NL8104042A - Werkwijze en inrichting voor het lassen van thermoplastisch materiaal. - Google Patents

Description

.'••OW t -1- 22047/CV/mv

Korte Aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het lassen van thermoplastisch materiaal.

De uitvinding heeft betrekking op het lassen van thermoplas-5 tische. materialen en meer in het bijzonder, maar niet uitsluitend op het lassen van thermoplastisch plaatvormig materiaal.

In deze beschrijving wordt de uitvinding in het bijzonder omschreven onder verwijzing naar het lassen van plaatvormig materiaal. Dit moet echter niet worden beschouwd als een beperking op de beschermingsomvang van de 10 uitvinding of op de toepassing daarvan.

Een werkwijze voor het aan elkaar lassen van vellen uit kunst-stofmateriaal omvat het laten overlappen van de vellen en het bedekken van de verbinding met een gesmolten thermoplastisch geextrudeerd materiaal. Indien het geextrudeerde materiaal stolt hecht het zich aan ieder vel en 15 overbrugt op effectieve wijze de verbinding in een afdichtende wijze.

In het algemeen wordt het kunststofvel onmiddellijk voorafgaand aan het in contact brengen met geextrudeerde materiaal voorverwarmd en dit maakt het gebruik mogelijk van een geextrudeerd materiaal van een lage temperatuur en voorziet in verbeterde laseigenschappen. Het voorverwarmen wordt uitge-20 voerd hetzij met behulp van hete lucht of door een straling van een bron zoals bijvoorbeeld door een of meer halogeenlampen.

Een nadeel van het gebruik van hete lucht of een stralingsórgaan als warmtebron is dat een regeling hiervan niet makkelijk mogelijk is, dat wil zeggen dat de mate van voorverwarming van plaats tot plaats kan 25 variëren met een daaruit resulterende wijziging in de sterkte van de las. Bijvoorbeeld kan een windvlaag gemakkelijk tijdelijk een stroom van hete lucht afbuigen en resulteren in althans nagenoeg geen voorverwarming op de desbetreffende plaats.

Ofschoon de bovengenoemde werkwijze verhoudingsgewijs goed toe-30 pasbaar is bij kunststoftaaterialen zoals P.V.C. zijn aanzienlijke moeilijkheden ontmoet in bijvoorbeeld het lassen van polytheen. Bij verhoogde temperaturen uitgevoerde "afpelproeven” op plaatvormig polytheen materiaal, dat is gelast, tonen aan, dat het geextrudeerde materiaal eenvoudig van het polytheensubstraat kan worden afgepeld daar een juist lassen 35 vaak niet plaats vindt. Bij normale omgevingstemperaturen uitgevoerde af-pelproeven demonstreren veelvuldig niet, dat geen juiste samensmelting heeft plaatsgevonden.

Een oogmerk van de uitvinding is het verkrijgen van een werkwijze 8104042 -2- 22047/CV/mv en inrichting voor het verbeterd lassen van kunststoffen.

Volgens de uitvinding omvat een werkwijze voor het aan elkaar lassen van naburige oppervlakken van thermoplastisch materiaal: (a) het door geleiding voorverwarmen van de naburige gebieden 5 van de oppervlakken tot boven het smeltpunt van het thermoplastische materiaal onder gebruik making van een geschikt verwarmd contactorgaan; (b) het aanbrengen van een continue laag gesmolten thermoplastisch materiaal over de naburige voorverwarmde gebieden van de twee oppervlakken; (c) het toestaan van een stolling van het opgebrachte materiaal 10 en het materiaal van de oppervlakken.

Verder zijn volgens de uitvinding de oppervlakken de oppervlakken van een paar overlappende vellen thermoplastisch materiaal en zijn de naburige gebieden van de oppervlakken de gebieden nabij een rand van de oppervlakken of deze gebieden evenals gebieden tussen de twee vellen en 15 bij de rand.

Verder worden volgens de uitvinding naburige gebieden van de oppervlakken beschadigd door het contactorgaan gedurende de voèrverwarming door geleiding; de beschadiging van de naburige gebieden omvat de vorming van althans nagenoeg nieuwe oppervlakken in deze gebieden; en de voor-20 verwarmde oppervlakken woeden niet geraakt door enig vast kunststoftaa-teriaal voorafgaand aan de bedekking door de opgebrachte laag thermoplastisch materiaal.

Verder wordt volgens de uitvinding de door geleiding plaatsvindende voorverwarming van de naburige gebieden van de oppervlakken voorafgegaan 25 door een eerste voorverwarmingsstap, waarbij de eerste voorverwarmingsstap het voorverwarmen van de naburige gebieden omvat onder gebruikmaking van een stralingswarmtebron of hete gassen.

De uitvinding voorziet verder in een inrichting voor het continu aan elkaar lassen'van naburige oppervlakken van thermoplastisch materiaal 30 voorzien van: althans een contactorgaan voor het verwarmen van de naburige gebieden van de oppervlakken tot boven het smeltpunt van het materiaal door geleiding, waarbij het contactorgaan is opgesteld voor het volgen van de contouren van de oppervlakken bij gebruik; 35 middelen voor het verwarmen van het contactorgaan, en middelen voor het aanbrengen van een continue laag gesmolten thermoplastisch materiaal op de verhitte naburige gebieden. Verder is volgens de uitvinding het contactorgaan bestemd voor het beschadigen van 8104042 -3- 22047/CV/mv de naburige gebieden tijdens het verwarmen terwijl het contactorgaan tevens is voorzien van een temperatuurregelinrichting.

• Volgens een verder aspect van de uitvinding zijn er twee naburige contactorganen voor in contact komen met de naburige gebieden, waarbij 5 de contactorganen onafhankelijk zijn opgesteld.

Verder omvat volgens de uitvinding het opbrengorgaan een metalen afleverbuis voor het transporteren van het gesmolten thermoplastische materiaal, waarbij de buis eindigt in een mondstuk bij de afgiftëpunten, terwijl tevens een voet voor het ondersteunen van de afleverbuis uit ge-10 schikt materiaal is aangebracht en is aangepast om in contact te komen met de naburige oppervlakken slechts aan weerszijden van het opgebrachte materiaal.

Volgens een verder kenmerk van de uitvinding kan het de voorver-warming bewerkstelligende contactorgaan integraal met de afleverbuis 15 zijn uitgevoerd.

De uitvinding zal hieronder nader worden uiteengezet aan de hand van een in bijgaande figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 1 toont een zijaanzicht van een deel van een lasinrichting.

20 Fig. 2 toont een aanzicht op de afleverbuis en het mondstuk van de lasinrichting.

Fig. 3 toont een bovenaanzicht op de in fig. 1 afgeheelde inrichting.

Fig, 4 toont een doorsnede over een paar samengelaste oppervlakken. 25 Fig. 5 toont een aanzicht op een verdere uitvoeringsvorm van contactorganen voor de lasinrichting.

Fig. 6 toont een paar oppervlakken, die aan elkaar zijn gelast onder gebruik making van de in fig. 5 afgebeelde contactorganen.

In dit uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding is een werkwijze 30 en inrichting voor het aan elkaar verbinden van overlappende vellen uit kunststof materiaal, in het bijzonder polytheen beschreven.

Zoals afgebeeld in de figuren 1-4 omvat een inrichting, welke te gebruiken is bij het lassen van de oppervlakken nabij een rand van een paar overlappende vellen uit polytheen een extruder 1 van het algemeen 35 in de techniek gebruikte type. Bij de onderzijde van de extruder 1 bevindt zich een langgestrekte afleverbuis 2, welke uit metaal, doelmatig roestvrij staal, is vervaardigd'en uitmondt in een mondstuk 3 bij zijn vrije uiteinde-.

8104042 -4- 22047/CV/mv

Langs het grootste gedeelte van zijn lengte is de afleverbuis opgenomen in een huls uit fluorkoolstofkunststof (zoals het materiaal dat wordt verkocht onder de handelsnaam "Teflon"),welke huls 4 dient als warmteisolator en welke aan zijn ondereinde eindigt in een paar naar 5 achteren gerichte steunvoeten 5, De steunvoeten 5 omvatten een steunorgaan aan ieder van twee tegenover elkaar gelegen zijden van de afleverbuis 2.

Zoals afgebeeld in fig. 2 is het steunorgaan nabij zijn voorste gedeelte 7 uitgesneden, zodat er zich geen "Teflon" bevindt in het gebied van de voorlopende rand 8 van het mondstuk 3.

10 De uit "Teflon" vervaardigde mantel 4 is op zijn beurt opgenomen in een stalen huls 9> welke een zich naar achteren toe uitstrekkend steun-gestel ondersteunt. Dit steungestel omvat twee zich naar achteren toe uitstrekkende delen 10, een aan iedere zijde van de afleverbuis 2 en evenwijdig aan de steunvoeten 5.

15 Een zich naar voren toe uitstrekkende koppelstang 11 is scharnierend bevestigd aan het onderste gedeelte van het vrije einde 12 van ieder steunorgaan 10 met behulp van een scharnier. Iedere koppelstang 11 omvat een achtersteun en een voorste koppelorgaan 13 respectievelijk 14, die met behulp van een scharnier 15 met elkaar zijn gekoppeld. Zoals uit fig. 1 20 duidelijk zal zijn is de lengte van het achterste koppelorgaan 13 ongeveer twee keer zo groot als de lengte van het voorste koppelorgaan 14, zodat het scharnier 15 een weinig voor de afleverbuis in het mondstuk 3 is gelegen.

Ieder van de voorste koppelorganen 14 heeft een kleine uitsparing 16 in het bovenoppervlak 17 daarvan. Deze uitsparing dient voor het 25 plaatsen van een stang 18, welke zich uitstrekt door een opening 19 in een zich naar voren toe uitstrekkend· orgaan 20. Een schroefveer 21 van het druktype is gelegen tussen het orgaan 20 en een flens 22 op de stang zodanig dat de stang en dientengevolge het voorste koppelorgaan 14 wordt gedrongen in een richting afgekeerd van de extruder 1 en dus naar beneden 30 tijdens gebruik.

Een langgestrekt contactorgaan 13 van althans nagenoeg rechthoekige dwarsdoorsnede , zoals weergegeven in fig. 3, is bevestigd aan ieder van de voorste koppelorganen 14 via blokken 24 uit een geeigend isolerend materiaal.

35 De contactorganen 23 hebben hun hartlijnen althans in hoofdzaak evenwijdig aan die van de afleverbuis 2 en zijn naast elkaar opgesteld.

In ieder van de contactorganen 23 bevindt zich een axiale boring 25, welke begint bij het boveneinde 26 van het desbetreffende orgaan 8104042 -5- 22047/CV/mv en eindigt nabij de bodem of zool 27 daarvan. De boringen bevatten lang-gestrekte electrische verwarmingselementen 28, welke de contactorganen tot op een voooraf bepaalde temperatuur verhitten. Deze vooraf bepaalde temperatuur wordt geregeld met behulp van een niet nader weergegeven 5 regelorgaan, dat is voorzien van een warmtoevoer 29, zoals een thermokoppel of dergelijke, welke in ieder orgaan nabij de zool 27 daarvan is ingebed.

Dicht bij de contactorganen 23 en daarvoor gelegen bevindt zich een naar beneden afhangende hete luchtbuis 29, welke op korte afstand van de zolen 27 van de contactorganen eindigt in een mondstuk 30.

10 Zoals hierboven vermeld is de inrichting speciaal bestemd voor het aan elkaar lassen van de overlappende randen van vellen uit thermoplastisch materiaal, zoals polytheen. Zoals afgebeeld in fig. 4 worden de randgedeël-ten van de vellen 31 overlappend opgesteld en wordt de hierboven beschreven inrichting langs de rand 22 van het bovenste vel bewogen, zodanig dat de 15 gebieden X en Y van de twee vellen door de machine worden bedekt.

Indien de machine langs het materiaal beweegt wordt dit voorverwarmd tot een vooraf bepaalde lage temperatuur met behulp van een stroom van hete lucht, welke wordt afgegeven uit het mondstuk 30 van de hete lucht buis 29. Daarna bewegen de twee contactorganen 26, een voor ieder van de 20 gebieden X en Y, langs de aanvankelijk voorverwarmde naburige gebieden van de vellen in innig contact. De temperatuur van de contactorganen 26 is zodanig, dat de temperatuur van de bovenoppervlakken 33 van de twee vellen wordt opgevoerd tot boven het smeltpunt van het thermoplastische materiaal, zodat deze bovenoppervlakken in een althans nagenoeg vloeibare toestand 25 zijn. Gelijktijdig beschadigen de contactorganen de oppervlakken 33 om te waarborgen dat beschadigde en dientengevolge althans nagenoeg nieuwe oppervlakken van gesmolten materiaal worden blootgesteld aan het mondstuk 3 van de afleverbuis 2 van de extruder 1.

Opgemerkt wordt hier, dat er geen "lseflon" of ander kunststof-30 materiaal in contact is met de nieuwe of beschadigde oppervlakken tussen de contactorganen 23 en het metalen mondstuk 3 daar op grond van uitgevoerde proeven wordt aangenomen, dat de aanwezigheid van dergelijk materiaal leidt tot slechtere laseigenschappen.

Indien de nieuwe oppervlakken onder het mondstuk 3 door bewegen 35 worden zij bedekt met een continue laag gesmolten materiaal 34, dat na een korte tijd stolt en de twee oppervlakken aan elkaar last, zoals is afgebeeld in fig. 4.

Bij verhoogde temperaturen uitgevoerde afpelproeven tonen aan, 8104042 -6- 22047/CV/mv dat de met behulp van de bovengenoemde werkwijze en inrichting voortgebrachte las aanzienlijk betere kenmerken heeft dan lassen die zijn voortgebracht onder gebruikmaking van gebruikelijke voorverwarmde oppervlakken. Deze proeven tonen, dat de bovengenoemde werkwijze een gebied voortbrengt 5 waarin het lasmateriaal dat wordt opgebracht, innig wordt gemengd met het materiaal van de te verbinden vellen. Teneinde de eigenschappen van de door de contactorganen voortgebrachte nieuwe oppervlakken verder te verbeteren is beoogd, dat ieder contactorgaan kan zijn uitgerust met een naar buiten gerichte onder een hoek verlopende trap (of een andere vorm-10 geving) in de zool daarvan, zoals met stippellijnen bij verwijzingscijfer 35 in fig. 3 is aangeduid. Dergelijke hellend verlopende stappen zullen aan de contactorganen een ploegwerking meedelen en zullen ertoe neigen de bovenste laag van het materiaal dat moet worden gelast naar de buitenzijde van de las af te leiden. Deze bovenste laag is vaak "wasachtig" 15 en moeilijk te lassen.

Zoals hierboven vermeld wordt de temperatuur van ieder contactorgaan geregeld om een smelten van het bovenoppervlak van het te lassen materiaal te waarborgen. Opgemerkt wordt echter, dat de temperatuur van het gesmolten oppervlak zorgvuldig moet worden geregeld daar een over-20 matige temperatuur kan leiden tot een achteruitgang van het kunststofmate-riaal en de vorming van wassen. Dergelijke wassen zullen de eigenschappen van de uiteindelijke las aanzienlijk achteruit doen gaan.

Een alternatieve vormgeving van de contactorganen 23 is weergegeven in fig. 5.

25 Bij dit gewijzigde uitvoeringsvoorbeeld heeft het ene contactorgaan een naar binnen gerichte flens 36, welke zich uitstrekt onder het andere contactorgaan. Tijdens gebruik is het van een flens voorziene contactorgaan aangepast om in contact te zijn met het oppervlak van de laagste van de twee vellen en strekt zich uit tussen'de twee vellen, zodat het 30 bovenste vel ligt opgesloten tussen bovenoppervlak van de flens en de zool van het andere contactorgaan 23. Op deze wijze kunnen de oppervlakken tussen de twee vellen eveneens worden verwarmd en beschadigd op de boven beschreven wijze en wordt aan het geextrudeerde thermoplastische materiaal toegestaan om tussen de twee vellen te stromen, zoals aangeduid bij 37 .35 in fig. 6. Hierdoor zal een grotere sterkte van de las te verkrijgen zijn.

Binnen de geest en de beschermingsomvang van de uitvinding zijn andere uitvoeringsvoorbeelden en andere vormgevingen mogelijk, zoals (a) een lasinrichting met een enkel contactorgaan, dat integraal 8104042 -7- 22047/CV/mv is met de afleverbuis 2 en het mondstuk 3; (b) een lasinrichting zoals hierboven beschreven maar aangebracht op een aangedreven uitrusting, zodat de voorwaartse snelheid van de inrichting kan worden gevariërd en geregeld; 5 (c) lasapparatuur zoals beschreven, maar met de hand vastgehouden en voortgestuwd, en daarbij voorzien van een snelheidsmeetinrichting, die is aangebracht op de laskop, zodat een althans nagenoeg constante correcte lassnelheid door de bediener kan worden gehandhaafd.

-CONCLUSIES- 10 \ 8104042

Claims (18)

1. Werkwijze voor het aan elkaar lassen van naburige oppervlakken uit thermoplastisch materiaal, met het kenmerk, dat (a) de naburige gebieden van de oppervlakken door geleiding worden 5 verwarmd tot boven het smeltpunt van het thermoplastische materiaal onder gebruikmaking van een geschikt verhit contactorgaan; (b) een continue laag gesmolten thermoplastisch materiaal over de naburige voorverwarmde gebieden van de twee oppervlakken wordt aangebracht, en 10 (c) aan het opgebrachte materiaal en het materiaal van de opper vlakken wordt toegestaan te stollen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de oppervlakken de oppervlakken zijn van een paar elkaar overlappende vellen uit thermoplastisch materiaal waarbij de naburige gebieden van de oppervlakken 15 de gebieden nabij een rand van de oppervlakken zjju

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de naburige gebieden de gebieden omvatten tussen de twee vellen en nabij de rand.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de oppervlakken van de naburige gebieden worden beschadigd 20 door het contactorgaan bij het door geleiding voorverwarmen..

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de beschadiging van de naburige gebieden de vorming omvat van een althans nagenoeg nieuw oppervlak in deze gebieden.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, 25 dat de voorverwarmde oppervlakken niet geraakt zijn door enig gelast kunststofmateriaal voorafgaand aan het bedekken door de opgebrachte laag thermoplastisch materiaal.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de voorverwarming door geleiding véVi de naburige gebieden van 30 de oppervlakken wordt voorafgegaan door een eerste voorverwarmingsstap.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de eerste voorverwarmingsstap het voorverwarmen van de naburige oppervlakken omvat onder gebruikmaking van een stralingswarmtebron.

9. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de eerste 35 voorverwarmingsstap het verwarmen van de naburige gebieden onder gebruikmaking van hete gassen omvat.

10. Inrichting voor het continu aan elkaar lassen van naburige oppervlakken van thermoplastisch materiaal, met het kenmerk, dat de in- 8104042 -9- 22047/CV/mv richting is voorzien van althans een contactorgaan voor het verhitten van naburige gebieden van de oppervlakken tot boven het smeltpunt van het materiaal door geleiding, waarbij het contactorgaan is opgesteld om de contouren van de oppervlakken tijdens gebruik te volgen, en verder 5 middelen zijn aangebracht voor het verhitten van het contactorgaan evenals middelen voor het aanbrengen van een continue laag gesmolten thermoplastisch materiaal op de verwarmde naburige gebieden.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het contactorgaan is uitgevoerd voor het beschadigen van de naburige gebieden tijdens 10 het verwarmen.

12. Inrichting volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat het contactorgaan is voorzien van een temperatuurregelinrichting.

13. Inrichting volgens een der conclusies 10-12, met het kenmerk, dat twee naburige contactorganen zijn aangebracht voor het in contact 15 komen met naburige gebieden, waarbij de contactorganen onafhankelijk zijn opgesteld.

14. Inrichting volgens een der conclusies 10-13, met het kenmerk, dat de middelen voor het aanbrengen van het gesmolten thermoplastisch materiaal zijn voorzien van een afleverbuis voor het transporteren van 20 het gesmolten thermoplastische materiaal, terwijl de buis eindigt in een mondstuk bij de afgifte.

15. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van een voet uit geschikt materiaal voor het ondersteunen van de afleverbuis en aangepast om in contact te komen met de naburige 25 oppervlakken en wel slechts aan weerszijden van het opgebrachte materiaal.

16. Inrichting volgens een der conclusies 10-15, met het kenmerk, dat het contactorgaan integraal is met de afleverbuis. 1.7· Inrichting volgens een der conclusies 10-15, met het kenmerk, dat het contactorgaan onafhankelijk is van dt* middelen voor het aanbrengen 30 van het thermoplastisch materiaal.

18. Werkwijze althans nagenoeg zoals hierboven is omschreven.

19· Inrichting althans nagenoeg zoals is omschreven en/of is afgebeeld in bijgaande figuren. Eindhoven, augustus 1981. 8104042