DE2426154A1 - Verfahren zum kontinuierlichen ueberlappungsverschweissen von kunststoff-folien oder -tafeln - Google Patents

Verfahren zum kontinuierlichen ueberlappungsverschweissen von kunststoff-folien oder -tafeln

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DE2426154A1 DE19742426154 DE2426154A DE2426154A1 DE 2426154 A1 DE2426154 A1 DE 2426154A1 DE 19742426154 DE19742426154 DE 19742426154 DE 2426154 A DE2426154 A DE 2426154A DE 2426154 A1 DE2426154 A1 DE 2426154A1
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Description

Schlegel Engineering GmbH, 2000 Hamburg 1, Sonninstraße 2k
Verfahren zum kontinuierlichen Überlappungsverschweißen von Kunststoff-Folien oder -Tafeln
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Uberlappungsverschweißen von thermoplastxschen Kunststoff-Folien oder -Tafeln durch Erhitzen und Zusammenpressen der einander zugewendeten Überlappungsflächen, sowie auf eine
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POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 ■ BANK: COMMERZBANK, HAMBURG, 53/22904 . TELEGR.: SPECHTZIES HAMBURG bzw. SPECHTZIES MÖNCHEN
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Beim Überlappungsschweißen von Polyolefin-Folien oder -Tafeln erwärmt man üblicherweise die Überlappungsränder bzw. die einander zugewendeten Oberflächen derselben bis oberhalb Schmelztemperatur und preßt sie dann so lange zusammen, bis die Naht so weit abgekühlt ist, daß sie gegenüber den im Anschluß an den Schweißvorgang auftretenden Kräften formstabil ist. Dieses Verfahren ist nicht anwendbar, wenn die miteinander zu verbindenden Oberflächen nicht ausreichend erhitzt werden können oder wenn so hohe IVärraeverluste auftreten, daß die Temperatur der miteinander zu verbindenden Oberflächen nach der Erhitzung bis zum Einsetzen der Preßkraft wieder unter die Schmelztemperatur absinkt. Ein Beispiel für solche ungünstigen Umstände stellt die Verschweißung langer Nähte von Polyäthylenplatten dar, wie sie großformatig und in Dicken von etwa 3mm verwendet werden, beispielsweise bei Grundwasserabdichtungen oder großflächiger Dachdeckung. Ungleichmäßige Dicke und unterschiedliche Lage der zu erwärmenden
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Bahnränder gegenüber den Ervärmungselementen kann zu ungleichmäßiger Erwärmung führen; wechselnde Witterungsverhältnisse führen zu unterschiedlicher Abkühlung vor der Verschweißung. Eine absolut sichere Schweißnaht kann daher mit dem bekannten Verfahren nicht erreicht werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verschweißen der überlappenden Ränder von thermoplastischen Kunststoff-Folien oder -Tafeln zu schaffen, das hohe Schweißsicherheit auch bei ungleichmäßigen Temperaturverhältnissen an den zu verbindenden Oberflächen gewährleistet.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß ein Zusatzwerkstoff im heißplastischen Zustand zwischen die zu verbindenden Flächen gebracht wird. Die Wirkung besteht darin, daß mittels des Zusatzwerkstoffs eine zusätzliche Wärmemenge in den Schweißbereich transportiert wird, deren Größe genau bestimmbar ist, weil Menge und Temperatur des Zusatzwerkstoffs mit-
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tels automatischer Maschinen sehr genau einstellbar sind. Danach kommt es auf die jeweilige Temperatur der zu verbindenden Oberflächen nicht mehr entscheidend an, weil der Zusatzwerkstoff diese Oberflächen, falls sie eine unzulässig niedrige Temperatur haben sollten, erhitzt und damit eine ordnungsgemäße Verschweißung gewährleistet. In manchen Fällen wird es daher nicht mehr erforderlich sein, die miteinander zu verbindenden Oberflächen auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur zu erhitzen, sofern nur die aus der vorbereiteten Erwärmung dieser Oberflächen und dem Zusatzwerkstoff stammende Wärmemenge ausreicht, die Oberflächen im Preßbereicli auf die erforderliche Temperatur anzuheben.
Es ist bekannt, Kunststoffoberflächen unter Einsatz von Zusatzwerkstoff miteinander zu verschweißen. Dabei dient der Zusatzwerkstoff aber nur zur Ausfüllung vorhandener Hohlräume, beispielsweise bei der Verschweißung von V-Nähten. Da man bei der überlappenden Verschweißung von Folien oder Platten kei-
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ne Hohlräume auszufüllen hat sondern die aufeinanderliegenden Flächen unmittelbar auf Schmelztemperatur erhitzen und zusammendrücken kann, hat man dabei bislang1 die Anwendung von Zusatzwerkstoff nicht für notwendig gehalten. Der Zusatzwerkstoff erfüllt im Falle der Erfindung auch eine andere Funktion als im Falle des VerSchweißens von V-Nähten, da er nicht zur Hohlraumfüllung sondern zum Wärmetransport dient.
Die Menge und Temperatur des Zusatzwerkstoffs muß ausreichend groß bemessen werden. Mit anderen Worten muß an jeder Nähtstelle eine ausreichende Menge des Zusatzwerkstoffs vorhanden sein. In den meisten Fällen sollte seine Dicke (vor der Pressung) mindestens
3 mm, besser mindestens 6 mm, in manchen Fällen auch mehr als 10 mm betragen. Ein zu dünner Strang könnte sich bis zum Erreichen der Schweißstelle zu stark abkühlen. Nach der Pressung soll die Dicke zwischen 1 und 12 vorzugsweise zwischen 2 und 8 mm liegen. Damit der Zusatzwerkstoff in dem gewünschten Ausmaß und nicht zu stark seitlich gequetscht wird, müssen Stärke und/oder Dauer des Preßdrucks
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entsprechend bemessen verden. Ggf. kann auch der Schmelzindex des Zusatzwerkstoffs höher als der des Plattenwerkstoffs bei sonst weitgehend identischen Eigenschaften sein.
In vielen Fällen sind die miteinander zu verschweißenden Folien- bzw. Tafelränder umso schwerer zu bearbeiten, je flexibler sie sind. Wenn beispielsweise eine Andruckrolle zur Ausübung des Preßdrucks verwendet wird, so kann diese Rolle bei sehr flexibler Konistenz der zu verschweißenden Händer Wellen vor sich herschieben, die zu Faltenbildung führen können. Diese Gefahr wird durch die Wärmedehnung der Ränder verstärkt. Zweckmäßig ist es daher nach der Erfindung, daß bei der Erhitzung der zu verbindenden Überläppungsflächen vor deren Zusammenpressen ein Querschnittsbereich des Überlappungsbereichs auf mäßiger Temperatur verbleibt. Dieser auf mäßiger Temperatur verbleibende Querschnittsbereich ist zweckmäßigerweise die den zu verschweißenden Oberflächen abgewendete Dickenzone des Schweißbereichs. Dadurch wird bewirkt, daß dieser Bereich eine gewisse Festigkeit behält, obwohl die Schweißoberfläche erweicht ist.
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Obwohl dieser Gedanke, die Stabilität des Schweißbereichs bei kontinuierlichen Schweißverfahren durch begrenzte Erhitzung zu erhalten, gegebenenfalls unabhängigen Schutz von den übrigen Erfindungsmerkmalen verdient, ist doch festzustellen, daß die dafür notwendige vorsichtige und rasche Erwärmung des Schweißbereichs besonders vorteilhaft bei teilweiser Zuführung der Wärme mittels des Zusatzwerkstoffs durchführbar ist.
Der Preßdruck wird üblicherweise so lange aufrechterhalten, bis die Schweißnaht so weit abgekühlt ist, daß sie den im Anschluß an die Schweißung zu erwartenden Kräften zu widerstehen vermag. Bei den Hauptanwendungsfällen der Erfindung sind die miteinander zu verbindenden Folien bzw. Platten außerhalb der Einrichtung zum Pressen der Schweißnaht in ihrer Lage auf irgendeine Weise mehr oder weniger lose fixiert, nämlich beispielsweise durch gemeinsame Auflage auf einem Untergrund. Da dem Material jedoch Spannungen innewohnen und auch die erwähnte Fixierung ungleichmäßig ist, muß mit Kräften gerechnet werden, die im Anschluß an den unmittelbaren Schweißvorgang auf die Naht einwirken könnten.
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Nacli den bisherigen Erfahrungen ist es daher erforderlich, den Preßdruck über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten, der bei Ausübung eines kontinuierlichen Verfahrens gleichbedeutend mit einer entsprechend langen Preßstrecke ist. Dies gilt insbesondere in den bevorzugten Anvendungsfällen für Tafeln von mehr als 2mm Dicke. Eine große Preßstrecke ist jedoch bei der Ausübung kontinuierlicher Verfahren nur schwer zu verwirklichen. Eine kontinuierlich arbeitende Vorrichtung müßte zu diesem Zweck mit entsprechend langen Preßorganen ausgerüstet werden, die beispielsweise von Preßraupen, Gleitschienen oder dergleichen gebildet sein müßten, wobei die Wirkung solcher Preßeinrichtungen bei ungleichmäßigem Untergrund recht zweifelhaft sein würde. Außerdem würde eine solche Preßeinrichtung nicht bei ungeradlinigen Schweißnähten anwendbar sein. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht dalier darin, auf eine solche Preßstrecke zu verzichten. Der Preßdruck wird aufgehoben, bevor das Zusatzmaterial erstarrt. Bewußt wird damit den ge-
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gebeiienf alls auf die Schweißnaht ausübenden Kräften die Möglichkeit gegeben, noch gewisse Relativbewegungen bei der Schweißnaht zu bewirken. Schon geringe Verformung der Schweißnaht kann nämlich die
Kraitspitzen abbauen auf einen kleinen Rest, dem
die noch nicht ganz erstarrte Schweißnaht zu widerstehen vermag. Damit die Verfornmng der Schweißnaht ohne Schaden bleibt, ist es zweckmäßig, wenn das
Zusatzmaterial eine gewisse, beträchtliche Dicke besitzt, damit ausreichendes Verformungsvolumen zur
Verfügung steht. Auch in dieser Hinsicht haben
sich die weiter oben erwähnten Werte für die Mindestdicke als vorteilhaft erwiesen.
-Ks hat sich gezeigt, daß es zweckmäßig ist, das Zusatzmaterial im wesentlichen gleichzeitig mit beiden zu verbindenden Oberflächen in Verbindung zu
bringen. Legt sich das Zusatzmaterial nämlich vorzeitig auf eine der beiden Flächen auf und ist diese kühler als das Zusatzmaterial, so besteht die Gefahr, daß das Zusatzmaterial einen erheblichen Teil
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seiner Wärme einseitig abgibt und seine Temperatur dann nicht mehr zur Schmelzerhitzung der anderen Oberfläche ausreicht. Man erreicht dies zweckmäßigerweise dadurch, daß man das Zusatzmaterial aus der zwischen den zu verbindenden Oberflächen angeordneten Düse mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Vorschubgeschwindigkeit der Schweißvorrichtung austreten läßt. Dadurch wird das extrudierte Material zwischen der Düse und derjenigen Stelle gespannt, an der die beiden Oberflächen unter der Wirkung der Anspreßvorrichtung zusammengeführt werden. Zur Anpassung an unterschiedliche Verhältnisse kann die Höhe der Düse während des Betriebs verstellbar sein. Überraschenderweise kann man dadurch auch die Neigung zur Wellen- und Faltenbildung im oberen Rand verringern.
Eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß an einem Führungsgestell eine Einrichtung zum Erhitzen der zu verbindenden Oberflächen, ein Extruder mit einer zwischen die zu verbindenden Oberflächen geführten Düse für das Zusatzmaterial und eine Andruckeinrichtung vorgesehen sind. Das Führungsgestell ist dabei mit einer
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kontinuierlich arbeitenden Antriebsvorrichtung versehen, deren Geschwindigkeit zweckmäßigerweise regelbar ist. Die Andruckeinrichtung kann als Rolle ausgebildet sein, · da aus den oben näher erläuterten Gründen eine beträchtliche Preßstrecke nicht erforderlich ist.
Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel schematisch veranschaulicht. Sie zeigt in einer Figur einen Längsschnitt durch den Schweißbereich mit den daran wesentlich teilnehmenden Elementen der Schweißvorrichtung.
Auf dem Untergrund 1 liegt die Folie 2 auf, die mit der sie überlappenden Folie 3 verschweißt werden soll.
Die nicht gezeigte Schweißvorrichtung, die man sich als einen längs der Naht fahrbaren Wagen vorstellen kann, trägt Finger k, mit der aie die obere Folie 3 in dem gezeigten kurzen Dereich von der unteren Folie 2 abhebt, um eine Erwärmungseinrichtung 5 und
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eine Düse ö zwischen die beiden Folien in den Schweißbereich einrühren zu können. Die Erwärmungseinrichtung kann von beliebiger bekannter Art sein. Sie kann beispielsweise Heißluft oder Wärmestrahlung gegen die einander zugewendeten Oberflächen 7 der beiden Folien im Sinne der Pfeile senden. Aus der Düse 6 tritt ein Strang 8 des Zusatzwerkstoffs kontinuierlich, und gleichbleibend aus. Dieser Strang ist zweckmäßigerweise der Breite der gewünschten Naht unter Berücksichtigung der in der Preßeinrichtung zu erwartenden iireitquetschung angemessen. Diese Preßeinrichtung wird von einer Holle 9 gebildet, die die beiden Folien unter Einschluß des Zusatzwerkstoffs gegen den Untergrund 1 preßt und deren Preßkraft vorzugsweise einstellbar ist.
Die genannten Vorrichtungsteile, nämlich die Finger 4, die Erwärmungseinrichtung 5, die Düse 6 und die Ac]ise der Holle 9 sind miteinander fest verbunden und werden gemeinsam in Vorschubrichtung 10 kontinuierlich bewegt.
Die Vorschubgeschwindigkeit und die von der Erwiir-
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mungseinrichtung 5 auf die Oberflächen 7 übertragene Wärmemenge werden so bemessen, daß diese Oberflächen im Bereich 11, in welchem sie miteinander bzw. dem Strang 8 des Zusatzwerkstoffs in Berührung kommen, ausreichende Temperatur besitzen, ohne daß die den Oberflächen 7 abgewandte Seite unerwünscht stark erwärmt wird.
Bei der Verschweißung von etwa 3 mm dicken Polyäthylenplatten wird beispielsweise eine Vorschubgeschwindigkeit von 0,4 bis 1m/Min. angewendet. Der extrudierte Strang 8 hat einen Querschnitt von 2
2
bis 3 cm . Er wird aus einer Schlitzdüse mit flachem Querschnitt extrudiert und außerdem noch durch die Wirkung der Rolle 9 breitgequetscht. Seine Dicke in der fertigen Naht liegt zwischen 2 und 10 mm. Die Länge der Aufheizetrecke der Erwärmungseinrichtung 5 liegt bei 15 cm. In dieser Strecke kommt Luft von 450 bis 300 C zur Einwirkung. Der Abstand der Düse 6 von dem Bereich 11 beträgt h bis 6 cm entsprechend einer Zeit von 1 bis 6 Sek. zwischen dem Austritt des Extrudats aus der Düse
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bis zur Einwirkung der Rolle 9· Die Düse 6 ist höhenverstellbar, damit auch bei welligem Untergrund und unterschiedlichem Abstand zwischen den Folien 2 und 3 eine mittige Lage des gespannten Strangs 8 gewährleistet ist, und um der Wellenbildung am oberen Rand entgegenzuwirken. Die von der Rolle 9 bewirkte Preßstrecke hat eine Länge von einigen Zentimetern.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    .} VerfaJiren zum kontinuierlichen Überlappungsverschweißen von thermoplastischen Kunststoff-J'olien oder -Tafeln durch Erhitzen und Zusammenpressen der einarider zugewendeten Überlappungsflächen, dadurch g- e k e η η ζ e lehne t, daß in an sich bekannter Weise ein Zusatzwerkstoff im heißplastischen Zustand zwischen die zu verbindenden Flächen gebracht wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kenn ze lehne t, daß Stärke und/oder Dauer des Preßdrucks derart beschränkt werden, daß eine mindestens 2 mm dicke Schicht des Zusatzwerkstoffs verbleibt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze lehne t, daß bei der Erhitzung der zu verbindenden Überlappungsflächen vor deren Zusammenpressen ein Querschnittsbereich des Überlappungsbereichs auf mäßiger
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    Temperatur verbleibt.
    k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch ge k e η η ζ e i c h η e t, daß der Prei.idruck aufgehoben wird, bevor das Zusatzmaterial erstarrt.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial im wesentlichen gleichzeitig mit beiden zu verbindenden Oberflächen in Verbindung gebracht wird.
    6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 51 dadurch g e k e η η ζ e lehne t, daß an einem Führungsgestell eine Einrichtung (5) zum Erhitzen der zu verbindenden überflächen (7)? ein Extruder mit einer zwischen die zu verbindenden Oberflächen geführten Düse (6) für das Zusatzmaterial (b) und eine Andruckeinrici lung (9) vorgesehen sind.
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    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer kontinuierlich arbeitenden Antriebsvorrichtung- versehen ist.
    B. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e kennze lehne t, daß die Andruckeinrichtung als Rolle (9) ausgebildet ist.
    9. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichne tf daß die Extruderdüse während des Betriebs höhenverstellbar ist.
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DE2426154A 1974-05-29 1974-05-29 Verfahren zum kontinuierlichen Überlappungsverschweißen von Kunststoff-Folien oder -Tafeln Ceased DE2426154B2 (de)

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WO2009152817A2 (de) 2008-06-20 2009-12-23 Plasticon Germany Gmbh Handschweissgerät

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