DE4033646C1 - Process for welding plate shaped rigid plastic sections - includes overlapping sections, heating without applying pressure until plastified and applying pressure - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stirnseitigen Verschweißen von insbesondere im Bereich der Verschweißung plattenförmigen, steifen Kunststoffteilen aus einem faserverstärkten Thermoplast. Sie betrifft ferner eine Schweißvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer eine Stützebene definierenden Abstützung für zwei in Überlappung bringbare Kunststoffteile, wobei eine Heizeinrichtung zur Erhitzung wenigstens des Überlappungsbereichs der beiden Kunststoffteile vorgesehen ist.

Beim sogenannten Heizelementschweißen (Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, 1978, Band 15, Seite 340) werden Kunststoffplatten aus einem Thermoplast an den zu verbindenden Stirnseiten durch ein Heizelement bis zur Plastifizierung erwärmt und dann durch Anpreßdruck miteinander verbunden. Dies geschieht in Schweißeinrichtungen, wie sie beispielsweise in dem DE-GM 85 31 748.9 beschrieben sind. Solche Schweißeinrichtungen weisen einen langgestreckten Grundrahmen auf, an dessen Oberseite zwei sich jeweils in Längsrichtung parallel erstreckende Spanneinrichtungen angeordnet sind. Diese Spanneinrichtungen sind in Querrichtung synchron zueinander bewegbar und bestehen im wesentlichen jeweils aus einem in Längsrichtung sich erstreckenden Spanntisch und einem darüber angeordneten, sich ebenfalls in Längsrichtung erstreckenden Spannbalken. Jeder Spannbalken ist mit einer Vielzahl von in Längsrichtung nebeneinander angeordneten, auf den zugehörigen Spanntisch absenkbaren Spannplatten versehen.

Zwischen den Spanneinrichtungen befindet sich eine sich ebenfalls in Längsrichtung erstreckende Einheit aus einem Heizschwert und einem Anschlagbalken, wobei der Anschlagbalken unterhalb des Heizschwertes angeordnet ist. Diese Einheit sitzt auf mehreren, vertikalen Führungsstangen, die über Pneumatikzylinder vertikal verfahrbar sind.

Ein Schweißvorgang auf einer solchen Schweißeinrichtung wird dadurch eingeleitet, daß die Spanneinrichtungen gegen den Anschlagbalken verfahren werden. Es werden dann die Kunststoffplatten in die Spanneinrichtung derart eingelegt, daß sie an dem Anschlagbalken zur Anlage kommen. Nach Festklemmen der Kunststoffteile durch Absenken der Spannplatten gegen den jeweiligen Spanntisch werden die Spanneinrichtungen auseinandergefahren und der Anschlagbalken aus dem Spalt so weit heruntergefahren, bis das Heizschwert auf Höhe der zu verschweißenden Kunststoffplatten liegt. Die Spanneinrichtungen werden dann wieder gegeneinander bewegt, bis die Kunststoffteile mit ihren zu verbindenden Kanten an dem Heizschwert anliegen. Sie erhitzen sich an dem Heizschwert und werden dann nach Wegfahren des Heizschwertes unter Aufbringung eines Schließdruckes durch die Spanneinrichtung gegeneinander gepreßt. Nach dem Erkalten ist die Verbindung zwischen den Kunststoffteilen fertig.

In der DE-OS 36 05 136 ist ein Verfahren zum Verschweißen von flexiblen Förderbandenden bekannt, bei dem die zusammengeführten Förderbandenden an der Verbindungsstelle zwischen beheizbaren Preßbacken eingespannt werden. Durch Erwärmen der Preßbacken werden die beiden Enden des aus wenigstens einer Lage aus gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff bestehenden Förderbandes durch Verflüssigung des thermoplastischen Kunststoffmaterials und anschließendes Abkühlen miteinander verschweißt. Bei der Weiterentwicklung dieses Verfahrens werden in die Stirnseiten der Förderbandenden Ausnehmungen in Form von Überlappungsstegen eingeformt, die beim Zusammenfügen einen Überlappungsbereich ergeben. Diese Ausnehmungen werden dadurch hergestellt, daß das zweilagig ausgebildete Förderband zunächst zwischen diesen Lagen gespalten und dann nur eine der Lagen quer durchgeschnitten wird.

Beide vorgenannten Verfahren eignen sich nicht für das Verschweißen von plattenförmigen, steifen Kunststoffteilen aus einem faserverstärkten Thermoplast. Solche Kunststoffteile - verstärkt mit Glas-, Kohlenstoff- oder Graphitfasern - werden jedoch zunehmend verwendet, und zwar sowohl mit Kurzfasern als auch mit Endlosfasern. Im letzteren Fall können die Fasern in Mattenform entweder regellos oder als Faserstränge oder -bändchen vorliegen, die zu Gewebematten verarbeitet sind. Insbesondere bei neueren Kunststoffen mit hohen Verarbeitungstemperaturen, wie beispielsweise PEEK (Polyetheretherketon) , PPS (Polyphenylensulfid) oder PEI (Polyetherimid), werden häufig Faserverstärkungen verwendet und ergeben dann hochfeste Kunststoffteile, die vor allem im Flugzeugbau zur Anwendung kommen. Mit solchen Kunststoffteilen gelingt das bekannte Heizelementschweißen nicht. Die Schweißnaht hat dann eine so geringe Festigkeit, daß das damit hergestellte Bauteil unbrauchbar ist.

Es ist deshalb ein Verfahren zum Verschweißen der Stirnflächen Von Kunststoffteilen entwickelt worden, das Gegenstand der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 39 13 723.6 ist und das die besonderen Anforderungen bei der Verschweißung von faserverstärkten Thermoplasten berücksichtigt. Bei diesem Verfahren werden in die Stirnseiten der Kunststoffteile bis in die faserverstärkten Bereiche hinein Ausnehmungen dergestalt eingeformt, daß sich gegenseitig ergänzende Überlappungsstege gebildet werden, die beim Zusammenfügen der Kunststoffteile einen Überlappungsbereich ergeben. Nach dem Zusammenfügen wird der mittels Heizschwertern der Bereich der Schweißnaht bis zur Plastifizierung mit Schmelzwärme beaufschlagt, wobei gleichzeitig ein Druck in zwei Richtungen auf die Schweißnaht ausgeübt wird, und zwar einerseits gegeneinander gerichtet und andererseits quer zur Ebene der Kunststoffteile. Es werden also nicht mehr - wie bei dem bekannten Heizelementschweißen - allein die Stirnseiten der Kunststoffteile miteinander verbunden, sondern es werden im Randbereich beider Stirnseiten komplementäre Ausnehmungen eingeformt, beispielsweise eingefräst, so daß Überlappungsstege in einem Überlappungsbereich entstehen, die beim Zusammenfügen der Kunststoffteile übereinander bzw. nebeneinander zu liegen kommen. Erst dann wird gleichzeitig Wärme und Druck auf den Überlappungsbereich ausgeübt, und zwar der Druck in zwei zueinander senkrecht stehenden Ebenen.

Mit diesem Verfahren konnten erstmals Kunststoffteile aus faserverstärktem Thermoplast stirnseitig so miteinander verschweißt werden, daß die Schweißnaht eine brauchbare Festigkeit erhielt. Den Kunststoffteilen konnten neue Anwendungsgebiete eröffnet werden. Allerdings zeigte sich bei der praktischen Ausführung, daß es insbesondere bei der Verarbeitung von Thermoplasten, die zu ihrer Plastifizierung hohen Temperaturen bis über 400°C ausgesetzt werden müssen, daß die für die Erhitzung und gleichzeitige Druckausübung verwendeten Heizschwerter an dem Überlappungsbereich und damit an den Kunststoffteilen hängen blieben und nur mit Gewalt voneinander gelöst werden konnten, was im Regelfall eine Zerstörung der Schweißnaht zur Folge hatte. Dies geschah auch, wenn die Heizschwerter entsprechend der Lehre nach dem DE-GM 89 05 278.1 an der Anlagefläche mit einer Nickelbasishartlegierung beschichtet waren. Versuche mit anderen, antiadhäsiv wirkenden Beschichtungen, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen, schlugen gleichfalls fehl, da insbesondere letzteres Material der Erhitzung auf Temperaturen, die die obengenannten hochhitzebeständige Thermoplaste zum Schmelzen bringen, nicht standhält.

Ein weiterer Nachteil des Vorgängerverfahrens besteht darin, daß es insbesondere in Randbereich der Heizschwerter zu Delaminierungsvorgängen kam, die eine weitere Schwächung der Schweißnaht zur Folge hatte.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß auch Kunststoffteile aus faserverstärkten Thermoplasten, zu deren Plastifizierung sehr hohe Temperaturen notwendig sind, erfolgreich miteinander verschweißt werden können. Weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das eingangs genannte Verfahren gelöst, bei den die Kunststoffteile zur Überlappung gebracht und wenigstens der so gebildete Überlappungsbereich ohne zusätzliche Druckeinwirkung bis zur Plastifizierung erhitzt wird und danach der plastifizierte Bereich und beidseitig an diese anschließende Nachbarbereiche quer zur Ebene der Kunststoffteile mit Druck ohne zusätzliche Beheizung beaufschlagt werden.

Erfindungsgemäß ist man also hier auf ein zweistufiges Verfahren übergegangen, bei dem zunächst eine Erhitzung des Überlappungsbereichs bis zur Plastifizierung durchgeführt wird. Dabei ist es wesentlich, daß diese Erhitzung ohne zusätzliche Druckeinwirkung, allenfalls also mit dem Auflagegewicht eines Heizschwertes, aber doch vorzugsweise gewichtslos, durchgeführt wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Erhitzung - sofern sie von dabei verwendeten Heizschwertern bewirkt wird - nicht zum Anhaften führt, vielmehr die Heizschwerter problemlos gelöst werden können. Erst in einer zweiten Stufe findet dann eine Verpressung statt. Die hierfür verwendeten Preßstempel sind nicht beheizt, befinden sich also auf oder nahe der Umgehungstemperatur. Die hohe Temperaturdifferenz beim Druckanlegen der Stempel sorgt für ein schlagartiges Abkühlen zumindest der Berührungsflächen, so daß die Neigung zu Anhaftungen selbst nach starker Druckausübung drastisch herabgesetzt wird. Insbesondere eröffnet das zweistufige Verfahren die Möglichkeit, die Anlageflächen der Preßstempel mit antiadhäsiv wirkenden Materialien, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen, zu beschichten, selbst wenn deren Plastifizierungs- und/oder Zersetzungstemperatur weit unterhalb der Plastifizierungstemperatur des verarbeiteten Thermoplastes liegt.

Dabei hat es sich ferner als vorteilhaft erwiesen, daß die Druckausübung nicht auf den plastifizierten Bereich - in der Regel der Überlappungsbereich - beschränkt wird, sondern beidseitig auch Nachbarbereiche einschließt. In diesen Nachbarbereichen sind die Kunststoffteile noch relativ steif, so daß sich die Preßstempel darauf abstützen können. Dies vermeidet einerseits eine zu starke Verpressung und damit Einschnürung des plastifizierten Bereichs und verhindert andererseits eine Delaminierung, die bei dem Vorgängerverfahren an den Seitenrändern der Heizschwerter und damit im Bereich des Übergangs vom plastifizierten Bereich in den festen Bereich auftreten und das Werkstück schwächten. Eine durch die Erhitzung bewirkte Delaminierung wird auf diese Weise sogar wieder zurückgebildet.

In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Druck in den Nachbarbereichen geringer ist als im plastifizierten Bereich, was beispielsweise durch nachgiebige Gestaltung des Preßstempels zumindest in diesen Bereichen erzielt werden kann. Als zweckmäßig hat sich herausgestellt, daß jeder der Nachbarbereiche um 20 bis 75% breiter ist als der plastifizierte Bereich.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere relativ dünnwandige Kunststoffteile derart miteinander verschweißt werden, daß sie jeweils mit ihrer vollen Dicke zur Überlappung gebracht werden. Da keine Anhaftprobleme mehr bestehen, können die sich überlappenden Bereiche der Kunststoffteile in der Preßstufe mit hohem Druck zusammengepreßt werden, so daß sich die Unstetigkeit im Breich der Schweißnaht in Grenzen hält und tolerierbar ist. Gegenüber dem Vorgängerverfahren besteht der Vorteil, daß in die Stirnseiten der Kunststoffteile keine komplementären Ausnehmungen eingefräst werden müssen, wodurch ein zusätzlicher Arbeitsgang eingespart wird.

Gleichwohl kann es bei dickwandigeren Kunststoffteilen zweckmäßig sein, vor der Herstellung der Überlappung in die Stirnseiten der Kunststoffteile bis in die faserverstärkten Bereiche hinein Ausnehmungen dergestalt einzuformen, daß sich gegenseitig ergänzende Überlappungsstege ergeben, die beim Zusammenfügen der Kunststoffteile den Überlappungsbereich bilden. Dabei sind unter Ausnehmungen auch komplementäre Abschrägungen zu verstehen, deren Schrägflächen zur gegenseitigen Anlage gebracht werden. Vorzuziehen ist dabei, daß die Dicke der Überlappungsstege so bemessen wird, daß ihre Gesamtdicke in dem übereinandergelegten Zustand der Dicke der sich anschließenden Bereiche der Kunststoffteile entspricht. Auf diese Weise werden starke Unstetigkeiten im Bereich der Schweißnaht vermieden.

Die Erhitzung der Kunststoffteile kann auf verschiedene Weise geschehen. So kann die Plastifizierung auf die Anlageflächen der beiden Kunststoffteile begrenzt sein. Alternativ dazu können die Kunststoffteile aber auch von beiden Seiten erhitzt werden, so daß der ganze Bereich der Wärmeeinwirkung durchplastifiziert wird.

Die erfindungsgemäße Schweißeinrichtung weist eine Heizeinrichtung zur Erhitzung wenigstens des Überlappungsbereichs der beiden Kunststoffteile auf, wobei zur Lösung der gestellten Aufgabe nach der Erfindung vorgesehen ist, daß separat zur Heizeinrichtung eine Preßeinrichtung mit zwei relativ zueinander quer zur Stützebene bewegbaren Preßstempeln vorgesehen ist, deren Druckfläche für die Druckbeaufschlagung auch von Nachbarbereichen beidseits des durch die Heizeinrichtung plastifizierbaren Bereichs breiter ist als der Wirkungsbereich der Heizeinrichtung.

Auch in dieser Vorrichtung drückt sich das zweistufige Verfahren aus, in dem neben der Heizeinrichtung separat dazu eine Preßeinrichtung vorgesehen ist, deren Preßstempel breiter ausgebildet sind als der Wirkungsbereich der Heizeinrichtung. Dabei ist unter dem Wirkungsbereich derjenige Bereich zu verstehen, den die Heizeinrichtung in der Lage ist zu plastifizieren. Mit der erfindungsgemäßen Schweißeinrichtung wird die Möglichkeit eröffnet, sehr hochwertigen Materialien, zu deren Plastifizierung hohe Temperaturen notwendig sind, zu großflächigen oder räumlichen Werkstücken zu verarbeiten.

In besonders vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Preßstempel druckflächenseitig - also an der Anlagefläche zu den Kunststoffteilen - mit einem Belag aus nachgiebigem, hochtemperaturfestem, antiadhäsivem Material, insbesondere einem geeigneten Gummi- oder Elastomerbelag versehen ist, wobei dieser Belag auch auf die äußeren Bereiche beschränkt sein kann, die lediglich mit den Nachbarbereichen zu den plastifizierten Bereichen in Berührung kommen. Hierdurch nimmt die Druckbeanspruchung zu den äußeren Rändern des plastifizierten Bereichs hin ab, wodurch die Rückbildung eventuell delaminierter Bereiche unterstützt und eine erneute Delaminierung vermieden wird. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Preßstempel bzw. die vorerwähnten Beläge druckflächenseitig mit einer Kunststoffschicht aus insbesondere Polytetrafluorethylen belegt sind. Dies vermeidet ein Anhaften der Preßstempel selbst bei starker Druckausübung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Heizeinrichtung mit zwei relativ zueinander quer zur Stützebene bewegbaren Heizschwertern versehen ist, die ohne zusätzliche Druckkräfte an die Kunststoffteile zur Anlage bringbar sind. Solche Heizschwerter sind bewährt und sorgen für eine gleichmäßige Durchwärmung des Bereichs, an denen sie anliegen. Dabei sollten die Anlageflächen der Heizschwerter mit einer Beschichtung aus einer im wesentlichen porenfreien Nickelbasishaftlegierung versehen sein, wie dies aus dem DE-GM 89 05 278.1 bekannt ist.

Die Heizeinrichtung und die Preßeinrichtung können nebeneinander angeordnet sein, wobei Transporteinrichtungen zum Verschieben der zu verschweißenden Kunststoffteile vorgesehen sein können. Dabei ist es zweckmäßig, die Heizeinrichtung und die Preßeinrichtung quer zum Überlappungsbereich nebeneinander anzuordnen.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 die Schweißeinrichtung einer Heizeinrichtung schematisch in der Seitenansicht;

Fig. 2 die Preßeinrichtung einer Schweißeinrichtung schematisch in der Seitenansicht zu Beginn des Verpressens;

Fig. 3 die Preßeinrichtung gemäß Fig. 2 in schematischer Seitenansicht bei voller Druckausübung;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch den Nahtbereich von zwei Kunststoffplatten und

Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch einen abgewandelten Nahtbereich von zwei Kunststoffplatten.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Heizeinrichtung (1) weist zwei Heizschwerter (2, 3) in stirnseitiger Ansicht auf. Die Heizschwerter (2, 3) haben jeweils einen quadratischen Querschnitt mit abgeschrägten Ecken und sind aus Vollmaterial gebildet, beispielsweise einem C45W-Stahl. Sie weisen - was hier nicht zu sehen ist - jeweils eine Tieflochbohrung auf, in die jeweils ein Rundheizstab zur Beheizung der Heizschwerter (2, 3) eingesetzt ist.

Die jeweils einander zugewandten Anlageflächen (5, 6) sind mit einer dünnen Beschichtung versehen, die jeweils aus einem Haftgrund und einer Antiadhäsivbeschichtung besteht, welche jeweils auf den Haftgrund aufgebracht ist. Die äußeren Oberflächen der Antiadhäsivbeschichtung sind anschließend auf Hochglanz poliert, so daß sie weitestgehend porenfrei sind. Als Material für den Haftgrund und die Antiadhäsivbeschichtung kommen insbesondere die aus dem DE-GM 89 05 278.1 bekannten Materialien in Frage.

Die Heizschwerter (2, 3) sind genau übereinander angeordnet und sind längliche Gebilde, die sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken. Durch die Pfeile A und B ist angedeutet, daß sie - mittels entsprechender, hier nicht näher dargestellter Einrichtungen - aufeinanderzu bewegt werden können. Selbstverständlich können sie auch in entgegengesetzter Richtung verfahren werden.

Zwischen den Anlageflächen (5, 6) der Heizschwerter (2, 3) sind zwei Kunststoffplatten (7, 8) angeordnet, die in ihrer Erstreckung nur teilweise dargestellt sind. Die Kunststoffplatten (7, 8) bestehen jeweils aus einem faserverstärkten Thermoplast. Sie sind mit ihren zu verschweißenden Randbereichen um einen Betrag übereinandergelegt, der der Breite der Anlageflächen (5, 6) entspricht. Die Randbereiche bilden den Überlappungsbereich (9). An den Außenflächen des Überlappungsbereichs (9) liegen die Heizschwerter (2, 3) ohne zusätzliche Druckeinwirkung an und erhitzen ihn so stark, daß der Überlappungsbereich (9) voll durchplastifiziert wird. Eine Delaminierung wird durch das nur drucklose Anliegen der Heizschwerter (2, 3) vermieden.

Nach Auseinanderfahren der Heizschwerter (2, 3) entgegen den Pfeilen A und B werden die Kunststoffplatten (7, 8) in der gezeigten Stellung in die Preßeinrichtung (10) bewegt, die in den Figuren (2) und (3) dargestellt ist. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, daß die Kunststoffplatten (7, 8) in der in Fig. 1 dargestellten Lage verbleiben, jedoch die Heizschwerter (2, 3) wegschwenken und damit Platz machen für die Preßeinrichtung (10).

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Preßeinrichtung weist zwei Preßstempel (11, 12) auf, die senkrecht zur Zeichnungsebene in etwa die gleiche Erstreckung wie die Heizschwerter (2, 3) haben. Die Preßstempel (11, 12) sind genau übereinander angeordnet und zueinander in den Richtungen der Pfeile C und D bewegbar. Selbstverständlich können sie auch in jeweils umgekehrter Richtung voneinander wegbewegt werden.

Die Preßstempel (11, 12) haben einen starren Stempelteil (13, 14), der mit hier nicht näher dargestellten Betätigungseinrichtungen hydraulischer oder pneumatischer Art verbunden sind. Jeweils druckflächenseitig weisen die Stempelteile (13, 14) Gummibeläge (15, 16) auf, wodurch die Preßstempel (11, 12) elastisch und komprimierbar werden. Die Elastizität der Gummibeläge (15, 16) kann den jeweiligen Anforderungen optimal angepaßt werden. An den jeweils einander zugewandten Seiten der Gummibeläge (15, 16) ist eine antiadhäsive Beschichtung (17, 18) vorgesehen, die beispielsweise aus PTFE bestehen kann.

Die Kunststoffplatten (7, 8) befinden sich mit dem Überlappungsbereich (9) in der Mitte der Preßstempel (11, 12). Deren Breite überragt den Überlappungsbereich (9) in der Zeichnumgsebene um jeweils 50% und deckt somit die Nachbarbereiche (19, 20) zu dem Überlappungsbereich (9) ab. Die Preßstempel (11, 12) sind somit doppelt so breit wie die Anlageflächen (5, 6) der Heizschwerter (2, 3).

In Figur (2) sind die Preßstempel (11, 12) mit ihren Beschichtungen (17, 18) gerade an den Kunststoffplatten (7, 8) zur Anlage gekommen. Durch weitere Druckausübung in den Richtungen der Pfeile C und D entsteht der in Figur (3) dargestellte Zustand, bei dem die Gummibeläge (15, 16) komprimiert sind und die Kunststoffplatten (7, 8) so verformt sind, daß die Preßstempel (11, 12) nun ganzflächig an ihnen zur Anlage gekommen sind. Im Überlappungsbereich (9) verschwindet dabei die hier noch sichtbare Grenze zwischen den Kunststoffplatten (7, 8). Die Dicke dieses Überlappungsbereichs (9) verringert sich dabei. In den Nachbarbereichen (19, 20) ist die Druckbeanspruchung gegenüber der im Überlappungsbereich (9) reduziert, wobei sich dort zusätzich ein Abstützeffekt ergibt. An den beiden Rändern des Überlappungsbereichs (9) werden eventuelle Delaminierungsvorgänge, die beim Aufheizen des Überlappungsbereichs (9) aufgetreten sein können, rückgängig gemacht.

Nach der Druckausübung werden die Preßstempel (11, 12) wieder vertikal auseinandergefahren. Das aus den beiden Kunststoffplatten (7, 8) zusammengesetzte Werkstück kann dann entnommen werden.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Verfahren eignet sich insbesondere für dünne Kunststoffplatten (7, 8). Bei solchen Kunststoffplatten (7, 8) kann auf deren vorherige Bearbeitung des Überlappungsbereichs (9) verzichtet werden, da der Unstetigkeitsbereich nach der Verschweißung nicht sehr ausgeprägt ist. Bei dickeren Kunststoffplatten kann es jedoch erforderlich mein, vor dem Verschweißen eine Bearbeitung, wie sie beispielsweise den Fig. 4 und 5 zu entnehmen ist, vorzusehen.

In Fig. 4 sind die Kantenbereiche zweier Kunststoffplatten (21, 22) im Vertikalschnitt dargestellt. Sie enthalten über ihren ganzen Querschnittsbereich eine Faserverstärkung (23, 24) aus einem Mattengewebe, das aus Faserbändchen gewebt ist. Als Fasern kommen Glasfasern, Kohlenstoffasern, Graphitfasern oder dergleichen in Frage.

In die Kunststoffplatten (21, 22) sind Stufen (25, 26) eingeformt. Hierdurch werden Überlappungsstege (27, 28) gebildet, wobei die Dicke des Überlappungssteges (27) der Kunststoffplatte (21) der Höhe der Stufe (26) in der Kunststoffplatte (22) entspricht bzw. umgekehrt die Dicke des Überlappungssteges (28) der Kunststoffplatte (22) der Höhe der Stufe (25) in der Kunststoffplatte (21) gleicht. Die Überlappungsstege (27, 28) ergänzen mich also derart, daß nach dem Zusammenfügen der Kunststoffplatten (21, 22) unter gegenseitiger Anlage der Überlappungsstege (27, 28) ein Überlappungsbereich (29) gebildet wird, dessen Dicke der Dicke der angrenzenden Bereiche der Kunststoffplatten (21, 22) entspricht. Die Stirnseiten (30, 31) liegen dann jeweils an der gegenüberliegenden Stufe (25, 26) an.

Durch das Einfräsen der Stufen (25, 26) stehen an den gefrästen Oberflächen Fasern - beispielhaft mit (32) bezeichnet - vor, die sich bei dem nachfolgenden Plastifizierungs- und Preßvorgang entsprechend dem sich aus den Fig. 1 bis 3 ergebenden Verfahren miteinander vermischen und auf diese Weise für eine ausreichende Festigkeit im Überlappungsbereich (29) sorgen.

Fig. 5 stellt eine Abwandlung der Fig. 4 dar, so daß gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Die Abwandlung besteht darin, daß in die Überlappungsstege (27, 28) sägezahnartig mich ergänzende Nuten - beispielhaft mit (33) bezeichnet - eingefräst worden sind, wodurch Stege - beispielhaft mit (34) bezeichnet - entstanden sind. Die Stirnseiten (30, 31) sind ebenso wie die Stufen (25, 26) mit gleichem Neigungswinkel angeschrägt.

Beim Zusammenfügen der Kunststoffplatten (21, 22) kommen die Stege (34) jeweils mit den gegenüberliegenden Nuten (33) in Eingriff. Die Stirnseiten (30, 31) legen sich an die Stufen (25, 26) an. Es entsteht dann auch hier ein Überlappungsbereich (29), dessen Dicke derjenigen der übrigen Bereiche der Kunststoffplatten (21, 22) entspricht.

Nach dem Aufeinanderlegen der Überlappungsstege (27, 28) in der vorbeschriebenen Weise können die Kunststoffplatten (21, 22) in der gleichen Weise verschweißt werden, wie zu den Fig. 1 bis 3 beschrieben. Vorteilhaft bei den auf diese Weise bearbeiteten Kunststoffplatten (21, 22) ist, daß die fertige Schweißnaht keine Unstetigkeit, also keine Dickenzunahme, aufweist, was allerdings mit einem zusätzlichen Bearbeitungsvorgang erkauft werden muß.

Claims (14)

1. Verfahren zum stirnseitigen Verschweißen von insbesondere im Bereich der Verschweißung plattenförmigen, steifen Kunststoffteilen aus einem faserverstärkten Thermoplast, bei dem die Kunststoffteile (7, 8, 21, 22) zur Überlappung gebracht und wenigstens der so gebildete Überlappungsbereich (9, 29) ohne zusätzliche Druckeinwirkung bis zur Plastifizierung erhitzt wird und danach der plastifizierte Bereich und beidseitig an diese anschließende Nachbarbereiche (13, 20) quer zur Ebene der Kunststoffteile (7, 8, 21, 22) mit Druck ohne zusätzliche Beheizung beaufschlagt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in den Nachbarbereichen (19, 20) geringer ist als im plastifizierten Bereich (9, 29).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Nachbarbereich (19, 20) 20 bis 75% breiter als der plastifizierte Bereich ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffteile (7, 8) jeweils mit ihrer vollen Dicke zur Überlappung gebracht werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Herstellung der Überlappung in die Stirnseiten der Kunststoffteile (21, 22) bis in die faserverstärkten Bereiche (23, 24) hinein Ausnehmungen (25, 26) dergestalt eingeformt werden, daß sich gegenseitig ergänzende Überlappungsstege (27, 2ß) ergeben, die beim Zusammenfügen der Kunststoffteile (21, 22) den Überlappungsbereich (29) bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen als komplementäre Abschrägung ausgebildet werden, deren Schrägflächen gegenseitig zur Anlage gebracht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Überlappungsstege (27, 28) so bemessen wird, daß ihre Gesamtdicke im übereinandergelegten Zustand der Dicke der sich anschließenden Bereiche der Kunststoffteile (21, 22) entspricht.

8. Verfahren nach eimem der Ansprüche 1 bis 7, daß die Kunststoffteile (7, 8, 21, 22) von beiden Seiten erhitzt werden.

9. Schweißeinrichtung zum stirnseitigen Verschweißen von insbesondere im Bereich der Verschweißung plattenförmigen, steifen Kunststoffteilen aus einem faserverstärkten Thermoplast zwecks Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer eine Stützebene definierenden Abstützung für zwei in Überlappung bringbare Kunststoffteile, wobei eine Heizeinrichtung zur Erhitzung wenigstens des Überlappungsbereichs der beiden Kunststoffteile vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß separat zur Heizeinrichtung ein eine Preßeinrichtung (10) mit zwei relativ zueinander quer zur Stützebene bewegbaren Preßstempeln (11, 12) vorgesehen ist, deren Druckfläche für die Druckbeaufschlagung auch von Nachbarbereichen (19, 20) beidseits des durch die Heizeinrichtung (1) plastifizierten Bereichs breiter ist als der Wirkungsbereich der Heizeinrichtung (1).

10. Schweißeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßstempel (11, 12) druckflächenseitig mit einem Belag (15, 16) aus hochtemperaturfestem, antiadhäsivem nachgiebigem Material, insbesondere einem Gummi- bzw. Elastomerbelag, versehen sind.

11. Schweißeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßstempel (11, 12) bzw. die Beläge (15, 16) druckflächenseitig mit einer Kunststoffschicht aus insbesondere Polytetrafluorethylen belegt sind.

12. Schweißeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (1) mit zwei relativ zueinander quer zur Stützebene bewegbaren Heizschwertern (2, 3) versehen ist, die ohne zusätzliche Druckkräfte an die Kunststoffteile (7, 8, 21, 22) zur Anlage bringbar sind.

13 Schweißeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (5, 6) der Heizschwerter (2, 3) mit einer Beschichtung aus einer im wesentlichen porenfreien Nickelbasishartlegierung versehen sind.

14. Schweißeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (1) und die Preßeinrichtung (10) nebeneinander angeordnet sind.