DE3640187C2 - - Google Patents

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DE3640187C2
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plastic
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DE3640187A
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Peter 6753 Enkenbach De Greller
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Pfaff Industriemaschinen 6750 Kaiserslautern De GmbH
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Description

Die Erfindung betrifft eine Kunststoff-Schweißmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine durch die DE-PS 7 32 156 bekannte Kunststoff-Schweißmaschine zum überlappten Verschweißen zweier thermoplastischer Kunststoffolien weist einen elektrisch beheizten Heizkeil auf, der während des Schweißvorganges in stetigem Kontakt mit den Folien steht. Ein mit geringem Abstand hinter dem Heizkeil angeordnetes, angetriebenes Druckrollenpaar bewirkt einen kontinuierlichen Transport der Folien und ein Zusammenpressen der erweichten Folienabschnitte wodurch diese homogen miteinander verbunden werden. Der Heizkeil besteht aus Silber und damit aus einem Werkstoff mit einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit. Auf diese Weise erfolgt eine vergleichsweise sehr rasche Wärmeübertragung vom Heizkeil auf die Folien, so daß der Schweißvorgang mit verhältnismäßig großer Vorschubgeschwindigkeit durchgeführt werden kann.
Derartige Schweißmaschinen haben sich für das Verschweißen von bestimmten thermoplastischen Kunststoffolien, wie z. B. PVC-Folien, gut bewährt, da sich einerseits die Schweißnaht ebenflächig und verzerrungsfrei herstellen läßt und andererseits auch in den an die Schweißnaht angrenzenden Randzonen keine Verzerrungen auftreten. Dagegen kann es beim Verschweißen von Polyäthylen- und Polypropylenfolien vorkommen, daß in den Rändern der Schweißnaht und den an die Schweißnaht angrenzenden Randzonen wellenartige Verformungen auftreten, die das Aussehen und ggf. die Gebrauchsfähigkeit des geschweißten Gegenstandes ganz erheblich beeinträchtigen.
Das unterschiedliche Schweißverhalten dieser Kunststoffolien ist dadurch begründet, daß PVC amorph strukturiert ist, Polyäthylen und Polypropylen dagegen eine teilkristalline Struktur aufweisen. Da bei einer teilkristallinen Struktur im Gegensatz zu einer amorphen Struktur während des Erwärmens im Schweißnahtbereich und in abgeschwächter Form auch in dem unmittelbar angrenzenden Randbereich eine Strukturveränderung eintritt, die sich während des anschließenden Abkühlvorganges wieder zurückbildet, könnte es während der Abkühlphase zu Störungen bei der Rückbildung des teilkristallinen Gefüges kommen, welche die genannten wellenförmigen Verformungen hervorrufen.
Durch die DE-OS 35 35 759 ist ein Schweißgerät bekannt, das zum Herstellen von mindestens zwei im Abstand angeordneten Schweißnähten in Kunststoffbahnen dient, wobei jeder Schweißnaht ein eigener Schweißkeil zugeordnet ist. In jedem Schweißkeil sind voneinander getrennte und unabhängig voneinander thermostatisch steuerbare Heizelemente angeordnet, wodurch für jede Schweißnaht die exakt gleiche Schweißtemperatur eingestellt werden kann. Jeder der beiden Schweißkeile hat ein ähnliches Wärmeübertragungsverhalten wie der Schweißkeil der vorgenannten Schweißmaschine, so daß auch sie für das Verschweißen von teilkristallin strukturierten Kunststoffolien ungeeignet sind.
Die FR-PS 916 403 offenbart mehrere Ausführungsbeispiele einer Schweißvorrichtung für Kunststoffolien, die zwei klammerartig angeordnete Schweißbacken aufweist, von denen der obere beheizbar ist. Der Schweißvorgang erfolgt in der Weise, daß die zu verschweißenden Folien zwischen den beiden Schweißbacken eingespannt werden, worauf die gesamte Schweißnaht in einem Arbeitsgang durch gleichzeitige Anwendung von Wärme und Druck hergestellt wird. Durch Abschrägen und Abrunden des Kantenbereiches des beheizbaren Schweißbackens und den Aufbau dieses Schweißbackens aus zwei verschiedenen Materialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit wird erreicht, daß die von außen her gebildete vertieft liegende Schweißnaht zur Vermeidung von Kerbwirkungen schräg auslaufende Ränder aufweist. Da der beheizbare Schweißbacken eine Doppelfunktion ausübt, indem er sowohl zur Wärmeübertragung als auch zum Erzeugen des Schweißdruckes dient und zur Erzielung schräg auslaufender Schweißnahtränder eine teilweise abgeschrägte und abgerundete Druckfläche und zusätzlich zur Verstärkung deren Wirkung aus zwei Materialien mit unterschiedlichen Wärmeübertragungsverhalten besteht, konnte er keine Anregung zur Überwindung der beim Schweißen von teilkristallin strukturierten Kunststoffolien auftretenden Probleme geben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einem Heizkeil versehene Kunststoff-Schweißmaschine zu schaffen, die auch für die einwandfreie Verarbeitung teilkristallin strukturierter Kunststoffolien geeignet ist. Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruches 1 gelöst.
Durch die Maßnahme, den Heizkeil in wenigstens drei unmittelbar aneinander angrenzende Abschnitte zu unterteilen, von denen der mittlere aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht und die äußeren Abschnitte aus einem Werkstoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit bestehen, nimmt das Wärmeübertragungsvermögen von der Heizkeilmitte in Richtung seiner Seitenkanten ab. Auf diese Weise werden die zu verschweißenden Kunststoffolien im Mittenbereich des Heizkeiles aufgrund des in diesem Bereich großen Energieflusses stark erwärmt und in den Randbereichen wegen des dort geringeren Energieflusses weniger stark erwärmt, so daß während des Schweißens zwischen den erweichten Folienabschnitten im Bereich des Heizkeiles und den seitlich des Heizkeiles befindlichen Folienbereichen kein schroffer Temperatursprung sondern eine nahezu kontinuierliche Temperaturabsenkung stattfindet. Infolge des sich in einem größeren Folienbereich auswirkenden und damit flacheren Temperturgefälles erfolgt die Rückbildung der teilkristallinen Struktur nicht gleichzeitig über die gesamte Breite des erwärmten Bereiches, sondern beginnend von den seitlichen Randzonen allmählich in Richtung auf die Schweißnahtmitte, wodurch sich im Übergangsbereich zwischen dem Folienbereich, in dem zuvor die höchste Temperatur herrschte, und den nicht erwärmten Folienbereichen ein gleichmäßigeres Strukturgefüge einstellt. Auf diese Weise wird auch bei teilkristallin strukturierten Kunststoffolien eine ebenflächige, verzerrungsfreie Schweißnaht erzielt und die Bildung von wellenartigen Verformungen in den angrenzenden Randzonen verhindert.
Durch die Maßnahme nach Anspruch 2 ist gewährleistet, daß die im Bereich der zu bildenden Schweißnaht liegenden Folienabschnitte über die gesamte Breite der Schweißnaht auf die für eine einwandfreie Verschweißung erforderliche Temperatur erwärmt werden können.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer Schweißmaschine;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen teilweise geschnittenen Heizkeil;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Heizkeils nach Linie III-III der Fig. 2
Das Gehäuse der Schweißmaschine besteht aus einer Grundplatte (1), die eine vertikale Säule (2) trägt, einem Sockel (3) und einem Arm (4), der in einen Kopf (5) übergeht.
An einem am Kopf (5) befestigten Träger (6) ist eine obere angetriebene Druckrolle (7) und an der Säule (2) eine untere angetriebene Druckrolle (8) angeordnet.
An der Stirnseite des Kopfes (5) ist ein Träger (9) schwenkbar gelagert, auf dem ein sich im wesentlichen horizontal erstreckender Heizkeil (10) befestigt ist. Der Heizkeil (10) weist einen aus Silber gefertigten Schaft (11) auf, der in ein Keilstück (12) übergeht. Im vorderen, mit der Kante (13) abschließenden Teil des Keilstückes (12) sind in den Eckbereichen zwei an die Keilform angepaßte Einsätze (14, 15) befestigt, die aus rostfreiem Stahl bestehen. Auf diese Weise ist das Keilstück (12) in drei unmittelbar aneinander angrenzende, parallel zur Vorschubrichtung (V) verlaufende Abschnitte (16, 17, 18) unterteilt, von denen der mittlere Abschnitt (16) aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, während die äußeren Abschnitte (17, 18) aus einem Werkstoff mit sehr viel niedrigerer Wärmeleitfähigkeit bestehen.
Innerhalb des Schaftes (11) sind in bekannter Weise zwei elektrische Heizpatronen (19) angeordnet, die bis an das Keilstück (12) heranreichen. Der die Heizpatronen (19) aufnehmende Teil des Schaftes (11) ist durch eine Keramikschicht (20) und einen diese abdeckenden Blechmantel (21) umhüllt.
Die Funktionsweise ist folgende:
Die miteinander zu verschweißenden Kunststoffolien (F 1, F 2) werden überlappt zwischen die Druckrollen (7, 8) eingeführt, wobei die Überlappungsbreite im wesentlichen der Breite des mittleren Abschnittes (16) des Heizkeiles (10) entspricht. Anschließend wird der aufgeheizte Heizkeil (10) aus einer von den Druckrollen (7, 8) entfernten Ruhestellung zwischen die beiden Folien (F 1, F 2) in eine dicht vor den Druckrollen (7, 8) gelegene Arbeitsstellung geschwenkt, wodurch der vordere Teil des Keilstückes (12) mit den Folien (F 1, F 2) in Berührung tritt. Dies hat zur Folge, daß die mit dem mittleren Abschnitt (16) in Berührung stehenden Folienteile aufgrund des durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Silbers bedingten großen Energieflusses sehr rasch auf die erforderliche Schweißtemperatur aufgeheizt werden, während die mit den äußeren Abschnitten (17, 18) in Berührung stehenden Folienteile aufgrund des durch die sehr viel niedrigere Wärmeleitfähigkeit des rostfreien Stahles bedingten kleinen Energieflusses in der gleichen Zeit auf eine deutlich geringere Temperatur erwärmt werden.
Der Antrieb der Druckrollen (7, 8) wird so in Abhängigkeit vom Einschwenken des Heizkeiles (10) eingeschaltet, daß der Vorschub der Kunststoffolien (F 1, F 2) dann einsetzt, wenn die mit dem mittleren Abschnitt (16) in Berührung stehenden Folienteile erweicht sind. Die erweichten Folienteile werden nun durch die Druckrollen (7, 8) zusammengepreßt, wodurch sie zu einer Schweißnaht (N) miteinander verbunden werden, deren Breite im wesentlichen der Breite des mittleren Abschnittes (16) des Heizkeiles (10) entspricht.
Der vom Heizkeil (10) ausgehende Energiefluß und die Umfangsgeschwindigkeit der Druckrollen (7, 8) sind so aufeinander abgestimmt, daß der Schweißvorgang kontinuierlich abläuft.
Nach Bildung der Schweißnaht (N) kühlen sich die erwärmten Folienteile wieder ab. Da sich die Erwärmung der Folien (F 1, F 2) nicht auf den Überlappungs- bzw. den Schweißnahtbereich beschränkte, sondern beiderseits dieses Bereiches je eine im wesentlichen der Breite der äußeren Abschnitte (17, 18) entsprechend breite Randzone (R 1, R 2) auf eine niedrigere Temperatur mit erwärmt wurde, erfolgt die Abkühlung von diesen Randzonen (R 1, R 2) ausgehend, zeitverzögert fortschreitend in Richtung auf die Schweißnahtmitte. Aufgrund des allmählich ablaufenden Abkühlungsvorganges bildet sich bei teilkristallin strukturierten Kunststoffolien im Übergangsbereich zwischen dem nicht beheizten Folienbereich und der Schweißnaht (N) ein verhältnismäßig gleichmäßiges Strukturgefüge aus, was dazu führt, daß in diesem Bereich keine Verformung der Folien auftritt.

Claims (2)

1. Kunststoff-Schweißmaschine zum nahtförmigen Verbinden von teilkristallin strukturierten Kunststoffolien mit einem mit diesen während des Schweißvorganges in stetigem Kontakt stehenden Heizkeil und einem zum Erzeugen des Schweißdruckes und eines kontinuierlichen Vorschubes dienenden Druckrollenpaar, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkeil (10) in wenigstens drei unmittelbar aneinander angrenzende, parallel zur Vorschubrichtung (V) verlaufende Abschnitte (16, 17, 18) unterteilt ist, daß der mittlere Abschnitt (16) aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht und daß die äußeren Abschnitte (17, 18) aus einem Werkstoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit bestehen.
2. Kunststoff-Schweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt (16) im wesentlichen der Breite der herzustellenden Schweißnaht (N) entspricht.
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