DE4435736A1

DE4435736A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Werkstücken aus thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE4435736A1
Application number: DE19944435736
Authority: DE
Original assignee: STROEER GmbH
Current assignee: STROEER GmbH
Priority date: 1994-10-06
Filing date: 1994-10-06
Publication date: 1996-04-11

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Stumpfschweißen von wenigstens zwei Kunststoff-Werkstücken innerhalb einer Schweißvorrichtung, in welcher die Stumpfschweiß naht erzeugt wird, indem die beiden Werkstücke auf zwei, auf gleicher Höhe aber mit veränderlichem Abstand ange ordneten Spanntischen aufgelegt, nach Hochfahren eines Richtschwertes in einem Schweiß- oder Arbeitsspalt durch Anschieben der Werkstück-Stirn- oder Schweißkanten gegen die Richtschwertkanten exakt positioniert und in diesem Zustand von Niederhaltern unverrückbar auf dem jeweiligen Spanntisch festgehalten werden, wonach ein in den Schweiß spalt eingefahrenes Heizschwert im Körperkontakt mit den Schweiß-Stirnkanten der Werkstücke solange Wärme überträgt, bis der Kunststoff im Kantenbereich zäh- plastisch bis zäh-fließend ist und das Heizschwert alsdann wieder abgesenkt und die erwärmten Werkstück-Stirnkanten durch Bewegen von wenigstens einem Spanntisch mit vorbestimmtem Druck gegeneinander gepreßt, gehalten und die Schweißnaht zum Abkühlen gebracht wird, wonach die Anpressung der Niederhalter aufhebbar ist, und das Werk stück aus der Schweißvorrichtung entnommen wird.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren insbesondere nach Patent DE 43 21 298 C2, bei dem die beiden Werkstücke zunächst auf einer maschinen-festen, unbeweglichen Spann platte und einer beweglichen Spannplatte festgelegt, mittels hochschwenkbaren Richtschwertes positioniert und durch Niederfahren der den Spannplatten zugehörigen Niederhaltern festgespannt werden, wonach das Heizschwert in den Schweißspalt eingefahren, die Stirnkanten-Bereiche der Werkstücke auf schweißbare Temperaturen erhitzt, ein Werkstück kurzfristig zwecks Niederfahrens des Heiz schwertes von der festen Spannplatte entfernt und danach sofort beide heißen Stirnkanten durch entgegengesetztes Verfahren der beweglichen Spannplatte unter vorbestimm barem Druck gegeneinandergepreßt und verschweißt werden, wonach das erzeugte einteilige Werkstück an der Schweiß naht zum Abkühlen gebracht und danach aus der Schweiß vorrichtung entnommen wird.

Ferner betrifft die Erfindung zur Ausübung des erfinderi schen, neuen Verfahrens eine Schweißvorrichtung zum Stumpfschweißen vorzugsweise plattenförmiger Kunststoff-Werkstücke aus PP, PE, PVC, PVDF odgl., bei der auf einem Vorrichtungs-Gestell zwei Spanntisch-Hälften bei derseits eines zwischen ihnen belassenen, durch horizon tales Bewegen der Spanntisch-Hälften, in der Breite ver stellbaren Schweiß- oder Arbeitsspaltes, als Auflagen für die Kunststoff-Werkstücke vorgesehen sind, wobei jede Spanntisch-Hälfte zumindest in Schweißspalt-Nähe oberseitig einen auf- und niederbewegbaren, über seine Länge mit wählbarem gleichmäßigem Druck beaufschlagbaren Niederhalter zum zeitweiligen Festspannen eines Werk stückes aufweist, während das Vorrichtungs-Gestell unter halb der Spanntisch-Hälften ein höhenbewegliches Richt schwert zum Positionieren der zu verschweißenden Stirn kanten der Werkstücke im Schweiß-Spalt sowie ein höhenbe wegliches Heizschwert aufweist, das, in den Schweiß-Spalt eingefahren, in Körperkontakt mit den Werkstück-Stirnkanten bringbar und diesen Körperkontakt bei Heiz energie-Zufuhr mit steuerbarerer Temperatur-Höhe und steuerbarer Heizdauer beibehält, bis die Stirnkanten der Werkstücke und deren unmittelbar angrenzende Bereiche schweißbar sind, wobei das Heizschwert beim Stumpf schweiß-Vorgang unter die Spanntisch-Hälften abgesenkt und letztere bei festgespannten Werkstücken durch Gegen einanderfahren die Stirnkanten mit einstellbar hohem und einstellbar lang andauerndem Schweiß-Druck beauf schlagbar sind.

Schließlich ist für die Ausübung der Schweißung nach der Erfindung noch eine Schweißvorrichtung, insbesondere nach DE-PS 43 21 298 C2, von besonderer Bedeutung, bei der eine Spanntisch-Hälfte unbewegbar am Maschinen-Gestell gehalten ist, das Richtschwert an der Unterseite der beweglichen Spanntisch-Hälfte in den Schweißspalt auf- und abschwenkbar ausgebildet und vom Heizschwert getrennt ist, welches quer zu sich selbst auf- und abschiebbar unter der unbewegbaren Spanntisch-Hälfte angeordnet ist.

Das Stumpf- oder Spiegelschweißen von thermoplastischen Kunststoff-Werkstücken nach vorgenannten bekannten Ver fahren und mittels vorgenannter bekannter Schweiß vorrichtungen wird aus vielen Gründen noch auf "alte" Art ausgeführt. Die Werkstücke aus PP, PE, PVC, PVDF odgl. werden auf scherenartig zueinander, synchron bewegbare Spanntisch-Hälften aufgelegt, positioniert, erhitzt und durch Gegeneinanderpressen der erhitzten Stirnkanten bereiche vereinigt - verschweißt - und unter Druck zur Abkühlung gebracht. Dabei sind Erhitzungen der Stirn kanten und angrenzender Bereiche auf so hohe werkstoff- und abmessungs-abhängige Temperaturen üblich und auch vorgeschrieben, daß zumindest die Stirnkanten-Ober flächen nicht nur zäh-plastisch, sondern z. T. sogar zäh-fließend werden.

Da der Zusammenpreßdruck sehr hoch ist, wird plastisches und fließfähiges Material nach oben und unten verdrängt, wodurch oben und unten der erwähnte Schweißwulst ent steht.

In der Praxis gibt es durchaus Werkstücke, die längs einer Nahtlänge von 3,00 m verschweißt werden und die eine Dicke von z. B. 3 cm haben. Die Werkstücke sind so wohl plattenförmig - zumindest im Schweißnaht-Bereich - als auch rohr- oder kanalförmig.

Fließfähiger oder fließender Kunststoff folgt der Schwerkraft und fließt z. T. tropfenformig über den nor malen Schweißwulst hinaus. Bevor das fertig geschweißte Werkstück aus der Schweißvorrichtung entnommen werden kann, muß die vorgeschriebene, für den jeweiligen Fall einer Tabelle entnehmbare, lange Abkühlzeit, - 40 Minuten sind durchaus möglich - abgewartet werden, und am Werk stück darf während dieser Zeit nichts bearbeitet werden. Das Entnehmen ist eine mühselige und langwierige Handar beit, weil sich die z. T. mehrere Zentimeter langen Schweißnasen und -Tropfen ständig in der Schweißvorrich tung verhaken. Bei großen Abmessungen haben die Arbeiter sehr große Gewichte und sehr sperrige Gegenstände zu handhaben. Die Entnahmezeit ist daher unvorhersehbar lang, auch wenn es Zufälle mit schneller einfacher Entnahme gibt.

Mit der Entnahme sind die Arbeiten aber nicht beendet. Es sind noch zwei Schweißwülste zu entfernen. Diese Ar beit wird bisher ebenfalls ausschließlich von Hand, mit tels sogenannter Schaber oder Schabmesser ausgeführt. Bei dieser Arbeit sollen die Werkstückoberflächen mög lichst unverletzt insbesondere unzerkratzt bleiben. Der wieder abgekühlte und damit auch erhärtete Kunststoff hat auch in den Schweißwülsten wieder die werkstoffeigene Festigkeit und Härte, so daß das Abtragen des Schweiß wulstes eine körperlich schwere Kraftarbeit ist, die aber zusätzlich eine gewisse Übung und Fertigkeit erfor dert, die ihrerseits nicht nur vom einzelnen Arbeiter, sondern auch von dessen Tagesform abhängig ist.

Erschwerend ist bei solchen Arbeiten immer ein größeres Format des Werkstückes. Bei 3,00 m Breite und 3,00 m Län ge verläuft die Schweißnaht mit den Schweißwülsten meist im Abstand von 1,50 m von einem Rand und parallel zu letzterem. In so einem Fall sind die ersten Abschnitte von etwa 1,00 m vom Rand aus noch relativ gut erreichbar. Die mittleren Bereiche dagegen müssen entweder auf den Werkstücken liegend oder bei auf Hilfstischen gekippt angeordneten Werkstücken gewissermaßen von der Seite her bearbeitet werden. Dabei ist entweder unvorteilhafte Körperlage beim Arbeiten oder aufwendiges, zumindest zweimaliges, umständliches Handhaben der schweren und insbesondere unhandlich großen Werkstücke unerläßlich.

Gänzlich problematisch wird das Abtragen der Schweiß wülste, wenn auf der Schweißvorrichtung ein rohrartiger Körper geschlossen wird. Wegen des Vorrichtungs-Gestells kann der eine Schweißwulst dann nur innerhalb des Rohr körpers verlaufen. Dessen Zugänglichkeit zwecks Abtragens des Schweißwulstes kann bei 3,00 m Länge des Hohlkörpers zum ernsten Problem werden.

Deshalb ist das bisherige bekannte Abtragen der Schweiß wülste an stumpf- oder spiegelgeschweißten Werkstücken aus Kunststoff nach deren Entnahme aus der Schweißvor richtung eine teure Handarbeit, die zeitraubend ist und den an sich schon zeitfressenden Arbeitsvorgang zusätzlich verlängert und darüber hinaus ein unwägbares Qualitäts risiko in den Prozeß einführt, falls Oberflächenver letzungen an den Werkstücken infolge der Handarbeit ent stehen.

Ein Beispiel für das bisherige bekannte Vorgehen ist der DE 35 39 842 A1 zu entnehmen, auch wenn auf die vor stehend geschilderten Probleme in keiner bekannten ein schlägigen Druckschrift eingegangen wird oder gar Lösungen nahegelegt oder angeboten werden.

Wegen des langen Bekanntseins der Probleme um des bis herigen Fehlens jeglichen Problemlösungsversuches wird es als erfinderische Aufgabe angesehen, zumindest das Abtragen des unteren Schweißwulstes auf mechanische oder maschinelle Weise nach dem Abkühlen noch in der Schweiß vorrichtung durchführbar zu machen.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe kennzeichnet sich ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß das Werkstück nach dem Abkühlen noch innerhalb der Schweißvorrichtung auf wenigstens einem Spanntisch festgehalten wird und daß danach wenigstens ein entstandener Schweißwulst spanabhebend abgetragen und das Werkstück erst danach bzw. nach Aufheben der Festhaltung aus der Schweißvorrichtung entnommen wird.

Besonders sinnvoll ist es, wenn gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 2 verfahren wird, die dadurch gekennzeich net ist, daß der untere Schweißwulst abgetragen wird.

Mit dem Vorgehen gemäß der Erfindung werden die geschil derten Nachteile überraschend einfach und technisch fort schrittlich vermieden, denn die schwere und umständliche Handarbeit beim Entnehmen der Werkstücke wird zwar nicht vermieden, aber sehr wesentlich erleichtert, weil es kein Verhaken der Werkstücke in der Schweißvorrichtung mehr geben kann. Wesentlich dabei ist, daß der besonders dicke, untere Schweißwulst in der Schweißvorrichtung mechanisch oder maschinell entfernt wird; denn man erhält so sehr saubere, hochwertige Oberflächen standardmäßig und nicht wie bisher von der Tagesform oder Tüchtigkeit des Arbeiters abhängig, ggf. mit Kratzern und anderen unliebsamen Spuren von Handarbeit.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art, das mittels einer Schweißvorrichtung gemäß der DE 43 21 298 C2 aus geführt wird, ist von selbständig erfinderischer Bedeu tung dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der ent standene untere Schweißwulst nach hinreichender Abküh lung des Werkstückes abgetragen wird, bevor das Werk stück aus der Schweißvorrichtung entnommen wird.

Der besondere, nicht vorhersehbare Vorteil besteht darin, daß Kunststoff-Gegenstände in bisher undenkbarer Präzi sion und Gleichmäßigkeit sowie hoher Maßhaltigkeit rationell und mit erheblich eingeschränktem Bedarf menschlicher Handarbeit hergestellt werden können.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe dient auch eine Schweißvorrichtung der eingangs genannten Art, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß an wenigstens einer Spanntisch-Hälfte wenigstens eine, in Bezug auf den Schweißspalt maßgenau positionierte, mit Antriebskraft gegen den Schweißwulst bewegbare oder gegen die Antriebskraft eines bewegten Werkstückes festhalt bare Schneid- oder Trenn-Einrichtung vorgesehen ist.

Eine weitere selbständig erfinderische Lösung der eingangs genannten Aufgabe geht von der schon genannten DE 43 21 298 C2 aus und ist erfindungsgemäß dadurch ge kennzeichnet, daß die Trenn- oder Schneid- oder Zerspan-Einrichtung längs der Schweißspalt-Kante, wenigstens an der unbewegbaren Spanntisch-Hälfte vorgesehen ist.

Über die besonderen überraschenden Vorteile einer, wie vorstehend, ausgebildeten Schweißvorrichtung wurde schon in Verbindung mit dem vorrichtungstechnischen, beson deren Verfahren gesprochen; es genügt der Hinweis, daß das bisher eher manufakturartige Arbeiten erfindungs gemäß zu einem Fließfertigungsverfahren einer Produktions straße umgewandelt werden kann.

Die Unteransprüche offenbaren die vorteilhaften, möglichen Merkmale der Schweißvorrichtungs-Ausgestaltung, ange fangen von der baulich einfachsten Variante gemäß An spruch 17 bis hin zu jenen Ausführungen, die z. B. infolge besonderer Kunststoff-Eigenschaften vorteilhaftere ggf. aufwendigere Lösungen darstellen und die in den Ansprü chen 18 bis 31 offenbart sind.

Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäß ausgebildeten, zur Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeigne ten Schweißvorrichtung sind in den Zeichnungen schema tisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schema-Schnittansicht der Schweißvorrichtung nach der Erfindung im Zustand des Positionierens,

Fig. 2 die Schweißvorrichtung gemäß Fig. 1 im Zustand des Heizens,

Fig. 3 die Schweißvorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 im Zustand des Schweißens und Abkühlens,

Fig. 4 die Schweißvorrichtung gemäß Fig. 1 bis 3 nach dem Abkühlen, beim öffnen einer Festspannung,

Fig. 5 die Schweißvorrichtung gemäß Fig. 1 bis 4 im Zustand des Abtragens des unteren Schweißwulstes mittels seit lichem Abscherens.

Fig. 6a, b, c eine vereinfachte Schemadarstellung der Ausführung für Abtragen durch Abscheren in Schweißwulst-Längsrichtung und

Fig. 7a, b, c ebenfalls stark vereinfachte Schema darstellungen für ein Abtragen des Schweißwulstes mittels anderer Schneid- oder Zerspan-Einrichtungen.

Die Figuren zeigen, wenn auch in stark vereinfachter Form, in Schema-Querschnitt-Ansicht eine Schweißvor richtung 1 zum Stumpf- oder auch Spiegelschweißen von zumindest in Schweißnaht-Nähe plattenförmigen Werkstücken aus thermoplastischen Kunststoffen, wie PP, PE, PVC, PVDF odgl., zu einem einstückigen Werkstück 2, das sich durch einen unteren, stärkeren und einen oberen, schwächeren Schweißwulst 3 auszeichnet.

Die Werkstückteile werden zum Schweißen auf je eine Spanntisch-Hälfte 4 zunächst lose aufgelegt. Die Spann tisch-Hälften 4 sind bei den meisten Schweißvorrichtun gen 1 scherenartig, gegensinnig-synchron aufeinander zu und voneinander wegbewegbar auf einem Vorrichtungs-Gestell 5 angeordnet. Die hierzu erforderlichen Führungen und Antriebe, z. B. Hydraulikzylinder odgl., sind der Übersicht und Einfachheit halber nicht dargestellt.

Die in Fig. 1 bis 5 gezeigte Schweißvorrichtung gehört einer besonders vorteilhaften Bauart an, bei der nur eine Spanntisch-Hälfte 4, und zwar in den Fig. 1 bis 5 die rechte, beweglich ist, während die andere fest und unbeweglich mit dem Vorrichtungs-Gestell 5 verbunden ist.

Die Fig. 1 zeigt ein unter der beweglichen Spanntisch-Hälfte 4 angelenktes Richtschwert 6 in hochgeschwenkter Arbeitsposition. Die beiden Werkstückhälften oder -Teile werden nämlich mit ihren gegeneinander gerichteten Stirn kanten 7 satt gegen die Flanken des Richtschwertes 6 geschoben und so für den bevorstehenden Schweißvorgang exakt positioniert.

Liegt die genaue Position der Werkstückhälften fest, dann werden je Spanntisch-Hälfte 4 plattenförmige, mit tels Druckarbeitsgliedern 8 heb- und senkbare Nieder halter 9 abgesenkt, druckbeaufschlagt und damit die Lage der Werkstückhälften fixiert. Durch leichtes Wegfahren der rechten Spanntisch-Hälfte 4 wird das Richtschwert 6 kraftfrei und kann nach unten in Ruhestellung ge schwenkt werden, siehe Fig. 2 bis 5.

Alsdann wird ein unter der unbeweglichen Spanntisch-Hälfte 4 gehaltenes Heizschwert 10 durch leichtes seit liches Verschieben und Hochheben in einen Schweißspalt 11 eingefahren, der durch das Niederschwenken des Richt schwertes 6 zwischen beiden Spanntisch-Hälften 4 sowie Werkstückhälften frei geworden ist. Die bewegliche Spanntisch-Hälfte 4 wird dann mit gewisser Kraft gegen das Heizschwert 10 gefahren, damit ein satter, gut wärme übertragender Körperkontakt mit den Stirnkanten 7 der Werkstückhälften entsteht. Je nach vorgeschriebenen Tabellenwerten wird dann solange erhitzt und so hohe Temperatur erzeugt, daß der Kunststoff an den Stirnkan ten 7 und zumindest den angrenzenden Randbereichen zäh- plastisch bis zäh-flüssig ist. Von diesem Zeitpunkt an wird die bewegliche Spanntisch-Hälfte 4 wieder vom Heiz schwert 10 weggefahren und letzteres notfalls mit Gewalt von den Stirnkanten 7 abgerissen und nach unten gesenkt. Sofort werden die Spanntisch-Hälften 4, bzw. der rechte bewegliche, mit hoher Kraft beaufschlagt, so daß die Stirnkanten 7 gegen- und ineinander gepreßt und so ver schweißt werden. Die Höhe des Druckes und die Dauer sei ner Anwendung sind wiederum vorgeschriebene Tabellenwerte. Mitunter gibt es Zeiten von 40 Minuten, innerhalb welcher der entstandene Schweißwulst 3 von Hand berührbar wird. Während dieser Abkühlzeit darf am Werkstück 2 nicht ge arbeitet und auch nichts bearbeitet werden, damit das Schmelz-Schweiß-Gefüge nicht geschwächt wird.

Nach Ablauf der Abkühlzeit wurden bisher die Nieder halter 9 entlastet oder entspannt und das Werkstück 2 aus der Schweißvorrichtung 1 entnommen. Das erwies sich in der Vergangenheit als ziemlich mühselig und zeitrau bend, weil die erkalteten Tropfnasen des unteren Schweiß wulstes 3 sich immer wieder an den Spanntischen 4 verhak ten. Wenn die Werkstücke 2 große Abmessungen und große Wandstärken hatten, dann waren beim Entnehmen sehr große Gewichte zu bewältigen. Die allgemeine Tendenz, die Werk stücke so schnell wie möglich aus der Schweißvorrichtung 1 zu bekommen, weil die anderen Arbeiten Heizen, Abkühlen z. T. sehr lange Zeit in Anspruch nahmen, konnte aber in der Praxis nicht mehr als ein unter glücklichen Um ständen gelegentlich verwirklichbarer Wunsch bleiben.

Deshalb wird bei der Schweißvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 bis 5 nach Ablauf der Abkühlzeit nur der Niederhalter 9 der unbeweglichen Spanntisch-Hälfte 4 entlastet. Das Werkstück 2 wird dann von der beweglichen Spanntisch-Hälfte 4 ein wenig weggezogen und danach wieder mit Kraft zurückgefahren. Dabei wird der untere Schweißwulst 3 gegen ein auf der Oberseite der festen Spanntisch-Hälfte 4 befestigtes, mit der Schneide in den Schweißspalt ragen des Abschermesser 11 geschoben und vorzugsweise im "ziehen den Schnitt" abgetragen. Letzteres wird durch "schräges Anstellen" der Schneide erreicht und mildert die sonst unvermeidlichen z. T. sehr hohen Schnittkräfte.

Es bleibt ein sauber entfernter, unterer Schweißwulst 3 als Abfall und eine hochwertig glatte Oberfläche des Werkstückes 2 an der Stelle des entfernten Schweißwul stes 3 zurück.

Eine derartige Oberflächenqualität ist mit Handarbeit nicht zu erzielen. Das Entnehmen des Werkstückes 2 berei tet nun keine Schwierigkeiten mehr, weil die sich ver hakenden Tropfnasen usw. fehlen. Trotz eines zusätzlichen Arbeitsganges ist das Werkstück 2 in der Regel schneller bzw. eher aus der Schweißvorrichtung 1 als früher ent nehmbar. Der relativ flache obere Schweißwulst 3 kann schon allein wegen seiner geringen Höhe relativ leicht außerhalb der Schweißvorrichtung 1 in herkömmlicher Weise entfernt werden.

Es ist denkbar, z. B. an den Druckarbeitsgliedern 8 oder an den Niederhaltern 9 der festen Spanntisch-Hälfte 4 über Schwenkhalterungen, wie sie für das Richtschwert 6 üblich sind, ein zusätzliches Abschermesser für den oberen Schweißwulst 3 anzuordnen, so daß beide Schweiß wülste 3 nach dem Abkühlen noch in der Schweißvorrichtung 1 entfernt werden können. Selbst wenn die beiden Abtrags vorgänge zeitlich nacheinander ausgeführt werden, bedeutet es keinen oder allenfalls nur einen sehr geringen Zeitver lust so zu arbeiten, dafür spart man aber teure mensch liche Handarbeit ein und erzielt einen erheblichen Qualitätsgewinn.

Bisher wurde beschrieben, daß eine Spanntisch-Hälfte 4 fest am Vorrichtungs-Gestell 5 und die andere relativ dazu beweglich angeordnet sind. Selbstverständlich läßt sich das Ausführen der erforderlichen Bewegungen und das Aufnehmen und Ableiten der hohen Schnittkräfte auf dieser Basis einfach gestalten. Die Vorläufer-Ausfüh rungen bzw. älteren und noch in großem Umfang in Gebrauch befindlichen Schweißvorrichtungen mit der scherenartigen Bewegbarkeit der beiden Spanntisch-Hälften 4 sind jedoch von der Anwendung der beschriebenen Ausgestaltung keines falls ausgeschlossen. Es muß durch geeignete Steuerungs maßnahmen lediglich für den zusätzlichen Freihub eines Niederhalters 4 gesorgt, und das bzw. die Abschermesser müssen eingebaut werden. Es wird dann fast immer ein schnelleres Arbeiten erreicht werden, und die Qualität der Oberflächen, an denen Schweißwülste mechanisch abgetragen werden, wird immer weit über der bei Handarbeit liegen.

Es mag Fälle geben, wo die hohe Festigkeit des Kunst stoffes derart hohe Abscherkräfte hervorrufen bzw. er fordern würde, daß man diese Art des Abtragens der Schweißwülste 3 besser nicht anwendet. Für derartige Fälle geben die Ausbildungsvarianten gemäß Fig. 6 und 7, jeweils a, b und c geeignete Ausgestaltungen an.

Die Maxime dieser Ausgestaltungen besteht darin, daß der gewissermaßen von der Seite auf die jeweilige Schweiß wulst 3 ausgeübte Abtragschnitt in einen, in Längsrich tung des Schweißwulstes 3, von einem Ende zum anderen fortschreitenden, im Schnittbereich quer zur Länge des Schweißwulstes 3 einwirkenden Schnitt umwandelt. Dazu bedarf es im Bereich des Schweißspaltes angeordnete oder anordbare, z. B. auch von unten oder oben einschwenkbare Führungen 12, die sich am Vorrichtungs-Gestell 5 oder an den Spanntisch-Hälften 4 abstützen könnten. Auf diesen wiederum können mittels Gleit- und/oder Rollführung, Halter oder Knöpfe 13 befestigt sein.

Im einfachsten Fall, Fig. 6a, b, c, dient der Halter 13 zur auswechselbaren Befestigung eines Schabmessers 14. Zum Erzeugen des "schneidenden" Vorschubes kann der Hal ter 13 mit einem reversierbar gesteuert antreibbaren Endlos-, Seil- oder Kettentrieb 15 verbunden sein, auch der Einsatz eines Linear-Motores 15 als Antriebselement ist möglich. Die erforderliche Vorschub- oder Schnittkraft ist klein im Vergleich zum Schneidkraftaufwand bei fast gleichzeitig über die gesamte Länge des Schweißwulstes 3 wirkenden Abscherschnitt. Bei geeigneten scharfen Schab messern 14 kann auch relativ schnell geschnitten werden. Es gibt bekanntlich auch Kunststoffe mit höchster Festig keit und höchstem Verschleißwiderstand. Abgesehen von der Tatsache, daß auch die bisherige Handarbeit kein Abtragen der Schweißwülste 3 gestatten würden, könnte es bei Abtragsmessern 14 zu sehr hohen Schnittkräften und zu schnellem Stumpf-Werden kommen.

Für derartige Situationen sind die Köpfe 13 vorgesehen. Sie sind mit Antriebsvorrichtungen oder Energieerzeugern entweder ausgerüstet oder verbindbar und auf gleiche Weise wie die Halter 13 auch z. B. hydraulisch oder pneuma tisch in Längsrichtung der Schweißwulst bewegbar. Sie können mit rotierenden Fräsern 16 bestückt sein, welche z. B. aus Hartmetall bestehen oder z. B. im Sonderfall auch diamant-bestückt sein können.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, im Kopf 13 eine Laser-Optik zum Abtragen des Schweißwulstes 3 unterzu bringen. Hochenergie-Hochdruck und/oder Hochgeschwindig keits-Flüssigkeitsdüsen am Kopf 13 sind auch widerstands fähigsten Kunststoffen gewachsen. Im besonderen Bedarfs fall eignen sich auch Ultraschall-Schwinger in Gestalt von Messern, Sägen odgl. zum Abtragen widerspenstigster Schweißwülste.

Abschließend kann gesagt werden, daß mit dem beschriebenen Verfahren und der Schweißvorrichtung ein erheblicher Entwicklungsschritt in die Herstellung großer zu ver schweißender Kunststoff-Gegenstände eingeführt wird. Selbst wenn nur der untere Schweißwulst in der Schweißvor richtung abgetragen wird, und selbst dann, wenn mit dem primitiv einfachen Abtragen von der Seite her gearbeitet wird, kommt es zu wesentlicher Ersparnis menschlicher, körperlicher Arbeitskraft sowie zu schnellerem Stück- Durchsatz der Schweißvorrichtungen und zu bisher unbe kannter hoher Qualität der Werkstückoberfläche an der Linie des Schweißwulstabtrages.

Alle in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Zeichnungen dargestellten Einzel und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Der Schutzumfang der Erfindung erstreckt sind nicht nur auf die Merkmale der einzelnen Ansprüche, sondern auch auf deren Kombination.

Die Erfindung ist nicht nur auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr stellen diese nur einige von vielen, möglichen vorteil haften Ausgestaltungsbeispielen dar.

Claims

1. Verfahren zum Stumpfschweißen von wenigstens zwei Kunststoff-Werkstücken innerhalb einer Schweißvorrichtung, in welcher die Stumpfschweißnaht erzeugt wird, indem die beiden Werkstücke auf zwei auf gleicher Höhe aber mit veränderlichem Abstand angeordneten Spanntischen aufgelegt, nach Hochfahren eines Richtschwertes in einem Schweiß- oder Arbeitsspalt durch Anschieben der Werkstück- Stirn- oder Schweißkanten gegen die Richtschwertkanten exakt positioniert und in diesem Zustand von Niederhaltern unverrückbar auf dem jeweiligen Spanntisch festgehalten werden, wonach ein in den Schweißspalt eingefahrenes Heizschwert im Körperkontakt mit den Schweiß-Stirnkanten der Werkstücke solange Wärme überträgt, bis der Kunststoff im Kantenbereich zäh-plastisch bis zäh-fließend ist und das Heizschwert alsdann wieder abgesenkt und die erwärmten Werkstück-Stirnkanten durch Bewegen von wenigstens einem Spanntisch mit vorbestimmtem Druck gegeneinander gepreßt, gehalten und die Schweißnaht zum Abkühlen gebracht wird, wonach die Anpressung der Niederhalter aufhebbar ist, und das Werkstück aus der Schweißvorrichtung entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück nach dem Abkühlen noch innerhalb der Schweißvorrichtung auf wenigstens einem Spanntisch festgehalten wird und daß danach wenigstens ein entstandener Schweißwulst spanabhebend abgetragen und das Werkstück erst danach bzw. nach Aufheben der Festhaltung aus der Schweißvorrichtung entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der untere Schweißwulst abgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festhaltung eines Spanntisches aufgehoben und dieser Tisch bei auf dem anderen Spanntisch weiter auf das Werkstück wirkender Festspannung im Sinne einer Verbreiterung des Schweißspaltes bewegt wird, und danach das Werkstück auf dem anderen Spanntisch vom Niederhalter gelöst, dafür aber auf dem zuvor bewegten Spanntisch von dessen Niederhalter fest eingespannt wird und daß alsdann der untere und/oder obere Schweißwulst abgetragen wird, indem der zuvor bewegte Spanntisch zurückbewegt wird und das mitgenommene Werkstück dabei mit seinem unteren bzw. oberen Schweißwulst gegen ein unten bzw. oben am nicht bewegten Spanntisch in der Ebene der Werkstückoberfläche montiertes Schermesser gefahren wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißwulst im Sinne eines ziehenden Schnittes gegen ein in kleinem Winkel zur Schweißnaht befestigtes Schermesser gefahren wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere nach Patent DE 43 21 298 C2, bei dem die beiden Werkstücke zunächst auf einer maschinen-festen, unbeweglichen Spannplatte und einer beweglichen Spannplatte festgelegt, mittels hochschwenkbaren Richtschwertes positioniert und durch Niederfahren der den Spannplatten zugehörigen Niederhalter festgespannt werden, wonach das Heizschwert in den Schweißspalt eingefahren, die Stirnkanten-Bereiche der Werkstücke auf schweißbare Temperaturen erhitzt, ein Werkstück kurzfristig zwecks Niederfahrens des Heizschwertes von der festen Spannplatte entfernt und danach sofort beide heißen Stirnkanten durch entgegengesetztes Verfahren der beweglichen Spannplatte unter vorbestimmtem Druck gegeneinander gepreßt und verschweißt werden, wonach das erzeugte einteilige Werkstück an der Schweißnaht zum Abkühlen gebracht und danach aus der Schweißvorrichtung entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der entstandene untere Schweißwulst nach hinreichender Abkühlung des Werkstückes abge tragen wird, bevor das Werkstück aus der Schweiß vorrichtung entnommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach hinreichender Abkühlung der Schweißwulst zunächst die Festhaltung auf der beweglichen Spann platte gelöst, das Werkstück mittels Bewegung der beweglichen Spannplatte relativ zur beweglichen Spann platte verschoben, alsdann bei erneut festhaltendem Niederhalter der beweglichen Spannplatte und bei abgehobenem Niederhalter des unbeweglichen Spann tisches durch Bewegen des verfahrbaren Spanntisches mit dem unteren Schweißwulst gegen ein an der Unter kante des festen Spanntisches angeordnetes Schermesser geschoben und dabei der untere Schweißwulst abgetragen wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück mit seinem Schweißwulst im Sinne eines ziehenden Schnittes gegen ein schräg zur Länge des Schweißwulstes angeordnetes Schermesser geschoben wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und/oder untere Schweißwulst mittels eines an wenigstens einem Spanntisch mechanisch geführtem und in Längsrichtung des Schweißwulstes antreibbaren Abstechmessers bei wenigstens einem festspannendem Niederhalter abgetragen wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und/oder untere Schweißwulst mittels eines rotierend angetriebenen Werkzeugs, welches in längs der Schweißnaht verlaufenden, an dem oder den Spanntischen gehaltenen Führungen in Längs richtung der Schweißnaht vorgeschoben wird, zer spanend abgetragen wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und/oder untere Schweißwulst mittels eines energiereichen Strahles aus einem längs der Schweißwülste bewegten Kopf abgetragen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und/oder untere Schweißwulst mittels eines Laser-Strahles abgetragen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und/oder untere Schweißwulst mittels eines Hochdruck-Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeits strahles abgetragen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und/untere Schweißwulst mittels eines Ultraschall-Schneiders abgetragen wird.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das verschweißte, einteilige Kunststoff-Werkstück wenigstens mit entferntem, unteren Schweißwulst aus der Schweißvorrichtung entnommen wird.

15. Schweißvorrichtung zum Stumpfschweißen vorzugsweise plattenförmiger Kunststoff-Werkstücke aus PP, PE, PVC, PVDF odgl., bei der auf einem Vorrichtungs-Ge stell zwei Spanntisch-Hälften beiderseits eines zwischen ihnen belassenen, durch horizontales Bewegen der Spanntisch-Hälften in der Breite verstellbaren Schweiß- oder Arbeitsspaltes als Auflagen für die Kunststoff-Werkstücke vorgesehen sind, wobei jede Spanntisch-Hälfte zumindest in Schweißspalt-Nähe oberseitig einen auf- und niederbewegbaren, über seine Länge mit wählbarem, gleichmäßigem Druck beaufschlagbaren Niederhalter zum zeitweiligen Festspannen eines Werkstückes aufweist, während das Vorrichtungs-Gestell unterhalb der Spanntisch-Hälften ein höhenbewegliches Richtschwert zum Positionieren der zu verschweißenden Stirnkanten der Werkstücke im Schweiß-Spalt sowie ein höhenbewegliches Heiz schwert aufweist, das, in den Schweiß-Spalt einge fahren, in Körperkontakt mit den Werkstück-Stirn kanten bringbar und diesen Körperkontakt bei Heiz energie-Zufuhr mit steuerbarer Temperatur-Höhe und steuerbarer Heizdauer beibehält, bis die Stirnkanten der Werkstücke und deren unmittelbar angrenzende Bereiche schweißbar sind, wobei das Heizschwert beim Stumpfschweiß-Vorgang unter die Spanntisch-Hälften abgesenkt und letztere bei festgespannten Werkstücken durch Gegeneinanderfahren die Stirnkanten mit ein stellbar hohem und einstellbar lang andauerndem Schweiß-Druck beaufschlagbar sind, insbesondere zur Ausübung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Spanntisch-Hälfte (4) wenigstens eine, in Bezug auf den Schweißspalt maßgenau positionierte, mit Antriebskraft gegen den Schweißwulst bewegbare oder gegen die Antriebskraft eines bewegten Werkstückes festhaltbare Schneid- oder Trenn-Einrichtung vorgesehen ist.

16. Schweißvorrichtung nach Anspruch 15, insbesondere nach DE 43 21 298 C2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenn- oder Schneid- oder Zerspan-Einrichtung (11, 13) längs der Schweiß-Spalt-Kante, wenigstens an der unbewegbaren Spanntisch-Hälfte (4) vorgesehen ist.

17. Schweißvorrichtung nach Anspruch 15 und/oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenn-Einrichtung als Schermesser (11) ausgebildet ist, welches parallel zum Schweißspalt auf der Spannhälften-Oberseite in einer passenden Vertiefung mit zum Schweißspalt weisender Schneide befestigt ist.

18. Schweißvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb und/oder unterhalb der Spannplatten-Hälften (4) zum Schweißspalt parallele Führungs-Elemente (12) angeordnet sind, auf welchen Schlitten, Halter oder Köpfe (13) mittels geeigneter Antriebsmittel in Längsrichtung der Schweißwülste (3) bewegbar sind, und daß der Schlitten, Halter oder Kopf (13) ein quer zur Länge der Schweißwulst (3) verlaufendes Messer (14) oder ggf. separat, z. B. rotierend antreibbares Abtrag-Werkzeug (16) aufnimmt.

19. Schweißvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen (12) parallel verlaufende Stäbe, Profile oder Schienen sind, und daß die Köpfe, Halter (13) usw. mit Gleitbuchsen, Laufrollen odgl. geführt auf den Stäben usw. verschiebbar sind.

20. Schweißvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe, Profile usw. paarweise vereinigt sind und zusammen mit dem jeweiligen Kopf, Halter (13) odgl. nach Bedarf in Arbeitsposition am Schweißwulst (3) oder in eine Ruheposition fern vom Schweißspalt heb- und senkbar oder auf und ab-schwenkbar, in Arbeitsposition gegen Schneid- und Trennreaktionen sicher abstützbar angeordnet sind.

21. Schweißvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter oder Kopf (13) ein Schab- oder Trennmesser (14) mit quer zur Länge des Schweißwulstes (3) verlaufender Schneide auswech selbar und zur Werkstück-Oberfläche einstellbar auf nimmt.

22. Schweißvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter oder Kopf (13) ein Lager und eine Spanneinrichtung für ein rotierendes Messer, z. B. einen Fräser (16), aufweist und mit einem Antriebs motor für das Werkzeug ausgerüstet oder z. B. mittels Elastikwelle mit einem Motor verbindbar ist.

23. Schweißvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des rotierenden Messers (16) im wesentlichen lotrecht, jedoch im schiefen Winkel zur Werkstück-Oberfläche verläuft.

24. Schweißvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des rotierend angetriebenen Messers (16) im wesentlichen horizontal verläuft.

25. Schweißvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß am Halter oder Kopf (13) eine Austritts-Düse für den Hochdruck und/oder Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeits-Strahl mit quer zur Länge der Schweißwulst (3) verlaufender Düsenachse angeordnet ist und daß am Kopf (1), vorzugsweise am Vorrich tungs-Gestell (5) eine Flüssigkeits-Hochdruck- und/oder Hochgeschwindigkeits-Quelle angeordnet und mit dem Kopf über flexible Leitungen verbunden ist.

26. Schweißvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopf (13) ein Laserstrahl-Generator mit einer quer zur Länge der Schweißwulst (3) verlaufenden Achse einer Laserstrahl-Optik angeordnet ist.

27. Schweißvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter oder Kopf (13) mit einem gesteuert motorisch antreibbaren Endlos-Seilzug (12) verbunden ist und mit der zum Abtragen der Schweißwulst (3) erforderlichen Abscherkraft mit seinem Schermesser (14) in Längsrichtung des Schweißwulstes (3) bewegbar ist, oder bei anderen Abtrageinrichtungen mit der erforderlichen Vorschubkraft in Längsrichtung des Schweißwulstes (3) vorschiebbar ist.

28. Schweißvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter oder Kopf (13) mit einem Endlos-Ketten-Antrieb (12), der sich in Längsrichtung der Schweißwulst (3) erstreckt verbunden und ggf. unter Aufbringung einer Abtrennkraft in Längsrichtung der Schweißwulst (3) hin- und herbewegbar ist.

29. Schweißvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß in den Führungen (12) und/oder dem Halter oder Kopf (13) ein elektrischer Linear-Motor (15) als Vorschub-Kraft-Erzeuger eingebaut ist.

30. Schweißvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß Führungen (12) sowie Kopf oder Halter (13) mit motorisch gesteuert antreibbaren Zug- und/oder Leitspindeln nach Art des Support-Antriebes bekannter Drehmaschinen ausgerüstet sind.

31. Schweißvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß am Halter oder Kopf (13) ein Ultraschall-Schneider zum Abtragen des Schweißwulstes angeordnet ist.