DE29921650U1 - Schweißgerät zum Verschweißen von Kunststoffwerkstücken - Google Patents

Description

Beschreibung; Weqener GmbH, Vaalser Str. 81. D-52074 Aachen

Schweißgerät zum Verschweißen von Kunststoffwerkstücken

Die Erfindung betrifft ein Schweißgerät zum Verschweißen von Kunststoffwerkstücken mit Hilfe von plastifiziertem Kunststoffmaterial, mit einer Plastifiziereinrichtung, die einen Förderkanal und eine sich durch diesen erstrekkende Förderschnecke aufweist, welche von einem Motor angetrieben ist und aus einer Schneckenwelle und wenigstens einem über deren Außenseite schraubenförmig verlaufenden Schneckensteg besteht.

Solche Schweißgeräte sind beispielsweise aus der DE-OS 28 23 171, DE-32 21 492 Cl, DE-36 16 296 Al, DE-41 19 137 Cl, DE-42 36 281 C2, EP-O 637 497, DE-38 08 723 Cl, EP-O 663 277 Al, DE-297 18 972.7, DE-38 35 250 Cl, DE-298 18 696.9 und DE-299 01 500.9 bekannt. Sie werden zum Verschweißen von Kunststoffplatten oder dergleichen Kunststoffwerkstücken verwendet. Sie weisen einen Antrieb in Form oder ähnlich einer Handbohrmaschine auf, der mit einem darauf abnehmbar aufgesetzten Vorsatzgerät versehen ist. Im wesentlich in Längsrichtung durch dieses Vorsatzgerät geht ein Durchgangskanal, der zunächst durch eine Fördereinrichtung zum Transport des Kunststoffausgangsmaterials und dann durch eine Plastifi-

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ziereinrichtung zur Plastifizierung dieses Kunststoffmaterials geht.

Die Fördereinrichtung weist eine sich axial erstreckende Förderschraube auf, die von einem Motor in Drehbewegung versetzbar ist. Der Durchgangskanal verläuft in der Fördereinrichtung parallel zur Achse dieser Förderschraube und ist an den Durchmesser eines Drahtes aus thermoplastischem Kunststoffmaterial derart angepaßt, daß der Draht beim Einführen über eine Einführöffnung von der Schraubenverzahnung der Förderschraube erfaßt und in axialer Richtung parallel zu deren Achse eingezogen und transportiert wird. Über den Umfang der Förderschraube können auch mehrere Durchgangskanäle vorgesehen sein, um den Einzug von Drähten verschiedener Durchmesser oder den gleichzeitigen Einzug von mehreren Drähten zu ermöglichen. Statt eines Drahtes kommt auch der Einsatz von Kunststoffgranulat in Frage.

In der Plastifiziereinrichtung setzt sich der Durchgangskanal fort. Durch diesen Kanal erstreckt sich eine Förderschnecke, die mit der Förderschraube der Fördereinrichtung drehfest verbunden und deshalb ebenfalls von dem Motor angetrieben ist. Die Förderschnecke weist einen oder mehrere, über die Außenseiten schraubenförmig verlaufenden Schneckensteg(e) auf, der bis zur Innenseite des Schneckenkanals reicht. Die Plastifiziereinrichtung hat gewöhnlich drei in Förderrichtung hintereinander liegende Abschnitte, nämlich eingangsseitig zunächst eine Einzugszone, in der das zerkleinerte Kunststoffmaterial

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in die Plastifiziereinrichtung hineintransportiert wird, eine Kompressions- und Aufschmelzzone, in der das Kunststoffmaterial durch Kompression und Reibung sowie gegebenenfalls mit Unterstützung durch eine Heizeinrichtung auf eine solche hohe Temperatur gebracht wird, daß es in den plastischen Zustand übergeht und homogenisiert, sowie eine Druck- und Ausstoßzone, in der das plastifizierte Kunststoffmaterial weiter homogenisiert und der Ausstoßdruck aufgebaut wird. Die Plastifiziereinrichtung läuft in einen Schweißschuh aus, der an die jeweilige Schweißsituation angepaßt ist und über den das Kunststoffmaterial ausgestoßen wird.

Zur Beeinflussung des Förder- und Aufschmelzvorgangs wird die Schneckenwelle über ihre gesamte Länge, zumindest jedoch in Teilbereichen konisch in der Weise ausgebildet, daß sich der freie Querschnitt, in dem sich das Kunststoff material befindet, in Förderrichtung verengt. Die hierdurch bewirkte Komprimierung sorgt einerseits für die Erhitzung des Kunststoffmaterials und andererseits für den Aufbau des Ausstoßdrucks.

Allerdings hat sich gezeigt, daß eine bestimmte Auslegung eine Plastifiziereinrichtung nicht bei allen Kunststoffmaterialien zu optimalen Ergebnissen führt. Eine Plastifiziereinrichtung, die bei Verwendung von z.B. Polyethylen-Kunststoffmaterial zu guten Schweißergebnissen führt, erhitzt andere Materialien, wie zum Beispiel Polypropylen, auf eine solch hohe Temperatur, daß das ausgestoßene

Material nur von minderer Qualität ist und deshalb auch die Schweißqualität nicht optimal ist.

Bei gattungsfremden Schweißgeräten wird in der Plastifiziereinrichtung vollständig auf eine Förderschnecke verzichtet. Über die eingangsseitige Fördereinrichtung wird ein unzerstückelter Kunststoffdraht in die Plastifiziereinrichtung hineingedrückt und dort plastifiziert, wobei der jeweils nachrückende Drahtabschnitt das plastifizierte Kunststoffmaterial bis zur Mündung im Schweißschuh vorwärts drückt (DE 298 18 757.4). Die Plastifizierung wird hier allein durch eine Heizeinrichtung bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißgerät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es materialunabhängiger eingesetzt werden kann, d.h. daß auch bei Zugabe verschiedener Kunststoffmaterialien ein gutes Schweißergebnis erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Förderschnecke wenigstens einen Abschnitt ohne durchgehenden Schneckensteg aufweist. Grundgedanke der Erfindung ist es somit, die Einwirkung des Schneckensteges auf das Kunststoffmaterial in einem oder mehreren Abschnitten des Schneckenkanals zu unterbrechen und die Förderwirkung in diesem Abschnitt bzw. diesen Abschnitten allein dem nachrückenden Kunststoffmaterial zu überlassen. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch die Temperaturerhöhung von Kunststoffmaterial wie Polypropylen in Grenzen gehalten werden kann, ohne daß in Kauf genommen werden muß, daß

bei anderen Kunststoffen wie beispielsweise Polyethylen die optimale Plastifizierungstemperatur nicht erreicht wird. Das erfindungsgemäße Schweißgerät ist deshalb für eine Vielzahl von Kunststoffen und damit auch für die Verschweißung von Kunststoffwerkstücken aus entsprechenden Kunststoffen geeignet.

In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schneckenwelle in dem Abschnitt bzw. den Abschnitten lediglich radiale Mischvorsprünge aufweist. Die Mischvorsprünge sorgen für eine Vermischung und Homogenisierung des Materials in dem fraglichen Abschnitt bzw. den Abschnitten, ohne dabei eine wesentliche Temperaturerhöhung zu erzeugen. Dabei sollten die Mischvorsprünge so geformt sein, daß sie keine oder keine wesentliche Förderwirkung haben. Dies kann am einfachsten dadurch geschehen, daß der Schneckensteg in einzelne, stachelartige Segmente aufgeteilt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der freie Querschnitt des Förderkanals in dem Abschnitt bzw. den Abschnitten gleich bleibt oder in Förderrichtung eine Querschnittsreduzierung auf maximal 50% aufweist. Eine Kompression sollte also - wenn überhaupt nur in begrenztem Umfang stattfinden. Der Abschnitt bzw. die Abschnitte sollten eine Länge von 15 bis 50 % der Förderschnecke einnehmen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß sich an den Abschnitt bzw. den Abschnitten zumindest

eingangsseitig Förderabschnitte anschließen, d.h. daß der Abschnitt bzw. die Abschnitte, in denen kein durchgehender Schneckensteg vorhanden ist, nicht an den Enden der Plastifiziereinrichtung vorgesehen ist bzw. sind.

Der eingangsseitige Förderabschnitt kann 10 bis 85 % der Gesamtlänge der Förderschnecke einnehmen. Hier kann eine Querschnittsreduzierung auf bis zu 25% seines Ausgangsquerschnitts vorgesehen sein, um das Kunststoffmaterial zu komprimieren und aufzuheizen. Der ausgangsseitige Förderabschnitt kann 10 bis 40 % der Gesamtlänge der Förderschnecke einnehmen und eine Querschnittsreduzierung auf maximal 25% seines Ausgangsquerschnitts aufweisen.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Sie zeigt den als Vorsatzgerät 1 ausgebildeten vorderen Teil eines erfindungsgemäßen Schweißgerätes zum größten Teil im Längsschnitt. Das Vorsatzgerät 1 besteht im wesentlichen aus einer Fördereinrichtung 2 und einer sich daran anschließenden Plastifiziereinrichtung 3 mit einer Ausstoßöffnung 4 an deren freien Ende. Im Bereich der Fördereinrichtung 2 weist das Vorsatzgerät 1 eine Anschlußkupplung 5 auf, über die es mit einem hier nicht näher dargestellten, bohrmaschinenartigen Antrieb verbindbar ist (vgl. DE-298 18 757.4), der einen Elektromotor aufweist.

Das Vorsatzgerät 1 hat ein Außengehäuse 6. Dieses Außengehäuse 6 ist im Übergangsbereich zwischen Fördereinrichtung 2 und Plastifiziereinrichtung 3 geteilt ausgebildet

und umfaßt einen die Fördereinrichtung 2 aufnehmenden ersten Gehäuseabschnitt 7 und einen die Plastifiziereinrichtung umschließenden zweiten Gehäuseabschnitt 8. Die beiden Gehäuseabschnitte 7 und 8 sind miteinander verschraubt, wobei hier lediglich die Schraubenkanäle 9, 10 dargestellt sind. Im Bereich der Fördereinrichtung 2 ist das Außengehäuse 6 erweitert, und es weist dort eine zylindrische Bohrung 11 auf, in die eine hier nur schematisch dargestellte Förderschraube 12 eingesetzt ist. Die Förderschraube 12 ist über einen Zapfen 13 mit dem Antrieb verbindbar. Sie weist - was hier nicht sichtbar ist - ein außenseitiges Gewinde auf, über das ein seitlich eingeführter Kunststoffdraht in Richtung auf die Plastifiziereinrichtung 3 transportiert werden kann.

Die Plastifiziereinrichtung 3 weist einen Schneckenkanal 14 gleichbleibenden Durchmessers auf. Diesen Schneckenkanal 14 durchsetzt eine Förderschnecke 15. Sie ist über einen in die Förderschraube 12 einfassenden Gewindezapfen 16 mit dieser verbunden, d.h. die Förderschnecke 15 hat über die Förderschraube 12 eine drehfeste Verbindung mit dem Motor.

Die Förderschnecke 15 weist eine Schneckenwelle 16 auf, die über einen in die Förderschraube 12 hineinreichenden Gewindezapfen 17 mit diesem verbunden ist, d.h. die Schneckenwelle 16 wird über die Förderschraube 12 von dem Motor angetrieben. Um die Schneckenwelle 16 herum erstreckt sich ein insgesamt mit 18 bezeichneter Schneckensteg. Der Schneckensteg 18 hat einen eingangsseitigen er-

sten Stegabschnitt 19, der eine starke Steigung hat und sich über die bei B endende Eingangszone erstreckt. Er dient der Einbringung der Kunststoffteilchen - entweder des zugeführten Granulats oder des zuvor in der Fördereinrichtung 2 zerkleinerten Drahtmaterials - in die Plastifiziereinrichtung 3. In der Eingangszone hat die Schneckenwelle 16 konstanten Querschnitt.

An die Eingangszone schließt sich eine Kompressions- und Aufschmelzzone an, die sich zwischen B und C erstreckt. Hier ist ein zweiter Stegabschnitt 20 vorgesehen, der eine geringere Steigung als der erste Stegabschnitt 19 hat. Die Schneckenwelle 16 hat hier einen sich in Förderrichtung (Pfeil A) leicht konisch erweiternden Querschnitt. Das Kunststoffmaterial in der Kompressions- und Aufschmelzzone wird aufgrund der Scherwirkung des zweiten Stegabschnitts 20 und der gleichzeitigen Komprimierung infolge der Querschnittsreduzierung des Ringkanals zwischen Schneckenwelle 16 und Schneckenkanal 14 soweit erwärmt, daß es plastifiziert. Um einer zu starken Erwärmung entgegenzuwirken, weist der zweite Gehäuseabschnitt 8 vornehmlich in der Kompressions- und Aufschmelzzone sich axial erstreckende Kühlrippen 21, 22 auf.

In der sich anschließenden zwischen C und D erstreckenden Mischzone ist der Schneckensteg 18 unterbrochen. Es sind nur noch stachelartige Stegsegmente - beispielhaft mit 23 bezeichnet - vorhanden, die praktisch keine Förderwirkung entfalten, jedoch das in der Mischzone vorhandene Kunststoffmaterial durchmischen und hierdurch homogenisieren

sowie vollständig aufschmelzen. Der Querschnitt der Schneckenwelle 16 bleibt hier konstant oder hat allenfalls eine geringe Konizität mit Querschnittsverkleinerung in Förderrichtung (Pfeil A), so daß in der Mischzone allenfalls eine geringe Komprimierung stattfindet. Zur Unterstützung der Mischwirkung ragen von der Innenwand des Schneckenkanals 14 Stacheln - beispielhaft mit 24 bezeichnet - in den Schneckenkanal 14 hinein.

An die bei D endende Mischzone schließt sich eine Druck- und Ausstoßzone an. Hier ist die Schneckenwelle 16 wieder mit einem Schneckensteg 18 in Form eines dritten Stegabschnittes 25 versehen, welcher die gleiche Steigung hat wie der zweite Stegabschnitt 20. Die Schneckenwelle 16 hat in dieser Zone Zylinderform oder allenfalls eine leichte Konizität. Die Zone dient einerseits dem Aufbau des Ausstoßdruckes und andererseits der Homogenisierung des plastifizierten Kunststoffmaterials. Die Schneckenwelle 16 endet konisch zugespitzt in Anpassung an den sich dort konisch verengenden Schneckenkanal 14, der dann in die Ausstoßöffnung 4 übergeht.

Die Druck- und Ausstoßzone ist von einem Heizmantel 26, 27 umgeben, der elektrisch beheizt werden kann und das Kunststoffmaterial auf die optimale Ausstoßtemperatur bringt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung insbesondere der Förderschnecke 15 sorgt dafür, daß Kunststoffmaterial wie PoIypoylen, das dazu neigt, sich durch Scherung und Kompres-

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sion stark zu erwärmen, nicht zu heiß wird und demgemäß mit einer optimalen Temperatur austritt, was für die Qualität der Verschweißung wichtig ist. Kunststoffmaterial wie Polyethylen, das sich unter der Einwirkung von Scherung und Kompression weniger stark erhitzt, erhält seine endgültige Plastifizierungstemperatur durch den Heizmantel 26, 27 und hat deshalb ebenfalls eine optimale Austrittstemperatur. Das erfindungsgemäße Schweißgerät läßt sich folglich mit verschiedenartigen Kunststoffen betreiben und kann deshalb auch zur Verschweißung von Werkstükken aus unterschiedlichen Kunststoffen verwendet werden.

Claims (12)

1. Schweißgerät zum Verschweißen von Kunststoffwerkstücken mit Hilfe von plastifiziertem Kunststoffmaterial, mit einer Plastifiziereinrichtung (3), die einen Förderkanal (14) und eine sich durch diesen erstreckende Förderschnecke (15) aufweist, welche von einem Motor angetrieben ist und aus einer Schneckenwelle (16) und wenigstens einem über deren Außenseite schraubenförmig verlaufenden Schneckensteg (18) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (15) wenigstens einen Abschnitt (C-D) ohne durchgehenden Schneckensteg (18) aufweist.

2. Schweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenwelle (16) in dem Abschnitt (C-D) bzw. den Abschnitten lediglich radiale Mischvorsprünge (23) aufweist.

3. Schweißgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorsprünge (23) so geformt sind, daß sie keine Förderwirkung haben.

4. Schweißgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abschnitt (C-D) bzw. den Abschnitten von der Innenseite des Förderkanals (14) radiale Vorsprünge (24) vorstehen.

5. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt des Förderkanals (14) in dem Abschnitt (C-D) bzw. den Abschnitten gleichbleibend ist oder in Förderrichtung eine Querschnittsreduzierung auf maximal 50% aufweist.

6. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (C-D) bzw. die Abschnitte eine Länge von 15 bis 50% der Förderschnecke (15) aufweist.

7. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Abschnitt (C-D) bzw. den Abschnitten zumindest eingangsseitig Förderabschnitte anschließen.

8. Schweißgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der eingangsseitige Förderabschnitt 10 bis 85% der Gesamtlänge der Förderschnecke (15) einnimmt.

9. Schweißgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eingangsseitige Förderabschnitt in Förderrichtung eine Querschnittsreduzierung von bis zu 25% des Ausgangsquerschnitts dieses Förderabschnitts hat.

10. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgangsseitige Förderabschnitt bis zu 40% der Gesamtlänge der Förderschnecke (15) einnimmt.

11. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgangsseitige Förderabschnitt eine Querschnittsreduzierung auf maximal 25% seines Ausgangsquerschnitts aufweist.

12. Schweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am ausgangsseitigen Ende der Schneckenwelle in den Förderkanal (14) hineinreichende Vorsprünge angeordnet sind.