuwenden, insbesondere cu.^ direkte Heizung der For™, durch clek-
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* trische Hochfrequenzströme oder auch auf- mechanischem Wege durch ; Ultraschallschwingungen.
Dadurch, daß im Rahmen der Erfindung eine Form verwendet wird, die im Bereich der Schweißzone keine Trennfuge aufweist, in die geschmolzenes Material eindringen könnte, und ferner dadurch, daß ■ die räumliche Ausdehnung und Lage der Erweichungs- bzw. Schmelzzone des thermoplastischen Materials durch entsprechende Abstimmung der gleichzeitig wirkenden Heizung und Kühlung festgelegt werden kann, ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, ^ selbst sehr dünnwandige, folienartige Kunststoffteile mit relativ dickeren auch dann noch einwandfrei zu verbinden, wenn die Kunststoffmaterialien der beiden Teile verschiedene Schmelzpunkte haben.
Besonders günstige Ergebnisse werden im Rahmen der Erfindung erhalten, wenn die Form, während sie beheizt wird, zunächst derart gegen die zu verschweißenden Teile gedruckt wird, daß sich die Schweißzone entsprechend der Innengestalt der Form verformt, und hierbei der Verschiebungsweg der Form durch einen Anschlag begrenzt und die Heizung bei stillstehender Form noch einige Zeit aufrecht erhalten wird, so daß die Erwärmung tiefer in die zu verschweißenden Teile vordringt und gesichert wird, daß an der gesamten Berührungsfläche der beiden Teile die erforderliche Schweißtemperatur erreicht wird·
Eine zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Schweißvorrichtung hat in bekannter V/eise eine Auflage für die zu verschweißenden Teile und eine gegen diese drückbare, die Schweißzone und die angrenzenden Zonen der zu verschweißenden Teile übergreifende und einhüllende Form, die direkt oder indirekt beheizbar ist; erfindungs gemäß bestellt dabei die Form zur Gänze aus gut leitendem Material, z.B. Kupfor oder Silber, und i;ie ist naho der Schweißzone temporär heizbar und mit Abstand von der .^i
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ständig kühlbar· Zwischen ihrem temporär heizbaren Bereich und dem ständig kühlb&ren Bereich ist die Form zweckmäßig dünnwandig ausgebildet. Ferner weist die Vorrichtung vorzugsweise einen den Verformungsweg begrenzenden Anschlag für die Form auf. Die gesamte Vorrichtung v/ird vorteilhaft automatisch, z.B. pneumatisch, gesteuert, wobei durch an sich bekannte Mittel gesichert werden kann, daß die Heizung, sobald die Form am erwähnten Anschlag aufruht, noch einige Zeit weiter fortgesetzt wird.
Besondere Vorteile bietet die Erfindung beim Einschweißen eines Deckels oder Bodenteiles aus Kunststoff in den offenen Hand eines KunststoffSchlauches, etwa bei der Herstellung von Tuben oder von gegen Elektrolytaustritt vollkommen abgedichteten Hüllen für Kondensatoren oder galvanische Zellen· In diesen Fällen wird eine kappenartige Form verwendet, die mit ihrer zylindrischen Mantelwandung innenseitig über eine der Ausformung der Schweißzone dienende Hohlkehle in ihren geschlossenen oder ringförmigen Stirnwandteil übergeht, während am freien Hand der Mantelwandung ein Ringkanal zum Durchleiten eines Kühlmediums ausgebildet ist·
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung genauer erläutert werden·
(Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch die wesentlichen
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feile einer βrfindungsgemäßen Vorrichtung·
In Fig. 2 ist die Schweißzone der Form im Querschnitt genauer herausgezeichnet. . *
Si· ffig.ι 2 uad 4- stellen la Abhängigkeit von der Zeit die Bewegung der form uad dta Temper*turverlauf la d#r Schweißzone
Fig· 1 sseißt im sohematiochen Schnitt eine βrfindungsgemäße Schweiß/ora 1 alt einer dünnen, zylindriiohen liantelwendung 2, aa
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tomomtt /
deren unterem Hand ein Hingkanal p, zum Durchleiten eines liür-lmediums, z.B. Wasser, ausgebildet ist. Die Zu- und Abfuhr des Kühlmediums erfolgt über .anschlußnippel 4, von denen in der Zeich-' nung nur einer dargestellt ist. Die Stirnwandung 5 der Form Λ ist ringförmig und steht seitlich flanschartig über die Hantelwandung 2 vor.'Die Mantelwandung 2 geht innenseitig mit einer Hohlkehle 6 in den Stirnwandteil 5 über.
Unter der Form v/erden, von geeigneten (nicht dargestellten) Auflagern abgestützt, ein Kunststoffschlauchstück Ii und ein in das freie Ende dieses Schlauchstückes eingeschobener Bodenteil 3 aus Kunststoff angeordnet, der mit dem Schlauchstück verschweißt werden soll. Zum Schweißen wird auf die Stirnwand 5 der ständig gekühlten Form 1 zunächst ein Wärmespeicher 7 hoher Wärmekapazität aufgesetzt, durch den die Form aufgeheizt wird; gleichzeitig wird die beheizte Form vorgeschoben, bis sie im Zeitpunkt ti (vgl.Figo} mit ihrer Hohlkehle 6 gegen die zu verschweißenden (Peile M, B stößt. Die Form hat in diesem Zeitpunkt bereits die Schweißtemperatur S erreicht (vgl. Fig. 4). Von diesem Zeitpunkt an wird auf die durch die Form erwärmte Schweißzone ein Verformungsdruck ausgeübt, so daß die Form in die erweichte Schweißzone hineingedrückt wird und dabei den Verformungsweg si zurücklegt· Dieser Verformungsweg wird durch einen vorzugsweise einstellbaren, in Fig. 1 durch eine Stellschraube angedeuteten Anschlag 8 begrenzt, bei dessen Erreichen im Zeitpunkt t2 die Form zum Stillstand kommt. Die Heizung der Form mittels des Wärmespeichers 7 wird noch einige. Zeit bis zum Zeitpunkt t? in Fig. 4 aufrecht erhalten, damit gesichert wird, daß die Schweißwarme in Richtung des Pfeiles P in jig. 2 hinreichend tief länge der Berührungsflachen der zu ver-
• ' ι
sahweißenden (Teile U und B vordringt· Die Erv/ärmungstiöfa kann ; .
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durch gegenseitige Abstimmung der ständigen Kühlwirkung und der temporären Heizung auf ein gewünschtes kaß eingeregelt v/erden, beispielsweise zwecks Anpassung an die Gestalt der zu verschweißenden Teile und/oder an die Schmelzpunkte ihrer Materialien.
Im Zeitpunkt t$ wird der Wärmespeicher 7 von der Form 1 abgehoben, und durch die nun auch in der Schweißzone wirksam werdende Kühlung wird die Temperatur gemäß Pig. 4- unter die Erstarrungstemperatur, nämlich auf die Kühlmitteltemperatur K1 abgesenkt.
Im Zeitpunkt t4 wird die Form 1, die gegebenenfalls in üblicher Y/eise mit schwach konischer Innenfläche ausgeführt sein kann, vom geschweißten Werkstück M, B abgehoben und der Arbeitszyklus ist beendet.
Wie schon erwähnt, werden alle Arbeitsbewegungen von Form und Wärmespeicher sowie die Zubringerbewegung der zu verschweißenden Teile vorzugsweise automatisch gesteuert.
Die nur in Prinzip dargestellte Vorrichtung läßt natürlich im Rahmen der Erfindung verschiedene Abwandlungen zu.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1J Verfahren zum Schweißen zweier Seile aus thermoplastischen Kunststoff durch Warne- und Druckeinwirkung unter Anwendung einer die Schweißzone und die angrenzenden Zonen der zu verschweigenden Seile übergreifenden und einhüllenden F com, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Gänze aus gut wärmeleitendes Kateriabestehende Form verwendet und mit Abstand von der Schweißzone gekühlt wird, wobei die Form nahe der Schweißzone durch direkte oder indirekte Heizung bei jedem Schweißvorgang soweit erwärmt wird, daß unter Überwindung der Auswirkung der ständigen Kühlung der Fora auf den Bereich der Schweißzone in dieser die erforderliche Schweißtsmperatur erreicht und die Schweißzone entsprechend der Gestalt der Form ausgeformt wird, worauf die Heizung der Form beendet und die Erstarrung der Schweißzone durch die wieder zur Schweißzone fortschreitende Auswirkung der ständigen Kühlung der Form bewirkt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Heizung der Form Wärme durch Wärmeleitung von einem mit der Form in Berührung gebrachten beheizten Wärmespeicher, der wesentlich größere Wärmekapazität als die Form selbst aufweist, auf die Form übertragen wird.
    5. Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung der Form durch, elektrische Schwingungen oder durch mechanische Ultraschallechwingungen bewirkt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß der Verformungsweg, den die Form unter dem .Schweißdruck unter Ausformung der erwärmten Schweißzone zurück- \ legt, begrenzt wird,und daß die Heizung de..· Form nach Erreichen :
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    ά, BAD ORIGINAL
    dieser' Grenzlage noch kurze Zeit aufrechterhalten wird.
    5· Schweißvorrichtung zum Ausüben des "Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Auflage für die zu verschweißenden Teile und einer gegen diese druckbaren, die Schweißzone und die angrenzenden Zonen der zu verschweißenden Teile übergreifenden und einhüllenden Form, die beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fora zur Gänze aus gut wärmeleitendem Material, z.B. Kupfer oder Silber, besteht und nahe der Schweißzone temporär heizbar und mit Absöu.^ von der Schweißzone ständig kühlbar ist.
    6. Schweißvorrichtung nach Anspruch 5» dadurch ^ekemiaeiolinet, daß die Form zwischen ihrem temporär heizbaren Bereich "αιιά dem ständig kühlbaren Bereich dünnwandig ausgebildet ist.
    7. Schweißvorrichtung nach Anspruch 5 "und 6, dadurch gekc:-:- zeichnet, daß ein den Verformungsweg begrenzender Anschlag für die Form vorgesehen ist.
    8. Schweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7i zum Einschweißen eines Bodenteiles in das offene Ende eines dünnwandigen Schlauchteiles, dadurch gekennzeichnet, daß die For:- kappenartig ausgebildet ist und mit ihrer zylindrischen IJante^- wandung innenseitig über eine Hohlkehle in ihren geschlossenen oder ringförmigen Stirnwandteil übergeht, wobei am freien Rand der Mantelwandung ein Ringkanal zum Durchleiten eines Kühlmediums ausgebildet ist.
    Der Patentanwalt
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    Leerseite
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