EP2293922A2 - Handschweissgerät - Google Patents

Handschweissgerät

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Publication number
EP2293922A2
EP2293922A2 EP09765453A EP09765453A EP2293922A2 EP 2293922 A2 EP2293922 A2 EP 2293922A2 EP 09765453 A EP09765453 A EP 09765453A EP 09765453 A EP09765453 A EP 09765453A EP 2293922 A2 EP2293922 A2 EP 2293922A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
welding device
hand
welding
hand welding
inliner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09765453A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann Van Laak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plasticon Germany GmbH
Original Assignee
Plasticon Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plasticon Germany GmbH filed Critical Plasticon Germany GmbH
Publication of EP2293922A2 publication Critical patent/EP2293922A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29C66/86521—Independently movable welding apparatus, e.g. on wheels being pushed by hand or being self-propelling being self-propelling
    • B29C66/86523—Independently movable welding apparatus, e.g. on wheels being pushed by hand or being self-propelling being self-propelling the traction being made on the seam
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    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0037—Other properties
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    • B29K2995/0069—Permeability to liquids; Adsorption non-permeable

Definitions

  • the invention relates to a hand welding device, in particular for producing a welded connection between plastic materials with one another or with a wall, comprising at least one pressure element and at least one electromagnetic radiation head, wherein a compound can be produced using a welding agent.
  • lining containers that are made of either metal or a non-compatible plastic or fiberglass.
  • lining films are required for high-purity containers (semiconductors), for highly resistant containers (chemicals), for columns, containers, gas channels, heat exchangers and other apparatus (chemicals).
  • the materials used for the containers are usually not acid-resistant or impure, so that an additional acid-resistant and / or high-purity lining of the container is required.
  • the lining materials provided for this purpose are used as inner lining (inliner film) wherever, as a result of large temperature fluctuations, a shock effect can occur due to cooling of the outer materials and cracks or leaks are caused.
  • a lining is required where working with corrosive gases or liquid substances and the housing walls are exposed to these gases or liquids.
  • the interior areas facing the flow areas are therefore provided with anticorrosion films of plastic as interior lining.
  • the plastic MFA, PFA or FEP in film form is used, because this plastic provides adequate corrosion protection and can be used at the same time for good insulation against thermal shock.
  • the corrosive gases or liquids are usually sourced from chemical producers and distributors as well as power plants, waste incinerators and numerous industrial process plants. Due to the size of the container to be lined and The high demands on the gas and liquid tightness are made extremely high demands on the welds to be provided.
  • hot gas drawing welding or electrical resistance welding or heating element contact welding with relatively large melting cross sections is used, which leads to time-consuming and expensive processing. Due to the large melting cross-sections exact weld preparation and a long welding seam fixation for welding and during cooling are required, so that such welding process for the film welding are economically less interesting.
  • thermoplastics such as PFA, FEP, MFA
  • PFA polymethyl methacrylate
  • FEP fluorinated thermoplastic
  • MFA polymethyl methacrylate
  • the above-mentioned welding process can in principle also be transferred to modified PTFE, since it can generally be welded to a chemical structure similar to PFA.
  • Thermal contact welding using the hot wedge method is also used, but this can only be used to join second non-bonded foils, because the known welding devices are guided along the edges of the foil and must surround the foil edges for propulsion.
  • a use of the welding equipment in steel or GRP existing containers with an adhesive layer, such as an adhesive layer, and a plastic coating is therefore not possible.
  • the invention has for its object to provide a hand welder available, which eliminates the disadvantages of the prior art and also allows in a particularly simple manner, the production of a weld for the plastic materials.
  • the propulsion of the hand welding device and / or the materials to be welded takes place via the welding means, which can be fed by a drive means.
  • the welding process can be substantially simplified, in particular along the film edges, because the propulsion takes place directly via the welding agent itself.
  • the welding agent is supplied continuously via a drive means, so that in this way a targeted and individually adjustable propulsion for the manual welding device is achieved.
  • no manual driving force is required by the welder, whereby the work is much easier.
  • the use of electromagnetic radiation to connect the plastic materials also releases significantly less gas through the weld, so this process is considered to be environmentally friendly and, moreover, does not require any special safety precautions for the operator.
  • the welding agent has a low elasticity and thus can be supplied continuously via the drive means, which is part of the manual welding device, the welding agent, by an end-side fixation of the welding agent, for example by welding a continuous transport of the welder with Help the drive means along the welding means and thus achieved along the edge of the film.
  • rigid welding means can be used, which, although windable, have a high deformation stability in the longitudinal direction.
  • the welding means can be fed to the drive means via first guide means. Furthermore, the welding means is guided via second guide elements between the drive means and a welding zone, which is also referred to as a joining area, so that for example via slightly curved guide elements a continuous supply of the welding agent takes place in the joining area.
  • a welding zone which is also referred to as a joining area
  • the welding device according to the invention offers the possibility of a diverse use, for example, the welding device can be used stationary and the plastic materials are continuously supplied to the welder as well as the welding means.
  • the hand welding device mobile and to guide along the plastic materials to be welded, for example in the edge region, so that using the welding means, a welding of the edge regions of two adjacent plastic materials can be done.
  • a weld can be made with a wall in the central region of the plastic materials, as far as, for example, light-transparent plastic materials are used.
  • the drive means consist of an opposing Andruckrollencru, between which the welding means is guided, wherein the pinch roller pair is driven by electric motor or manually.
  • the drive can be done manually via a hand crank.
  • the pair of pinch rollers allows for a tight feed of the welding agent and an electromotive drive thus ensures on the one hand the supply of the welding agent and on the other hand no additional force must be applied by the welder to take over the propulsion of the welder in mobile use.
  • the pressure element, an electromagnetic radiation head and the drive means for example in the form of An horrrollencrues, taken together to form a unit so that it is guided along the plastic materials to be welded, the propulsion according to the invention by the rigid welding means and the supply via the electric motor drivable pressure rollers takes place.
  • a contact pressure on the joining region of the welding means and the plastic materials can be generated manually.
  • the welder knows at any time whether he exerts sufficient contact pressure on the manual welding device and whether this pressure is possibly under or exceeded.
  • the essential idea of the invention here is that the welder only has to generate the manual contact pressure, while on the other hand, the propulsion of the hand welding device via the drive means, which supplies the welding means.
  • the drive means is controlled by pressure sensors, wherein also the electromagnetic radiation head can be formed controllable via the pressure sensors.
  • the drive means and the radiation head can be switched off in order to prevent burning of the plastic materials. This means that as soon as the contact pressure is undershot, the propulsion can be interrupted via the drive means and energy input through a radiation head. Only at a sufficient contact pressure of the electric motor drive of the drive means and the radiation head is set in motion to allow the propulsion of the manual welding device and the welding process.
  • the manual welding device is designed in one or more stages.
  • a single-stage manual welder a single hand sewn seam can be pulled, while in a multi-stage manual welder optionally two welds, which can also be arranged one above the other, can be pulled.
  • the welding agent can be prepared so far so that it is supplied to the joining area.
  • the welding means consisting of a carrier material and an absorbent coating to be initially connected to one another before the finished welding material is used to weld the plastic materials.
  • the contact pressure can be transmitted uniformly to both pressure elements, the pressure elements being used to compress the carrier material with the absorbent coating on the one hand and the welding material with the plastic material to be welded on the other hand.
  • the manual welder is equipped with temperature sensors which detect the temperature of the welding agent directly or indirectly via the pressure element.
  • the temperature detection can be done either directly to the leadership of the welding agent or indirectly via the pressure element, the first variant allows a more accurate determination of the temperature.
  • a trailing temperature measurement can be carried out with the aid of temperature sensors.
  • the hand welder can be equipped with optical sensors for controlling the feed direction, for example via a stick-on barcode on the plastic materials or the welding means. The optical sensors serve to monitor the guidance of the hand welding device along the plastic materials and thus indicate deviations from a weld to be made in order to be able to act in a corrective manner.
  • At least one pressure element consists of a holding-down device, preferably of a pressure plate transparent to electromagnetic radiation.
  • the pressure element may be transparent.
  • a pressure element may be equipped with a counter-holder, so that a contact pressure between the absorbent coating and the carrier material can be achieved before the welding agent in a further welding process is welded to the plastic material.
  • the wall serves as an anvil when the lining material is attached to the wall by means of the hand welding device or two lining materials are welded together.
  • the electromagnetic radiation of the radiation head within a closed wall or via a light guide to the joining region, which is formed by the welding means and the plastic materials can be fed.
  • This provision is required, for example, if, for example, a laser is used as the electromagnetic radiation source.
  • electromagnetic radiation is generated which is used to plasticize the joining region of the welding means and the plastic materials or also the joining region between the carrier material and the absorbent coating insofar as a secure connection is created.
  • a significant advantage of using the hand welder and the welding means is that the plastic materials and welding means are plasticized only over a limited area of the cross-section, this area extending substantially to the surface of the welding means and the plastic materials.
  • the required energy input for heating the plastic materials and the welding material used is much lower than in conventional welding, wherein the plastic materials to be processed are not permanently deformed due to the low plasticization and thus damage to the plastic materials, for example in the form of liner films, can be excluded.
  • the hand welder along the welding means can be used on this resting or possibly resting on the plastic materials, without damaging the welding material or the plastic materials occur.
  • the contact pressure required in this case can thus be readily transmitted via the plastic materials or the welding agent to the underlying layers, which serve as an anvil.
  • the contact pressure is needed only for a short period of time, since both the welding agent and the plastic materials can be relatively quickly connected by rapid cooling.
  • the hand welding device Another important advantage of the hand welding device is that the low energy input required does not lead to any deformation of the plastic materials and in particular the formation of weak points due to cross-sectional reductions can be avoided.
  • the energy input can be kept as low as possible with the hand welder according to the invention, wherein by the use of an electromagnetic radiation head, an accurate dosage can be done and the applied energy is introduced directly into an absorbent coating which is part of the welding means.
  • the Pressure be kept as low as possible, with a manual pressure force by hand is sufficient.
  • Another significant advantage is that the contact pressure and the energy input is decoupled from a propulsion speed and thus manually or with electromotive assistance the hand welding device can be performed on the welding surface to be connected.
  • the hand welder intended for use can be used for both mobile and stationary use.
  • a mobile application is carried out on site at the site for welding the plastic materials on the welding means, which are available in limited web widths, which due to the present container dimensions long welds must be made.
  • a stationary insert is used where the films are cut and sealed, for example, prior to insertion into the container in preparation for subsequent assembly due to a special shapes of the container shape, so that the plastic materials are already prepared and thus only to the container must be attached.
  • the hand welder can be used to connect multi-layer plastic materials or welding means.
  • the welding agent consisting of a carrier material and an absorbent coating in stationary use can be connected to one another with the aid of the hand welding device.
  • the hand-held welder can be supplied separately with the carrier material and the absorbent coating in a first stage, wherein the hand-welder is used to first weld the carrier material to the absorbent coating and then to weld the plastic materials, such as using a two-stage hand welder comes.
  • the welding means already consist of carrier material with absorbent coating
  • a one-step design of the manual welder is sufficient.
  • the applied pressure force is usually done manually by physical application.
  • the plastic materials provided for this purpose are generally films which are used as inliner films for lining the container walls. These films can be several millimeters thick and must be welded several times due to their own weight with the container wall, and not only in the edge region, so that after completion of the welding process, the entire container interior is lined with the inliner films.
  • the procedure for fixing the liner films on a container wall for example, in a first step in that first the welding agent is welded via the absorbent coating to the wall, if the wall is made of a weldable plastic or coated with such, wherein the welding agent and the absorbent coating can be connected to the hand welding device connected to each other and thus provided directly for welding by means of a single-stage hand welding device.
  • a plastic carrier material and the absorbent coating may be supplied separately and in a two-stage embodiment of the hand welding apparatus, first the connection between the carrier material and the absorbent coating is made and then a connection to the wall.
  • This possibility of one or two-stage execution of a manual welder is particularly advantageous because several millimeters thick strips are used as welding means, which can be connected to a lower energy input with the absorbent coating, then after laying on the wall and a renewed Apply energy directly to the weld with the wall.
  • the inliner film can be welded to the already attached welding agent, wherein a second absorbent coating, which faces the inliner film, is welded onto the welding agent.
  • This second absorbent coating may also be welded with a two-stage hand welder, the first stage of the hand welder being for connecting the second absorbent coating to the substrate and the second stage for directly welding the liner foil.
  • a second welding agent can be welded onto the first inliner film in a subsequent work step and then a second inliner film can be joined to the welding agent analogously to the abovementioned welding process.
  • the one- or two-stage hand welder is used, where it depends on whether the used second welding agent in one-piece form already exists or optionally in a further step previously the carrier material is provided with the absorbent coating, then welded to the first liner film to become.
  • the attachment of a second inliner foil serves the purpose of creating a gap between the two inliner foils, which can absorb any escaping gases or liquids which can be sucked out of the intermediate space via suitable known methods.
  • the attachment of the liner sheets is preferably strip-shaped at defined intervals, for example, at intervals of half a meter, so that the weight of the liner films can be collected and beyond special shapes of the container does not lead to sagging of the liner films.
  • a special procedure is required in the seam area, since the plastic materials used are not available in endless width and thus several film strips must be welded together.
  • the inliner foils are connected to each other with the help of the welding means, either on impact or with a joint. As far as a joint is formed, this can be used, for example, to receive conductive materials that allow a subsequent inspection of the existing weld in the joint area.
  • the special arrangement of the welding agent in the edge region of the inliner films also means that the welding means for simultaneous attachment of one or two inliner films can be used with an appropriate width with overlap.
  • the welding means used consist of a plastic-compatible carrier material, which is preferably designed to be light-transparent and has a coating absorbing on one side.
  • the coating may optionally also be formed on two sides or may be welded in an intermediate step by, for example, a two-stage hand welding device, so that a welding agent can be used, for example, for attaching one or two inliner films.
  • the absorbent coating serves to heat with the aid of the electromagnetic radiation to be introduced and this energy input is transferred to the carrier material or the plastic materials to be joined, so that a connection between the carrier material of the welding agent and the inliner foils is established as a result of the plasticization taking place
  • Support material is formed in the wavelength range of 300 to 2,500 nm non-absorbent and absorbs the absorbent coating in the wavelength range of 150 to 2,500 nm, preferably 500 to 1,500 nm, more preferably from 800 to 1,000 nm and wherein the carrier material has a thickness of 1, 0 to 5 , 0 mm, while the absorbent coating has a layer thickness of 0.05 to 0.5 mm, preferably 0.1 to 0.4 mm and more preferably from 0.2 to 0.3 mm.
  • the support material has a thickness of 1.0 to 5.0 mm, preferably 1.5 to 4.0 mm, particularly preferably 2.0 to 3.0 mm, so that after the application of a second Inlinerfolie the already mentioned gap in the millimeter range arises.
  • the container walls can be made of metal or GRP with a plastic coating for the intended use, so that the welding agent can be welded directly on this plastic coating.
  • plastic materials may be considered for the walls if they meet the static requirements with appropriate dimensioning, so that compatible plastic materials are used for the inliner films and an immediate welding can take place.
  • a solid-state laser, a gas laser, a semiconductor laser, an infrared light source, for example a xenon short-arc lamp, or a CO 2 laser are used as the electromagnetic radiation source.
  • a microwave radiation or an induction method can be used.
  • the heat required for welding is introduced into the joining zone by means of an alternating magnetic field.
  • the main phases of this process are heating, consolidation under pressure and cooling, the main influencing parameters being determined by the feed rate, the consolidation pressure and the temperatures of the joining zone.
  • a welding additive is required, which converts the energy of the electromagnetic field into heat. This welding additive, hereinafter referred to as filler, remains permanently in the welding zone.
  • Nanoparticles or nanoparticles are a combination of a few to a few thousand atoms or molecules. The name has a direct reference to their size which is typically between 1 and 100 nanometers. Nanoparticles can be produced both by natural means and by synthetic methods that are specifically equipped with new properties or functionalities, such as electrical conductivity, chemical reactivity. Synthetic nanoparticles can be subdivided according to their chemical and physical properties.
  • Carbonaceous nanoparticles, metal oxides, titanium dioxide, alumina, iron oxide, zinc oxide, and zeolites and other silicon-based mesoporous materials such as MCM-41 or SBA-15, semiconductors, metals, metal sulfides, and polymers such as dendrimers and block copolymers wherein the carbonaceous nanoparticles are in various forms can, for example, as fullerenes, nanotubes or Cabon black (soot particles).
  • the nanoparticles or the millbase can undergo thermal excitation by a magnetic field or an electric field, wherein a magnetic field causes a movement of the nanoparticles in a substance, while electric fields cause excitation of the electrons. Both measures lead to a warming of the nanoparticles or the ground material due to the resulting friction.
  • a magnetic reversal of a magnetized ferromagnetic substance is carried out at normal materials with many white 'rule districts by the displacement of the potential barriers between the different domains that is, the magnetic moments may be at the limits of a White' approach magnetic domain, and then are adjacent domain. Now decreases the size of the particles below the size of the Weiss domains consisting of the particles in question only of a white 'rule district. In such "single domain particels" a shift of a potential barrier is not possible because there is no wall between two domains and thus there is no probability for an antiparallel aligned atomic magnetic moment, ie in single domain particles, the spins can only change collectively, which is reflected in a very high coercivity field strength.
  • Crystallites of ferromagnetics can be thought of as being composed of domains. Within these domains or Weiss ' domains, the atomic magnetic moments are aligned in parallel. The volume of Weiss ' districts is typically 10 "4 to 10 " 6 mm 3 .
  • a ferromagnetic material If a ferromagnetic material is brought into an external magnetic field, the magnetic moments of the Weiss ' domains are directed parallel to the external magnetic field out. There is therefore a magnetization.
  • the magnetization of the sample goes back to zero. If the field strength of the external magnetic field continues to rise to a value, then the negative saturation magnetization is achieved. If you reduce the field strength again, the direction turns around and then increases it successively.
  • the ferromagnetic substances may consist of, for example, a metallic millbase or nanoparticles may be used which have further positive properties.
  • non-spherical particles may exhibit particle shape isotropy because it is easier to magnetize a cylindrical particle along the edge than along the short edge.
  • the deviation from the spherical shape need not be particularly pronounced, so A deviation of 1, 1 to 1, 5% of the spherical shape already causes a fourfold increase in the coercivity field strength.
  • nanoparticles which may be magnetic, ferrimagnetic, ferromagnetic, antiferromagnetic or supraparamagnetic.
  • the superparamagnetism in nanoparticles is further substantiated by the decrease in the particle volume, so that the atomic magnetic moments are influenced more and more by the thermal movement of the particles and can not be aligned in parallel. It comes to superparamagnetism.
  • Superparamagnetic particles behave in the same way as paramagnetic particles, but they have a much larger magnetic moment. Below a so-called block temperature, these substances behave again ferromagnetically.
  • Superparamagnetic materials show no hysteresis loop, so they can be easily differentiated experimentally from ferromagnetic particles.
  • the property of the nanoparticles depends, for example, on the mentioned block temperature and on the shape of the particles.
  • rod-shaped magnetic nanoparticles measuring 2 ⁇ 10 nm may have a block temperature of only 110 K, but spherical particles having a diameter of 2 nm may have one of 12 K.
  • the synthesis of magnetic nanoparticles faces a number of problems. In order to obtain a uniform behavior of the nanoparticles, it is of essential importance to control some parameters as precisely as possible. On the one hand, it is desirable to obtain the smallest possible size distribution of the particles, since the magnetic behavior of nanoparticles is decisively determined by their size. Standard synthesis methods can narrow the size distribution only to a deviation of about 10%. In general, however, fractions are required whose size range distribution is less than 5%. A common method is fractionated flocculation, adding a pure solvent to a sample of nanoparticles of different sizes conglomerates the largest particles because they have the largest van der Waals attractions. The conglomerate can then be separated by centrifuging and the process repeated.
  • Another parameter is the crystallinity of the products. It is desirable to have a high crystallinity in order to achieve the highest possible magnetization. However, influencing the crystal structure is also an important parameter since it allows the anisotropy of the magnetic nanoparticles to be controlled. In general, one achieves both the increase in crystallinity and the influence of the crystal structure by a controlled aging process, which can be achieved for example by heating to a certain temperature over a certain period of time. For the preparation in the individual nanoparticles, various methods are known which can not be discussed in detail here.
  • nanoparticles as filler with their magnetic, ferrimagnetic, ferromagnetic, antiferromagnetic or supraparamagnetic properties is particularly suitable for bonding a wide variety of plastic materials, the filler containing nanoscale, magnetic or oxidic particles, which may consist of aggregated primary particles or wherein the filler consists of Ferrites, oxides or mixed metal oxides may exist.
  • the particle size is typically between 1 and 500 nm, in particular between 2 and 100 nm.
  • excitation of the nanoparticles can be effected by microwave radiation at a frequency of 1.5 to 10 GHz, preferably in the range of 2 to 3 GHz, but other electromagnetic radiation can likewise be used by which the properties of the nanoparticles can also be utilized as fillers to a heating of the materials to be welded, preferably plastic materials leads.
  • various metals can be added as regrind to the plastic materials in enriched form, so that with the aid of an electromagnetic field, taking into account the resulting by the field change movements within the enriched material to a warming lead and thus can be used for welding various plastic materials.
  • an electromagnetic radiation should be used, which is typically in the resonance range of the nanoparticles or the ground material used in order to achieve a high energy input, whereby by targeted addition of nanoparticles, a change in the resonant frequency can take place.
  • nanoparticles or millbase here is that it can be dispensed with the use of transparent plastic materials and instead optionally inexpensive plastic material can be used with appropriate enrichment.
  • enrichments of nanoparticles typically 1 to 5%, preferably 2 to 3%, are sufficient in order to carry out welding by means of an induction device or microwave irradiation.
  • regrind in particular finely ground metal (metal dust) is also suitable because of the dipole effect for compounds.
  • a high level of safety is subsequently ensured by the microwave irradiation or induction welding due to the energy sources used.
  • 3 is a sectional side view of a welded connection with the welder
  • 4 is a sectional schematic side view of a hand welder with a supply of the welding means for connecting the welding means with a partially made of plastic wall
  • FIG. 6 is a sectional side view of a welder produced with the welder welding means
  • FIG. 7 is a sectional schematic side view of a hand welder for producing the welding means according to Figure 6,
  • FIG. 8 shows in a further sectional side view according to FIG. 7 the welding of the welding agent
  • FIG. 10 is a sectional schematic side view of a hand welder in a two-stage embodiment and the supply of welding means for welding the liner films,
  • FIG. 11 shows in two further sectional side views according to FIG. 10 the welding of the welding means according to FIG. 6,
  • FIG. 13 is a sectional schematic side view of a hand welder, which is used to a welding agent in Form a substrate and an absorbent coating with a plastic coating,
  • FIG. 14 is a sectional schematic side view of a hand welder which is used to weld a second absorbent coating by means of a non-heat sealable Teflon tape so that it can be welded to a second liner film;
  • FIG. 15 is a sectional perspective view of the attachment of a second liner film after welding of an absorbent coating by means of the hand welding apparatus according to Figure 14,
  • FIG. 16 is a sectional side view of the use of a welding agent as shown in FIG. 12;
  • 17 is a sectional schematic side view of a two-stage hand welding device which is used to weld a carrier material with an absorbent coating on a plastic coating and then to weld the carrier material again with an absorbent coating on the top.
  • FIG. 18 is a sectional perspective view of the attachment of a second liner film by means of a two-stage hand welder according to Figure 17,
  • FIG. 19 is a side view of a welding agent consisting of carrier material and absorbent coating
  • Fig. 20 shows the production of the welding agent in a partially sectioned schematic side view
  • FIG. 21 shows a further schematic side view according to FIG. 20.
  • FIG. 1 shows, in a partially sectioned side view, a hand welding device 100 according to the invention which consists essentially of a drive means 101 for the welding means 102, an electromagnetic radiation head 103 and a pressure element 104 and a hand rest 105.
  • the handheld scraper 100 serves to fix the welding agent 102 on a plastic coating 106 by means of a welding process.
  • the plastic coating 106 rests on a supporting wall 107, which can be arranged both vertically and horizontally.
  • the existing plastic coating 106 is hereby generally adapted to the carrier material 108 of the welding agent 102 with regard to the material used.
  • the welding agent 102 is supplied by first guide elements 111 to a pressure roller pair 112 and forwarded by second guide elements 113 in the joining region 110.
  • the pressure roller pair 112 is driven by a motor 114 by an electric motor, so that a continuous supply of the welding agent 102 by means of the pressure roller pair 112 takes place. Due to the fact that the hand welder 100 forms a compact structural unit consisting of pinch roller pair 112 with electric drive motor 114, first guide elements 111, second guide elements 113 and the pressure element 104 as well as the radiation head 103 and a hand rest 105, the propulsion of the hand welding device 100 along one to be welded plastic coating 106 guaranteed.
  • a hand rest 105 it is possible for the operator to control the guidance of the hand welding device 100, wherein it simultaneously generates a contact pressure on the hand rest 105, which is transmitted via a spring 115 directly to the pressure element 104.
  • the radiation head 103 of the electromagnetic radiation 117 in the joint area 110 emits.
  • a funnel-shaped housing wall 118 is provided, which ends immediately above the pressure element 104, so that the radiation only reaches the joint area 110.
  • the pressure element 104 is part of the hand welding device 100 in the illustrated embodiment and has an opening 119 through the electromagnetic radiation 117 passes into the joining region 110.
  • the pressure element 104 permeable to electromagnetic radiation so that it can be a closed pressure element 104.
  • the hand rest 105 is shown in the right-hand illustration in the unloaded state, whereas in the left-hand depiction the manual rest 105 is pressed down against the spring force 115 by the manual pressure force, whereby the force is transmitted to the pressure element 104 and thus to the joining region 110.
  • the leadership of the manual welder 100 takes place.
  • Figure 2 shows in a partially sectioned view of the invention welder 100 in a plan view from which the plastic coating 106 can be seen and the welding agent 102 after welding with the plastic coating 106.
  • Part of the hand welder 100 is the hand rest 105 and the bell-shaped housing wall 118; the drive motor 114 for the Andruckrollencru 112 and a housing 120, which receives the components of the welder 100.
  • FIG. 3 shows, in a sectional side view, a wall 1, consisting of a container wall 2 with a plastic coating 3, onto which an inliner film 4, 5 is glued or welded.
  • the seam region 6 of the inliner film 4, 5 is sealingly welded by means of a welding means 7, wherein the welding means 7 consists of a carrier material 8 and an absorbent coating 9.
  • FIG. 4 shows, in a sectional side view, the schematic representation of a hand welding device 10, which is provided for welding on a welding means 7.
  • the welding agent 7 is welded by means of the welder 10 on a wall 11.
  • the wall 11 consists of a container wall 12 and a plastic coating 13, which are glued together by an adhesive layer 14.
  • the welding means 7 is welded in strip form, so that, for example, in a subsequent step, a second liner foil can be welded.
  • the welding means 7 consists of a carrier material 8 and an absorbent coating 9, which in the exemplary embodiment shown are unwound independently of one another from a supply roll, not shown, and supplied to the hand welding device 10.
  • a pinch roller pair 15 is provided, which ensures a uniform transport of the carrier material 8.
  • the hand welder 10 has a radiation head, not shown, which introduces electromagnetic radiation into the joint area and a pressure element 16, which rests directly on the carrier material 8 in order to achieve a necessary contact pressure.
  • the contact pressure is achieved, for example, by means of a hand rest 17, wherein the hand rest 17 transmits the contact pressure to the pressure element 16 via a spring 18, so that the contact pressure for connecting the welding agent 7 to the plastic coating 13 is sufficient for the time of the plastification.
  • electromagnetic radiation is introduced directly into the joining area using the hand welder 10 and provides for a partial plasticization of both the carrier material 8, the welding means 7 and the plastic coating 13.
  • the peculiarity of this method is that both the carrier material 8 and the Plastic coating 13 is plasticized only slightly in the surface region of the sides facing each other, so that neither the plastic coating 13 nor the substrate 8 is deformed.
  • FIG. 5 shows, in another sectional schematic side view, the hand welder 10 known from FIG. 3, which is used for welding the welding means 7, consisting of the carrier material 8 and the absorbent coating 9 according to FIG.
  • FIG. 6 shows, in a sectional side view, a welding means 20 which consists of a carrier material 21 and an absorbent coating 22 and an electrically conductive material 23.
  • FIG. 7 shows, in a sectional schematic view, the hand welder 10 known from FIG. 4, which is used for welding the welding means 20, consisting of a carrier material 21 and an absorbent coating 22.
  • the conductive material 23 is supplied below the welding means 20 and connected to the welding agent 20.
  • a counter-holder 19 is used to bring the contact pressure in the joint area.
  • FIG. 8 shows, in a further sectional side view, the arrangement of the hand welding device 10 according to FIG. 7 relative to the anvil 19.
  • FIG. 9 shows a sectional side view of the arrangement of the welding means 20 with conductive material 23 in a butt joint 25 of the inliner materials 26, 27.
  • Figure 10 shows in a sectional schematic view of a two-stage hand welder 30 with two pressure elements 31, 32 and a hand rest 33 and a spring 34 for transmitting the contact pressure on the two pressure elements 31, 32. Furthermore, the hand welder 30 has two electromagnetic radiation heads in this schematic view, however, are indicated only by the lightning arrows 35.
  • the welding means 20 corresponds to the welding means 20 known from FIG. 6 with a carrier material 21 and an absorbing coating 22 as well as a electrically conductive material 23. Both the substrate 21 and the absorbent coating 22 and the conductive material 23 are unwound from supply rolls, not shown, and individually supplied to the welder 30, wherein in a first welding process, the carrier material 21 is connected to the absorbent coating 22. Below the pressure element 31 is a counter-holder 36. After the connection of the carrier material 21 with the absorbent coating 22, the further connection of the conductive material 23 with the welding agent 20, wherein a counter-holder 37 is used.
  • FIG. 11 shows, in two further side views, the hand welding device 30 above the welding means 20 and the counter holders 36, 37.
  • FIG. 12 shows, in a perspective side view, a special arrangement of the materials to be welded, namely an inliner foil 41 is first applied on a housing wall 40 by means of an adhesive bond 42 or a weld.
  • inliner films 41 which are applied in a plurality of webs to the housing wall 40 and in the illustrated embodiment have a butt joint 43.
  • a welding agent 45 is arranged, which consists of a carrier material 46 with a first absorbent coating 47 and a second absorbent coating 48.
  • the first absorbent coating 47 rests on the inliner films 41 and serves to weld the carrier material 46 to the inliner films 41 with the aid of the absorbent coating 47.
  • the second absorbent coating 48 serves to bond the welding agent 45 to a second inliner film 49.
  • FIG. 13 shows, in a partially sectioned schematic side view, a manual welder 10, which is known, for example, from FIG.
  • the hand welding apparatus 10 is supplied with a carrier material 46 and an absorbent coating 47, which is provided for welding to a plastic coating 50.
  • the plastic coating 50 is part of a wall surface, which consists of a supporting wall 51 and the plastic coating 50.
  • the supply of the absorbent coating 47 and the carrier material 46 is carried out separately, respectively, wherein a pinch roller pair 15 is provided for transporting the carrier material 46. If necessary, further pressure rollers can also be provided for transporting the absorbent coating 47.
  • welding of the welding agent 45 to the plastic coating 50 takes place in a first operation.
  • FIG. 14 also shows, in a cut-away schematic view, the hand welding device 10 for welding an absorbent coating 48 in a second operation with the aid of a Teflon tape 54, wherein the Teflon tape 54 is removed again and only required for applying the second absorbent coating 48.
  • FIG. 15 shows, in a cutaway perspective view, the hand welder 10 from which the welding agent 45 is provided with an additional coating 48, which subsequently serves to weld a plastic material, here an inliner foil 49, onto the welding means 45 with the same hand welder 10 ,
  • FIG. 16 shows the welded connection known from FIG. 12, wherein a two-stage hand welding device 30 is used to produce this welded connection.
  • FIG. 17 shows, in a sectional schematic view, the two-stage hand welding device 30 known from FIG. 8, which is provided for welding according to FIG.
  • the hand welder 30 has the two pressure elements 31, 32, which achieve the necessary contact pressure via a hand rest 33 and a spring 34, while the radiation head, not shown, is symbolized by the lightning arrows 35.
  • the welding apparatus 30 is supplied with the welding agent 45, which consists of a carrier material 46 and a first absorbent coating 47, so that with the aid of the pressure element 31 and the associated radiation head, a first welding of the carrier material 46 via the absorbent coating 47 with a plastic coating 50.
  • the plastic coating 50 is part of a wall 51, which may consist of metal or fiberglass 52, on the plastic coating 50 is attached by means of an adhesive or welding layer 53.
  • the absorbent coating 47 serves to weld the carrier material 46 to the plastic coating 50 in a first working step, while the hand welding device 30 directly welds the second absorbent coating 48 on the second side of the carrier material 46 in a second working step.
  • an inliner film can then be directly welded onto the welding means 45 with the aid of the single-stage hand welding device 30.
  • FIG. 18 shows, in a cutaway perspective view, the arrangement of the wall 51 with welding agent 45, on the one hand in the abutment region of the first plastic coating 50 and at a distance thereof a second welding agent 45 for further attachment of a second inliner foil 49, wherein in each case between the plastic coating 50 and the Welding agent 45 and the inliner 49, the absorbent coatings 47, 48 are arranged.
  • FIG. 19 shows in a sectional side view a welding means 7, which is already known from FIG.
  • the welding means 7 consists of a carrier material 8 and an absorbent coating 9.
  • FIG. 20 shows the production of the welding means 7 in a sectional schematic side view with the aid of a hand welding device 10.
  • the hand welding device 10 is used with the known structure to weld the substrate 8 with the absorbent coating 9.
  • a counter-holder 19 which only receives the contact pressure and is not intended for welding.
  • the counter-holder may for example consist of Teflon or a similar material.
  • FIG. 21 shows the arrangement known from FIG. 20 in a further sectional diagrammatic side view from which the structural design of the welding means 7 is again apparent in Figure 19, wherein the connection between the carrier material 8 and the absorbent coating 9 by means of the hand welder 10 according to FIG 20 takes place.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Handschweißgerät (100), insbesondere zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen Kunststoffmaterialien, die an einer Wandung (107) zu befestigen sind, umfassend zumindest ein Andruckelement (104) und wenigstens einen elektromagnetischen Strahlungskopf (103), wobei unter Verwendung eines Schweißmittels (102) eine Verbindung herstellbar ist. Durch das Handschweißgerät (100) können insbesondere in vorteilhafter Weise Kunststoffmaterialien, beispielsweise Inlinerfolien mit Hilfe eines Schweißmittels (102) aufgeschweißt werden, wobei nur ein geringer Energieeintrag erforderlich ist und eine Plastifizierung der Inlinerfolie und das Schweißmittel (102) nur über einen begrenzten Bereich des Querschnitts erfolgt. Erfindungsgemäß ist zur Arbeitserleichterung vorgesehen, dass der Vortrieb des Handschweißgerätes (100) über das Schweißmittel (102) erfolgt, welches durch ein Antriebsmittel (101) zuführbar ist.

Description

Handschweißgerät
Die Erfindung betrifft ein Handschweißgerät, insbesondere zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen Kunststoffmaterialien untereinander oder mit einer Wandung, umfassend zumindest ein Andruckelement und wenigstens einen elektromagnetischen Strahlungskopf, wobei unter Verwendung eines Schweißmittels eine Verbindung herstellbar ist.
Gattungsgemäße Handschweißgeräte werden beispielsweise zur Auskleidung von Behältern benötigt, die entweder aus Metall oder einem nicht kompatiblen Kunststoff oder GFK gefertigt sind. Darüber hinaus sind Auskleidungsfolien für hochreine Behälter (Semiconductor), für hochbeständige Behälter (Chemie), für Kolonnen, Container, Gaskanäle, Wärmetauscher und andere Apparate (Chemie) notwendig. Die verwendeten Materialien für die Behälter sind in der Regel nicht säurebeständig oder unrein, sodass eine zusätzliche säurebeständige und/oder hochreine Auskleidung der Behälter erforderlich ist. Die hierbei vorgesehenen Auskleidungsmaterialien werden als Innenverkleidung (Inlinerfolie) überall dort eingesetzt, wo infolge von großen Temperaturschwankungen eine Schockwirkung durch Abkühlen der Außenmaterialien entstehen kann und Risse oder Undichtigkeit hervorgerufen werden. Ferner wird eine Auskleidung dort erforderlich, wo mit korrosiven Gasen oder flüssigen Substanzen gearbeitet wird und die Gehäusewandungen diesen Gasen beziehungsweise Flüssigkeiten ausgesetzt sind. Zum Wärme- und Korrosionsschutz der Wände, die sehr häufig Strömungsbereiche mit Querschnitten von 100 m2 und mehr aufweisen, werden die den Strömungsbereichen zugewandten Innenflächen daher mit Korrosionsschutzfolien aus Kunststoff als Innenverkleidung ausgestattet. Hierbei gelangt insbesondere der Kunststoff MFA, PFA oder FEP in Folienform zur Anwendung, weil dieser Kunststoff einen ausreichenden Korrosionsschutz bietet und zugleich für eine gute Isolierung gegen Thermoschock verwendet werden kann.
Die korrosiven Gase oder Flüssigkeiten stammen in der Regel von Chemikalienproduzenten und -distributoren sowie Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen und zahlreichen industriellen Prozessanlagen. Aufgrund der Größe der auszukleidenden Behälter und der hohen Anforderungen an die Gas- und Flüssigkeitsdichtigkeit werden an die vorzusehenden Schweißnähte extrem hohe Anforderungen gestellt.
Beispielsweise wird zum Verbinden der Folienränder das Warmgasziehschweißen oder das elektrische Widerstandsschweißen oder das Heizelementkontaktschweißen mit relativ großen Schmelzquerschnitten eingesetzt, welche zu einer zeit- und kostenintensiven Verarbeitung führen. Durch die großen Schmelzquerschnitte sind hierbei exakte Schweißnahtvorbereitungen und eine lange Schweißnahtfixierung zum Schweißen und während der Abkühlung erforderlich, sodass derartige Schweißverfahren für das Folienschweißen wirtschaftlich weniger interessant sind.
Ein für Standardthermoplaste handelsübliches Heizelementkontaktschweißen ist hingegen als Stumpfschweißung bei vollfluorierten Thermoplasten, wie zum Beispiel PFA, FEP, MFA, bei geringer Foliendicken infolge niedriger Viskosität der Schmelze in der Regel nicht anwendbar. Das vorgenannte Schweißverfahren kann prinzipiell auch auf modifiziertes PTFE übertragen werden, da es in der Regel mit chemischer Struktur ähnlich PFA verschweißt werden kann. Es bestehen jedoch Nachteile durch das Kleben der Schmelze auf den Materialoberflächen und den korrosiven Angriff durch Chemikalien, beispielsweise Fluor. Daher sind teuere hochlegierte Werkzeuge für die Herstellung notwendig und erhöhen die Fertigungskosten. Die bei vollfluorierten Thermoplasten hohen Schweißtemperaturen bewirken bei völliger Plastifizierung des Folienquerschnitts ferner eine extrem hohe Wärmeausdehnung der zu verschweißenden Folienränder. Alle vorgenannten Schweißverfahren weisen daher den Nachteil auf, dass eine aufwändige Fixierung der zu verbindenden Teil notwendig ist, um eine Faltenbildung beim Schweißen und ein Verzug in der Abkühlphase zu vermeiden. Aus diesem Grunde sind aufgrund der großen Schmelzvolumen relativ große Zykluszeiten zum Aufheizen, Verbinden und Abkühlen notwendig, um beispielsweise Folien ab cirka 1 ,5 mm Dicke zu verschweißen. Ferner sind einige der vorgenannten Schweißtechniken für extrem dünne Folien nicht einsetzbar, da die Folien sehr leicht beschädigt werden können. Mit Hilfe eines handelsüblichen Heißluftschweißgerätes ist daher extrem sorgfältiges Arbeiten erforderlich, wobei aufgrund der ebenfalls großen Schmelze mit einem hohen Wärmeeintrag die zu verbindenden Folien wesentlich länger fixiert werden müssen und damit die Verarbeitungsgeschwindigkeit herabgesetzt wird.
Ebenfalls zur Anwendung kommt das Wärmekontaktschweißen im Heizkeilverfahren jedoch kann dies nur zum Verbinden zweiter nicht befestigter Folien verwendet werden, weil die bekannten Schweißgeräte entlang der Folienränder geführt werden und zum Vortrieb die Folienränder umgreifen müssen. Eine Verwendung der Schweißgeräte bei Stahl oder aus GFK bestehenden Behältern mit einer Haftschicht, beispielsweise einer Klebeschicht, und einer Kunststoffbeschichtung ist daher nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Handschweißgerät zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile aus dem Stand der Technik beseitigt und darüber hinaus in besonders einfacher Art und Weise die Herstellung einer Schweißnaht für die Kunststoffmaterialien ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass der Vortrieb des Handschweißgerätes und/oder der zu verschweißenden Materialien über das Schweißmittel erfolgt, welches durch ein Antriebsmittel zuführbar ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Handschweißgerätes kann der Schweißvorgang insbesondere entlang der Folienränder wesentlich vereinfacht werden, weil der Vortrieb unmittelbar über das Schweißmittel selbst erfolgt. Das Schweißmittel wird kontinuierlich über ein Antriebsmittel zugeführt, sodass hierdurch ein gezielter und individuell einstellbarer Vortrieb für das Handschweißgerät erzielt wird. Hierdurch ist keine manuelle Vortriebskraft durch den Schweißer erforderlich, wodurch die Arbeit wesentlich erleichtert wird. Durch die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung zum Verbinden der Kunststoffmaterialien werden ferner wesentlich weniger Gase durch die Verschweißung freigesetzt, sodass dieses Verfahren als besonders umweltfreundlich anzusehen ist und darüber hinaus keine besonderen Sicherheitsvorkehrungen für das Bedienungspersonal erfordert. In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schweißmittel eine geringe Elastizität aufweist und somit kann über die Antriebsmittel, welches Bestandteil des Handschweißgerätes ist, das Schweißmittel kontinuierlich zugeführt werden, wobei durch eine endseitige Fixierung des Schweißmittels, beispielsweise durch Anschweißen ein kontinuierlicher Transport des Handschweißgerätes mit Hilfe der Antriebsmittel entlang des Schweißmittels und damit entlang der Folienkante erreicht. Vorzugsweise können starre Schweißmittel zum Einsatz kommen, welche zwar aufwickelbar sind, aber in Längsrichtung eine hohe Verformungsstabilität aufweisen.
Um den Vortrieb unabhängig von der Elastizität des Schweißmittels und damit von einer möglichen Verformung zu gestalten, ist ferner vorgesehen, dass das Schweißmittel über erste Führungsmittel dem Antriebsmittel zuführbar ist. Ferner wird das Schweißmittel über zweite Führungselemente zwischen dem Antriebsmittel und einer Schweißzone, welche auch als Fügebereich bezeichnet wird, geführt, sodass beispielsweise über leicht gekrümmte Führungselemente eine kontinuierliche Zuführung des Schweißmittels in den Fügebereich erfolgt. Somit wird mit der erfindungsgemäßen Ausführung des Handschweißgerätes sichergestellt, dass das Schweißmittel kontinuierlich und funktionsgerecht zugeführt wird und eine Verschweißung im Endlosverfahren durchgeführt werden kann. Soweit ein Endlosverfahren angesprochen wird, handelt es sich um die übliche Länge der zu verschweißenden Bahnen von mehreren Metern.
Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Schweißgerät die Möglichkeit eines vielfältigen Einsatzes, beispielsweise kann das Schweißgerät stationär verwendet werden und die Kunststoffmaterialien werden ebenso wie das Schweißmittel kontinuierlich dem Handschweißgerät zugeführt. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass Handschweißgerät mobil einzusetzen und entlang der zu verschweißenden Kunststoffmaterialien, beispielsweise im Kantenbereich zu führen, sodass mit Hilfe des Schweißmittels eine Verschweißung der Kantenbereiche zweier benachbarter Kunststoffmaterialien erfolgen kann. Ebenso kann eine Verschweißung mit einer Wandung im mittleren Bereich der Kunststoffmaterialien erfolgen, soweit beispielsweise lichttransparente Kunststoffmaterialien eingesetzt werden. In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebsmittel aus einem gegenläufigen Andruckrollenpaar bestehen, zwischen denen das Schweißmittel geführt wird, wobei das Andruckrollenpaar elektromotorisch oder manuell antreibbar ist. Beispielsweise kann der Antrieb manuell über eine Handkurbel erfolgen. Das Andruckrollenpaar ermöglicht eine straffe Zuführung des Schweißmittels und durch einen elektromotorischen Antrieb wird somit einerseits die Zuführung des Schweißmittels gewährleistet und andererseits muss keine zusätzliche Kraft seitens des Schweißers aufgebracht werden, um den Vortrieb des Handschweißgerätes im mobilen Einsatz zu übernehmen. Bei dem erfindungsgemäßen Handschweißgerät ist somit das Andruckelement, ein elektromagnetischer Strahlungskopf und das Antriebsmittel, beispielsweise in Form des Andruckrollenpaares, zu einer Baueinheit zusammen gefasst, sodass diese entlang der zu verschweißenden Kunststoffmaterialien geführt wird, wobei der Vortrieb erfindungsgemäß durch das starre Schweißmittel und die Zuführung über die elektromotorisch antreibbaren Andruckrollen erfolgt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Anpressdruck auf den Fügebereich des Schweißmittels und der Kunststoffmaterialien manuell erzeugbar ist. Zusätzlich besteht hierbei die Möglichkeit den Anpressdruck durch Drucksensoren zu überwachen, welche insbesondere ein Unterschreiten oder Überschreiten des notwendigen Anpressdruckes akustisch und/oder optisch anzeigen. Hierdurch weiß der Schweißer jederzeit, ob er einen ausreichenden Anpressdruck auf das Handschweißgerät ausübt und ob dieser Druck gegebenenfalls unter- oder überschritten wird. Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht hierbei darin, dass der Schweißer lediglich den manuellen Anpressdruck erzeugen muss, während demgegenüber der Vortrieb des Handschweißgerätes über das Antriebsmittel erfolgt, welches die Schweißmittel zuführt. Zur Steuerung des Handschweißgerätes kann ferner vorgesehen sein, dass das Antriebsmittel über Drucksensoren steuerbar ist, wobei ebenso der elektromagnetische Strahlungskopf über die Drucksensoren steuerbar ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann bei nicht ausreichendem Anpressdruck das Antriebsmittel und der Strahlungskopf ausgeschaltet werden, um ein Verbrennen der Kunststoffmaterialien zu verhindern. Dies bedeutet, sobald der Anpressdruck unterschritten wird, können der Vortrieb über die Antriebsmittel und Energieeintrag durch einen Strahlungskopf unterbrochen werden. Nur bei einem ausreichenden Anpressdruck wird der elektromotorische Antrieb des Antriebsmittels und der Strahlungskopf in Gang gesetzt, um den Vortrieb des Handschweißgerätes und den Schweißvorgang zu ermöglichen.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Handschweißgerät ein- oder mehrstufig ausgebildet ist. Mit Hilfe eines einstufigen Handschweißgerätes kann eine einzelne Handscheißnaht gezogen werden, während bei einem mehrstufigen Handschweißgerät gegebenenfalls zwei Schweißnähte, die auch übereinanderliegend angeordnet sein können, gezogen werden können. Ferner kann mit Hilfe eines mehrstufigen Handschweißgerätes das Schweißmittel insoweit zunächst vorbereitet werden, sodass dieses dem Fügebereich zugeführt wird. Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass das aus einem Trägermaterial und einer absorbierenden Beschichtung bestehende Schweißmittel zunächst miteinander verbunden wird, bevor das fertig gestellte Schweißmittel zur Verschweißung der Kunststoffmaterialien eingesetzt wird.
Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass bei einem zweistufigen Handschweißgerät der Anpressdruck gleichmäßig auf beide Andruckelemente übertragbar ist, wobei die Andruckelemente dazu verwendet werden, einerseits das Trägermaterial mit der absorbierenden Beschichtung zusammenzupressen und andererseits das Schweißmittel mit dem zu verschweißenden Kunststoffmaterial.
In weiterer besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Handschweißgerät mit Temperatursensoren ausgestattet ist, welche die Temperatur des Schweißmittels direkt oder indirekt über das Andruckelement erfassen. Somit besteht die Möglichkeit den Fügebereich zusätzlich zu überwachen und im Falle eines Unterschreitens oder Überschreitens einer vorgegebenen Temperatur des Fügebereiches ein akustisches und/oder optisches Signal auszugeben. Die Temperaturerfassung kann hierbei entweder direkt an der Führung des Schweißmittels erfolgen oder indirekt über das Andruckelement, wobei die erste Variante eine genauere Bestimmung der Temperatur ermöglicht. Alternativ kann mit Hilfe von Temperatursensoren eine nachlaufende Temperaturmessung erfolgen. Darüber hinaus kann das Handschweißgerät mit optischen Sensoren zur Kontrolle der Vorschubrichtung, beispielsweise über einen aufklebbaren Barcode auf den Kunststoffmaterialien oder dem Schweißmittel, ausgestattet sein. Die optischen Sensoren dienen dazu, um die Führung des Handschweißgerätes entlang der Kunststoffmaterialien zu überwachen und somit Abweichungen von einer vorzunehmenden Schweißnaht anzuzeigen, um korrigierend einwirken zu können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Andruckelement aus einem Niederhalter, vorzugsweise aus einer für elektromagnetische Strahlung transparenten Andruckscheibe besteht. Mit Hilfe des Andruckelementes wird das Kunststoffmaterial und das Schweißmittel im Fügebereich zusammengepresst, wobei unter Verwendung eines elektromagnetischen Strahlungskopf eine Verschweißung erfolgt. Zu diesem Zweck kann das Andruckelement transparent ausgebildet sein. Speziell für den Einsatz eines zweistufigen Handschweißgerätes mit der Herstellung einer Verbindung zwischen dem Trägermaterial und einer absorbierenden Beschichtung für das Schweißmittel kann zusätzlich ein Andruckelement mit einem Gegenhalter ausgestattet sein, damit ein Anpressdruck zwischen der absorbierenden Beschichtung und dem Trägermaterial erzielbar ist, bevor das Schweißmittel in einem weiteren Schweißvorgang auf das Kunststoffmaterial aufgeschweißt wird. Im Normalfall dient die Wandung als Gegenhalter, wenn mit Hilfe des Handschweißgerätes das Auskleidungsmaterial an der Wandung befestigt wird oder zwei Auskleidungsmaterialien miteinander verschweißt werden.
Um den Anforderungen der Berufsgenossenschaft Rechnung zu tragen, ist in weiterer Ausgestaltung des Handschweißgerätes vorgesehen, dass die elektromagnetische Strahlung des Strahlungskopfes innerhalb einer geschlossenen Wandung oder über einen Lichtleiter dem Fügebereich, welcher durch das Schweißmittel und die Kunststoffmaterialien gebildet wird, zuführbar ist. Diese Vorkehrung ist beispielsweise dann erforderlich, wenn als elektromagnetische Strahlungsquelle beispielsweise ein Laser zum Einsatz kommt. Mit Hilfe des Handschweißgerätes wird eine elektromagnetische Strahlung erzeugt, die dazu genutzt wird, um den Fügebereich der Schweißmittel und der Kunststoffmaterialien oder auch den Fügebereich zwischen dem Trägermaterial und der absorbierenden Beschichtung insoweit zu plastifizieren, das eine sichere Verbindung geschaffen wird. Ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung des Handschweißgerätes und der Schweißmittel besteht darin, dass die Kunststoffmaterialien und Schweißmitteln nur über einen begrenzten Bereich des Querschnittes plastifiziert werden, wobei sich dieser Bereich im Wesentlichen auf die Oberfläche des Schweißmittels und der Kunststoffmaterialien erstreckt. Hierdurch ist der erforderliche Energieeintrag zur Erwärmung der verwendeten Kunststoffmaterialien und des Schweißmittels wesentlich geringer als bei herkömmlichen Schweißverfahren, wobei die zu bearbeitenden Kunststoffmaterialien aufgrund der geringen Plastifizierung nicht dauerhaft verformt werden und somit eine Beschädigung der Kunststoffmaterialien, beispielsweise in Form von Inlinerfolien, ausgeschlossen werden kann. Darüber hinaus kann das Handschweißgerät entlang des Schweißmittels auf diesem aufliegend oder gegebenenfalls auf den Kunststoffmaterialien aufliegend verwendet werden, ohne dass Beschädigung des Schweißmittels oder der Kunststoffmaterialien eintreten. Der hierbei erforderliche Anpressdruck kann somit ohne Weiteres über die Kunststoffmaterialien oder das Schweißmittel auf die tiefer liegenden Schichten übertragen werden, welche als Gegenhalter dienen. Darüber hinaus wird durch die nur begrenzte Plastifizierung der vorgenannten Materialien der Anpressdruck nur für einen geringen Zeitraum benötigt, da sich sowohl das Schweißmittel als auch die Kunststoffmaterialien durch schnelles Abkühlen relativ schnell verbinden lassen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Handschweißgerätes besteht darin, dass der geringe erforderliche Energieeintrag zu keiner Verformung der Kunststoffmaterialien führt und insbesondere die Bildung von Schwachstellen aufgrund von Querschnittsreduzierungen vermieden werden kann. Der Energieeintrag kann mit dem erfindungsgemäßen Handschweißgerät so gering wie möglich gehalten werden, wobei durch die Verwendung eines elektromagnetischen Strahlungskopfes eine genaue Dosierung erfolgen kann und die aufzubringende Energie unmittelbar in eine absorbierende Beschichtung eingebracht wird, welche Teil des Schweißmittels ist. Ferner kann der Anpressdruck so gering wie möglich gehalten werden, wobei eine manuelle Andruck- kraft von Hand ausreichend ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass der Anpressdruck und der Energieeintrag von einer Vortriebsgeschwindigkeit entkoppelt wird und somit manuell oder mit elektromotorischer Unterstützung das Handschweißgerät über die zu verbindende Schweißfläche geführt werden kann.
Das für den Einsatz vorgesehene Handschweißgerät kann sowohl für den mobilen als auch für den stationären Einsatz verwendet werden. Ein mobiler Einsatz erfolgt vor Ort auf der Baustelle zum Verschweißen der Kunststoffmaterialien über die Schweißmittel, welche in begrenzten Bahnbreiten zur Verfügung stehen, wobei aufgrund der vorliegenden Behälterdimensionen lange Schweißnähte angefertigt werden müssen. Ein stationärer Einsatz kommt hingegen dort zur Anwendung, wo die Folien beispielsweise vor dem Einbringen in die Behälter in Vorbereitung auf die spätere Montage miteinander aufgrund einer besonderen Formgebungen der Behälterform zugeschnitten und verschweißt werden, sodass die Kunststoffmaterialien bereits vorbereitet sind und somit nur noch an die Behälterwandung befestigt werden müssen. Darüber hinaus kann das Handschweißgerät im Falle eines stationären Einsatzes dazu verwendet werden, mehrlagige Kunststoffmaterialien oder Schweißmittel miteinander zu verbinden. Beispielsweise kann das Schweißmittel, bestehend aus einem Trägermaterial und einer absorbierenden Beschichtung im stationären Einsatz mit Hilfe des Handschweißgerätes miteinander verbunden werden. Alternativ kann dem Handschweißgerät das Trägermaterial als auch die absorbierende Beschichtung in einer ersten Stufe getrennt zugeführt werden, wobei das Handschweißgerät dazu verwendet wird, das Trägermaterial mit der absorbierenden Beschichtung zunächst zu verschweißen und anschließend zum Verschweißen der Kunststoffmaterialien einzusetzen, sodass beispielsweise ein zweistufiges Handschweißgerät zum Einsatz kommt. Soweit die Schweißmittel bereits aus Trägermaterial mit absorbierender Beschichtung bestehen, reicht hingegen eine einstufige Ausbildung des Handschweißgerätes. Je nach Ausführung des Handschweißgerätes wird hierbei sichergestellt, dass die Andruckkraft gleichmäßig auf die beiden Andruckelemente bei einem zweistufigen Handschweißgerät übertragen wird. Die aufzubringende Andruckkraft erfolgt in der Regel manuell durch Körpereinsatz. Bei den hierbei vorgesehenen Kunststoffmaterialien handelt es sich in der Regel um Folien, welche als Inlinerfolien zum Auskleiden der Behälterwandungen verwendet werden. Diese Folien können mehrere Millimeter dick sein und müssen aufgrund des Eigengewichts mit der Behälterwandung mehrfach, und nicht nur im Randbereich verschweißt werden, sodass nach Beendigung des Schweißvorganges der gesamte Behälterinnenraum mit den Inlinerfolien ausgekleidet ist.
Die Vorgehensweise zur Befestigung der Inlinerfolien an einer Behälterwandung erfolgt beispielsweise in einem ersten Arbeitsschritt dadurch, dass zunächst das Schweißmittel über die absorbierende Beschichtung mit der Wandung verschweißt wird, sofern die Wandung aus einem verschweißbaren Kunststoff besteht oder mit einem solchen beschichtet ist, wobei das Schweißmittel und die absorbierende Beschichtung miteinander verbunden dem Handschweißgerät zugeführt werden können und somit unmittelbar zum Verschweißen mit Hilfe eines einstufigen Handschweißgerätes vorgesehen sind. Alternativ kann ein Trägermaterial aus Kunststoff und die absorbierende Beschichtung getrennt zugeführt werden und bei einer zweistufigen Ausführung des Handschweißgerätes zunächst die Verbindung zwischen dem Trägermaterial und der absorbierende Beschichtung hergestellt werden und anschließend eine Verbindung mit der Wandung. Diese Möglichkeit der ein- oder zweistufigen Ausführung eines Handschweißgerätes ist besonders vorteilhaft, weil mehrere Millimeter dicke Streifen als Schweißmittel zum Einsatz gelangen, welche zunächst mit einem geringeren Energieeintrag mit der absorbierenden Beschichtung verbunden werden können, um anschließend nach dem Auflegen auf die Wandung und einem erneuten Energieeintrag unmittelbar zur Verschweißung mit der Wandung führen. Im Anschluss daran kann die Inlinerfolie mit dem bereits befestigten Schweißmittel verschweißt werden, wobei auf das Schweißmittel eine zweite absorbierende Beschichtung aufgeschweißt wird, welche der Inlinerfolie zugewandt ist. Diese zweite absorbierende Beschichtung kann ebenfalls mit einem zweistufigen Handschweißgerät aufgeschweißt werden, wobei die erste Stufe des Handschweißgerätes zur Verbindung der zweiten absorbierenden Beschichtung mit dem Trägermaterial und die zweite Stufe zum unmittelbaren Verschweißen der Inlinerfolie vorgesehen ist. Soweit eine einzelne Inlinerfolie für die vorgesehene Konstruktion nicht ausreichend ist, kann in einem nachfolgenden Arbeitsschritt ein zweites Schweißmittel auf die erste Inlinerfolie aufgeschweißt werden und anschließend analog dem vorgenannten Schweißverfahren eine zweite Inlinerfolie mit dem Schweißmittel verbunden werden. Auch hier gelangt das ein- oder zweistufige Handschweißgerät zum Einsatz, wobei es darauf ankommt, ob das verwendete zweite Schweißmittel in einstückiger Form bereits vorliegt oder gegebenenfalls in einem weiteren Arbeitsschritt zuvor das Trägermaterial mit der absorbierende Beschichtung versehen wird, um anschließend mit der ersten Inlinerfolie verschweißt zu werden. Die Anbringung einer zweiten Inlinerfolie dient hierbei dem Zweck zwischen den beiden Inlinerfolien einen Zwischenraum zu schaffen, welcher eventuell austretende Gase oder Flüssigkeiten aufnehmen kann, die über geeignete bekannte Verfahren aus dem Zwischenraum abgesaugt werden können.
Die Befestigung der Inlinerfolien erfolgt vorzugsweise streifenförmig in definierten Abständen, beispielsweise in Abständen von einem halben Meter, sodass das Gewicht der Inlinerfolien aufgefangen werden kann und darüber hinaus spezielle Formgebungen der Behälter nicht zu einem Durchhängen der Inlinerfolien führen. Eine besondere Vorgehensweise ist im Nahtbereich erforderlich, da die verwendeten Kunststoffmaterialien nicht in endloser Breite zur Verfügung stehen und somit mehrere Folienstreifen miteinander verschweißt werden müssen. Hierbei ist vorgesehen, dass die Inlinerfolien auf Stoß oder mit einer Fuge miteinander mit Hilfe der Schweißmittel verbunden werden. Soweit eine Fuge ausgebildet ist kann diese beispielsweise dazu verwendet werden, um leitfähige Materialien aufzunehmen, die eine spätere Kontrolle der vorhandenen Schweißnaht im Fugenbereich ermöglichen. Die besondere Anordnung des Schweißmittels im Kantenbereich der Inlinerfolien führt darüber hinaus dazu, dass die Schweißmittel zur gleichzeitigen Befestigung einer oder zweier Inlinerfolien bei entsprechender Breite mit Überlappung eingesetzt werden können.
Im Randbereich der Inlinerfolien kommt es auf die Gasdichtigkeit und Flüssigkeitsdichte an. Aus diesem Grunde sind die hier erforderlichen Schweißnähte besonders sorgfältig auszuführen und bedürfen des Weiteren einer abschließenden Kontrolle auf Dichtigkeit. Zu diesem Zweck können zwischen den Folienkanten elektrisch leitfähige Materialien eingelegt werden, beispielsweise in Form von Kordeln, Bändern oder Netzen oder es kann eine zusätzliche leitfähige Beschichtung vorgesehen sein. Nach Beendigung des Schweißvorganges kann somit mit Hilfe eines Hochspannungsgerätes überprüft werden, ob Funkendurchschläge aufgrund mangelhaft ausgeführter Schweißverbindungen entstehen, sodass jederzeit eine Nachkontrolle der vorhandenen Schweißnaht erfolgen kann.
Die verwendeten Schweißmittel bestehen aus einem kunststoffkompatiblen Trägermaterial, welches vorzugsweise lichttransparent ausgeführt ist und eine einseitig absorbierende Beschichtung aufweist. Die Beschichtung kann gegebenenfalls auch zweiseitig ausgebildet sein oder kann in einem Zwischenschritt durch beispielsweise ein zweistufiges Handschweißgerät aufgeschweißt werden, sodass ein Schweißmittel beispielsweise zur Befestigung einer oder zweier Inlinerfolien verwendet werden kann. Die absorbierende Beschichtung dient hierbei dazu, dass mit Hilfe der einzubringenden elektromagnetischen Strahlung eine Erwärmung erfolgt und dieser Energieeintrag auf das Trägermaterial beziehungsweise die zu verbindenden Kunststoffmaterialien übertragen wird, sodass infolge der stattfindenden Plastifizierung eine Verbindung zwischen Trägermaterial des Schweißmittels und der Inlinerfolien zustande kommt, wobei das Trägermaterial im Wellenlängenbereich von 300 bis 2.500 nm nicht absorbierend ausgebildet ist und die absorbierende Beschichtung im Wellenlängenbereich von 150 bis 2.500 nm, vorzugsweise 500 bis 1.500 nm, besonders bevorzugt von 800 bis 1.000 nm absorbiert und wobei das Trägermaterial eine Dicke von 1 ,0 bis 5,0 mm aufweist, während die absorbierende Beschichtung eine Schichtdicke von 0,05 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,4 mm und besonders bevorzugt von 0,2 bis 0,3 mm aufweist. Damit die Inlinerfolien einen Abstand zueinander einhalten weist das Trägermaterial eine Dicke von 1 ,0 bis 5,0 mm, vorzugsweise 1 ,5 bis 4,0 mm, besonders bevorzugt 2,0 bis 3,0 mm auf, sodass nach dem Aufbringen einer zweiten Inlinerfolie der bereits genannte Zwischenraum im Millimeterbereich entsteht.
Die Behälterwandungen können für den vorgesehenen Verwendungszweck aus Metall oder GFK mit einem Kunststoffüberzug bestehen, sodass die Schweißmittel unmittelbar auf diesem Kunststoffüberzug aufgeschweißt werden können. Als weitere Alternative kommen für die Wandungen Kunststoffmaterialien infrage, wenn diese bei entsprechender Dimensionierung die statischen Anforderungen erfüllen, sodass zu den Inlinerfolien kompatible Kunststoffmaterialien zum Einsatz gelangen und eine unmittelbare Verschweißung erfolgen kann.
Für die Plastifizierung der absorbierenden Kunststoffmaterialien oder Beschichtungen wird als elektromagnetische Strahlungsquelle beispielsweise ein Festkörperlaser, ein Gaslaser, ein Halbleiterlaser, eine Infrarotlichtquelle, beispielsweise eine Xenon- Kurzbogenlampe, verwendet oder ein Cθ2-Laser eingesetzt. Alternativ kann auch eine Mikrowellenstrahlung oder ein Induktionsverfahren eingesetzt werden.
Beim Induktionsschweißen wird die zum Schweißen notwendige Wärme mittels eines alternierenden Magnetfeldes in die Fügezone eingetragen. Die Hauptphasen dieses Verfahrens sind Aufheizen, Konsolidieren unter Druck sowie Abkühlen, wobei die Haupteinflussparameter durch die Vorschubgeschwindigkeit, den Konsolidierungsdruck und die Temperaturen der Fügezone bestimmt sind. Beim Verschweißen von Kunststoffmaterialien ist ein Schweißzusatzstoff erforderlich, der die Energie des elektromagnetischen Feldes in Wärme umsetzt. Dieser Schweißzusatzstoff, im Weiteren als Füllstoff bezeichnet, bleibt dauerhaft in der Schweißzone.
Als mögliche Füllstoffe kommen unter anderem ferromagnetische Stoffe infrage, wobei insbesondere die Verwendung von Nanopartikeln oder Mahlgut möglich ist. Als Nanopartikel oder Nanoteilchen bezeichnet man einen Verbund von wenigen bis einigen tausend Atomen oder Molekülen. Der Name hat hierbei einen direkten Bezug auf deren Größe die typischerweise bei 1 bis 100 Nanometern liegt. Nanopartikel können sowohl auf natürlichen Wege als durch synthetische Verfahren hergestellt werden, die gezielt mit neuen Eigenschaften oder Funktionalitäten ausgestattet sind, wie zum Beispiel elektrische Leitfähigkeit, chemische Reaktivität. Synthetische Nanopartikel können entsprechend ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften untergliedert werden. In der Forschung und Anwendung sind folgende Gruppen verbreitet: Kohlenstoffhaltige Nanopartikel, Metalloxide, Titandioxid, Aluminiumoxid, Eisenoxid, Zinkoxid sowie Zeolithe und andere auf Silizium basierende mesoporöse Materialien wie MCM-41 oder SBA-15, Halbleiter, Metalle, Metallsulfide und Polymere wie Dendrimere und Blockcopolymere, wobei die kohlenstoffhaltigen Nanopartikel in unterschiedlichen Formen vorliegen können, beispielsweise als Fullerene, Nanoröhr- chen oder Cabon black (Rußpartikel).
Die Nanopartikel oder das Mahlgut kann eine thermische Anregung durch ein Magnetfeld oder ein elektrisches Feld erfahren, wobei ein Magnetfeld eine Bewegung der Nanopartikel in einem Stoff hervorruft, während elektrische Felder eine Anregung der Elektronen hervorrufen. Beide Maßnahmen führen zu einer Erwärmung der Nanopartikel oder des Mahlguts aufgrund der entstehenden Reibung.
Eine Ummagnetisierung eines magnetisierten ferromagnetischen Stoffes erfolgt bei normalen Materialien mit vielen Weiss'schen Bezirken durch die Verschiebung der Potentialwälle zwischen den einzelnen Domänen, dass heißt die magnetischen Momente können sich an den Grenzen des einen Weiss'schen Bezirk annähern und gehören dann zur benachbarten Domäne. Sinkt nun die Größe der Teilchen unterhalb der Größe der Weiss'schen Bezirke besteht der betreffende Partikel nur aus einem Weiss'schen Bezirk. In solchen „Single domain particels" ist eine Verschiebung eines Potentialwalls nicht möglich, da kein Wall zwischen zwei Domänen besteht und es somit keine Wahrscheinlichkeit für ein antiparallel ausgerichtetes atomares magnetischen Moment gibt. Dass heißt in Einzeldomänenpartikeln können sich die Spins nur kollektiv ändern, was sich in einer sehr hohen Koerzivitätsfeldstärke niederschlägt.
Kristallite von Ferromagnetika kann man sich aus Domänen zusammengesetzt vorstellen. Innerhalb dieser Domänen oder Weiss'schen Bezirke sind die atomaren magnetischen Momente parallel ausgerichtet. Das Volumen der Weiss'schen Bezirke liegt typischerweise bei 10"4 bis 10"6 mm3.
Bringt man einen ferromagnetischen Stoff in ein äußeres Magnetfeld, so richten sich die magnetischen Momente der Weiss'schen Bezirke parallel zum äußeren Magnetfeld aus. Es erfolgt demzufolge eine Magnetisierung. Die Magnetisierung wächst mit steigender Feldstärke des äußeren Magnetfeldes bis zu einer Sättigungsfeldstärke, bei der eine vollständige Ausrichtung der Elektronenspins erreicht ist. Lässt man anschließend die Feldstärke des äußeren Magnetfeldes wieder bis auf null sinken, folgt die Magnetisierung nicht der ursprünglichen Kurve, sondern entlang einer Hysterese- Schleife. Bei der Feldstärke = 0 bleibt eine mehr oder weniger starke Remanenzmagnetisierung erhalten, sodass der ferromag netische Stoff in einen Permanentmagneten umgewandelt wird. Erst bei Erreichen der Koerzivitätsfeldstärke, die antiparallel zur Magnetisierung des Stoffes ausgerichtet ist, geht die Magnetisierung der Probe auf null zurück. Steigt die Feldstärke des äußeren Magnetfeldes weiter bis auf einen Wert an, so wird die negative Sättigungsmagnetisierung erreicht. Verringert man nun wieder die Feldstärke, dreht deren Richtung um und vergrößert sie dann sukzessive. Diese Eigenschaften sind ferromagnetischen Stoffen immanent, wobei durch die Änderung des Magnetfeldes beispielsweise mit Hilfe einer Induktionsspule diese Möglichkeit zur Erwärmung ferromagnetischer Stoffe ausgenutzt werden kann. Hierbei können die ferromagnetischen Stoffe aus beispielsweise einem metallischen Mahlgut bestehen oder es können Nanopartikel eingesetzt werden, die weitere positive Eigenschaften aufweisen. Grundsätzlich ist von einer anderen Isotropie magnetischer Nanopartikel auszugehen und dies hat einen großen Einfluss auf deren Koerzivität. Bei magnetischen Nanopartikel spielen hauptsächlich die Kristalle und Partikelformationsisotropie eine Rolle. Aber auch Anisotropien, die durch Austausch zwischen dem Kern und der Hülle verursacht werden, dürfen im Einzelfall nicht vernachlässigt werden. Magnetokristalline Anisotropie wird durch die Orbitalspin-Kopplung und die energetisch bevorzugte Ausrichtung der Magnetisierung entlang einer bevorzugten Achse verursacht. Die Koerzivitätsfeldstärke eines Nanophasenmaterials ist proportional zur Anisotropie, sodass diese Materialien als Füllstoffe für Induktionsschweißungen verwendet werden können. Eine polykristalline Probe von Füllstoffen besitzt aufgrund der willkürlichen Orientierung der Teilchen keine Nettoanisotropie. Jedoch können nicht sphärische Teilchen eine Partikelforman-isotropie zeigen, da es leichter ist ein zylindrisches Teilchen entlang der Kante als entlang der kurzen Kante zu magnetisieren. Die Abweichung von der sphärischen Form muss nicht besonders stark ausgeprägt sein, so bewirkt eine Abweichung von 1 ,1 bis 1 ,5% von der Kugelform schon eine Vervierfachung der Koerzivitätsfeldstärke.
Besonders interessant in diesem Zusammenhang sind die Eigenschaften von Nanopartikeln, welche magnetisch, ferrimagnetisch, ferromagnetisch, antiferromagne- tisch oder supraparamagnetisch sein können. Der Superparamagnetismus in Nanopartikeln wird durch das Absinken des Teilchenvolumens weiter begründet, sodass die atomaren magnetischen Momente immer stärker durch die thermische Bewegung der Teilchen beeinflusst werden und sich nicht weiter parallel ausrichten können. Es kommt zu Superparamagnetismus. Superparamagnetische Teilchen verhalten sich genauso wie paramagnetische Teilchen, jedoch haben sie ein erheblich größeres magnetisches Moment. Unterhalb einer sogenannten Blocktemperatur verhalten sich diese Stoffe wieder ferromagnetisch. Superparamagnetische Stoffe zeigen keine Hystereseschleife, sodass sie experimentell leicht von ferromagnetischen Teilchen unterschieden werden können. Die Eigenschaft der Nanopartikel hängt jedoch zum Beispiel von der erwähnten Blocktemperatur und von der Form der Teilchen ab. Beispielsweise können stäbchenförmige magnetische Nanopartikel mit einer Abmessung von 2 x 10 nm eine Blocktemperatur von nur 110 K besitzen, kugelförmige Teilchen mit einem Durchmesser von 2 nm jedoch eine von 12 K.
Bei der Synthese von magnetischen Nanopartikeln wird man vor einer Reihe von Problemen gestellt. Um ein einheitliches Verhalten der Nanopartikel zu erhalten ist es von essentieller Wichtigkeit, einige Parameter möglichst genau zu steuern. Zum Einen ist es wünschenswert eine möglichst enge Größenverteilung der Partikel zu erhalten, da das magnetische Verhalten von Nanopartikeln maßgeblich durch deren Größe bestimmt wird. Durch gängige Syntheseverfahren kann man die Größenverteilung nur bis auf eine Abweichung von etwa 10% einengen. Im Allgemeinen werden jedoch Fraktionen benötigt, deren Abweichung in der Größenverteilung bei weniger als 5% liegen. Ein gängiges Verfahren ist die fraktionierte Flockung, durch Zugabe eines reinen Lösungsmittels zu einer Probe von Nanopartikeln von unterschiedlicher Größe konglomerieren die größten Partikel, da diese die größten van der Waals Anziehungskräfte besitzen. Das Konglomerat kann dann durch Zentrifugieren abgetrennt und der Vorgang wiederholt werden.
Ein weiterer Parameter ist die Kristallinität der Produkte. Wünschenswert ist eine hohe Kristallinität, um eine möglichst hohe Magnetisierung zu erreichen. Aber auch die Beeinflussung der Kristallstruktur ist ein wichtiger Parameter, da man über ihn die Anisotropie der magnetischen Nanopartikel steuern kann. Im Allgemeinen erreicht man sowohl die Erhöhung der Kristallinität als auch die Beeinflussung der Kristallstruktur durch einen kontrollierten Alterungsprozess, den man zum Beispiel durch Erwärmen auf eine bestimmte Temperatur über eine gewisse Dauer erreichen kann. Zur Herstellung in der einzelnen Nanopartikeln sind verschiedene Verfahren bekannt auf die hier nicht im Einzelnen eingegangen werden kann.
Zur Verbindung unterschiedlichster Kunststoffmaterialien ist die Verwendung von Nanopartikeln als Füllstoff mit ihren magnetischen, ferrimagnetischen, ferromagneti- schen, antiferromagnetischen oder supraparamagnetische Eigenschaften besonders geeignet, wobei der Füllstoff nanoskalige, magnetische oder oxidische Partikel enthält, die aus aggregierten Primärpartikeln bestehen können oder wobei der Füllstoff aus Ferriten, Oxiden oder Metallmischoxiden bestehen kann. Die Teilchengröße liegt typischerweise zwischen 1 und 500 nm, insbesondere zwischen 2 und 100 nm.
Eine Anregung der Nanopartikeln kann beispielsweise durch Mikrowellenstrahlung mit einer Frequenz von 1 ,5 bis 10 GHz, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 3 GHz erfolgen, jedoch sind andere elektromagnetische Strahlungen ebenfalls verwendbar, durch welche die Eigenschaften der Nanopartikel als Füllstoffe ebenfalls ausgenutzt werden können und zu einer Erwärmung der zu verschweißenden Materialien, vorzugsweise Kunststoffmaterialien, führt.
Alternativ zu den Nanopartikeln können verschiedene Metalle als Mahlgut den Kunststoffmaterialien in angereicherter Form zugegeben werden, sodass mit Hilfe eines elektromagnetischen Feldes unter Berücksichtigung der sich durch die Feldänderung ergebenden Bewegungen innerhalb des angereicherten Materials zu einer Erwärmung führen und somit zur Verschweißung verschiedener Kunststoffmaterialien herangezogen werden können. Hierbei sollte eine elektromagnetische Strahlung verwendet werden, welche typischer Weise im Resonanzbereich der verwendeten Nanopartikel oder des Mahlgutes liegt, um einen hohen Energieeintrag zu erzielen, wobei durch gezielte Zugabe von Nanopartikeln eine Änderung der Resonanzfrequenz erfolgen kann.
Der besondere Vorteil von Nanopartikeln oder Mahlgut besteht hierbei darin, dass auf die Verwendung von transparenten Kunststoffmaterialien verzichtet werden kann und stattdessen gegebenenfalls preiswertes Kunststoffmaterial mit entsprechender Anreichung verwendet werden kann. Hierbei reichen Anreichungen von Nanopartikeln von typischerweise 1 bis 5%, vorzugsweise 2 bis 3%, aus, um mit Hilfe einer Induktionsvorrichtung oder einer Mikrowellenbestrahlung eine Verschweißung durchzuführen. Die Verwendung von Mahlgut, insbesondere fein gemahlenem Metall (Metallstaub) ist ebenfalls aufgrund der Dipolwirkung für Compounds geeignet. Insbesondere wird im Weiteren durch die Mikrowellenbestrahlung oder Induktionsschweißung aufgrund der verwendeten Energiequellen eine hohe Arbeitssicherheit gewährleistet.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren nochmals beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Handschweißgerät,
Fig. 2 in einer teilweise geschnittenen Draufsicht des Handschweißgerätes gemäß Figur 1 ,
Fig. 3 in einer geschnittenen Seitenansicht eine mit dem Handschweißgerät erfolgte Schweißverbindung, Fig. 4 in einer geschnittenen schematischen Seitenansicht ein Handschweißgerät mit einer Zuführung des Schweißmittels zur Verbindung des Schweißmittels mit einer teilweise aus Kunststoff bestehenden Wandung,
Fig. 5 in einer weiteren geschnittenen Seitenansicht gemäß Figur 4, die Verschweißung des Schweißmittels mit der Wandung,
Fig. 6 in einer geschnittenen Seitenansicht ein mit dem Handschweißgerät hergestelltes Schweißmittel,
Fig. 7 in einer geschnittenen schematischen Seitenansicht ein Handschweißgerät zur Herstellung des Schweißmittels gemäß Figur 6,
Fig. 8 in einer weiteren geschnittenen Seitenansicht gemäß Figur 7 die Verschweißung des Schweißmittels,
Fig. 9 in einer geschnittenen Seitenansicht die Verwendung des
Schweißmittels gemäß Figur 6 zur Verbindung zweier Inlinerfolien,
Fig. 10 in einer geschnittenen schematische Seitenansicht ein Handschweißgerät in einer zweistufigen Ausführungsform sowie die Zuführung der Schweißmittel zur Verschweißung der Inlinerfolien,
Fig. 11 in zwei weiteren geschnittenen Seitenansichten gemäß Figur 10 die Verschweißung des Schweißmittels gemäß Figur 6,
Fig. 12 in einer geschnittenen Seitenansicht die Verwendung eines Schweißmittels zur Befestigung einer Inlinerfolie,
Fig. 13 in einer geschnittenen schematischen Seitenansicht ein Handschweißgerät, welches dazu verwendet wird ein Schweißmittel in Form eines Trägermaterials und einer absorbierenden Beschich- tung mit einer Kunststoffbeschichtung zu verschweißen,
Fig. 14 in einer geschnittenen schematischen Seitenansicht ein Handschweißgerät, welches dazu verwendet wird eine zweite absorbierende Beschichtung mit Hilfe eines un verschweißbaren Teflonbands aufzuschweißen, damit eine Verschweißung mit einer zweiten Inlinerfolie erfolgen kann,
Fig. 15 in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht die Anbringung einer zweiten Inlinerfolie nach erfolgter Aufschweißung einer absorbierenden Beschichtung mit Hilfe des Handschweißgerätes gemäß Figur 14,
Fig. 16 in einer geschnittenen Seitenansicht, die aus Figur 12 vorgesehene Verwendung eines Schweißmittels,
Fig. 17 in einer geschnittenen schematischen Seitenansicht ein zweistufiges Handschweißgerät, welches dazu verwendet wird, ein Trägermaterial mit einer absorbierenden Beschichtung auf einer Kunststoffbeschichtung aufzuschweißen und anschließend das Trägermaterial nochmals mit einer absorbierenden Beschichtung auf der Oberseite zu verschweißen.
Fig. 18 in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht die Anbringung einer zweiten Inlinerfolie mit Hilfe eines zweistufigen Handschweißgerätes gemäß Figur 17,
Fig. 19 in einer Seitenansicht ein Schweißmittel, bestehend aus Trägermaterial und absorbierender Beschichtung, Fig. 20 die Herstellung des Schweißmittels in einer teilweise geschnittenen schematischen Seitenansicht und
Fig.21 eine weitere schematische Seitenansicht gemäß Figur 20.
Figur 1 zeigt in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Handschweißgerät 100, welches im Wesentlichen aus einem Antriebsmittel 101 für das Schweißmittel 102, einem elektromagnetischen Strahlungskopf 103 und einem Andruckelement 104 und eine Handauflage 105 besteht.
Das erfindungsgemäße Handscheißgerät 100 dient dazu, dass Schweißmittel 102 auf einer Kunststoffbeschichtung 106 mittels eines Schweißvorganges zu befestigen. Die Kunststoffbeschichtung 106 ruht auf einer tragenden Wandung 107, welche sowohl vertikal als auch horizontal angeordnet sein kann. Die vorhandene Kunststoffbeschichtung 106 ist hierbei in der Regel hinsichtlich des verwendeten Materials an das Trägermaterial 108 der Schweißmittel 102 angepasst. Unterhalb des Trägermaterials 108 ist eine absorbierende Beschichtung 109 bei dem Schweißmittel 102 vorhanden, welche zur Plastifizierung des Trägermaterials 108 und der Kunststoffbeschichtung 106 vorgesehen ist und elektromagnetische Strahlung, welche ausgehend von dem Strahlungskopf 103 in den Fügebereich 110 gelangt, zum Plastifizieren zu verwenden und nach Erkaltung eine Schweißverbindung herzustellen. Das Schweißmittel 102 wird durch erste Führungselemente 111 einem Andruckrollenpaar 112 zugeführt und durch zweite Führungselemente 113 in dem Fügebereich 110 weitergeleitet. Das Andruckrollenpaar 112 wird durch einen Motor 114 elektromotorisch angetrieben, sodass eine kontinuierliche Zuführung der Schweißmittel 102 mit Hilfe des Andruckrollenpaares 112 erfolgt. Dadurch, dass das Handschweißgerät 100 eine kompakte Baueinheit, bestehend aus Andruckrollenpaar 112 mit elektrischem Antriebsmotor 114, ersten Führungselementen 111 , zweiten Führungselementen 113 und dem Andruckelement 104 sowie dem Strahlungskopf 103 und eine Handauflage 105, bildet, wird somit der Vortrieb des Handschweißgerätes 100 entlang einer zu verschweißenden Kunststoffbeschichtung 106 gewährleistet. Über eine Handauflage 105 besteht darüber hinaus für den Bediener die Möglichkeit, die Führung des Handschweißgerätes 100 zu steuern, wobei er gleichzeitig einen Anpressdruck über die Handauflage 105 erzeugt, welcher über eine Feder 115 unmittelbar auf das Andruckelement 104 übertragen wird. Unterhalb der Feder 115, welche in einem Gehäuseteil 116 einliegt, befindet sich der Strahlungskopf 103 der elektromagnetische Strahlung 117 in den Fügebereich 110 aussendet. Zur Vermeidung einer Streustrahlung ist eine trichterförmige Gehäusewandung 118 vorgesehen, welche unmittelbar über dem Andruckelement 104 endet, sodass die Strahlung ausschließlich in den Fügebereich 110 gelangt. Das Andruckelement 104 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel Bestandteil des Handschweißgerätes 100 und besitzt einen Durchbruch 119 durch den elektromagnetische Strahlung 117 hindurch in den Fügebereich 110 gelangt. Alternativ besteht die Möglichkeit, das Andruckelement 104 für elektromagnetische Strahlung durchlässig zu gestalten, sodass es sich um ein geschlossenes Andruckelement 104 handeln kann. Die Handauflage 105 ist in der rechten Darstellung im entlasteten Zustand gezeigt, während in der linken Darstellung durch die manuelle Andruckkraft die Handauflage 105 gegen die Federkraft 115 nach unten gedrückt ist, wodurch die Kraft auf das Andruckelement 104 und damit auf den Fügebereich 110 übertragen wird. Über einen Handgriff 121 erfolgt die Führung des Handschweißgerätes 100.
Figur 2 zeigt in einer teilweise geschnittenen Ansicht das erfindungsgemäße Handschweißgerät 100 in einer Draufsicht, aus der die Kunststoffbeschichtung 106 ersichtlich ist sowie das Schweißmittel 102 nach dem Verschweißen mit der Kunststoffbeschichtung 106. Bestandteil des Handschweißgerätes 100 ist die Handauflage 105 sowie die glockenförmige Gehäusewandung 118; der Antriebsmotor 114 für das Andruckrollenpaar 112 und eine Gehäusewandung 120, welche die Komponenten des Handschweißgerätes 100 aufnimmt.
Figur 3 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht eine Wandung 1 , bestehend aus einer Behälterwand 2 mit einer Kunststoffbeschichtung 3, auf die eine Inlinerfolie 4, 5 aufgeklebt oder aufgeschweißt ist. Der Nahtbereich 6 der Inlinerfolie 4, 5 wird mit Hilfe eines Schweißmittels 7 abdichtend verschweißt, wobei das Schweißmittel 7 aus einem Trägermaterial 8 und einer absorbierenden Beschichtung 9 besteht. Figur 4 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht die schematische Darstellung eines Handschweißgerätes 10, welches zum Aufschweißen eines Schweißmittels 7 vorgesehen ist. Das Schweißmittel 7 wird mit Hilfe des Handschweißgerätes 10 auf einer Wandung 11 aufgeschweißt. Die Wandung 11 besteht aus einer Behälterwand 12 und einer Kunststoffbeschichtung 13, welche miteinander über eine Klebeschicht 14 verklebt sind. Auf die Kunststoffbeschichtung 13 wird das Schweißmittel 7 in Streifenform aufgeschweißt, sodass beispielsweise in einem nachfolgenden Arbeitsschritt eine zweite Inlinerfolie aufgeschweißt werden kann. Das Schweißmittel 7 besteht aus einem Trägermaterial 8 und einer absorbierenden Beschichtung 9, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel unabhängig voneinander von einer nicht dargestellten Vorratsrolle abgewickelt und dem Handschweißgerät 10 zugeführt werden. Zur Zuführung des Trägermaterials 8 ist ein Andruckrollenpaar 15 vorgesehen, welches einen gleichmäßigen Transport des Trägermaterials 8 gewährleistet. Das Handschweißgerät 10 besitzt einen nicht dargestellten Strahlungskopf, welcher elektromagnetische Strahlung in den Fügebereich einbringt und ein Andruckelement 16, welches unmittelbar auf dem Trägermaterial 8 aufliegt, um einen notwendigen Anpressdruck zu erzielen. Der Anpressdruck wird beispielsweise über eine Handauflage 17 erzielt, wobei die Handauflage 17 über eine Feder 18 den Anpressdruck auf das Andruckelement 16 überträgt, sodass der Anpressdruck zur Verbindung des Schweißmittels 7 mit der Kunststoffbeschichtung 13 für den Zeitpunkt der Plastifizierung ausreichend ist. Erfindungsgemäß wird unter Verwendung des Handschweißgerätes 10 elektromagnetische Strahlung unmittelbar in den Fügebereich eingebracht und sorgt für eine teilweise Plastifizierung sowohl des Trägermaterials 8, des Schweißmittels 7 als auch der Kunststoffbeschichtung 13. Die Besonderheit bei diesem Verfahren besteht darin, dass sowohl das Trägermaterial 8 als auch die Kunststoffbeschichtung 13 nur geringfügig im Oberflächenbereich der einander zugewandten Seiten plastifiziert wird, sodass weder die Kunststoffbeschichtung 13 noch das Trägermaterial 8 verformt wird. Die absorbierende Beschichtung 9, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel separat zugeführt wird, kann ebenso mit dem Trägermaterial 8 fest verbunden sein und absorbiert die elektromagnetische Strahlung, sodass ein ausreichender Energieeintrag in den Fügebereich, und zwar in die unmittelbar aufeinander liegenden Oberflächen des Trägermaterials 8 und der Kunststoffbeschichtung 13 eingebracht wird. Figur 5 zeigt in einer weiteren geschnittenen schematischen Seitenansicht das aus Figur 3 bekannte Handschweißgerät 10, welches zum Verschweißen des Schweißmittels 7, bestehend aus dem Trägermaterial 8 und der absorbierenden Beschichtung 9 gemäß Figur 3 verwendet wird.
Figur 6 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht ein Schweißmittel 20, welches aus einem Trägermaterial 21 und einer absorbierenden Beschichtung 22 sowie einem elektrisch leitfähigem Material 23 besteht.
Figur 7 zeigt in einer geschnittenen schematischen Ansicht das aus Figur 4 bekannte Handschweißgerät 10, welches zum Verschweißen des Schweißmittels 20, bestehend aus einem Trägermaterial 21 und einer absorbierenden Beschichtung 22, verwendet wird. Zusätzlich wird das leitfähige Material 23 unterhalb des Schweißmittels 20 zugeführt und mit dem Schweißmittel 20 verbunden. Zur Verbindung wird hierbei ein Gegenhalter 19 verwendet, um den Anpressdruck in den Fügebereich einzubringen.
Figur 8 zeigt in einer weiteren geschnittenen Seitenansicht die Anordnung des Handschweißgerätes 10 gemäß Figur 7 gegenüber dem Gegenhalter 19.
Figur 9 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht die Anordnung des Schweißmittels 20 mit leitfähigem Material 23 in einer Stoßfuge 25 der Inlinermaterialien 26, 27.
Figur 10 zeigt in einer geschnittenen schematischen Ansicht ein zweistufiges Handschweißgerät 30 mit zwei Andruckelementen 31 , 32 sowie einer Handauflage 33 und einer Feder 34 zur Übertragung der Andruckkraft auf die beiden Andruckelemente 31 , 32. Des Weiteren besitzt das Handschweißgerät 30 zwei elektromagnetische Strahlungsköpfe die in dieser schematischen Ansicht jedoch nur durch die Blitzpfeile 35 angedeutet sind.
Das Schweißmittel 20 entspricht dem aus Figur 6 bekannten Schweißmittel 20 mit einem Trägermaterial 21 und einer absorbierenden Beschichtung 22 sowie einem elektrisch leitfähigen Material 23. Sowohl das Trägermaterial 21 als auch die absorbierende Beschichtung 22 und das leitfähige Material 23 werden von nicht dargestellten Vorratsrollen abgewickelt und dem Handschweißgerät 30 einzeln zugeführt, wobei in einem ersten Schweißvorgang das Trägermaterial 21 mit der absorbierenden Beschichtung 22 verbunden wird. Unterhalb des Andruckelementes 31 befindet sich ein Gegenhalter 36. Nach der Verbindung des Trägermaterials 21 mit der absorbierenden Beschichtung 22 erfolgt die weitere Verbindung des leitfähigen Materials 23 mit dem Schweißmittel 20, wobei ein Gegenhalter 37 verwendet wird.
Figur 11 zeigt in zwei weiteren Seitenansichten das Handschweißgerät 30 oberhalb des Schweißmittels 20 und der Gegenhalter 36, 37.
Figur 12 zeigt in einer perspektivischen Seitenansicht eine besondere Anordnung der zu verschweißenden Materialien, und zwar wird auf einer Gehäusewandung 40 zunächst eine Inlinerfolie 41 mit Hilfe einer Verklebung 42 oder einer Verschweißung aufgebracht. Hierbei handelt es sich um Inlinerfolien 41 , welche in mehreren Bahnen auf die Gehäusewandung 40 aufgebracht werden und im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Stoßfuge 43 aufweisen. Über der Stoßfuge 43 ist ein Schweißmittel 45 angeordnet, welches aus einem Trägermaterial 46 mit einer ersten absorbierenden Beschichtung 47 und einer zweiten absorbierenden Beschichtung 48 besteht. Die erste absorbierende Beschichtung 47 liegt auf den Inlinerfolien 41 auf und dient mit Hilfe der absorbierenden Beschichtung 47 zur Verschweißung des Trägermaterials 46 mit den Inlinerfolien 41. Die zweite absorbierende Beschichtung 48 dient hingegen zur Verbindung des Schweißmittels 45 mit einer zweiten Inlinerfolie 49.
Figur 13 zeigt in einer teilweise geschnittenen schematischen Seitenansicht ein Handschweißgerät 10, welches beispielsweise aus Figur 4 bekannt ist. Dem Handschweißgerät 10 wird ein Trägermaterial 46 und eine absorbierende Beschichtung 47 zugeführt, welche zur Verschweißung mit einer Kunststoffbeschichtung 50 vorgesehen ist. Die Kunststoffbeschichtung 50 ist Bestandteil einer Wandfläche, welche aus einer tragenden Wandung 51 und der Kunststoffbeschichtung 50 besteht. Die Zuführung der absorbierenden Beschichtung 47 und des Trägermaterials 46 erfolgt jeweils getrennt, wobei ein Andruckrollenpaar 15 zum Transport des Trägermaterials 46 vorgesehen ist. Gegebenenfalls können weitere Andruckrollen auch zum Transport der absorbierenden Beschichtung 47 vorgesehen werden. Mit Hilfe des Handschweißgerätes 10 erfolgt eine Verschweißung des Schweißmittels 45 mit der Kunststoffbeschichtung 50 in einem ersten Arbeitsgang.
Figur 14 zeigt ebenfalls in einer geschnittenen schematischen Ansicht das Handschweißgerät 10 zum Aufschweißen einer absorbierenden Beschichtung 48 in einem zweiten Arbeitsgang mit Hilfe eines Teflonband 54, wobei das Teflonband 54 wieder entfernt wird und lediglich zum Aufbringen der zweiten absorbierenden Beschichtung 48 benötigt wird.
Figur 15 zeigt in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht das Handschweißgerät 10 woraus ersichtlicht wird, dass das Schweißmittel 45 mit einer zusätzlichen Beschichtung 48 versehen wird, die im Weiteren dazu dient ein Kunststoffmaterial, hier eine Inlinerfolie 49, auf das Schweißmittel 45 mit dem gleichen Handschweißgerät 10 aufzuschweißen.
Figur 16 zeigt die aus Figur 12 bekannte Schweißverbindung, wobei zur Herstellung dieser Schweißverbindung ein zweistufiges Handschweißgerät 30 zum Einsatz gelangt.
Figur 17 zeigt in einer geschnittenen schematischen Ansicht das aus Figur 8 bekannte zweistufige Handschweißgerät 30, welches zum Verschweißen gemäß Figur 16 vorgesehen ist. Das Handschweißgerät 30 weist die beiden Andruckelemente 31 , 32 auf, welche über eine Handauflage 33 und eine Feder 34 den notwendigen Anpressdruck erzielen, während der nicht dargestellte Strahlungskopf durch die Blitzpfeile 35 symbolisiert wird. Dem Handschweißgerät 30 wird das Schweißmittel 45 zugeführt, welches aus einem Trägermaterial 46 und einer ersten absorbierenden Beschichtung 47 besteht, sodass mit Hilfe des Andruckelementes 31 und des zugehörigen Strahlungskopfes eine erste Verschweißung des Trägermaterials 46 über die absorbierende Beschichtung 47 mit einer Kunststoffbeschichtung 50 erfolgt. Die Kunststoffbeschichtung 50 ist Teil einer Wandung 51 , welche aus Metall oder GFK 52 bestehen kann, auf die die Kunststoffbeschichtung 50 mit Hilfe einer Klebe- oder Schweißschicht 53 befestigt ist. Die absorbierende Beschichtung 47 dient zur Verschweißung des Trägermaterials 46 mit der Kunststoffbeschichtung 50 in einem ersten Arbeitsschritt, während das Handschweißgerät 30 in einem zweiten Arbeitsschritt unmittelbar die zweite absorbierende Beschichtung 48 auf der zweiten Seite des Trägermaterials 46 aufschweißt. Nach erfolgter Verschweißung des Schweißmittels 45 auf der Kunststoffbeschichtung 50 und mit der zweiten absorbierenden Beschichtung 48 kann im Anschluss daran eine Inlinerfolie mit Hilfe des einstufigen Handschweißgerätes 30 unmittelbar auf dem Schweißmittel 45 aufgeschweißt werden.
Figur 18 zeigt in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht die Anordnung der Wandung 51 mit Schweißmittel 45, und zwar einerseits im Stoßbereich der ersten Kunststoffbeschichtung 50 sowie im Abstand hiervon ein zweites Schweißmittel 45 zur weiteren Befestigung einer zweiten Inlinerfolie 49, wobei jeweils zwischen der Kunststoffbeschichtung 50 und dem Schweißmittel 45 sowie der Inlinerfolie 49 die absorbierenden Beschichtungen 47, 48 angeordnet sind.
Figur 19 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht ein Schweißmittel 7, welches bereits aus Figur 3 bekannt ist. Das Schweißmittel 7 besteht aus einem Trägermaterial 8 und einer absorbierenden Beschichtung 9.
Aus Figur 20 ist die Herstellung des Schweißmittels 7 in einer geschnittenen schematischen Seitenansicht mit Hilfe eines Handschweißgerätes 10 ersichtlich. Hierzu wird das Handschweißgerät 10 mit dem bekannten Aufbau dazu verwendet, um das Trägermaterial 8 mit der absorbierenden Beschichtung 9 zu verschweißen. Zu diesem Zweck befindet seh unterhalb des Handschweißgerätes ein Gegenhalter 19 der lediglich den Anpressdruck aufnimmt und nicht zur Verschweißung vorgesehen ist. Aus diesem Grunde kann der Gegenhalter beispielsweise aus Teflon oder einem ähnlichem Material bestehen.
Figur 21 zeigt die aus Figur 20 bekannte Anordnung in einer weiteren geschnittenen schematischen Seitenansicht, aus der der konstruktive Aufbau des Schweißmittels 7 nochmals gemäß Figur 19 ersichtlicht ist, wobei die Verbindung zwischen dem Trägermaterial 8 und der absorbierenden Beschichtung 9 mit Hilfe des Handschweißgerätes 10 gemäß Figur 20 erfolgt.
Bezugszeichenliste
1 Wandung
2 Behälterwand
3 Ku nststoffbesch ichtu ng
4 Inlinerfolie
5 Inlinerfolie
6 Nahtbereich
7 Schweißmittel
8 Trägermaterial
9 Beschichtung
10 Handschweißgerät
11 Wandung
12 Behälterwand
13 Kunststoffbeschichtung
14 Klebeschicht
15 Andruckrollenpaar
16 Andruckelement
17 Handauflage
18 Feder
19 Gegenhalter
20 Schweißmittel
21 Trägermaterial
22 Beschichtung
23 leitfähiges Material
25 Stoßfuge
26 Inlinermaterial
27 Inlinermaterial
30 Handschweißgerät
31 Andruckelement
32 Andruckelement
33 Handauflage Feder
Blitzpfeile
Gegenhalter
Gegenhalter
Gehäusewandung
Inlinerfolie
Verklebung
Stoßfuge
Schweißmittel
Trägermaterial
Beschichtung
Beschichtung
Inlinerfolie
Ku nststoffbesch ichtu ng
Wandung
GFK
Schweißschicht
Teflonband
Handschweißgerät
Antriebsmittel
Schweißmittel
Strahlungskopf
Andruckelement
Handauflage
Ku nststoffbesch ichtu ng
Wandung
Trägermaterial
Beschichtung
Fügebereich
Führungselement
Andruckrollenpaar
Führungselement 114 Motor
115 Feder
116 Gehäuseteil
117 Strahlung
118 Gehäusewandung
119 Durchbruch
120 Gehäusewandung
121 Handgriff

Claims

Patentansprüche
1. Handschweißgerät (10, 30, 100), insbesondere zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen Kunststoffmaterialien untereinander oder mit einer Wandung (1 , 11 , 51 , 107), umfassend zumindest ein Andruckelement (16, 31 , 32, 104) und wenigstens einen elektromagnetischen Strahlungskopf (103), wobei unter Verwendung eines Schweißmittels (7, 20, 45, 102) eine Verbindung herstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Vortrieb des Handschweißgerätes (10, 30, 100) und/oder der zu verschweißenden Materialien über das Schweißmittel (7, 20, 45, 102) erfolgt, welches durch ein Antriebsmittel (101) zuführbar ist.
2. Handschweißgerät nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schweißmittel (7, 20, 45, 102) eine geringe Elastizität aufweist und das dass Schweißmittel (7, 20, 45, 102) über erste Führungselemente (111) dem Antriebsmittel (101) zuführbar ist.
3. Handschweißgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißmittel (7, 20, 45, 102) über zweite Führungselemente (113) zwischen dem Antriebsmittel (101) und einem Fügebereich (110) führbar ausgebildet ist.
4. Handschweißgerät nach Anspruch 1 , 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebsmittel (101) aus einem gegenläufigen Andruckrollenpaar (15, 112) bestehen, zwischen denen das Schweißmittel (7, 20, 45, 102) geführt ist, wobei das Andruckrollenpaar (15, 112) elektromotorisch antreibbar ist.
5. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Andruckelement (16, 31 , 32, 104), der elektromagnetische Strahlungskopf (103) und das Antriebsmittel (101) zu einer Baueinheit zusammengefasst sind.
6. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Anpressdruck auf den Fügebereich des Schweißmittels (7, 20, 45, 102) und der Kunststoffmaterialien manuell erzeugbar ist.
7. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass der Anpressdruck durch Drucksensoren überwachbar ist, welche insbesondere ein Unterschreiten oder Überschreiten des notwendigen Anpressdruckes akustisch und/oder optisch anzeigen.
8. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Antriebsmittel (101) und der elektromagnetische Strahlungskopf über die Drucksensoren steuerbar ist.
9. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Handschweißgerät (10, 30, 100) ein- oder mehrstufig ausgebildet ist.
10. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem zweistufigen Handschweißgerät (10, 30, 100) der Anpressdruck gleichmäßig auf beide Andruckelemente (16, 31 , 32, 104) übertragbar ist.
11. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass das Handschweißgerät (10, 30, 100) mit Temperatursensoren ausgestattet ist, welche die Temperatur des Schweißmittels (7, 20, 45, 102) direkt oder indirekt über das Andruckelement (16, 31 , 32, 104) erfassen oder dass das Handschweißgerät (10, 30, 100) mit nachlaufenden Temperatursensoren ausgestattet ist.
12. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Andruckelement (16, 31 , 32, 104) aus einem Niederhalter, vorzugsweise einer elektromagnetisch transparenten Andruckschreibe, besteht.
13. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest einem Andruckelement (16, 31 , 32, 104) ein Gegenhalter (36, 37) zugeordnet ist.
14. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektromagnetische Strahlung des Strahlungskopfes (103) innerhalb einer geschlossenen Wandung (118, 120) oder über einen Lichtleiter dem Fügebereich (110) zuführbar ist.
15. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass als elektromagnetische Strahlungsquelle ein Festkörperlaser, Gaslaser, Halbleiterlaser oder eine Infrarotlichtquelle, beispielsweise eine Xenon- Kurzbogenlampe, verwendbar ist oder dass ein CO2-Laser verwendbar ist.
16. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Handschweißgerät (10, 30, 100) für den mobilen und stationären Einsatz vorgesehen ist.
17. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einem Arbeitsschritt zunächst das Schweißmittel (7, 20, 45, 102) über die absorbierende Beschichtung (9, 22, 47, 48, 109) mit der Wandung (1 , 11 , 51 , 107) verschweißt wird, wobei das Schweißmittel (7, 20, 45, 102) und die absorbierende Beschichtung (9, 22, 47, 48, 109) miteinander verbunden dem Handschweißgerät (10, 30, 100) zugeführt werden oder jeweils getrennt zugeführt werden, sodass mit Hilfe eines zweistufigen Handschweißgerätes (10, 30, 100) erst die Verbindung zwischen einem Trägermaterial und der absorbierenden Beschichtung (9, 22, 47, 48, 109) herstellbar ist und anschließend eine Verbindung mit der Wandung (1 , 11 , 51 , 107) erfolgt.
18. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Schweißmittel (7, 20, 45, 102) zur Befestigung einer oder zweier Inliner- folien (5, 14, 26, 27, 41 , 49) verwendbar ist.
19. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schweißmittel (7, 20, 45, 102) aus einem aus Kunststoff bestehendem Trägermaterial (8, 21 , 46, 108) mit einer zumindest partiell ausgeführten absorbierenden Beschichtung (9, 22, 47, 48, 109) besteht, wobei das Trägermaterial (8, 21 , 46, 108) im Wellenlängenbereich von 300 bis 2.500 nm nicht absorbierend ausgebildet ist und die absorbierende Beschichtung (9, 22, 47, 48, 109) im Wellenlängenbereich von 150 bis 2.500 nm, vorzugsweise 500 bis 1.500 nm, besonders bevorzugt von 800 bis 1.000 nm absorbiert.
20. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägermaterial (8, 21 , 46, 108) eine Dicke von 1 ,0 bis 5,0 mm, vorzugsweise 1 ,5 bis 4,0 mm, besonders bevorzugt 2,0 bis 3,0 mm aufweist, sodass nach dem Aufbringen einer zweiten Inlinerfolie (5, 14, 26, 27, 41, 49) ein Zwischenraum zwischen den Inlinerfolien (5, 14, 26, 27, 41 , 49) entsteht.
21. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schweißmittel (7, 20, 45, 102) aus einem zu den Inlinerfolien (5, 14, 26, 27, 41 , 49) kompatiblen Trägermaterial bestehen, welches vorzugsweise licht- transparent ausgeführt ist.
22. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 21 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die absorbierende Beschichtung (9, 22, 47, 48, 109) eine Schichtdicke von 0,05 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,4 mm und besonders bevorzugt von 0,2 bis 0,3 mm aufweist.
23. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schweißmittel (7, 20, 45, 102) vorzugsweise auf der den Kunststoffmaterialien zugewandten Seite mit einer leitfähigen Beschichtung oder leitfähigen Materialien (23) beispielsweise in Form von Kordeln, Bändern oder Netzen versehen sind.
24. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißmittel (7, 20, 45, 102) und die absorbierende Beschichtung (9, 22, 47, 48, 109) durch das Handschweißgerät (10, 30, 100) miteinander verbindbar sind.
25. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schweißmittel (7, 20, 45, 102) als Aufheizfolie zur Verbindung laser- oder infrarottransparenter Inlinerfolien (5, 14, 26, 27, 41 , 49) verwendbar sind.
26. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 25,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kunststoffmaterialien aus Inlinerfolie (5, 14, 26, 27, 41 , 49) bestehen, welche zum Auskleiden von Behältern, Wandungen oder dergleichen vorgesehen sind und die Inlinerfolie (5, 14, 26, 27, 41 , 49) ein-, oder mehrlagig übereinander angeordnet befestigt sind.
27. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Befestigung der Kunststoffmaterialien beziehungsweise Inlinerfolien (5, 14, 26, 27, 41 , 49) an den Wandungen (1 , 11 , 51 , 107) streifenförmig in definierten Abständen erfolgt.
28. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 27,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Befestigung der Kunststoffmaterialien beziehungsweise lnlinerfolien (5, 14, 26, 27, 41 , 49) an den Wandungen (1 , 11 , 51 , 107) vorzugsweise im Nahtbereich erfolgt.
29. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 28,
dadurch gekennzeichnet,
dass die lnlinerfolien (5, 14, 26, 27, 41 , 49) auf Stoß oder mit einer Stoßfuge (25, 43) verschweißt werden.
30. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 29,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Befestigung einer zweiten Inlinerfolie (5, 14, 26, 27, 41 , 49) auf die bereits verschweißten Schweißmittel (7, 20, 45, 102) nochmals eine absorbierende Beschichtung (9, 22, 47, 48, 109) aufgeklebt oder aufgeschweißt wird.
31. Handschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 30,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen (1 , 11 , 51 , 107) aus Metall oder GFK mit einer Kunststoffoberfläche, aus GFK oder aus einem zu den Inlinermaterialien kompatiblen Kunststoff besteht.
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