DE2520217C2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Verschweißen von großflächigen thermoplastischen Kunststoffolien oder -tafeln - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Verschweißen von großflächigen thermoplastischen Kunststoffolien oder -tafeln

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Verschweißen von großflächigen thermoplastischen Kunststoffolien oder -tafeln, bei dem die einander zugewendeten Oberflächen der Folien oder Tafeln vor dem Einbringen eines heiöplastischen Schwciß/.usatzwerkstoffs erhitzt werden und bei dem die Folien oder Tafeln mit dem Schweißzusaizwerkstoff /.usammcngcprcUl werden.
Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen dieser Art (insbcs. der US-PS 30 08 8b2) wird die Wärmemenge, die zur Erhitzung der zu versehweißenden Oberfläche auf Schwcißtcmncraiur erforderlich ist, ausschließlich durch den heißplastischen Zusatzwerkstoff eingebracht (DE-GM 72 28 831; DE-OS 14 79 651; US-PS Re 25 200; US-PS 31 66 458). Die durch den Zusatzwerkstoff zugeführte Wärme kl proportional mit dem Produkt aus der Menge des Zusatzwerkstoffs und seiner Temperatur. Man dosiert ihn reichlich, um die notwendige Wärmemenge mit einer mit Rücksicht auf die sonst zu befürchtende Werkstoffschädigung mäßigen Temperatur zuführen zu können. Das gilt auch bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-GM 72 28 831), bei welchem man den Zusatzwerkstoff zur Vermeidung einer durchgehenden Erhitzung der zu verbindenden Folien in eine Mehrzahl von Strängen aufteilt; denn jeden einzelnen dieser Stränge beläßt man in einer im Verhältnis zur Folie vergleichsweise beträchtlichen Dicke, die größer ist als die Dicke der zu verbindenden Folien während man beispielsweise bei einer Verklebung bemüht ist, die Klebeschicht möglichst dünn zu halten. Wenn es bei dem bekannten Schweißverfahren darauf ankäme, die Schweißnaht möglichst wenig in Erscheinung treten zu lassen, würde man den Zusatzwerkstoff sicherlich so dünn pressen, wie man das von Klebverbindungen kennt Dies wird aber offentlichtlich nicht angestrebt.
Die bekannten Verfahren gehen von der Voraussetzung aus, daß die gesamte Schweißwärmc mittels des Zusatzwerkstoffes zugeführt werden karin. Es gibt andere Ve: fahren, bei denen dies nicht möglich ist, weil die zu verbindenden Teile zu dick sind und daher durch den Zusatzwerkstoff nicht hinreichend auf Schweißtemperatur erhitzt werden können (»Kunststoff« 1971/108: »Kunststoff-Rundschau« 1973/67). Die Erfindung geht jedoch, wie die eingangs erläuterten Verfahren, von der Voraussetzung aus, daß der Zusatzwerkstoff zur Zuführung hinreichender Wärmemenge ausreichen würde.
Bekannt ist es ferner. Kunststoffteile dadurch miteinander zu verschweißen, daß man die zu verbindenden Oberflächen durch Heißgas verflüssigt und — ggf. unter Anwendung von Druck — miteinander verfließen läßt (US-PS 22 20 545; DE-GM 19 08 425; US-PS 23 72 737). Bei der Anwendung dieses Verfahrens auf die kontinuierliche Überlappschweißung von Kunststoffolien hat man dieses Verfahren zu Beginn der Kunststoff-Schweißtechnik so ausgeführt, daß man einen Heißgasstrahl in den Zusammenlaufspalt der zu verbindenden Flächen richtete, so daß sich im Zusammenlaufwinkel ein Vorrat flüssigen Schweißmaterials bildete, der ggf. auch in Analogie zu den üblichen Metallschweißverfahren mit Zusatzwerkstoff aufgefüllt werden konnte (US-PS 23 67 725).
Die Erfindung geht aus von den eingangs erläuterten, bekannten Verfahren, bei denen die Wärme des Zusatzwerkstoffs für die Erhitzung der zu verbindenden Folienoberflächen auf Schweißtemperatur ausreicht. Während die bekannten Verfahren jedoch zur Durchführung in der Fabrikhalle bestimmt sind, wo die zu verbindenden Folien leicht genau gegeneinander positioniert werden können und stets gleichbleibende, günstige atmosphärische Bedingungen herrschen, hat die Erfindung es mit den Schwierigkeiten zu tun, die sich aus der oft ungleichmäßigen Lage der zu verbindenden Folien auf dem freien Erdboden und aus den stark wechselnden, ungünstigen atmosphärischen Bedingungen ergeben. Dies könnte zu dem Schluß führen, daß man. um jeden-
hr> falls die Zuführung hinreichender Wärmemenge sicherzustellen, eher mehr Zusal/werkstofl zuführt als weniger.
jedoch wurde fcstgestel
t. daß selbst bei Verwendung
einer solchen Zusut/.werkstoffmenge, wie sie dem Stund der Technik entspricht, eine Verschlechterung der Nahiqualiiäi gegenüber dem nahtfernen polienwcrks'.off eintritt. Es wurde erkannt, daß dies unmittelbar mit der Menge des Zusatzwerkstoffs zusammenhängt insofern, als die Menge des Zusatzwerks;offs denjenigen Zeitraum beeinflußt, innerhalb dessen der Nahtbereieh sich auf einer Temperatur befindet, in welcher er sich mechanisch ändern kann, beispielsweise durch Schrumpfung oder Kristallisation. Der Durchschnittsfachmann wäre zunächst geneigt anzunehmen, daß dieser Einfluß unabänderlich ist, weil für die Herstellung einer vorgegebenen Naht — unabhängig von der Art der Wärmezuführung — eine ganz bestimmte Wärmemenge zur Erhitzung der Nahtoberflächen auf Schweißtemperatur erforderlich ist, die nicht unterschritten werden kann. Jedoch hat die Erfindung erkannt, daß auch die Menge des Zusatzwerkstoffs, bezogen a-f die Menge des zugehörigen Folienmantels, einen Einfluß ausübt, weil die insgesamt gespeicherte Wärme unabhängig von der an den au verschweißenden Oberflächen erreichten Temperatur um so größer ist, je größer die Menge des Zusatzwerkstoffs ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß selbst im Fall ungünstiger Schweißbedingungen bei Folien eine einwandfreiere Nahtqualität erzielt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Folien oder Tafeln überlappend verschweißt werden und daß die Menge des zugeführten Schweißzusaizwerkstoffs und der Preßdruck so eingestellt werden, daß die verbleibende mittlere Dicke der Schicht des Zusatzwerkstoffs nicht größer als die Dicke der ggf. dünneren Folie oder Tafel ist.
Obwohl die Erfindung davon ausgeht, daß die Schweißwärme wie bei den eingangs erwähnten, fortschrittlichen Folienschweißverfahren allein durch den Zusatzwerksloff zugeführt werden könnte, verzichtet sie auf diese ebenso einfache wie bewährte Technik, reduziert statt dessen die Menge des zugeführten Werk-Stoffs entscheidend und gleicht den dadurch entstehenden Verlust an zugeführter Wärmemenge durch vorherige Erhitzung der zu verbindenden Folienoberflächen aus. Dabei erzielt sie den zusätzlichen Vorteil, daß durch die Vorerhitzung der Folien störende atmosphärische Einflüsse weitgehend eliminiert und der Strang des heißplastischen Zusatzwerkstoffs vor vorzeitiger und ungleichmäßig wechselnder Auskühlung bewahrt wird.
Angestrebt werden sollte eine Dicke der Schicht des Zusatzwerkstoffs von ein Drittel bis zwei Drittel der Dicke der Folien oder Tafeln bzw. der jeweils dünneren Folie oder Tafel. Für den in der Praxis besondsrs interessierenden Bereich von Foliendicken um 3 mm entspricht dies einer verbleibenden mittleren Dicke der Schicht des Zusatzwerkstoffs zwischen 1 und 2 mm.
Örtlich können sich von der mittleren Dicke selbstverständlich Abweichungen ergeben, zumal eine wesentliche Aufgabe des Zusatzwerkstoffes darin besteht, Abstandsunterschiede zwischen den zu verbindenden Oberflächen auszugleichen.
Vorteilhafterweise wird die Erhitzung der zu verbindenden Oberflächen abhängig von deren Temperatur gesteuert. Zu diesem Zweck ist /wischen den miteinander /u verbindenden Oberflächen an einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ein Organ zum Messen der Temperatur der Oberflächen angeordnet, wobei durch dieses Organ die Leistung der Erhitzungseinrichtuna steuerbar ist. Auf diese Weise läßt sich eine Anoassuiig an örtlich unterschiedliche thermische Verhältnisse erzielen, und zwar wesentlich rascher und genauer, als dies bei alleiniger Zufuhr der SchwclBwärme mittels des heißplastischen Strangs möglich wäre, weil dessen Temperatur nur sehr langfristig veränderbar ist.
Die Erhitzungseinrichtung umfaßt zweckmäßigerweise einen Infrarotstrahler und mindestens eine in Vorschubrichtung dahinter angeordnete Heißgasdüse. Der Vorteil einer solchen Anordnung besieht darin, daß Infrarotstrahler sich rasch und einfach regeln lassen, während die von der Heißgasdüse erzeugte Heißluftwclke den ihr folgenden Bereich vor zu starker Abkühlung schützt und sich dabei in großem Abstand von den Temperaturmeßgeräten befindet.
Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel in einem schematischen Längsschnitt durch den Schweißbereich der Schweißvorrichtung veranschaulicht.
Auf dem Untergrund 1 liegt die Folie 2 auf, die mit der sie überlappenden Folie 3 verschweißt werden soll. Die nichtgezeigte Schweißvorrichtung, die man sich als einen längs der Naht fahrbaren Wagen vorstellen kann, trägt Finger 4, mit der sie die obere Folie 3 von der unteren Folie 2 abhebt, um die Erhitzungseinrichtung und eine Extruderdüse 6 zwischen die beiden Folien in den Schweißbereich einführen zu können. Die Erhitzungseinrichtung besteht aus einem Infrarotstrahler 5 und zwei nachfolgend angeordneten Heißluftdüsen 12, von denen die erste die Heißluft von beispielsweise 27O°C hauptsächlich gegen die Oberflächen 7 richtet, während der von der zweiten Düse ausgestoßene Heißluftstrom auch noch eine Komponente entgegen der Vorschubrichtung aufweist. Die von dieser Düse im weiteren Umkreis erzeugte Heißluftwolke schützt auch bis zu einem gewissen Grade den Bereich zwischen der Heißluftdüse und der Preßstelle 11 vor zu starker Abkühlung.
In Vorschubrichtung 10 vor dem Infrarotstrahler 5 ist ein Strahlungsmeßgerät 13 angeordnet, das die Temperaturen der einander zugewendeten Oberflächen der Folien 2 und 3 mißt. Die Meßdaten werden einem automatisch arbeitenden Regler zugeführt, der die Heizleistung des Infrarotstrahlers 5 und/oder der Heißiuftdüse 12 derart steuert, daß sich auch bei unterschiedlichsten Anfangstemperaturen der Folien 2 und 3 im Bereich 11 etwa gleiche Schweißbedingungen einstellen. Statt der Verwendung eines automatischen Steuergerätes könnte selbstverständlich auch eine optische Anzeige der Oberflächentemperatur in Verbindung mit manueller Verstellbarkeit der Heizleistung vorgesehen sein.
Aus der Düse 6 tritt ein Strang 8 des Schweißzusatzwerkstoffs kontinuierlich und gleichbleibend aus. Unter der Druckrolle 9 werden die beiden Folien unter Breitquetschung des Schweißzusalzwerkstoffs gegen den Untergrund 1 gepreßt.
Die genannten Vorrichtungsteile, nämlich die Finger 4, die Erhitzungseinrichtung 5, 12, die Düse 6 und die Achse der Rolle 9 sind miteinander fest verbunden und werden gemeinsam in Vorschubrichtung 10 kontinuierlich bewegt.
Die Vorschubgeschwindigkeit und die von der Erhitzungseinrichtung 5, 12 auf die Oberflächen 7 übertragene Wärmemenge werden so bemessen, daß diese Oberflächen im Bereich 11, in welchem sie miteinander bzw. dem Strang 8 des Schweißzusatzwerkstoffs in Berührung kommen, ausreichende Temperatur besitzen, ohne daß die den Oberflächen 7 abgewandte Seite uner-
wünscht stark erwärmt wird.
Bei der Verschweißung von etwa 3 mm dicken Polyäthylenplatten wird beispielsweise eine Vorschubgeschwindigkeit von 0,4 bis 1 Meter pro Minute angewendet. 5
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum kontinuierlichen Verschweißen von großflächigen thermoplastischen Kunststoffolien oder -tafeln, bei dem die einander zugewendeten Oberflächen der Folien oder Tafeln vor dem Einbringen eines heißplastischen Schweißzusatzwerkstoffes erhitzt werden und bei dem die Folien oder Tafeln mit dem Schweißzusatzwerkstoff zusammengepreßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien oder Tafeln überlappend verschweißt werden und daß die Menge des zugeführten Schweißzusatzwerkstoffs und der Preßdruck so eingestellt werden, daß die verbleibende mittlere Dicke der Schicht des Zusatzwerkstoffes nicht größer als die Dicke der ggf. dünneren Folie oder Tafel ist.
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibende mittlere Dicke der Schicht zwischen einem und zwei Dritteln der Dicke der ggf. dünneren Folie oder Tafel ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibende mittlere Dicke der Schicht zwischen 1 und 2 mm liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der zu verbindenden Oberflächen abhängig von deren Temperatur gesteuert wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Extruder zum Erzeugen eines heißplastischen Schweißzusatzwerkstoffes, einer mit dem Extruder verbundenen Düse zum Einbringen des Schweißzusatzwerkstoffes zwischen die Oberflächen der zu verbindenden Folien oder Tafeln, mit Andruckrollen zum Zusammendrücken der Folien oder Tafeln und des Schweißzusatzwerkstoffs und mit Mitteln zum Erwärmen im Schweißbereich, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erwärmen als Erhitzungseinrichtung (5,12) für die zu verbindenden Oberflächen (7) ausgebildet sind, daß zwischen den Oberflächen ein Organ (13) zum Messen der Temperatur der Oberflächen angeordnet ist und daß durch das Organ die Leistung der Erhitzungseinrichtung steuerbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzungseinrichtung einen Infrarotstrahler (5) und mindestens eine in Vorschubrichtung dahinter angeordnete Heißgasdüse (12) umfaßt.
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