DE4216889C1 - Vorrichtung zum Verbinden von Tubenrohrkörpern aus Kunststoffolien mit einem vorgefertigten Tubenkopf aus Kunststoff - Google Patents

Vorrichtung zum Verbinden von Tubenrohrkörpern aus Kunststoffolien mit einem vorgefertigten Tubenkopf aus Kunststoff

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Gerhard Keller
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von Tubenrohrkörpern aus Kunststoffolien mit einem vorgefertigten Tubenkopf aus Kunststoff durch Erwärmen ihrer sich überlappenden Teile unter Anwendung von Druck, wobei der Tubenrohrkörper aus Kunststoffolien mit Längsnaht und/oder rund extrudiert bzw. koextrudiert hergestellt sein kann.
Aus der DE-A 26 28 014 ist es bekannt, die Verbindung von Tubenrohrkörper und Tubenkopf mittels eines zusätzlichen Verbindungskörpers durchzuführen, wonach die jeweiligen Berührungsflächen durch Strahlungswärme angeschmolzen, dann einer zweiteiligen Form zugeführt und darin zusammengepreßt werden. Aus der gleichen Schrift ist es bekannt, einen Verbindungskörper mit einer Sperrschicht aus Metall vorzusehen. Hierbei kann die Erwärmung der thermoplastischen Kunststoffe unmittelbar durch Kontakterwärmung an der Aluminiumsperrschicht erfolgen, wobei die Erwärmung durch Induktion mittels eines elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes erfolgen soll. Hierbei ist jeweils ein zusätzlicher Verbindungskörper notwendig, der die Herstellung aufwendiger macht, da neben der Herstellung des Verbindungskörpers auch Maßnahmen für dessen Anordnung und im Falle der Verwendung eines Verbindungskörpers ohne Metallschicht auch dessen zusätzliche Erwärmung vorgesehen werden muß.
Eine weitere Vorrichtung ist aus der DE-A 30 32 118 bekannt. Sie weist eine Matrize und eine zentrale Öffnung und eine Patrize als Formdorn und eine hohle, gegebenenfalls an eine Kühlmittelquelle anschließbare, mindestens eine Windung aufweisende Induktionsspule auf, die auf einem aus Nichteisenmetall bestehenden, einen radialen Schlitz aufweisenden Trägerring mit zentraler Öffnung derart angeordnet ist, daß sie mit dem Trägerring mit etwa einer Windungslänge den Schlitz elektrisch nicht überbrückend elektrisch leitend verbunden ist. Hierbei besteht der überwiegende Teil der Matrize aus einem geschlitzten Trägerring aus Nichteisenmetall, in dem auswechselbar eine Isolierrondelle zur gezielten Energieverteilung beim Verschweißen vorgesehen ist. Diese Anordnung setzt Metallschichten im Tubenkopf und im Tubenrohrkörper voraus, da in diesen Schichten die für das Verschweißen notwendige Wärme induziert wird.
Bei der Herstellung von Tuben werden sogenannte Laminatschichten verwendet, die, um ein Verschweißen mit Hochfrequenz zu ermöglichen und um eine qualitativ hochwertige Gasundurchlässigkeit zu erzielen, eine Metallschicht, insbesondere eine Aluminiumschicht neben einer oder mehreren Kunststoffschichten enthalten. Diese Aluminiumschichten enthaltenden Laminate sind jedoch nur sehr schwer recycelbar, da die Trennung von Aluminium und Kunststoff nicht oder nur äußerst aufwendig erzielbar ist. In der heutigen Technologie werden Laminate aus EVOH (EVAL= Ethylenvinylalkohol) als Barriereschicht als ca. 15 µ starker Film oder mit einer SiOx-beschichteten Polyesterfolie hergestellt, wobei im letzteren Fall auf einen ca. 15 µ starken Polyesterfilm ein ca. 600 Å starker elastischer Glasbelag mittels einer Sputteranlage aufgedampft wird. Durch die relativ geringe Schichtstärke dieser Sperrschichtfilme und dem entsprechend geringen Volumenanteil sind diese Folien gut recycelbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit der mittels Hochfrequenz ein Tubenrohrkörper und ein Tubenkopf ohne metallische Schichten auf einfache und schnelle Weise ohne zusätzliche Teile miteinander verschweißt werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, Tubenrohrkörper mit vorgefertigten Tubenköpfen ohne metallische Schichten auf einfache, schnelle und bequeme Weise miteinander zu verbinden, wobei es auch möglich ist, bestehende Anlagen zum Induktionsverschweißen von Tuben mit metallischer Sperrschicht umzurüsten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf eine Zeichnung, die eine Matrize und Patrize mit darin angeordneten Tubenrohrkörper und Tubenkopf unmittelbar vor dem Verschweißen zeigt, näher erläutert.
Die Vorrichtung enthält eine Patrize 1 in der Gestalt eines Formdornes, auf den ein Tubenkopf 2 aufgesetzt ist und auf den ein Tubenrohrkörper 3 derart aufgeschoben ist, daß sein oberes Ende den unteren Randbereich des Tubenkopfes 2 überlappt. Die Vorrichtung weist auch eine Matrize 4 mit einer zentralen Öffnung, in die die Patrize 1 einführbar ist und einen Spulenkörper 5 mit einem radialen Schlitz (nicht dargestellt) auf. Der Spulenkörper 5 besteht vorzugsweise aus Kupfer und weist einen oder mehrere Kanäle 6 für ein Kühlmittel, z. B. Wasser auf. Mit dem Spulenkörper 5 ist eine mehrwindige Hochfrequenzspule 7 mit etwa einer Windungslänge elektrisch leitend verbunden, wobei der Schlitz nicht überbrückt wird. Die HF-Spule 7 kann aus einem Kupferrohr bestehen, dem ebenfalls ein Kühlmittel zugeführt werden kann. Die Matrize 4 weist ferner ein in einer zentralen Aussparung des Spulenkörpers 5 auswechselbar angeordnetes Formteil 8 auf, dessen zur Patrize 1 gerichtete Fläche die gewünschte Außenform der Tubenschulter und den Überlappungsbereich mit dem Tubenrohrkörper wiedergibt. An das Formteil 8 kann sich ein Führungsring 9 anschließen, der, wie im Ausführungsbeispiel, getrennt vom Formteil 8 ausgeführt ist, er kann jedoch auch mit dem Formteil 8 einstückig hergestellt sein. Der Führungsring 9 weist an seinem freien Ende eine trichterförmige Abschrägung 10 auf, die dem erleichterten Einführen des Tubenrohrs 3 auf der Patrize 1 in die Matrize 4 dient. Das Formteil 8 und der Führungsring 9 bestehen vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitendem Material, z. B. einem Hartkunststoff oder aus Keramik. Vorzugsweise sind das Formteil 8 und der Führungsring 9 in einem beide außen umfassenden Zentrierring 11 angeordnet, der lösbar mit dem Spulenkörper 5 verbunden ist. Hierdurch ist es möglich, durch Lösen des Zentrierringes 11 auf einfache und schnelle Weise das Formteil 8 und den Führungsring 9 einzeln oder zusammen auszuwechseln, wenn andere Formen oder Größen von Tuben hergestellt werden sollen.
Im Überlappungsbereich des Tubenrohrkörpers 3 mit dem Tubenkopf 2 ist in das ringförmige Formteil 8 ein dem Überlappungsbereich zugekehrter geschlossener Induktionsring 12 aus einem Metall angeordnet. Der Induktionsring 12 kann so angeordnet sein, daß seine der Patrize 1 zugewandte Außenfläche integrierter Bestandteil des Formteils 8 ist, wie dies in der Figur dargestellt ist. Der Induktionsring 12 kann aber auch in eine Aussparung im Formteil 8 versenkt angeordnet sein (nicht dargestellt). In einem derartigen Fall wird die geschlossene Formfläche durch Aufbringung beispielsweise einer Kunststoffschicht auf den Führungsring 9 wieder hergestellt, die ganz oder wenigstens in ihrem äußeren Bereich aus einer Antihaftbeschichtung bestehen kann. Im unmittelbaren Bereich des Induktionsringes 12 kann auf der von der Patrize 1 abgewandten Seite ein Kanal 13 für ein Kühlmittel vorgesehen sein.
Vorzugsweise soll der Induktionsring 12 eine geringe Volumenmasse aufweisen, die ein schnelles Abkühlen des Induktionsringes 12 nach einem HF-Impulsende ermöglicht, was durch eine geringe thermische Trägheit gewährleistet ist. Im Falle eines gekühlten Formteils 8 als Träger des Induktionsringes 12 wird die Abkühlung noch beschleunigt. Vorzugsweise kann der Induktionsring 12 auch als dünne metallische Schicht auf das Formteil 8 aufgedampft sein, was eine besonders niedrige Masse ermöglicht. Bei formschlüssiger Anordnung des Induktionsringes 12 und auch bei der Ausführung in Form einer aufgedampften Schicht, kann noch eine dünne Deckschicht aus Antihaftmaterial vorgesehen sein.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt.
Auf den Formdorn der Patrize 1 wird zunächst ein Tubenkopf 2 aufgesetzt, über den ein Tubenrohrkörper 3 überlappend aufgeschoben wird. Anschließend wird die Patrize 1 mit Tubenkopf 2 und Tubenrohrkörper 3 in die Matrize 4 eingeführt. Mittels der HF-Spule 7 werden dem Induktionsring 12 zeitlich veränderbare Hochfrequenzimpulse zugeführt, wodurch der Induktionsring 12 erwärmt wird und im Falle des direkten Kontakts mit dem Überlappungsbereich seine Wärme überwiegend als Kontaktwärme und im Falle eines kleineren oder größeren Abstands von diesem Überlappungsbereich, insbesondere durch Strahlungswärme auf den Überlappungsbereich überträgt, bis die notwendige Erwärmung der Kunststoffschichten von Tubenkopf 2 und Tubenrohrkörper 3 erreicht ist, die ein Verschweißen unter Druckanwendung durch relative Bewegung von Matrize 4 und Patrize 1 gegeneinander ermöglicht. Unmittelbar nach Abschalten des HF-Impulses wird der Induktionsring 12 durch die vorgesehene Kühlung und seine geringe Masse schnell abgekühlt, so daß auch die erwärmte Überlappungsstelle schnell abkühlt, wodurch hohe Herstellungsgeschwindigkeiten gesichert sind.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Verbinden von Tubenrohrkörpern (3) aus Kunststoffolien mit einem vorgefertigten Tubenkopf (2) aus Kunststoff durch Erwärmen ihrer sich überlappenden Teile mittels Hochfrequenz und unter Anwendung von Druck, mit einer Matrize (4) mit zentraler Öffnung und einer Patrize (1) als Formdorn und mit einer hohlen, gegebenenfalls an eine Kühlmittelquelle anschließbaren, mindestens eine Windung aufweisenden Induktionsspule (7), die auf einem aus Nichteisenmetall bestehendem, einen radialen Schlitz aufweisenden Spulenkörper (5) mit zentraler Öffnung derart angeordnet ist, daß sie mit dem Spulenkörper (5) mit etwa einer Windungslänge den Schlitz elektrisch nicht überbrückend elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das formgebende Teil (8) der Matrize (4) aus einem einen geschlossenen metallischen Induktionsring (12) tragenden Isoliermaterial besteht, wobei der Induktionsring (12) dem Überlappungsbereich zugekehrt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nähe des Induktionsrings (12) ein Kanal (13) für ein Kühlmittel angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktionsring (12) in die formgebende Fläche der Matrize (4) integriert ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktionsring (12) durch eine Antihaftbeschichtung abgedeckt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktionsring (12) eine geringe Volumenmasse aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktionsring (12) aus einer aufgedampften Metallschicht besteht.
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