DE4131442A1 - Verfahren zum verschweissen von kunststoffprofilen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
Ein bekanntes Verfahren zum Verschweißen von Kunststoff
profilen ist das Preßstumpf-Schweißverfahren. Dies wird
bei der Herstellung von Rahmen für Fenster und Türen aus
Kunststoffprofilen überwiegend angewendet.
Bei diesem bekannten Preßstumpf-Schweißverfahren werden
die Kunststoffprofile zunächst an ihren Stirnseiten durch
Andrücken gegen einen Schweißspiegel erwärmt und nach
einem Entfernen des Schweißspiegels unter Druck zusammen
gepreßt und damit verschweißt. Die in den Randzonenbe
reichen der Kopfenden befindliche Materialmasse wird dabei
durch den Fügedruck des Anpressens in Form einer Schweiß
nahtausbildung aus der Fügeebene herausgepreßt. Nach dem
Abkühlen im Schweißzonenbereich kann die geschweißte Pro
filecke aus der Schweißmaschine entnommen werden. Nach
weiterem Abkühlen bis auf Raumtemperatur erreicht die
Schweißnahtverbindung ihre maximale Festigkeit.
Nach dem derzeitigen Stand der Technik ist mit diesem vor
stehend beschriebenen Preßstumpf-Schweißverfahren, welches
eine ungehinderte Ausbildung der Schweißnaht erlaubt, die
gegenwärtig höchste Festigkeit der Schweißverbindung er
zielbar. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen erheb
lichen Arbeitszeitaufwand für das saubere Verputzen der
Schweißnaht an den Sichtflächen. Der Arbeitszeitaufwand
ist dabei abhängig von der Menge des ausgewulsteten
Materials.
Eine Reduzierung der Schweißnahtauswulstung ist gegenwär
tig nach dem Stand der Technik dadurch möglich (DE-OS
23 12 362), daß man Preßstumpf-Schweißmaschinen mit zusätz
lichen Einrichtungen zur Begrenzung der Schweißnahtwurzel
versieht. Diese Einrichtungen sind messerförmig ausge
bildet und werden beim Preßstumpfschweißen gemeinsam mit
den Spannvorrichtungen in Fügerichtung vorgeschoben. Die
entstehende Schweißraupe wird damit in ihrer freien Aus
bildung behindert und bei einigen Verfahren bis auf wenige
Zehntel Millimeter im Schweißnahtwurzelbereich eingeengt.
Bei einem Begrenzen der Schweißnahtwurzeldicke auf wenige
Zehntel Millimeter mit Hilfe einer entsprechenden Einrich
tung sinkt die Schweißnahtfestigkeit gegenüber dem unbe
hinderten Preßstumpf-Schweißverfahren und gegenüber einer
Spaltweite von ca. 2 mm drastisch ab. Es kommt zu Festig
keitsreduzierungen um 50% und mehr. Wenn man diesem Nach
teil dadurch entgegenwirkt, daß man den Begrenzungsspalt
erheblich größer ausbildet, wachsen zwar die Schweißnaht
festigkeitswerte, gleichzeitig entsteht aber auch die un
erwünschte Verdickung der Schweißnahtwurzel, welche eine
intensive Nacharbeit erfordert.
Es ist auch bereits ein Verfahren bekannt (DE-GM 74 18 207),
bei dem unmittelbar nach Beendigung des Schweißvor
gangs das über die ursprüngliche Außenkontur vorragende
Material der Schweißnaht mit Hilfe von Messern abgeschert
wird, die bis zum Zusammentreffen ihrer Schneiden zusam
mengefahren werden. Ein derartiges Verfahren hat den Nach
teil, daß zwar die Ausbildung der Schweißnahtwurzel wie
bei der einfachsten Ausführung des Preßstumpf-Verfahrens
zunächst unbedingt erfolgen kann, daß aber die so erzeugte
Schweißnaht in ihrer Festigkeit dadurch deutlich reduziert
wird, daß durch das Abscheren des störenden, über die ur
sprüngliche Außenkontur vorstehenden Materials die Struk
tur der Schweißnaht erheblich verändert wird mit der
Folge, daß zwar in einfacher Weise eine Schweißverbindung
hergestellt wird, welche optisch ansprechend ist und prak
tisch keine Nacharbeit erfordert, welche jedoch technisch
wegen ihrer geringen Festigkeit unzureichend ist.
Es bilden sich Einfallstellen, das heißt Saugstellen zu
beiden Seiten der Schweißnaht aus.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen und eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche eine
Erhöhung der Schweißnahtfestigkeit gegenüber den bekannten
Verfahren erzielen, den Aufwand für eine Nachbearbeitung
der Schweißnaht jedoch gleichwohl niedrig halten.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des
Kennzeichnungsteils von Anspruch 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren laufen die Prozesse
des unbehinderten Preßstumpfschweißens und der Schweiß
nahtwurzeldickenbegrenzung zeitlich nacheinander ab. Es
erfolgt dabei zunächst eine freie unbehinderte Ausbildung
der Schweißnaht wie bei der einfachsten Form des Preß
stumpf-Schweißverfahrens. Erst nachdem die Schweißnaht
sich unbehindert ausgebildet hat, werden über getrennt
steuerbare Vorschubeinheiten die Einrichtungen zur Begren
zung der Schweißnahtwurzeln an den Außenflächen der
Profile in Fügerichtung eng zusammengefahren. Bei diesem
Zusammenfahren wird das über die ursprüngliche Außen
flächenkontur vorragende Material im plastischen Zustand
bis zur ursprünglichen Außenkontur zurückgedrückt. Dieses
Zurückdrücken erfolgt außerhalb des verbleibenden Spalt
bereichs, der dem Restabstand der zusammengefahrenen Be
grenzungseinrichtungen erfolgt. Das Zurückdrücken erfolgt
dabei innerhalb einer Zeit, in der die Viskosität des
Schweißnahtzentrums immer noch niedriger ist als die Vis
kosität des zur Innenfläche weisenden Schweißnahtbereichs.
Dabei bildet der zur Innenfläche weisende Schweißnaht
bereich ein Widerlager für den beim Vorfahren der Begren
zungseinrichtungen zu verdrängenden Kunststoff. Es ent
steht bei diesem Verfahren eine Verbesserung des Material
gefüges, die zu einer erheblichen Steigerung der Schweiß
nahtverbindung gegenüber allen bekannten Schweißverfahren
für Kunststoffprofile führt. Die Oberfläche des Kunst
stoffprofils auf der Außenseite oder Sichtfläche wird
nicht durch einen Materialabtrag beeinträchtigt. Der
Arbeitsaufwand für die Nachbearbeitung der Schweißnaht
kann ebenso gering gehalten werden, wie bei dem bekannten
Preßstumpf-Verfahren, bei dem Begrenzungseinrichtungen zu
sammen mit den Klemmbacken vorgefahren werden. Das erfin
dungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Verbesserung der
Festigkeit der Schweißnaht gegenüber allen bekannten Ver
fahren. Dabei werden gleichzeitig die Vorteile der unter
schiedlichen Verfahren erreicht, ohne jeweils deren Nach
teile in Kauf nehmen zu müssen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung
zur Durchführung des Schweißverfahrens in der
Erwärmungsphase der Stirnfläche mit einem
Schweißspiegel,
Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 bei ausgetauchtem
Schweißspiegel und zusammengepreßten Stirn-
und Schweißflächen,
Fig. 3 die Vorrichtung gemäß Fig. 2 bei bis auf
einen engen Spalt zusammengefahrenen Einrich
tungen zur Begrenzung der Schweißnahtwurzel,
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Schweißnaht
bzw. Schweißnahtwurzel entsprechend IV in
Fig. 3,
Fig. 5 ein schematisches Schnittbild mit Material
fließlinien bei einer Schweißnahtausbildung
ohne jede Begrenzung (RAL-Verschweißung),
Fig. 6 eine zu Fig. 5 analoge Darstellung, welche
eine mechanische Nachverdichtung mit einer
ersten Art von Verdichtungseinrichtung zeigt,
Fig. 7 eine Darstellung analog zu Fig. 5, die eine
mechanische Nachverdichtung mit einer zweiten
Art von Nachverdichtungseinrichtung zeigt.
Zwei Kunststoffprofile 1 und 2 sind in Fig. 1 in Anlage
an einen Schweißspiegel 15 gezeigt. In dieser Position
werden die Stirnbereiche der beiden Kunststoffprofile 1
und 2 bis auf Schweißtemperatur erwärmt. Danach wird der
Schweißspiegel 15 quer zur Fügerichtung, welche durch die
Pfeile 3 und 4 symbolisiert ist, gemäß Fig. 1 nach oben
zurückgezogen. Das Kunststoffprofil 1 ist im Spannelement
5 fixiert, das Kunststoffprofil 2 im Spannelement 6.
Das Spannelement 5 besitzt zwei das Profil 1 von unter
schiedlichen Seiten erfassende Klemmbacken, die mit den
Spannflächen 5a und 5b an den Außenflächen 1a und 1b des
Kunststoffprofils 1 anliegen. Das Betätigen der
Klemmbacken erfolgt über eine Kolben-Zylinder-Einheit 5c.
In analoger Weise wird das Kunststoffprofil 2 von dem
Spannelement 6 fixiert. Dessen Spannbacken liegen mit den
Spannflächen 6a und 6b an den Außenflächen 2a und 2b des
Kunststoffprofils 2 an. Das Betätigen der Spannbacken
erfolgt mittels der Kolben-Zylinder-Einheit 6c.
Auf den Außenflächen 1a und 1b des Kunststoffprofils 1
liegen zwei Einrichtungen zur Begrenzung der Schweißnaht
wurzel an, die mit 7 und 8 bezeichnet sind. Die Ein
richtung 7 kann mit Hilfe der Kolben-Zylinder-Einheit 11
in Richtung des Pfeils 3 und entgegengesetzt verfahren
werden. Dabei liegt sie ständig eng an der Außenfläche 1a
an. Die Einrichtung 9 bewegt sich in gleicher Weise und zu
gleicher Zeit auf der Außenfläche 1b und wird mit Hilfe
der Kolben-Zylinder-Einheit 13 betätigt.
In analoger Weise erfolgt die Betätigung der Einrichtungen
8 und 10 über die Kolben-Zylinder-Einheiten 12 und 14.
Auch die an den Außenflächen 2a und 2b anliegenden Ein
richtungen zur Begrenzung der Schweißnahtwurzeln mit den
Bezugszeichen 8 und 10 gleiten an den Außenflächen 2a und
2b des Kunststoffprofils 2 entlang.
Sobald der Schweißspiegel 15 gemäß Fig. 1 nach oben ent
fernt worden ist, werden die beiden Kunststoffprofile 3
und 4 in Fügerichtung gemäß Pfeilen 3 und 4 zusammen
gefahren. Es ist möglich, daß ein Kunststoffprofil fest
steht und sich lediglich das gegenüberliegende Kunst
stoffprofil bis zur Bildung der Preßstumpf-Schweißnaht
bewegt, die in Fig. 2 schematisch dargestellt ist.
Das Verschieben erfolgt durch eine entsprechende Bewegung
mindestens eines Spannelements in Fügerichtung. Das Spann
element kann dabei auf einem in Fügerichtung beweglichen
Maschinentischbereich befestigt sein.
Nach der ungestörten Ausbildung der Schweißnaht werden die
vier Einrichtungen zur Begrenzung der Schweißnahtwurzel in
Richtung auf die Schweißnaht bis zur Bildung eines engen
Spalts vorgefahren. Dabei schnüren die im vorderen Bereich
messerartig, jedoch nicht scharf, ausgebildeten Einrich
tungen (vgl. Fig. 4) das über die Außenflächen 2a bzw. 1a
vorstehende Material der Schweißnaht ein. Der Bereich 2d
ist nach dem Zurückziehen der Einrichtungen über einen
dünnen Steg mit dem Material der beiden verschweißten
Kunststoffprofile 1 und 2 verbunden. Dieses überstehende
Material 2d kann leicht mit einer Klinge von der Ober
fläche entfernt werden. Der nach innen ausgewulstete Be
reich 2c (vgl. Fig. 4) der Schweißnaht bleibt unver
ändert. In Fig. 4 ist mit a der gesamte Bereich be
zeichnet, der durch die Erwärmung und das Zusammenpressen
während des Schweißvorgangs verändert wird.
Fig. 5 zeigt in größerem Detail ein Schnittbild mit Mate
rialfließlinien durch eine Schweißstelle, wie sie beim un
gehinderten Preß-Stumpf-Schweißen entsteht, das als "RAL-
Schweißen" bezeichnet wird. Mit 21 ist die Kernzone be
zeichnet, welche die höchste Schweißnahtfestigkeit auf
weist. Daran schließt sich beidseitig nach außen jeweils
eine Übergangszone 22 mit verminderter Schweißnahtfestig
keit an, an die sich wiederum ganz außen Rollzonen ohne
Schweißnahtfestigkeiten anschließen. Mit a, b und c sind
Materialfließlinien bezeichnet. d ist die Dicke der ver
schweißten Materialprobe.
Zu beiden Seiten der zentralen, quer zur Profilerstreckung
verlaufenden Mittelebene schließen sich auf der Innenseite
jeweils Zonen g und h der Erwärmung an und auf der Außen
seite mit k und l bezeichnete Zonen der Erwärmung. Mit e
ist die äußere Zone der ungehinderten Aufstauchung und mit
f die innere Zone der ungehinderten Aufstauchung bezeich
net, welche jeweils von der äußeren bzw. inneren Ober
fläche der Materialwand bis zur Einschnürung gemessen
wird.
Bei einer Materialstärke d von 3 mm ergeben sich folgende
Werte:
Die Zonen g, h, k und 1 erstrecken sich über ca. 4 mm. Die
Zonen f und e der ungehinderten Aufstauchung betragen ca.
0,3 mm.
Fig. 6 zeigt die Ausbildung nach dem Zusammenfahren von
zwei speziellen Einrichtungen zur Begrenzung der äußeren
Schweißnahtwurzel. Die Einrichtung besitzt zwei zum Zen
trum gegeneinander verschiebbare Walzen 31, welche einen
Radius r aufweisen. Die Walzen 31 sind an Haltern 30 be
festigt. Die Walzen 31 liegen an der Außenfläche 1a bzw.
2a an und fahren mit einer zeitlichen Verzögerung gegen
über dem Vorfahren der beiden Kunststoffprofile nach der
freien unbehinderten Ausbildung der Schweißnaht zusammen.
Das Zusammenfahren erfolgt bis auf einen Restabstand m.
Bei diesem Vorfahren drücken die Walzen 31 das über die
ursprüngliche Außenflächenkontur 1a bzw. 2a vorstehende,
um die Beträge e und f aufgestauchte Material im plasti
schen Zustand im wesentlichen außenhalb des verbleibenden
Spaltbereichs bis zur ursprünglichen Außenkontur zurück.
Dabei erfolgt das Zurückdrücken innerhalb einer Zeit, in
der die Viskosität des Kunststoffs im Schweißnahtzentrum
immer noch niedriger ist als die Viskosität des zur Innen
fläche weisenden Schweißnahtbereichs. Auf diese Weise
bildet der zur Innenfläche weisende Schweißnahtbereich
beim Vorfahren der Einrichtungen ein Widerlager für den zu
verdrängenden Kunststoff und es entsteht eine Nachver
dichtung.
Der Restspalt mit einer Breite m beträgt vorzugsweise 0,2
bis 0,5 mm. Der Radius r beträgt vorzugsweise 0,25 bis 1
mm.
Fig. 7 zeigt Einrichtungen 40 zur Begrenzung der Schweiß
nahtwurzel, welche um eine schräg gestellte Drehachse 41
drehbar sind. Auch diese Einrichtungen besitzen einen
Radius r, der die Kontur im Bereich des Restspalts m
bestimmt.
Claims (7)
1. Verfahren zum Verschweißen von Kunststoffprofilen, bei
dem beide miteinander zu verschweißenden Kunststoffprofile
an ihren Stirnflächen bis auf Schweißtemperatur
erwärmt und nach dem Erwärmen bis zur Anlage der Stirn
flächen aneinander zusammengefügt werden, wobei beim
Zusammenfügen Aufwulstungen des erwärmten Materials
sowohl an den Außenflächen als auch an den gegenüber
liegenden Innenflächen entstehen und wobei an den
Außenflächen der Profile anliegende Einrichtungen zur
Begrenzung der äußeren Schweißnahtwurzel vor dem Aus
härten der äußeren Aufwulstung zusammengefahren werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zusammenfahren der an den Außenflächen anlie
genden, die Schweißnahtwurzel begrenzenden Einrichtun
gen mit einer zeitlichen Verzögerung gegenüber dem Vor
fahren der Kunststoffprofile und nach der freien, unbe
hinderten Ausbildung der Schweißnaht erfolgt, und zwar
bis zu einem Restabstand, wobei die Einrichtungen das
erwärmte, über die ursprüngliche Außenflächenkontur
vorragende Material im plastischen Zustand im wesentli
chen außerhalb des verbleibenden Spaltbereichs bis zur
ursprünglichen Außenkontur zurückdrücken, wobei das Zu
rückdrücken innerhalb einer Zeit erfolgt, in der die
Viskosität des Kunststoffs im Schweißnahtzentrum immer
noch niedriger ist als die Viskosität des zur Innen
fläche weisenden Schweißnahtbereichs.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zur Innenfläche weisende Schweißnahtbereich
beim Vorfahren der Einrichtungen ein Widerlager für den
zu verdrängenden Kunststoff bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen zur Begrenzung der äußeren
Schweißnahtwurzel bis auf einen Restspalt von 0,2 bis
0,5 mm zusammengefahren werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen zur Begrenzung der äußeren
Schweißnahtwurzel mit einer zeitlichen Verzögerung von
mehr als 3 Sekunden zusammengefahren werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen (7, 8, 9, 10; 30, 31; 40) an der
den Restspalt (m) bildenden Stirnseite einen Radius (r)
aufweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Radius (r) 0,25 bis 1 mm beträgt.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen zur Begrenzung der äußeren
Schweißnahtwurzeln schneidenartig mit Radius (r) ausge
bildet sind, wobei eine Fläche der Schneide entlang der
neu zu bildenden Außenkontur des Kunststoffprofils
verschiebbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4131442A DE4131442A1 (de) | 1991-09-21 | 1991-09-21 | Verfahren zum verschweissen von kunststoffprofilen |
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DE4131442A DE4131442A1 (de) | 1991-09-21 | 1991-09-21 | Verfahren zum verschweissen von kunststoffprofilen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4131442A1 true DE4131442A1 (de) | 1993-03-25 |
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ID=6441143
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DE4131442A Withdrawn DE4131442A1 (de) | 1991-09-21 | 1991-09-21 | Verfahren zum verschweissen von kunststoffprofilen |
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Country | Link |
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