DE4103740A1 - Verfahren und vorrichtung zum plastifizieren von kunststoff - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum plastifizieren von kunststoff

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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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