DE19952166A1 - Schweißgerät für thermoplastische Kunststoffe - Google Patents

Abstract

Schweißgerät für thermoplastische Kunststoffe mit einem Fördergehäuse (1) mit Heizmantel (2) und mit einem Einzugskanal (4), einer in dem Fördergehäuse drehbar angetriebenen Förderschnecke (5) mit einem Einzugsbereich (5·a·) und mit einem Antrieb (7), dessen Welle (14) mit der Förderschnecke (5) antriebsmäßig verbunden ist und dessen Gehäuse (7·a·) über einen Ringkörper (8) aus einem nichtmetallischen, schlecht wärmeleitenden Werkstoff mit dem Fördergehäuse (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzugskanal (4) wenigstens teilweise durch den Ringkörper (8) geführt ist. Im Betrieb bleiben der Getriebeteil des Antriebs und der Einzugskanal des Kunststoffdrahts auf tieferer Temperatur als bei bekannten Geräten ohne Wärmeleitsperre.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schweißgerät für thermoplastische Kunststoffe mit einem Fördergehäuse mit Heizmantel und mit einem Einzugskanal, einer in dem Fördergehäuse drehbar angetriebenen Förder­ schnecke mit einem Einzugsbereich, und mit einem Antrieb, dessen Welle mit der Förderschnecke antriebsmäßig verbunden ist und dessen Gehäuse über einen Ringkörper aus einem nichtmetallischen, schlecht wärmeleitenden Werkstoff mit dem Fördergehäuse verbunden ist.

Schweißgeräte dieser Art bilden aus Kunststoffdraht einen plastifizierten Kunststoffstrang, der in der Fuge der zu verschweis­ senden Kunststoffteile abgelegt wird und die Verbindung zwischen ihnen herstellt. Zur Erweichung des Kunststoffmaterials und zur For­ mung des Kunststoffstrangs wird das Fördergehäuse, in dem die Er­ weichung des Kunststoffs erfolgt, in Abhängigkeit von der Art des Kunststoffs durch den Heizmantel auf Temperaturen bis 240°C und mehr erhitzt. Der Heizmantel ist im allgemeinen ein das Fördergehäuse umgebendes elektrisches Heizband. Der Antriebsmotor ist im allgemeinen ein handelsüblicher Elektrogetriebemotor. Üblicherweise ist das be­ heizte Fördergehäuse direkt oder über ein metallisches Rohrstück mit dem Motorgehäuse verbunden. Das hat zur Folge, daß sich das Motor­ gehäuse und insbesondere der vorne liegende Getriebeteil stark erhitzen. Im Getriebeteil können daher im Dauerbetrieb Temperaturen von 100 bis 180°C erreicht werden. Insbesondere, wenn mit dem Schweißgerät nach unten gearbeitet wird, läuft bei der hohen Tempera­ tur Schmiermittel aus dem Getriebe ab und ist bei den eingesetzten handelsüblichen Getriebemotoren keine optimale Getriebeschmierung mehr möglich. Die Folge ist ein schneller Verschleiß des Getriebes und auch des Motors. Ein weiterer Nachteil der bekannten Schweißgeräte ist die relativ hohe Temperatur im Einzugsbereich des Kunst­ stoffdrahtes, die dazu führen kann, daß der Draht vor seiner Granu­ lierung erweicht, insbesondere, wenn das Gerät zeitweilig nicht benutzt wird, jedoch die Beheizung in dieser Zeit in Betrieb bleibt.

In DE 199 00 080.8 wurde bereits ein Schweißgerät für thermo­ plastische Kunststoffe vorgeschlagen, bei dem das Fördergehäuse mit dem Motorgehäuse über einen Körper aus einem nichtmetallischen, schlecht wärmeleitenden Werkstoff verbunden ist. Durch diese Zwi­ schenschaltung des schlecht wärmeleitenden Ringkörpers zwischen Fördergehäuse und Motorgehäuse wird die Erwärmung des Motors, speziell seines Getriebeteils verringert, so daß die thermische Belastung und der Verschleiß des Getriebeteils reduziert werden kann. Diese Wärmeleitsperre liegt hinter dem Einzugsbereich, so daß der letztere durch die Wärmeleitung vom beheizten Vorderteil des Fördergehäuses her unerwünscht hohe Temperaturen annimmt. Ferner baut dieses Gerät relativ lang, wodurch sich eine mehrteili­ ge Konstruktion, insbesondere ein Wellenverlängerung mit einem besonderen Radiallager an ihrem vorderen Ende ergibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Schweißgeräts der eingangs genannten Art, dessen Antrieb, insbe­ sondere sein Getriebeteil thermisch weniger beansprucht wird als bei den bekannten Geräten, so daß sich eine längere Lebensdauer ergibt. Darüber hinaus soll auch der Einzugsbereich, insbesondere auch der Einzugskanal des Kunststoffdrahtes auf tieferer Temperatur als bisher gehalten werden. Die Konstruktion soll vereinfacht und insbesondere die Baulänge des Geräts verkürzt werden. Ferner ist es das Ziel der Erfindung, ein Schweißgerät zu schaffen, das bei ge­ ringer Wärmeleitung in den Antriebs- und Getriebeteil und tiefer Temperatur im Einzugsbereich eine relativ kurze Baulänge hat. Wei­ tere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Schweißgerät erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Einzugskanal wenigstens teilweise durch den Ringkörper geführt ist. Der Schweißdraht wird durch den schlecht wärmeleitenden und daher auf relativ tiefer Temperatur befindlichen Ringkörper zugeführt. Die Temperatur des Schweißdrahtes nimmt daher infolge der Anordnung des Einzugskanals in dem Ringkörper nur minimal zu, so daß die Granulierung des Drahtes bei tieferer Temperatur als bisher erfolgt, wodurch die Zerkleine­ rung und das nachfolgende Aufschmelzen begünstigt werden. Durch die Anordnung des die Wärmeleitung dämmenden Ringkörpers im Einzugsbereich wird zudem die Baulänge des Geräts verkürzt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des Schweißgeräts weist das Fördergehäuse zwischen seinem Heizmantel und dem Ringkörper einen Kühlmantel auf. Durch den mit Kühlluft beaufschlagten Kühlmantel wird die Wärmeleitung von dem bezeizten Teil des Fördergehäuses zum Einzugsbereich und letztlich zum Motorgehäuse hin alleine schon aufgrund der Querschnittsverringerung des metallischen Fördergehäuses und der Wärmeabführung durch die Kühlluft vermindert. Vorzugsweise erstreckt sich der Kühlmantel wenigstens über einen Teil des Einzugs­ bereiches der Förderschnecke.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schweißgeräts ist der ringförmige Kühlkanal an seinem hinteren Ende durch die vordere Stirnfläche des Ringkörpers begrenzt. Die von dem Kühlkanal bzw. Kühlmantel ausgehende Kühlung wirkt damit nicht nur radial nach innen durch die Gehäusewand auf den Bereich, wo der Kunststoffdraht von dem Einzugs- und Granulierteil der Schnecke er­ faßt und zerkleinert wird, sondern auch in axialer Richtung auf den Ringkörper. Dadurch wird auch die vorzeitige Erwärmung des Kunst­ stoffdrahtes in dem durch den Ringkörper geführten Einzugskanal hintan gehalten.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schweißgeräts enthält der Ringkörper auf der vorderen Stirnfläche verteilte Gewin­ debohrungen und ist der Ringkörper durch den Kühlmantel durchstoßende, in die Gewindebohrungen eingeschraubte Schrauben mit dem Fördergehäuse verbunden. Der Kühlmantel ist in axialer und radialer Richtung erheblich, größer dimensioniert als bei bekannten Geräten, so daß auch die Kühlwirkung erheblich verstärkt werden kann. Die Wand­ stärken des metallischen Gehäuses sind gering, so daß das Gewicht des Geräts vermindert wird. Das Verhältnis der axialen zur radialen Dimension des lichten Querschnitts des Kühlmantels ist vorzugsweise größer als 1. Es liegt insbesondere im Bereich von 1,5 bis 8, speziell im Bereich von 2 bis 4. Die Schrauben bewirken in dem Kühl­ mantel eine Luftverwirbelung und unterstützen damit die Kühlwirkung des Luftstroms.

Zweckmäßigerweise ist der hintere Bereich des Ringkörpers geschlitzt und durch eine Rohrschelle auf dem Antriebsgehäuses lösbar befestigt. Der Anbau des Ringkörpers mit­ tels Rohrschelle ist einfach und vermeidet wesentliche Veränderungen an dem Getriebegehäuse. Durch die Schlitzung ist der Ringkörper in diesem Bereich genügend flexibel, so daß durch die Rohrschelle eine ausreichend feste Verbindung mit dem Antriebs- bzw. Getriebegehäuse erreicht wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Schweißgeräts ist zwischen dem Ringkörper und dem Antriebsgehäuse ein Adapterring angeordnet. Durch den Adapterring kann der vordere Schweißteil des Geräts an ver­ schiedene Antriebsmaschinen angeschlossen werden, die sich in der Aus­ bildung und Dimension ihres Getriebehalses unterscheiden. Zur Anpassung an die verschiedenen Antriebsmaschinen brauchen daher nur entsprechende Adapterringe auf Lager gehalten zu werden, während der Ringkörper aus dem schlecht wärmeleitenden Material unverändert eingesetzt werden kann.

Vorzugsweise enthält der Adapterring auf seiner Vorderseite verteilte Gewindebohrungen, hat der Ringkörper diesen Gewindebohrun­ gen zugeordnete Durchgangsbohrungen und sind der Adapterring und der Ringkörper durch den Kühlmantel und die Durchgangsbohrungen durch­ stoßende, in die Gewindebohrungen eingeschraubte Schrauben mit dem Fördergehäuse verbunden. Die Schrauben sind ebenso wie bei der Aus­ führungsform ohne den Adapterring mit ihrem Kopf auf dem Fördergehäuse abgestützt. Der Ringkörper ist zwischen dem Fördergehäuse und dem Adapterring eingespannt, wobei die Schrauben in dem Kühlmantel eben­ falls eine Luftverwirbelung bewirken. Zweckmäßigerweise ist der Adapterring vorderseitig mit einer ringförmigen Stufe versehen, so daß der Ringkörper zur gegenseitigen Ausfluchtung und Zentrierung in den Adapterring eingreift.

Vorzugsweise ist der hintere Bereich des Adapterrings geschlitzt und durch eine Rohrschelle mit dem Antriebsgehäuse lösbar verbunden. Der oben für die Schlitzung des Ringkörpers genannte Zweck gilt ent­ sprechend auch für den geschlitzten Adapterring, der insbesondere aus Metall besteht.

Zweckmäßigerweise sind auf dem vorderen Endbereich des Antriebs­ gehäuses (dem Getriebehals) außenseitig Längsausstarung(en) zur teil­ weisen Aufnahme eines bzw. mehrerer Stifte ausgebildet. Jeder Stift liegt teilweise in der genannten Längsaussparung und teilweise in einem der Schlitze und bewirkt über die Klemmung durch die Schelle hinaus eine Verdrehsicherung zwischen dem Ringkörper bzw. dem Adapter­ ring und dem Antriebsgehäuse.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schweißgeräts besteht der nichtmetallische Werkstoff des Ringkörpers aus einem faserverstärkten Kunstharz oder aus Keramik auf Basis Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid oder Silikat. Geeignete Kunst­ harze sind Polyesterharze und Epoxidharze, insbesondere Epoxidharze.

Die Faserverstärkung kann aus Glasfasern oder Kohlenstofffasern bestehen, insbesondere aus Glasfasern.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schweißgeräts ist die Förderschnecke an ihrem hinteren Ende über ein Axiallager abgestützt, das im Bereich des Ringkörpers liegt und an diesem oder dem Adapterring abgestützt ist. Hierdurch kann ebenfalls ein Gerät mit kurzer Baulänge realisiert werden. Das Axial­ lager liegt bei dieser Ausführungsform außerhalb des Bereiches hoher Temperatur, was die Lebensdauer des Geräts ebenfalls begünstigt.

Vorzugsweise liegt die spezifische Wärmeleitfähigkeit λ des nichtmetallischen Werkstoffs des Ringkörpers in dem Bereich von 1 . 10^-4 bis 5 . 10^-3 cal . s^-1 . cm^-1 . °C^-1, insbesondere in dem Bereich von 2 . 10^-4 bis 2 . 10^-3 cal . s^-1 . cm^-1 . °C^-1.

Zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schweißgeräts werden nun an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Teilansicht der ersten Ausführungsform des Schweiß­ geräts, teilweise im Schnitt;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1; und

Fig. 3 eine Teilansicht der zweiten Ausführungsform des Schweiß­ geräts, teilweise im Axialschnitt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen das Fördergehäuse 1 mit einem äußeren elektrischen Heizband 2, einem ringförmigen Kühlmantel 3 und einem Kanal 4 für den Einzug des zu granulierenden und zu plastifizieren­ den Kunststoffdrahtes. Eine Förderschnecke 5 in dem Fördergehäuse 1 hat im Bereich der Einmündung des Einzugskanals 4 in den Innenraum des Fördergehäuses einen Einzugs- und Granulierabschnitt 5 ^a und ist am hinteren Ende durch ein Axiallager 6 abgestützt. Zwischen dem hinteren Ende des Fördergehäuses 1 und dem Getriebehals 7 ^a eines Getriebemotors 7 ist ein Ringkörper 8 aus einem glasfaserverstärkten Epoxidharz (λ = 5,2 . 10^-3 cal . s^-1 . cm^-1 . °C^-1) angeordnet. Der Ring­ körper 8 enthält den Einzugskanal 4 und begrenzt mit seiner vorderen Stirnfläche 8 ^a den Kühlkanal 3. Der Ringkörper 8 hat in der Stirn­ fläche 8 ^a sechs Gewindebohrungen 8 ^b. In analoger Anordnung hat das Fördergehäuse 1 achsparallele gewindelose Bohrungen 1 ^a. Durch sechs Schrauben 10 ist das Fördergehäuse 1 mit dem Ringkörper 8 luftdicht zusammengespannt. Dabei durchstoßen die Schrauben 10 den Kühlmantel 8, wodurch die Durchwirbelung der Luft in dem Kühlmantel und die Kühlung der Schrauben 10 und insbesondere des gesamten Einzugsbe­ reichs einschließlich des Ringkörpers begünstigt wird.

Der hintere Bereich 8 ^c des Ringkörpers 8 ist geschlitzt und mittels einer Rohrschelle 11 auf dem vorderen Stutzen 7 ^a des Antriebs 7 befestigt. Zur zusätzlichen Verdrehsicherung zwischen dem Stutzen 7 ^a und dem Ringkörper 8 sind auf der Außenseite des Stutzens 7 ^a Längsaussparungen 12 vorgesehen, wobei ein Stift 13 teilweise in der Ausnehmung 12 und teilweise in einem Schlitz des hinteren Teils 8 ^c des Ringkörpers 8 liegt.

In Fig. 3 tragen alle Positionen die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1. Soweit die beiden Ausführungsformen übereinstimmen, wird auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform enthält der Ringkörper 8 anstelle der Gewindesackbohrungen 8 ^b gewindelose Durchgangsbohrungen 8 ^d. An den Ringkörper 8 ist zum Antrieb 7 hin ein metallischer Adapter­ ring 15 angeschlossen, der den Durchgangsbohrungen 8 ^d entsprechende Gewindebohrungen 15 ^a hat. Durch die Schrauben 10 sind der Ringkörper 8 und der Adapterring 15 mit dem Fördergehäuse 1 zusammengespannt. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, hat der Adapterring 15 vorder­ seitig eine Vertiefung 15 ^b, in die der Ringkörper 8 zur gegenseitigen Zentrierung eingreift. Ebenso wie der Ringkörper 8 bei der Ausfüh­ rungsform nach Fig. 1 hat der Adapterring 15 am hinteren Teil Längsschlitze 15 ^c. Die Befestigung des vorderen Schweißaggregats auf dem Getriebehals 7 ^a der Antriebsmaschine erfolgt ebenfalls mit Hilfe einer Schelle 11, wobei auch die Verdrehsicherung durch den Stift 13 in gleicher Weise vorgesehen ist.

Während das Axiallager 6 bei der Ausführungsform nach Fig. 1 durch den Sprengring 16 an dem Ringkörper 8 abgestützt ist, stützt sich das Axiallager 6 bei der Ausführungsform nach Fig. 3 an dem Adapterring 15 ab.

Die erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt eine intensive Küh­ lung des Einzugsbereiches und eine beträchtliche Drosselung der Wärmeleitung entgegen der Förderrichtung der Schnecke 5 zum Antrieb 7, 7 ^a. Darüber hinaus baut das Schweißgerät kurz, weil der schlecht wärmeleitende Ringkörper 8 relativ weit vorne im Einzugsbereich des Schweißdrahtes angeordnet ist und das Axiallager 6 der Schnecke 5 bereits am Ringkörper 8 abgestützt ist. Das erfindungsgemäße Schweißgerät vereinigt daher in sich eine tiefe Betriebstemperatur im Einzugsbereich mit einer geringen Temperaturbeanspruchung des Antriebs- und Getriebeteils und einer kurzen Baulänge und einem geringen Gewicht.

Claims (14)

1. Schweißgerät für thermoplastische Kunststoffe mit einem Fördergehäuse (1) mit Heizmantel (2) und mit einem Einzugskanal (4), einer in dem Fördergehäuse drehbar angetriebenen Förderschnecke (5) mit einem Einzugsbereich (5 ^a), und mit einem Antrieb (7), dessen Welle (14) mit der Förderschnecke (5) antriebsmäßig verbunden ist und dessen Gehäuse (7 ^a) über einen Ringkörper (8) aus einem nicht­ metallischen, schlecht wärmeleitenden Werkstoff mit dem Förder­ gehäuse (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzugs­ kanal (4) wenigstens teilweise durch den Ringkörper (8) geführt ist.

2. Schweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördergehäuse zwischen seiner Beheizung und dem Ringkörper (8) einen Kühlmantel (3) aufweist.

3. Schweißgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kühlmantel (3) wenigstens über einen Teil des Einzugs­ bereichs (5 ^a) der Schnecke (5) erstreckt.

4. Schweißgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmantel (3) an seinem hinteren Ende durch die vordere Stirnfläche (8 ^a) des Ringkörpers (8) begrenzt ist.

5. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringkörper (8) auf der vorderen Stirnfläche (8 ^a) verteilte Gewindebohrungen (8 ^b) enthält und durch den Kühlmantel (3) durchstoßende, in die Gewindebohrungen (8 ^b) eingeschraubte Schrau­ ben (10) mit dem Fördergehäuse (1) verbunden ist.

6. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Bereich (8 ^c) des Ringkörpers (8) geschlitzt ist und durch eine Rohrschelle (11) auf dem Antriebs­ gehäuse (7 ^a) lösbar befestigt ist.

7. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ringkörper (8) und dem Antriebs­ gehäuse (7 ^a) ein metallischer Adapterring (15) angeordnet ist.

8. Schweißgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapterring (15) auf der Vorderseite verteilte Gewindebohrungen (15 ^a) enthält, der Ringkörper (8) den Gewindebohrungen (15 ^a) zuge­ ordnete Durchgangsbohrungen (8 ^d) hat und der Adapterring (15) und der Ringkörper (8) durch den Kühlmantel (3) und die Durchgangs­ bohrungen (8 ^d) durchstoßende, in die Gewindebohrungen (15 ^a) einge­ schraubte Schrauben (10) mit dem Fördergehäuse (1) verbunden sind.

9. Schweißgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Bereich des Adapterrings (15) geschlitzt ist und durch eine Rohrschelle (11) mit dem Antriebsgehäuse (7 ^a) lösbar verbunden ist.

10. Schweißgerät nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem vorderen Endbereich des Antriebsgehäuses (7 ^a) außenseitig Längsaussparung(en) (12) zur teilweisen Aufnahme eines bzw. meh­ rerer Stifte (13) ausgebildet sind.

11. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmetallische Werkstoff aus faserverstärk­ tem Kunstharz oder Keramik auf Basis Siliziumdioxid und/oder Alumi­ niumoxid besteht.

12. Schweißgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz ein Epoxidharz ist.

13. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (5) an ihrem hinteren Ende über ein Axiallager abgestützt ist, das im Bereich des Ringkörpers (8) liegt und an diesem oder dem Adapterring (15) abgestützt ist.

14. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Wärmeleitfähigkeit λ des nichtmetallischen Werkstoffs in dem Bereich von 1 . 10^-4 bis 5 . 10^-3 cal . s^-1 . cm^-1 . °C^-1 liegt.