DE4103740A1 - Verfahren und vorrichtung zum plastifizieren von kunststoff - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum plastifizieren von kunststoffInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Plastifizieren von Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2. Ferner be
trifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verschweißen von
Materialbahnen durch Ultraschall unter Verwendung des Ver
fahrens bzw. der Vorrichtung zum Plastifizieren von Kunst
stoff.
Zum Plastifizieren von Kunststoff sind Plastifizierschnecken
und Extruderdüsen bekannt. Solche Vorrichtungen eignen sich
vor allem für das Plastifizieren von Kunststoff in großen
Mengen und extrudieren unter hohem Druck. Solche Vorrichtun
gen sind aufwendig und kostspielig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mit
teln kleinere Mengen von plastifizierbarem Kunststoff aufzu
schmelzen und mehrere Verwendungsmöglichkeiten für die
Schmelze zu ermöglichen.
Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 bzw. 2 gelöst.
Der in einem Schwingungsbauchbereich einer Ultraschallsono
trode plastifizierte und aufgeschmolzene Kunststoff tritt
als fließfähige Schmelze unter Druck aus dem Schmelzkanal
der Sonotrode aus. Mit der Schmelze kann beispielsweise ein
durch den Schmelzkanal geführter langgestreckter Körper um
mantelt werden, es kann ferner ein vor der Austrittsöffnung
angeordneter Kanal oder Hohlraum gefüllt werden, und es kann
die fließfähige Schmelze appliziert oder auf einen Körper
oder eine Fläche aufgetragen werden, wobei durch an der Aus
trittsöffnung angebrachte Masken oder Profile bestimmte
Muster oder Strukturen erzielt werden können. Besonders vor
teilhaft ist die Erfindung in Kombination mit der Ultra
schallsonotrode zum Erwärmen bzw. Verschweißen von Kunst
stoffmaterialien. Insbesondere kann erfindungsgemäß eine
Vorrichtung zum Verschweißen von Materialbahnen durch Ultra
schall so ausgebildet sein, daß das Verschweißen schonend
ohne hohe Andruckkräfte erfolgt und außerdem auch heterogene
Materialien miteinander verschweißbar sind. Diese Vorrich
tung ist in den Ansprüchen 5 und folgende gekennzeichnet.
Der aus mindestens einem Austrittskanal der Sonotrode aus
tretende fließfähige Kunststoff gelangt auf die Seitenflä
chen der keilförmigen Sonotrode und wird dort weiter aufge
schmolzen und flüssig gehalten. Die zu verschweißenden Bah
nen stehen unter einem verhältnismäßig geringen Anpreßdruck,
der ausreicht, daß die Bahninnenseiten auf die Kunststoff
schmelze zu liegen kommen. Im Zusammenwirken mit der als Am
boß dienenden Andruckvorrichtung werden die Bahninnenseiten
mit der Schmelze überzogen, dabei erwärmt und auch aufge
schmolzen, so daß dann ablaufseitig von der Sonotrode die
Bahnen durch Aufbringen von Druck einwandfrei unter Ein
schließen der Schmelzschicht miteinander verschweißt werden.
Auf diese Weise ist es möglich, ein Verschweißen empfindli
cher Materialien ohne große Druckanwendung durchzuführen.
Ferner läuft der Erwärmungs- und Verschweißvorgang schneller
ab, da sich die Schmelzschicht aus dem plastifizierbaren
Kunststoff an der Sonotrodenoberfläche bildet, so daß die
Vorschubgeschwindigkeit der Bahnen erhöht werden kann.
Schließlich lassen sich mittels der Schmelzschicht auch he
terogene Materialien, also Wirkstoff ohne thermoplastischen
Anteil miteinander verschweißen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran
sprüchen. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, daß der
plastifizierbare Kunststoff in Stabform zuführbar ist, wobei
der Kunststoff im Bereich der Sonotrode plastifiziert wird,
so daß er aus den Kanälen auf die Oberfläche der Sonotrode
austreten kann, an der er flüssig aufgeschmolzen wird.
Die Erfindung ist anhand zweier Ausführungsbeispiele nach
stehend näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Sonotrode zum Aufschmel
zen eines Kunststoffstranges und
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Ver
schweißen zweier Materialbahnen.
Eine keilförmige Sonotrode 1 ist in der üblichen Weise an
ihrer Oberseite mit einem nicht dargestellten Ultraschaller
zeuger gekoppelt. In Längsrichtung der Sonotrode ist ein
Kanal 10 vorgesehen, der in in einen Querkanal 12 mündet,
der auf der Seitenfläche 15 der Sonotrode 1 austritt. Eine
in dem Kanal 10 vorwärtsgeschobener Kunststoffstrang wird
somit gegen das stirnseitige Ende des Kanals 10 angedrückt,
in diesem Endbereich des Kanals von den dort herrschenden
hohen Schwingungsamplituden plastifiziert. Die fließfähige
Schmelze verläßt unter dem Druck des vorgeschobenen Stranges
den Querkanal 12 und tritt seitlich aus. Die Kunststoff
schmelze kann zum Ummanteln eines Körpers, zum Auftragen auf
einen Körper, zum Ausfüllen eines Hohlraums oder zum Auftra
gen auf eine Fläche dienen. Zum Fördern und Vorwärtsschieben
des Kunststoffstranges unter Druck in dem Kanal 10 ist ein
Förderrad 18 vorgesehen, das durch eine Ausnehmung 19 in der
Seitenfläche 15 der Sonotrode den Strang in dem Kanal 10 er
faßt. Außerdem können in der Sonotrode mehrere Längskanäle
angeordnet sein, beispielsweise ein Längskanal 10′ auf der
gegenüberliegenden Seite 14 der Sonotrode. Auch kann der
Querkanal 12 beidseits auf je eine Seitenfläche 14, 15 aus
münden.
In Fig. 2 sind gleiche Bauteile mit gleichem Bezugszeichen
versehen. In Fig. 2 ist die Sonotrode 1 keilförmig verlän
gert. Zu beiden Seiten der Sonotrode 1 werden die zu ver
schweißenden Materialbahnen 3 und 4 in Pfeilrichtung zuge
führt. Im Bereich der Keilspitze der Sonotrode 1, also im
Bereich der höchsten Schwingungsamplituden, sind beidseits
Räder 5, 5′ und 6, 6′ angeordnet, die als Amboß dienen und
mittels nicht dargestellter Vorrichtungen an die Bahnen 3
und 4 in Richtung auf die Sonotrode 1 zu andrückbar sind.
Anstelle der Andrückräder kann auch beidseits je ein Schlit
ten vorgesehen sein. Hinter der Sontrodenspitze 7 ist minde
stens ein weiteres Radpaar 8, 9 vorgesehen, mit dem die Ma
terialbahnen aufeinander gedrückt werden.
Aus dem beidseits ausmündenden Querkanal 12 tritt die
fließfähige Schmelze auf die Seitenflächen 14 und 15 aus.
Auf diesen Seitenflächen, auf die die höchsten Schwingungs
amplituden wirken, wird der Kunststoff weiter aufgeschmolzen
und flüssig gehalten, bis er die beiden zu verschweißenden
Bahnen 3 und 4 berührt. Dabei werden die Innenseiten der
Bahnen 3 und 4 mit dem flüssigen Kunststoff überzogen und
dadurch sowie durch die Reibungswärme der Sonotrode soweit
erwärmt, daß dann anschließend die Verschweißung erfolgt,
worauf die verschweißten Bahnen bis zum Erkalten bis zu
nicht dargestellten Rädern zusammengedrückt werden.
Die Vorschubgeschwindigkeit der Bahnen 3 und 4 und der An
druck der Räder 5, 6 und 5′, 6′ ist im Hinblick auf die Sono
trodenleistung so gewählt, daß sich die gewünschte
Schweißgüte ergibt.
Claims (12)
1. Verfahren zum Plastifizieren von Kunststoff, da
durch gekennzeichnet, daß ein Kunststoffstrang unter Druck
in einen Schwingungsbauchbereich einer Ultraschallsonotrode
gefördert, in dem Schwingungsbauchbereich aufgeschmolzen und
unter dem Förderdruck des Stranges zum Austreten aus der So
notrode gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kunststoffstrang unter Druck gegen das Stirnende
eines Förderkanals gedrückt wird und die Schmelze in einen
Querkanal umgelenkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die auf die Seitenflächen der Sonotrode aus
tretende Schmelze weiter plastifiziert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Sonotrode im Bereich des
Schmelzaustritts mit mindestens einem Amboß zusammenwirkt.
5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in
einer Ultraschall-Sonotrode (1) mindestens ein Längskanal
(10) zum Einschieben des Kunststoffstranges vorgesehen ist,
dessen Ende in einem Bereich hoher Schwingungsamplituden an
geordnet ist und der unter einer Umlenkung in mindestens
einen Austrittskanal mündet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß der Kunststoffstrang in den Längskanal (10) von
einem in eine Ausnehmung der Sonotrode greifenden Förderrad
erfaßt wird, das im Bereich geringer Schwingungsamplitude,
insbesondere im Bereich eines Schwingungsknotens angeordnet
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwei in einen gemeinsamen Austrittskanal
(12) mündende Längskanäle (10, 10′) vorgesehen sind.
8. Vorrichtung zum Verschweißen von Materialbahnen
durch Ultraschall mit einer zwischen den zu verschweißenden
Materialien angeordneten keilförmigen Sonotrode, wobei die
Materialien zwischen den Seitenflächen der Sonotrode und je
einem andrückbaren Amboß gefördert, erwärmt und ablaufseitig
durch eine Andrückvorrichtung zusammengedrückt werden, unter
Verwendung des Verfahrens oder der Vorrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den
Seitenflächen (14, 15) der Sonotrode (1) mindestens ein Aus
trittskanal (12) für einen plastifizierbaren Kunststoff vor
gesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß in Längsrichtung der Sonotrode (1) mindestens ein
Kanal (10) zur Aufnahme eines Stabes aus dem plastifizierba
ren Kunststoff vorgesehen ist und der Kanal in einem in
Querrichtung der Sonotrode angeordneten Querkanal (12) mün
det.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich
net, daß der Querkanal (12) beidseits auf je eine Sonotro
denseitenfläche ausmündet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß zum Andrücken der zu verschweißenden Mate
rialien Räder (5, 5′, 6, 6′) vorgesehen sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß zum Andrücken der zu verschweißenden Mate
rialien je ein Schlitten beidseits der Elektrode vorgesehen
ist.
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