DE1779656C2 - Vorrichtung zum Schweißen thermoplastischer Folien - Google Patents

Vorrichtung zum Schweißen thermoplastischer Folien

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DE1779656C2
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Pfaff Industriemaschinen GmbH
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Description

1
rialstücks für die auftreffende Strahlung vollständig oder nahezu vollständig absorbierend ist, während seine dem Schweißgut zugewendete Außenfläche hochremittierend ist
Zufolge der erfindungsgemäßen Zwischenschaltung des aus einem geeigneten Metall bestehenden, keilförmigen Materialstücks zwischen Strahlungsquelle und zugehörigem Spiegel und das Schweißgut wird die Strahlungsenergie, welcher nunmehr das Matcrialstiick mit seiner absorbierenden Innenfläche primär ausgesetzt wird, umgesetzt in Wärmeenergie, die sekundär an das Schweißgut abgegeben wird, und zwar unter Beibehaltung der Energiekonzentration auf den Iinienförmigen Bereich, in dem die Nahtverschweißung erfolgen soll.
Der gesamte Wärmegenerator der Schweißvorrichtung besteht somit aus der Strahlungsquelle (Wärmestrahler), dem Spiegelsystem und dem keilförmigen Materialstück. Dieses ist gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung mit seiner Außenfläche bis zum Schleifkontakt an das Schweißgut he. anführbar. Die dadurch gewährleistete Kontaktgabe zwischen der hochremittierenden Außenfläche des Materialstücks und den vorbeilaufenden Folien ermöglicht eine gute, vorzugsweise optimale Wärmeübertragung auf das thermoplastische Folienmaterial. Encrgieverluste infolge Remission von Wärmestrahlung an der Oberfläche des Folienmaterials lassen sich hierbei vollständig vermeiden, so daß auch hellfarbige, insbesondere hell glänzende Folien mühelos geschweißt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das keilförmige Materialstück auf seiner Innenfläche aufgerauht und zusätzlich geschwärzt, um maximale Absorptionsfähigkeit des Materialstücks zu erhalten.
Andererseits ist das Materialstück auf seiner Außenfläche hochglanzpoliert Damit ist eine möglichst vollständige sekundäre Wärmeübertragung an das Schweißgut sichergestellt.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das dünnwandige, keilförmige Materialstück aus einem elastischen, verschleißfesten und säurebeständigen Werkstoff hergestellt ist. Eine ausreichende Elastizität des Materialstücks gestattet ein federndes Anschmiegen an die vorbeilaufenden Folien, während sich die Forderung der Verschleißfestigkeit aus der Taisache ergibt, daß das Materialstück in dauerndem Schleifkontakt mit dem Schweißgut steht. So
Da unter Umständen durch Überhitzung des thermoplastischen Materials Salz- und Flußsäuredämpfe frei werden können, ist es auch notwendig, daß das Materialstück säurebeständig ist. Weiterhin ist vorgesehen, daß das Materialstück so angeordnet ist, daß es bei irgendeiner Unterbrechung des Schweißvorganges vom Schweißgut zurückziehbar ist, z. B. bei Abschaltung des Antriebs für die Vorschubrollen automatisch zurückziehbar ist.
Andererseits besteht auch die Möglichkeit, daß bei fest vor dem Gehäuse des Spiegelsystems angeordnetem Materialstück eine Einrichtung vorgesehen werden kann, die die Strahlungsquelle bei Unterbrechung des Schweißvorganpe.s automatisch ausschaltet.
Weiterhin wird vorgeschlagen, eine Einrichtung zur Regelung der Leistungsaufnahme der Strahlungsquelle mit einem rm Materialstück angeordneten Thermofühler als Ist-Wert-Geber vorzusehen. Damit 656 7
ist es möglich, die Temperatur an der Spitze des keilförmigen Materialstücks auf einen bestimmten konstanten Wert einzuregeln. Die Dünnwandigkeit des Materialstücks begünstigt dabei eine nahezu trägheitslose Temperaturregelung.
Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Materialstück selbst als Thermofühler (Thermoelement) dient.
Weiterhin ist ein Satz keilförmiger Materialstücke verschiedener Abmessungen vorgesehen, die leicht gegeneinander austauschbar sind, so daß für verschieden breite Nahtschweißungen die jeweils entsprechend großen Materialkeile zur Verfügung stehen.
Schließlich ist noch vorgesehen, daß das keilförmige Materialstück unter Wärmeisolation am Gehäuse des Spiegelsystems angebracht ist, so daß ein Wärmeabfluß vom Materialstück zum Gehäuse oder umgekehrt vermieden wird.
Zur weiteren Erläuterun der vorliegenden Erfindung dienen die Zeichnungen. Tm Rahmen von Ausführungsbeispielen zeigt
F i g. 1 eine Vorrichtung zum Schweißen thermoplastischer Folien nach der Erfindung in einer Draufsicht,
Fig 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 zusätzlich in perspektivischer Darstellung und
F i g. 3 eine Ansicht des zwischen das Spiegelsystem mit Strahlungsquelle einerseits und das Schweißgut andererseits geschalteten, keilförmigen Materialstücks mit seiner der Strahlungsquelle zugewendeten Fläche.
Die Vorrichtung zum Schweißen thermoplastischer Folien durch Strahlungsenergie besteht im wesentlichen aus einem im Querschnitt elliptischen Zylinderspiegel I. einer länglichen Halogen- oder Quarz-Jod-Lampe, die im Bereich der einen Trennlinie des Zylinderspiegels 1 angeordnet ist, so daß deren Strahlung in die zweite Trennlinie des Zylinderspiegels 1 gebündelt wird, und weiterhin aus zwei gegeneinanderlaufenden, sowohl zum gegenseitigen Andruck als auch zum Vorschub der von Vorratsrollen 4 und 5 abgerollten Folienbahnen 8 und 5 dienenden Walzen 6 und 7. Die zwischen den Walzen 6 und 7 zusammengeführten Folienbahnen 8 und 9 bilden einen Keil mit der Keilspitze im Bereich der zweiten Brennlinie des elliptischen Zylinderspiegels 1. Vor diesem Keil ist erfindungsgemäß ein in seiner Form dem Keil angepaßtes, dünnwandiges Materialstück 3 hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet, und zwar so,, daß es zwischen den Zylinderspiegel 1 mit der Strahlungsquelle 2 einerseits und das Schweißgut andererseits :u liegen kommt. Die Höhe des gesamten Spiegelsystems mit vorgeschaltetem Materialstück 3 entspricht der Breite der gewünschten Schweißnaht 10, die an den unteren Kanten der zusammengeführten Folien 8 und 9 gebildet werden soll.
Die dem Zylinderspiegel 1 und der Strahlungsquelle 2 zugewendete Innenfläche 11 des keilförmigen Materialstiicks 3 ist aufgerauht und zusätzlich geschwärzt und absorbiert infolgedessen die auftreffende Strahlung fast vollständig (vgl. Fig.3). Die Außenfläche des Materialstücks 3, welche den Oberflächen der FoHenbahnen 8 und 9 zugewendet ist, ist so bearbeitet, daß sie hochremittierend, vorzugsweise hochglanzpoliert ist. Mit Hilfe einer in der Zeichnung nicht gezeigten Vorrichtung kann die Außenfläche des keilförmigen Materialstücks 3 bis zum Schleifkontakt an die beiden zusammengeführten Folien 8 und 9 heraneeführt werden, und zwar semeinsnm mit
dem zugehörigen Spiegelsystem 1. Demgemäß erfolgt eine unmittelbare Wärmeabgabe durch das durch die Strahlung aufgeheizten Matcrialstücks 3 an die zusammengeführten Folien 8 und 9, wobei die Erwärmung im Bereich der Keilspitze am größten ist, da diese sich im Bereich der zweiten Brennlinie des elliptischen Zylindcrspiegels 1 befindet. Das Materialstück 3 ist im übrigen so beschaffen, daß es bei Erwärmung bis etwa 600° C gleichbleibende Elastizität bewahrt, andererseits genügende Härte aufweist, verschleißfest, korrosions- und säurebeständig ist. Es ist außerdem genügend dünnwandig, um eine praktisch träghcitslose Temperaturregelung zu ermöglichen.
Durch eine entsprechende Vorrichtung wird dafür gesorgt, daß — was in den Zeichnungen nicht genauso dargestellt ist — da Materialstück 3 bei Unterbrechung des Schweißvorgangs vom Schweißgut 8, 9 zurückgezogen werden kann, und zwar gegebenenfalls automatisch. Damit ist gewährleistet, daß etwa bei unvorhergesehenem Stillstand der Vorschubrol-Icn 6 und 7 die Kunststoffolien nicht überhitzt und damit nicht zerstört werden können.
Genauso gut ist es aber auch möglich, daß die Stromversorgung für die Halogenlampe im Falle einer Unterbrechung des Schweißvorgangs automatisch ausgeschaltet wird
Weiterhin ist eine Einrichtung bzw. Schaltung vor-
gesehen, mit deren Hilfe die Leistungsaufnahme der Strahlungsquelle 2 geregelt wird. Zu diesem Zweck dienen thermoelektrische, im Regelkreis liegende Meßfühler, die an dem Malcrialstück 3 angeordnet sind oder auch an geeigneten Stellen mit den Kunststoffolien 8,9 in Kontakt stehen. Überschreitet die dort festgestellte Temperatur vorgegebene obere bzw. untere Grenzwerte, so wird über den Regelkreis die Stromzufuhr für die Strahlungsquelle 2 und damit de rcn Strahlungsintensität entsprechend beeinflußt. Da die Temperatur des Matcrialstücks 3 von der Strahlungsleistung der Strahlungsquelle 2 abhängig ist, kann mit Hilfe dieses Regelkreises die an der Spitze des Materialstücks 3 herrschende Temperatur kon stant gehalten werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schweißen thermoplastischer Folien besitzt vor allem den Vorteil, daß sich Folien beliebiger Einfärbung gleich gut verschweißen lassen, da irgendwelche Unter-
ao schiede in den Remissionsgraden der Folienoberflächen keine Rolle spielen. Andererseits kann bei der Vorrichtung nach der Erfindung von den Vorzügen von Strahlungsquelle^ wie z. B. von Halogen- oder Quarz-Jod-Lampcn, Gebrauch gemacht werden, de-
a5 reii hohen Strahlungsintensitäten durch Spiegclsystc ic auf sehr eng begrenzte, linienförmige Bereiche konzentriert werden können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Schweißen thermoplastischer Folien durch Strahlungsenergie, die mittels eines Spiegelsystems auf die Schweißstelle bzw. SchweiBfTache konzentriert wird, wobei zwei gegeneinanderlaufende, sowohl zum gegenseitigen Andruck als auch zum Vorschub der Folien dienende Rollen bzw. Walzen verwendet und die Strahlen in den Keil gelenkt werden, den die zwischen den Rollen bzw. Walzen zusammengeführte Folien bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein in seiner Form diesem Keil angepaßtes dünnwandiges Materialstück (3) hoher Wärmeleitfähigkeit zwischen das Spiegelsystem (1) mit Strahlungsquelle (2) einerseits und das Schweißgut (8, 9) andererseits geschaltet ist und daß die der Spie^eloberfläche bzw. der Strahlungsquelle (2) zugewendete Innenfläche (11) des Materialstücks (3) für die auftreffende Strahlung vollständig oder nahezu vollständig absorbierend ist, während seine dem Schweißgut (8, 9) zugewendete Außenfläche hochremittierend ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Materialstücks (3) bis zum Schleifkontakt an das Schweißgut (8, 9) heranführbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Materialstück (3) auf seiner Innenfläche (11) aufgerauht und zusätzlich geschwärzt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Materialstück (3) auf seiner Außenfläche hochglanzpoliert ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Materialstück (3) aus einem elastischen, verschleißfesten und säurebeständigen Werkstoff hergestellt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadjrch gekennzeichnet, daß das Materialstück (3) so angeordnet ist, daß es bei Unterbrechung des Schweißvorganges vom Schweißgut (8,9) zurückziehbar ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei fest vor dem Gehäuse des Spiegelsystems (1) angeordnetem Materialstück (3) eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Strahlungsquelle bei Unterbrechung des Schweißvorgangs automatisch ausschaltet.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Regelung der Leistungsaufnahme der Strahlungsquelle (2) mit einem am Materialstück (3) angeordneten Thermofühler als Ist-Wert-Geber vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Materialstück (3) selbst als Thermofühler (Thermoelement) dient.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Materialstück (3) gegen ein anderes Materialstück (3) verschiedener Abmessungen austauschbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeizchnet, daß das Materialstück (3) unter Wärmeisolation am Gehäuse des Spiegelsystems (1) angebracht ist.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißen thermoplastischer Folien durch Strahlungsenergie, die mittels eines Spiegelsystems auf die Schweißstelle bzw. die Schweißfläche konzentriert wird, wobei zwei gegeneinanderlaufende, sowohl zum gegenseitigen Andruck als auch zum Vorschub der Folien dienende Rollen bzw. Walzen verwendet werden und die Strahlen in den Keil gelenkt werden, den die zwischen den Rollen bzw. Walzen zusammengeführten Folien bilden.
Bei derartigen bekannten Vorrichtungen erfolgt also die Erwärmung des thermoplastischen Materials durch die von einer Strahlungsquelle, vorzugsweise von einem Infrarotstrahler, ausgehende Wärmesirahlung, die durch einen Hohlspiegel beispielsweise elliptischer oder zylinderparabolicher Form, auf bestimmte, begrenzte Bereiche des zu bearbeitenden Materials konzentriert wird.
Als Strahlungsquellen dienen vorzugsweise linienformige Wärmestrahler, d. h. also Lampen mit Iinienformigen Glühdrähten, welche innerhalb des Spiegelsystems, ζ B. eines Zylinderspiegels mit elliptischer Grundfläche, in der Weise angeordnet sind, daß die Glühdrähte durch die eine Brennlinie des Spiegels
as verläuft, während in dessen zweiter Brennlinie die /u schweißenden thermoplastischen Folien zusammengeführt werden, so daß diese an der vorgesehenen Schweißfläche erwärmt und nach Erreichen der richtigen Schweißtemperatur durch Zusammenpressen miteinander verbunden werden können.
Die eingangs genannte Vorrichtung eignet sich in sehr guter Weise zur progressiven Naht- oder Flächen verschweißung thermoplastischer Folien.
Im Falle der Nahtverschweißung, wobei beliebig schmale Nähte gebildet werden können, wird mindestens eine der gegeneinanderlaufenden Rollen bzw. Walzen in ihrer Höhe der Bteiie der zu erzielenden Schweißnaht angepaßt sein.
Der Wirkungsgrad der bekannten, mit Strahlungsenergie arbeitenden Schweißvorrichtung ist indes, wie sich herausgestellt hat, sehr wesentlich von der Absorptionsfähigkeit des zu schweißenden thermoplastischen Materials abhängig. Es hat sich z. B. gezeigt, daß dunkel eingefärbte Plastikfolien relativ gut schweißbar sind, während Folien des gleichen Materials, aber von hellerer Farbe, sich praktisch nicht schweißen lassen, da sie die auftreffende Wärmestrahlung zu stark remittieren und sich infolgedessen nicht genügend erwärmen können, vor allem dann nicht, wenn, wie es bei der progressiven Nahtverschweißung der Fall ist, die Zeitspanne, während der das thermoplastische Material der Strahlung ausgesetzt ist, nicht sehr groß ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schweißvorrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, auch Schweißgut beliebiger Farbe und damit beliebigen Remissionsgrades der Oberfläche mit gutem Wirkungsgrad hinsichtlich des Energiebedarfs bearbeiten zu können.
Ausgehend von einer Vorrichtung zum Schweißen thermoplastischer Folien der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erf indung dadurch gelöst, daß ein in seiner Form diesem Keil angepaßtes, dünnwandiges Materialstück hoher Wärmeleitfähigkeit zwischen das Spiegelsystem mit der Strahlungsquelle einerseits und das Schweißgut andererseits geschaltet ist und daß die der Spiegeloberfläche und der Strahlungsquelle zugewendete Innenfläche des Mate-
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