DK174275B1

DK174275B1 - Fremgangsmåde til fremstilling af et plastvindue, samt et med fremgangsmåden fremstillet vindue

Info

Publication number: DK174275B1
Application number: DK199800127A
Authority: DK
Inventors: Helge Hansen; Hans-Georg Treusch; Heidrun Puetz
Original assignee: Thermoform As
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 2002-11-04
Also published as: US6210507B1; DE69911282T2; DE69911282D1; DK12798A; EP0942139A1; EP0942139B1

Description

DK 174275 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af et plastvindue omfattede en ramme og i det mindste én rude af transparent plast, ved hvilken fremgangsmåde ruden ved hjælp af svejsning med laserlys 5 forbindes med rammen ved en på denne tilvejebragt anlægsflade, samt et med fremgangsmåden fremstillet vindue.

Navnlig ved vinduer af den type, hvor der af hensyn til termisk isolation forefindes flere ruder 10 anbragt i flere lag, således at der omsluttes et luftfyldt hulrum, er det ønskeligt, at det omsluttede hulrum er hermetisk tæt. Dette skyldes at der, hvis hulrummet ikke er hermetisk lukket, kan ske en indtrængen af fugt, der vil kondensere på rudens inderside 15 mod hulrummet, med ulemper som manglende æstetik og gennemsigtighed af vinduet til følge.

Til sikring af denne hermetiske samling har man ved vinduer, hvor både ramme og ruder er af plast, traditionelt anvendt samlingsmetoder som limning.

20 Det er indenfor plastteknologi kendt at anvende lasersvejsning, som samlemetode for mindre emner såsom beholdere. En sådan fremgangsmåde kendes eksempelvis fra DE-A-44 32 081.

Limning af større emner såsom vinduesruder er 25 imidlertid, blandt andet af hensyn til arbejdsmiljøet, en omstændelig, langsommelig og dermed omkostningsbe-hæftet proces. Af den grund ville det derfor være ønskeligt, hvis lasersvejsning kunne anvendes til denne samling.

30 Det viser sig imidlertid, at der optræder proble mer med tætheden, når større emner som netop vindues-ruder forsøges lasersvejst.

Til grund for den foreliggende opfindelse ligger erkendelsen af at årsagen til problemerne med utætte 35 svejsninger, skal søges i de mikroujævnheder, der DK 174275 B1 uvægerligt vil findes i overfladerne af de enkeltdele som vinduet omfatter. Sådanne mikroujævnheder, der typisk ligger i størrelsesordenen nogle få hundrededele millimeter, hidrører eksempelvis fra sugninger i over-5 fladen, udstødermærker, variationer i ekstruderings-hastighed, etc. alt afhængig af med hvilket proces den pågældende del er fremstillet. Disse ujævnheder kan normalt ikke undgås, eller kun ungås med forholdsregler der væsentlig fordyrer disse dele.

10 Det er således opfindelsens mål at anvise en frem gangsmåde til lasersvejsning af vinduer af den indledningsvis nævnte art, hvilken fremgangsmåde overvinder de problemer, der hidrører fra uundgåelige mikroujævnheder i de anvendte materialer.

15 Dette mål nås ved en fremgangsmåde af den indled ningsvis nævnte art ved, at der, medens svejsningen udføres, er tilvejebragt et anlægstryk mellem ruden og rammen på i det mindste ca. 2 MPa.

I en fordelagtig udførelsesform af opfindelsen 20 opnås det ønskede tryk ved indspænding af ruden mellem rammen og et rammeformet presseorgan.

Dette har den fordel at det rammeformede presse-organ i sin lysning giver mulighed for adgang for laserlyset for eksponeringen, samtidig med at en sådan 25 ramme værktøjsteknisk forholdsvis let lader sig fremstille .

I en anden udførelsesform af opfindelsen opnås det det ønskede tryk ved sammenpresning af rammen og ruden mellem to presseplader, hvoraf i det mindste den ene er 30 af et transparent materiale, fortrinsvis glas.

Dette har den fordel, at der kan opnås planparal-lellitet, hvilket åbner mulighed for et mere ensartet anlægstryk, fordi det ønskede tryk tilvejebringes direkte over det sted hvor, der ønskes svejst.

DK 174275 B1 I en fordelagtig udførelsesform af opfindelsen eksponerer laseren eksponerer et begrænset område af anlaegsfladen, og dette område føres langs den del af anlægsfladen, der ønskes sammensvejst med ruden.

5 Dette har den fordel, at man kun behøver ét eneste laserhoved til svejsningen, hvilket svejsehoved så forholdsvis ukompliceret kan føres langs svejsesømmen ved hjælp af en robot.

I en fordelagtig variant af den ovennævnte ud-10 førelsesform udføres eksponeringen med laserlys i flere trin under sammenpresningen og således, at intensiteten i i ét første af trinnene er tilstrækkelig til at blødgøre plasten i rammen, og således at intensiteten i i det mindste ét af de øvrige trin tilvejebringer den 15 til svejsningen nødvendige smeltning.

Derved opnås der, at anlægstrykket får mulighed for plastisk at deformere grænsefladen, således at ujævnhederne i et vist omfang udjævnes inden den egentlige svejsning.

20 Denne trinvise eksponering opnås med fordel ved, at det begrænsede område, som laserlyset eksponerer, er langstrakt, og at intensitenten set over områdets længderetning er uensartet fordelt med høj intensitet i et midterområde og lavere intensitet i de to ende-25 områder.

Dette har den fordel, at denne lysfordeling under bibeholdelse af én enkelt laser let opnås med optiske midler.

I endnu en udførelsesform af opfindelsen eks-30 ponerer laserlyset under svejsningen simultant, på én gang hele den del af anlægsfladen, der ønskes sammensvej st med ruden.

Dette har den fordel, at svejsningen kan udføres med høj hastighed.

DK 174275 B1 I endnu en fordelagtig udførelsesform af opfindelsen er rammen udformet således, a^ anlægsfladen set i en retning på tværs af sin længderetning tilvejebringer et tilnærmelsesvist ensartet tryk mellem sig selv og 5 ruden under sammenpresningen.

Dette medvirker til at sikre det ønskede anlægstryk, således at der opnås en god og ensartet svejsning.

I en fordelagtig udførelsesform er rammen udformet 10 således, at anlægsfladen inden sammenpresningen danner en spids vinkel på fortrinsvis på mellem 5° og 30° med ruden.

Herved opnås en elastisk deformation af rammen, der sikrer det ønskede ensartede tryk.

15 I endnu en udførelsesform af opfindelsen er der på rammen tilvejebragt to fra hinanden bortvendte anlægs-flader for to ruder, og svejsningen udføres samtidigt ved begge de to anlægsflader.

Herved opnås der den fordel, at et komplet her-20 metisk vindue kan svejses i én eneste arbejdsgang.

I endnu en anden fordelagtig udførelsesform af opfindelsen er der på rammen tilvejebragt to i samme retning vendte anlægsflader for to ruder, og svejsningen først udføres ved den ene anlægsflade og dernæst 25 ved den anden anlægsflade.

Dette har den fordel, at der kun skal svejses fra én side, hvilket tillader anvendelsen af enklere apparatur til sammenpresningen.

I en fordelagtig udførelsesform af vinduet ifølge 30 opfindelsen rammen er formstøbt.

Dette er en let og billig måde at fremstille rammer i store styktal på.

i en fordelagtig udførelsesform af vinduet ifølge opfindelsen omfatter det omfatter en ramme og to ruder, DK 174275 B1 således at rammen og de to ruder omslutter et rum, der er hermetisk lukket.

Derved opnås på enkel vis et vindue med gode termiske isolationsegenskaber.

5 I endnu en udførelsesform af vinduet ifølge opfindelsen er rammen tilnærmelsesvis symmetrisk omkring et plan, der er parallelt med de to ruder.

Dette har den fordel at der ved sammenpresning af ruden og svejsning af samme fra begge sider kan an-10 vendes delsystemer der har samme egenskaber, hvilket letter sikringen af en ensartet kvalitet.

Opfindelsen vil i det følgende blive forklaret nøjere på baggrund af tegningen, på hvilken:

Fig la viser skematisk et snitbillede af en første 15 udførelsesform af et apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. Ib viser skematisk et snitbillede af appara-tet ifølge fig la i en anden stilling, fig. 2a viser skematisk et snitbillede af en anden 20 udførelsesform af et apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. 2b viser skematisk et snitbillede af appara-tet ifølge fig 2a i en anden stilling.

Der henvises først til fig. la og lb. Her er der 25 illustreret et apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen i henholdsvis en åben og en lukket stilling. Apparatet omfatter en fast basis 1, på hvilken, der er anbragt en ramme 2. Rammen 2, som her er vist i snit, har en lukket form. På rammen 2 er der 30 tilvejebragt anlægsflader 3a, 3b, på hvilke de ruder 4a, 4b, som skal fastsvejses til rammen, kan anbringes.

Til indledningsvis at fastholde og positionere rammen 2 og ruden 4b, kan der være tilvejebragt et fastholdelsesorgan 12.

DK 174275 B1

Der er på figurerne illustreret to ruder, hvor den nedre rude 4a er en allerede fastsvejst rude, medens den øvre rude 4b er en i apparatet anbragt men endnu ikke fastsvejst rude. De to ruder 4a, 4b fastsvejses 5 begge under anvendelse af den fremgangsmåde ifølge opfindelsen som nedenstående er eksemplificeret.

Ruderne 4a, 4b er fremstillet af et plastmateriale som er transparent for synligt lys og for lys med en bølgelængde svarende til den laser, der anvendes ved 10 svejsningen. Rammen 2 derimod er i det mindste ved anlægsfladerne 3a, 3b absorberende for laserlyset.

Der skal endvidere ved valget af materialerne for henholdsvis ruderne 4a, 4b og rammen 2 tages hensyn til at materialerne skal være forenelige, det vil sige, at 15 materialerne i almindelighed skal skal kunne forbindes ved varmeindvirkning.

Til at tilvejebringe det ønskede tryk under svejsningen omfatter apparatet et rammeformet presseorgan 5, med en trykflade 6. I fig. la er presseorganet 2 0 5 vist i en hævet stilling, der gør det muligt at placere en rude 4b på anlægsfladen 3b. På fig lb er presseorganet 5 vist i en sænket stilling, hvor det presses mod ruden 4b med en kraft, der er tilstrækkelig til at tilvejebringe det fordrede anlægstryk mellem 25 ruden 4b og anlægsfladen 3b. For optimal at udnytte den kraft med hvilken trykfladen 6 påvirker ruden 3b for at frembringe det nødvendige anlægstryk, er pressorganet 5 udformet med sådanne dimensioner at trykfladen 6 påvirker ruden 4b så tæt på lodret over den del af 30 anlægsfladen 3b, hvor svejsningen skal foretages, som det er muligt uden at blokere for det laserlys 8, som skal eksponere nævnte del af anlægsfladen 3b.

For at forhindre presseorganet 5 i at skygge for laserlyset 8, kan den indvendige oprette side 11 af 35 presseorganet som vist have en lille vinkel i forhold DK 174275 B1 til lodret. Denne vinkel vælges fortrinsvis således, at den svarer til den vinkel, som laserlyset 8 konvergerer med. Alternativt eller som supplement kan laserhovedet holdes skråtstillet, således at indfaldsvinklen for 5 laserlyset 8 er forskellig fra 90°.

Når ruden 4b som vist i fig lb er indspændt mellem rammen 2 og presseorganet 5, således at det fordrede anlægstryk mellem ruden 4b og anlægsfladen 3b er tilvejebragt, udføres svejsningen under stadig oprethol-10 delse af anlægstrykket. Svejsningen udføres under brug af en laser, der fortrinsvis er en infrarød halvlederlaser med en effekt på 40-90 W. Denne halvlederlaser er anbragt i et bevægeligt hovede 7, som udover laseren blandt andet kan indeholde et kølesystem. Fortrinsvis 15 er hovedet 7 indrettet til anbringelse i en ikke vist robot, der muliggør en kontrolleret bevægelse af hovedet 7.

Laserlyset 8 fra hovedet 7 er fokuseret i et afgrænset område i grænsefladen mellem anlægsfladen 3b og 20 ruden 4b. Dette afgrænsede område betegnes i det følgende som en lysplet 9. Den lysplet 9, som laserlyset 8 er fokuseret i, har fortrinsvis en langstrakt form, eksempelvis en elliptisk, og har en intensitetsfordeling i længderetningen med størst intensitet i 25 midterområdet og lavere intensitet i endeområderne.

Bredden af det langstrakte område kan være smallere end bredden af anlægsfladen. Typisk kunne anlægs-fladens bredde være 4 mm og dimensionerne af det langstrakte område 3 mm i bredden og 35 mm i længden.

30 Lyspletten 9 føres under svejsningen i en lukket kurve rundt langs rammen 2, således at også den sammensvejsning af rammen 3b og ruden 4b, der tilvejebringes ved anlægsfladen, danner en lukket kurve, således at vinduet bliver tæt langs hele rammens længde.

8 DK 174275 B1

Herved fremkommer der mellem rammen 2 og de to ruder 4a, 4b et hermetisk lukket hulrum 10.

Under lyspletten 9's bevægelse vil længderetningen for det afgrænsede område fortrinsvis være parallel med 5 dets bevægelsesretning. Når lyspletten 9 har den ovennævnte uensartede intensitetsfordeling over længderetningen, medfører dette under bevægelsen af lyspletten 9 at et område på grænsefladen mellem anlægfladen og ruden først eksponeres med lys med lav intensitet og 10 efterfølgende med lys med en højere intensitet.

Den lave intensitet er valgt således, at der for en given bevægelseshastighed sker en så tilstrækkelig opvarmning af den plast, som rammen består af, at plasten i området blødgøres men ikke smelter.

15 Efterfølgende eksponeres området så som nævnt med lys med en højere intensitet. Denne højere intensitet er valgt således at den er tilstrækkelig til at smelte plasten i grænsefladen og derved tilvejebringe svejsningen. Den må dog ikke vælges så høj, at materialet 20 koger eller forkuller.

På grund af opvarmningen og dermed blødgøringen af plasten inden svejsningen får det pålagte anlægstryk tid til at indvirke på grænsefladen, hvilket medvirker positivt til en udjævning af eventuelle ujævnheder og 25 deraf følgende hulrum. Dette sikrer en god termisk kontakt mellem det smeltede ramme materiale og ruden.

Dette er vigtigt, idet den transparente rude kun i ringe omfang opvarmes af laseren, og opvarmningen af rudematerialet, i det omfang det er nødvendigt for at 30 forbinde de to materialer, således kun kan ske gennem varmeledning fra det smeltede rammemateriale.

Det er også muligt at skråtstille længderetningen for lyspletten 9, for derigennem at påvirke intensi-tetsfordelingen. Typisk vil en sådan skråtstilling være 35 med en ganske lille vinkel, eksempelvis 3-5° DK 174275 B1

For god ordens skyld skal nævnes, at der til isvejsningen af den nedre rude 4a anvendes en ikke vist ramme, der i princippet svarer til den viste ramme 5.

Denne ikke viste ramme er udformet med dimensioner, der 5 afpasset efter rammens profil gør det muligt både at tilvejebringe det ønskede tryk og at eksponere den dybere liggende anlægsflade 3a med laserlyset. Det vil i det illustrerede tilfælde sige kortere sider og større dybde.

10 Hvis svejsningen af begge ruder 4a, 4b sker ved samme station i en fremstillingsproces vil der i ovennævnte tilfælde typisk kun blive anvendt ét og samme laserhovede 7, der så ved hjælp af en og samme robot føres langs forskellige baner.

15 Der er i fig. la og lb illustreret en ramme 2 med et massivt tværsnit. Der kan tænkes mange andre former for rammetværsnit. Eksempelvis kan nævnes rammer med hule tværsnit, som illustreret i fig. 2a og 2b, og rammer med anlægsflader i form af flanger. Faktisk kan 20 rammer enhver form anvendes, blot de ikke giver efter for anlægstrykket i et sådant omfang, at der fremkommer et uensartet og derigennem for lavt anlægstryk over en del af den anlægsflade, hvor svejsningen skal udføres.

I fig. 2a og 2b er der vist en anden udførelses-25 form af et apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen i henholdsvis en lukket men endnu ikke sammempresset stilling og i en sammempresset stilling.

I denne udførelsesform omfatter apparatet to 3 0 transparente presseplader 50a, 50b. Mellem presse- pladerne 50a, 50b er der anbragt en ramme 20 og på hver sin side af denne to ruder 40a, 40b.

Rammen 20 har en lukket form, men er kun vist som tværsnit gennem én af dens sider. Rammen 20 er endvi-35 dere illustreret med et symmetrisk og hult tværsnit, DK 174275 B1 men de ovennævnte betragtninger, hvad angår eksempler på tværsnit, kan også anvendes her. Dog med det forbehold at anlægsfladerne skal være bortvendt fra hinanden.

5 I fig. 2b er apparatet vist i en tilstand, hvor der sker en sammenpresning af rammen 20 og ruderne 40a, 40b, mellem pressepladerne 50a, 50b, således at det ønskede anlægstryk tilvejebringes.

Det skal understreges at tegningen er skematisk, 10 og at der under sammenpresningen kan ske en vis (ikke vist) udbuling af de flader, som ikke er anlægsflader.

I denne sammenpressede tilstand fokuseres laserlyset 80a, 80b fra to sider gennem hver sin presseplade 50a, 50b, i en lysplet 90a, 90b på hver side af rammen 15 20. Disse lyspletter 90a, 90b føres så under stadig sammenpresning langs rammens længde i en lukket kurve.

Herved sammensvejses rammen 20 og ruderne 40a, 40b, således at der fremkommer et hermetisk lukket hulrum 100 omgivet af rammen 20 og ruderne 40a, 40b.

2 0 I fig. 2a ses det at rammens tværsnit har en konveks form på de sider, der vender mod pressepladerne 50a, 50b. Denne konvekse form er strengt taget ikke nødvendig, men kan bidrage til at sikre et ensartet anlægstryk over den del af anlægsfladen 30a, 30b, der 25 skal sammensvejses med ruden, således at der ikke må opbringes unødig stor kraft til over hele nævnte del af anlægsfladen 30a, 30b at sikre tilvejebringelsen af det fordrede anlægstryk.

Det skal nævnes, at det selvfølgelig er muligt ved 30 fremgangsmåden ifølge opfindelsen som illustreret i fig. 2a, 2b, kun at have en transparent presseplade, og istedet svejse to gange. I så fald skal vinduet så vendes mellem de to svejseoperationer.

Ligeledes er det muligt at udøve fremgangsmåden 35 ifølge både fig. la, lb og 2a, 2b ved fastsvejsning af 1 DK 174275 B1 kun en enkelt rude til en ramme. Herved fremkommer der en tæt rude, som dog ikke har den termiske isolationsvirkning, der opnås ved anvendelse af to ruder, som definerer et hulrum.

5 Der vil for fagmanden fremgå utallige modifikatio ner af den ovenfor beskrevne fremgangsmåde og det dertil anvendte apparatur.

Claims

1. Fremgangsmåde til fremstilling af et plast vindue omfattende en ramme (2, 20) og i det mindste én rude (4a, 4b; 40a, 40b) af transparent plast, ved 5 hvilken fremgangsmåde ruden (4a, 4b; 40a, 40b) ved hjælp af svejsning med laserlys (8; 80a, 80b) forbindes med rammen (2, 20) ved en på denne tilvejebragt anlægsflade (3a, 3b; 30a, 30b), kendetegnet ved, at der, medens svejsningen udføres, er tilvejebragt et 10 anlægstryk mellem ruden (4a, 4b; 40a, 40b) og rammen (2, 20) på i det mindste ca. 2 MPa.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det ønskede tryk opnås ved indspænding af ruden (4a, 4b; 40a, 40b) mellem rammen (2, 20) og et 15 rammeformet presseorgan (5).

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, at det ønskede tryk opnås ved sammenpresning af rammen (2, 20) og ruden (4a, 4b; 40a, 40b) mellem to presseplader (50a, 50b), hvoraf i det mindste 20 den ene er af et transparent materiale, fortrinsvis glas.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at ved at laserlyset (8; 80a, 80b) eksponerer et begrænset område (9; 90a, 90b) 25 af anlægsfladen (3a, 3b; 30a, 30b), og at dette område føres langs den del af anlægsfladen (3a, 3b; 30a, 30b), der ønskes sammensvejst med ruden (4a, 4b; 40a, 40b) .

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at eksponeringen med laserlys (8; 80a, 80b) 30 udføres i flere trin under sammenpresningen, og således at intensiteten i et første af trinnene er tilstrækkelig til at blødgøre plasten i rammen (2, 20) , og således at intensiteten i i det mindste ét af de senere trin tilvejebringer den til svejsningen nødvendige 35 smeltning. DK 174275 B1

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at det begrænsede område (9; 90a, 90b), som laserlyset (8; 80a, 80b) eksponerer, er langstrakt, og at intensitenten set over områdets længderetning er 5 uensartet fordelt med høj intensitet i et midterområde og lavere intensitet i de to endeområder.

7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 2 til 6, kendetegnet ved, at der til føringen af det begrænsede område (9; 90a, 90b), som 10 laserlyset (8; 80a, 80b) eksponerer, langs anlægsfladen (3a, 3b; 30a, 30b) anvendes en robot.

8. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at laserlyset (8; 80a, 80b) under svejsningen simultant, 15 på én gang eksponerer hele den del af anlægsfladen (3a, 3b; 30a, 30b), der ønskes sammensvejst med ruden (4a, 4b; 40a, 40b) .

9. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at rammen 20 (2, 20) er udformet således, at anlægsfladen (3a, 3b; 30a, 30b) set i en retning på tværs af sin længderetning tilvejebringer et tilnærmelsesvist ensartet tryk mellem sig selv og ruden (4a, 4b; 40a, 40b) under sammenpresningen.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at anlægsfladen (3a, 3b; 30a, 30b) inden sammenpresningen danner en spids vinkel på fortrinsvis på mellem 5° og 30° med ruden (4a, 4b; 40a, 40b) .

11. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at der på rammen (20) er tilvejebragt to fra hinanden bortvendte anlægsflader (30a, 30b) for to ruder (40a, 40b), og at svejsningen udføres samtidigt ved begge de to 35 anlægsflader (30a, 30b) . DK 174275 B1

12. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 10, kendetegnet ved, at der på rammen (2) er tilvejebragt to i samme retning vendte anlægsflader (3a, 3b) for to ruder (4a, 4b) , og at 5 svejsningen først udføres ved den ene anlægsflade (3a) og dernæst ved den anden anlægsflade (3b).

13. Vindue fremstillet med fremgangsmåden ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at rammen (2, 20) er formstøbt.

14. Vindue fremstillet med fremgangsmåden ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 12, kende -tegnet ved, at den omfatter én ramme (2, 20) og to ruder (4a, 4b; 40a, 40b), således at rammen (2, 20) og de to ruder (4a, 4b; 40a, 40b) omslutter et rum (10, 15 100), der er hermetisk lukket.

15. Vindue fremstillet med fremgangsmåden ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 12, kendetegnet ved, at rammen (20) er tilnærmelsesvis symmetrisk omkring et plan, der er parallelt med de to 20 ruder (4a, 4b; 40a, 40b) .