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Patent Searching and Data


Title:
INTERNAL WELD SEAM PROTECTION FOR CANS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/083510
Kind Code:
A3
Abstract:
According to the invention, a continuous protective film (20) made of a thermoplastic material is applied to the internal face (68) of the longitudinal weld seam (16) of sheet metal tubes (10). The sheet metal tubes (10) are fed, when the front sides thereof are practically in contact with one another, via the welding arm (12) of a welding machine and an adjacent application arm (18). The continuously fed thermoplastic material is preheated in the area of the application arm (18), is melted, and is directed to an application device (44) after being homogeneously liquefied, said application device (44) applying the liquid plastic in a metered manner across at least the entire width of the weld seam (16). The preheated thermoplastic material (28) is conducted one way along a first contact surface (63) by means of at least one metallic fusible plug (58) in a liquefaction zone (54) having metal contact and is conducted back the other way along a larger second contact surface (65) after being at least partially liquefied. The application device for the continuous protective film (20) is designed in the form of a doctor blade (82) encompassing a reservoir (84) for the liquefied thermoplastic material and a front comb (86) for doctoring off excess conveyed plastic, said comb (86) extending perpendicular to the direction of travel (26).

Inventors:
FREY ERNST M (CH)
Application Number:
PCT/CH2008/000013
Publication Date:
April 16, 2009
Filing Date:
January 10, 2008
Export Citation:
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Assignee:
FREY ERNST M (CH)
International Classes:
B05D7/14; B05D7/22
Domestic Patent References:
WO1997032685A11997-09-12
Foreign References:
US4066188A1978-01-03
US20060182887A12006-08-17
US5934562A1999-08-10
US4249477A1981-02-10
Attorney, Agent or Firm:
ROSHARDT, Werner, A. et al. (Stadthausstrasse 145Postfach 2005, Winterthur, CH)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Auftragen eines kontinuierlichen Schutzfilms (20) aus einem thermoplastischen Kunststoff auf die Innenseite (68) der Längsschweissnaht (16) von Blechrohren (10), welche stimseitig praktisch aneinander liegend über den Schweissarm (12) einer Schweissmaschine und einen anschlies- senden Auftragsarm (18) zugeführt werden, wobei der kontinuierlich eingespeiste thermoplastische Kunststoff im Bereich des Auftragsarms (18) vorgewärmt, geschmolzen und nach der homogenen Verflüssigung zu einer Auftragseinrichtung (44) geleitet, und der flüssige Kunststoff dosiert über wenigstens die ganze Breite der Schweissnaht (16) auf getragen wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

der vorgewärmte thermoplastische Kunststoff (28) in einer Verflüssigungszone (54) mit Metallkontakt entlang einer ersten Kontaktfläche (63) durch wenigstens einen metallischen Schmelzeinsatz (58) hin- und nach der wenigstens teilweisen Verflüssigung entlang einer grosseren zweiten Kontaktfläche (65) wieder zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff zentral durch den Schmelzeinsatz (58) hin- und mit wenigstens doppelter Kontaktfläche (65) peripher zurückgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der geschmolzene thermoplastische Kunststoff durch einen metallischen Homogenisierungseinsatz (60) zur Auftragseinrichtung (44, 82) geleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein 10 bis 150 μm, insbesondere 20 bis 50 μm, dicker Schutzfilm (20) aufgetragen wird, vorzugsweise in der Mitte, direkt auf der Schweissnaht (16), dicker als in den beiden Seitenbereichen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff in Form eines Drahtes (28), in Pulver- oder Granulatform in den Auftragsarm (18) geführt, in der Vorheizzone (36) auf etwa die halbe Schmelztemperatur, insbesondere 140 bis 160 0 C, erwärmt und durch eine abgedichtete öffnung (56) in den Schmelzeinsatz (58) gestossen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (50) der Vorheizzone (36) zeitverzögert, vorzugsweise etwa 10 min nach dem Einschalten der Heizung (52) des Schmelzeinsatzes (58) der Verflüssigungszone (54) und des Homogenisierungseinsatzes (60), eingeschaltet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der geschmolzene thermoplastische Kunststoff mittels einer Auftragsdüse (44) oder vorzugsweise mittels eines ein Reservoir (84) begrenzenden Rakels (82) aufgetragen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzfilm (20) über einem Rakel (82) bei einer Durchlaufgeschwindigkeit der Blechrohre (10) bis etwa 90 m/min, vorzugsweise 60-80 m/min, aufgetragen wird, wobei das Rakel (82) überschüssiges, mittels Adhäsion mitgeführtes Kunststoffmaterial abstreift.

9. Vorrichtung zum Auftragen eines kontinuierlichen Schutzfilms (20) aus einem thermoplastischen Kunststoff auf die Innenseite (68) der Längs- schweissnaht (16) von in Axialrichtung transportierten Blechrohren in einer Schweissmaschine mit einem Schweissarm (12) und einem anschliessen- den Auftragsarm (18) welcher eine integrierte Vorheizzone (36), eine Verflüssigungszone (54) und eine Homogenisierungszone (61) für den zugeführten thermoplastischen Kunststoff, einen Auftragskanal (62) und eine sich wenigstens über die ganze Breite der Schweissnaht (16) erstreckende Auftragseinrichtung (44) umfasst,

dadurch gekennzeichnet, dass

in der Verflüssigungszone (54) ein metallischer Schmelzeinsatz (58) mit wenigstens einer Heizpatrone (52), einem in Längsrichtung verlaufenden Zufuhrkanal (64) für den vorgewärmten, thermoplastischen Kunststoff als erste Kontaktfläche (63), wenigstens einem Rücklaufkanal (66) einer grosseren zweiten Kontaktfläche (65) zum verflüssigten thermoplastischen Kunststoff und einer stirnseitigen kommunizierenden Aussparung (59) zum Umleiten der Kunststoffschmelze vom Zufuhrkanal (64) zu den Rückleitungskanälen (66) angeordnet ist.

10.Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Homogenisierungszone (61) ein metallischer, in Richtung der Auftragseinrichtung (44, 82) vom verflüssigten thermoplastischen Kunststoff durchflos- sener Homogenisierungseinsatz (60) angeordnet ist, welcher konstruktiv im wesentlichen dem Schmelzeinsatz (58) entspricht.

11.Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufuhrkanal (64) des Schmelzeinsatzes (58) zylinderförmig, bei der Einspei- sung des thermoplastischen Kunststoffs in Form eines Drahtes (28) mit wenig Spiel dessen Durchmesser entsprechend, die Rücklaufkanäle (66) sich in radialer Richtung nach aussen vergrössemd ausgebildet sind, vorzugsweise in Form einer Rosette, wobei der Zufuhrkanal (64) auch kommunizierend mit den Rücklaufkanälen verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufuhrkanal (64) zylinderförmig, bei der Einspeisung des thermoplastischen Kunststoffs in Form eines Drahtes (28) mit wenig Spiel dessen Durchmesser entsprechend, die Rücklaufkanäle (66) kranzförmig und in Abstand um den Zufuhrkanal (64) herum angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rücklaufkanäle (66) in Durchflussrichtung verengen.

14. Vorrichtung zum Auftragen eines kontinuierlichen Schutzfilms (20) aus einem thermoplastischen Kunststoff auf die Innenseite (68) der Längs- schweissnaht (16) von in Axialrichtung transportierten Blechrohren in einer Schweissmaschine mit einem Schweissarm (12) und einem anschliessen- den Auftragsarm (18), welcher eine integrierte Vorheizzone (36), eine Verflüssigungszone (54) und eine Homogenisierungszone (61) für den zugeführten thermoplastischen Kunststoff, einen Auftragskanal (62) und eine sich wenigstens über die ganze Breite der Schweissnaht (16) erstreckende Auftragseinrichtung (44)umfasst,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Auftragseinrichtung in Form eines Rakels (82) ausgebildet ist, welches ein Reservoir (84) für den verflüssigten thermoplastischen Kunststoff und einen stirnseitigen, quer zur Förderrichtung (26) verlaufenden Kamm (86) zum Abstreifen von überschüssig mitgeführtem Kunststoff hat.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kamm (86) des Rakels (82) im längsmittigen Bereich eine Aussparung (98) aufweist, welche vorzugsweise der Breite der Schweissnaht (16) der Blechrohre (10) entspricht.

Description:

Innenseitiger Schweissnahtschutz von Blechdosen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtungen zum Auftragen eines kontinuierlichen Schutzfilms aus einem thermoplastischen Kunststoff auf die Innenseite der Längsschweissnaht von Blechrohren, welche stirnseitig praktisch aneinander liegend über den Schweissarm einer Schweissmaschine und einen anschliessenden Auftragsarm zugeführt werden, wobei der kontinuierlich eingespeiste thermoplastische Kunststoff im Bereich des Auftragsarms vorgewärmt, geschmolzen und nach der homogenen Verflüssigung zu einer Auftragseinrichtung geleitet, und der flüssige Kunststoff dosiert über wenigstens die ganze Breite der Schweissnaht aufgetragen wird.

Es sind Schweissmaschinen bekannt, welche ein „in-line" angebautes Auftragssystem für einen thermoplastischen Kunststoff haben, das einen Schutzfilm auf die Längsschweissnaht von Blechrohren, insbesondere von längsgeschweiss- ten Büchsen- und Dosenmänteln, aufbringt. Grundsätzlich wird dabei zwischen dem Aufbringen eines Lacks und eines Pulvers unterschieden, welche an Ort und Stelle zu einer die Naht abdeckenden Schicht verarbeitet werden.

Das Aufbringen eines Schutzfilms erfolgt, je nach Maschinentyp, oben oder unten, wobei das zu behandelnde Blechrohr beim Aufbringen des Schutzfilms im oberen Bereich an einem Auftragsarm hängend, beim Aufbringen im unteren Bereich dagegen auf einem Transportband stehend, in Längsrichtung des Auftragsarms transportiert wird.

Insbesondere für in der Lebensmittelindustrie verwendeten Weissblechdosen ist eine saubere, dichte, sterilisationsfeste Innenabdeckung der Schweissnaht mit einem ununterbrochenen Schutzfilm von grösster Bedeutung. Die Lebensmittelechtheit bedingt weiter, dass die Schutzschicht auch harten mechanischen Behandlungen, wie dem Anbringen von Sicken oder dem Bördeln, standhält. Das Aufbringen von sterilisationsfesten „Hotmelts", wie thermoplastische Kleber aus Kunststoff kurz genannt werden, ist bisher auch daran gescheitert, dass sie nicht mit den Verhältnissen angepassten technischen Mitteln aufgebracht werden konnten und den genannten mechanischen Beanspruchungen nicht standhielten.

Die gattungsgemässe EP 0885085 B1 erlaubt ein wirtschaftliches, exaktes Auftragen einer innenseitigen Schweissnaht von Blechdosen. Auf einem schwenkbaren Arm sind eine Auftragsdüse und eine Nachlaufrolle montiert, wobei die Auftragsdüse um die einstellbare Dicke der aufgetragenen thermoplastischen Kunststoffschicht mehr überstehend als die Nachlaufrolle montiert ist, welche als Abstandhalter dient. Diese Rolle kann auch durch einen Schlitten oder einen Gleitschuh ersetzt werden. Das kontinuierliche Schmelzen eines zugeführten Kunststoffdrahts einerseits und der Gestaltung der Auftragsdüse andererseits

erlauben ein wirtschaftliches Verfahren hoher Qualität und grosser Zuverlässigkeit. Auch die strengen Vorschriften der Lebensmittelverordnung werden erfüllt.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ohne Erhöhung der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs ein schnelleres und weiter vereinfachtes Auftragen auf die innenseitige Längsschweissnaht von Blechrohren erlaubt, ohne dass eine Qualitätseinbusse eintritt.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der vorgewärmte thermoplastische Kunststoff in einer Verflüssigungszone mit Metallkontakt entlang einer ersten Kontaktfläche durch wenigstens einen metallischen Schmelzeinsatz hin- und nach der wenigstens teilweisen Verflüssigung entlang einer grosseren zweiten Kontaktfläche wieder zurückgeleitet wird. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.

Der thermoplastische Kunststoff, welcher den Schweissnahtschutz bildet, muss zwangsläufig gute Klebeeigenschaften aufweisen und wird deshalb auch als „Schmelzkleber" oder "Hotmelt" bezeichnet. Nach dem Erkalten muss die Schutzschicht aus thermoplastischem Kunststoff homogen und fest auf der Schweissnaht haften, insbesondere auch bei späteren Verfahrensschritten und während der Lagerung mit Füllgut. Als thermoplastische Kunststoffe eignen sich in erster Linie Polyester, welche verhältnismässig teuer, jedoch widerstandsfähig und vor allem lebensmittelecht sind. Für nicht lebensmittelechte Industriedosen können auch Polyurethane oder in speziellen Fällen sogar aushärtbare Epoxyharze verwendet werden

Nach einer ersten Ausführungsform wird der thermoplastische Kunststoff in Form eines Drahtes durch den Schweissarm in den Auftragsarm geführt, vorerst in einer Vorwärmzone auf eine Temperatur von vorzugsweise etwa der Hälfte der Schmelztemperatur vorgewärmt und dann in der Verflüssigungszone

mit wenig Spiel in einen in gleicher Richtung verlaufenden Kanal des metallischen Schmelzeinsatzes eingeleitet. Der mit Metallkontakt entlang einer ersten Kontaktfläche in diesen Kanal gestossene Kunststoffdraht ist vorerst fest und schmilzt dann kontinuierlich. Der geschmolzene Kunststoff fliesst wenigstens teilweise geschmolzen in eine stirnseitige Aussparung des Schmelzeinsatzes, wird dort umgeleitet und dann entlang wenigstens einer grosseren zweiten Kontaktfläche, gebildet durch axiale längsstrukturierte Kanäle, wieder zur Eintrittsseite des Kunststoffdrahts gebracht und in eine in Richtung der Auftragseinrichtung führende Homogenisierungszone umgeleitet. Diese Zone ist ebenfalls beheizbar und vorzugsweise mit einem metallischen Homogenisierungseinsatz ausgerüstet, der zweckmässig strukturell etwa dem Schmelzeinsatz entspricht. Besonders vorteilhaft sind der Schmelz- und Homogenisierungseinsatz einstückig ausgebildet, also aus einem gemeinsamen, insbesondere zylindrisch ausgebildeten Metallblock herausgearbeitet bzw. herauserodiert.

Die Kanäle und Auftragseinrichtung sind vorzugsweise so dimensioniert und auf den Vorschub des Kunststofffadens abgestimmt, dass der verflüssigte Kunststoff dosierbar ausfliesst, und sich in der Schmelzapparatur kein Druck aufbauen kann.

Der Begriff „Draht" umfasst auch Fäden, Schnüre und dgl. im Vergleich zum Querschnitt lange Massen.

In einer Vorheizzone wird der Kunststoffdraht beispielsweise auf 140 bis160 0 C erwärmt und durch eine abgedichtete öffnung in den Kanal der Verflüssigungszone gestossen, wo die Temperatur materialabhängig auf einen Bereich von beispielsweise etwa 220 bis 280 0 C erhöht ist.

Die Vorwärmzone bringt u. a. den Vorteil, dass beim Abstellen keine Wärme zurückfliessen und den Kunststoffdraht ausserhalb der Apparatur anschmelzen kann.

Beim Einschalten der Schmelzapparatur bleibt die Vorheizzone zweckmässig vorerst kalt, diese wird erst etwa 10 min nach der Heizpatrone zum Verflüssigen eingeschaltet.

Nach weiteren Varianten kann der thermoplastische Kunststoff nicht nur in Drahtform, sondern auch in anderer geeigneter Form zugegeben werden, beispielsweise in Pulver- oder Granulatform.

Vorzugsweise wird ein 10 bis 150 μm, insbesondere 20 bis 50 μm dicker Schutzfilm aufgetragen, welcher je nach der Ausbildung der Schweissnaht und Verwendung der Blechrohre zweckmässig 3 bis 30 mm breit ist. Entsprechend der Ausgestaltung der Austrittsöffnung ist die Dicke des Schutzfilms über die ganze Breite konstant oder in der Mitte, unmittelbar über der Schweissnaht, wo in der Regel ein erhöhter Schutz erwünscht ist, etwas dicker aufgetragen. Für die konstruktive Ausgestaltung der Düsenöffnung wird auf spätere Ausführungen verwiesen.

Je nach dem eingesetzten thermoplastischen Kunststoff des aufgetragenen Schutzfilms können die Blechrohre mit der innenbeschichteten Schweissnaht nach der Beschichtung in-line durch eine Wärmezone geführt werden. Dadurch wird der aufgetragene Schutzfilm weiter homogenisiert. Dies ist insbesondere notwendig, wenn ein verhältnismässig schwer schmelzbarer Epoxyharz eingesetzt wird, hier ist eine längere Wärmezone als üblich notwendig.

Durch das effizientere Schmelzverfahren des thermoplastischen Kunststoffs kann das Verfahren der EP 0885085 B1 verbessert werden. Ein anderer wesentlicher Fortschritt wird erzielt, wenn statt einer Auftragsdüse ein Rakel mit einem Reservoir für den geschmolzenen thermoplastischen Kunststoff eingesetzt wird. Das Rakel mit einem horizontalen, senkrecht zur Förderrichtung verlaufenden Kamm mit dem randvoll mit geschmolzenem thermoplastischem Kunststoff gefüllten Reservoir wird von den in Axialrichtung geförderten Blechrohren mit der Längsschweissnaht überstrichen, welche dank der Adhäsions-

kraft in der gewünschten Breite verflüssigten Kunststoff mitnehmen. Der Kamm des Rakels dient als Abstreifer für allenfalls zuviel mitlaufendes Kunststoffmaterial. Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und die Qualität.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Einsatzes eines Rakels ist die massiv erhöhte Durchlaufgeschwindigkeit der Blechrohre, die ohne Qualitätsverminderung für den Schutzfilm erheblich gesteigert werden kann. Nach dem gegenwärtigen Stand sind bei gleichzeitiger Anwendung der verbesserten Verflüssigung und dem Einsatz eines Rakels Durchlaufgeschwindigkeiten bis etwa 90 m/min möglich, optimal sind sie im Bereich von 60 bis 80 m/min. Mit Auftragsdüsen statt einem Rakel liegen die optimalen Durchlaufgeschwindigkeiten bei etwa 30 bis 40 m/min.

In Bezug auf die Vorrichtung wird die Erfindung nach einer ersten Variante dadurch gelöst, dass in der Verflüssigungszone ein metallischer Schmelzeinsatz mit wenigstens einer Heizpatrone einem in Längsrichtung verlaufender Zufuhrkanal für den vorgewärmten, thermoplastischen Kunststoff als erste Kontaktfläche, wenigstens einem Rücklaufkanal einer grosseren zweiten Kontaktfläche zum verflüssigten thermoplastischen Kunststoff und einer stirnseitigen kommunizierenden Aussparung zum Umleiten vom Zufuhrkanal zu den Rückleitungs- kanälen angeordnet ist. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen der Vorrichtung sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.

Vorzugsweise ist in der Homogenisierungszone ebenfalls ein metallischer, in Auftragsrichtung vom verflüssigten thermoplastischen Kunststoff durchflosse- nen Homogenisierungseinsatz angeordnet, welcher zweckmässig konstruktiv im wesentlichen dem Schmelzeinsatz entspricht. Der Schmelzeinsatz und der Homogenisierungseinsatz können insbesondere als zylindrische Einzelelemente ausgebildet oder parallel verlaufend aus einem metallischen Einsatz ausgearbeitet sein.

Bevorzugt ist der Zufuhrkanal des Schmelzeinsatzes zylinderförmig ausgebildet, koaxial zum in der Praxis ebenfalls zylinderförmig ausgebildeten Schmelzeinsatz selbst. Durch die erste metallische Kontaktfläche des Zufuhrkanals kann wesentlich mehr Wärme zum eingeleiteten thermoplastischen Kunststoff zugeführt und dadurch die Schmelztemperatur rascher erreicht werden. Bei einem in Form eines Runddrahts eingeführten thermoplastischen Kunststoff weist djeser nur wenig Spiel zur ersten Kontaktfläche des Zufuhrkanals auf, so kann die Wärmezufuhr optimiert werden. Beim Verlassen des Zufuhrkanals ist der thermoplastische Kunststoff bereits wenigstens teilweise verflüssigt oder zumindest pastös, was ein Umlenken in die Rückleitungskanäle ermöglicht. Diese sind in Längsrichtung zweckmässig gegen den Zufuhrkanal teilweise offen und verlaufen sich nach aussen öffnend, was in Bezug auf den Querschnitt der Form einer Rosette entspricht.

Die geometrische Form der Querschnitte der Rückleitungskanäle ist nur von sekundärer Bedeutung, wesentlich ist, dass die zweite Kontaktfläche des Metalls zum rücklaufenden verflüssigten Kunststoff möglichst gross ist, vorzugsweise wenigstens doppelt so gross wie die erste Kontaktoberfläche des Zufuhrkanals.

In Bezug auf die Wärmeübertragung im Zufuhrkanal hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diesen in Vorschubrichtung sich verjüngend auszubilden, bezüglich der Querschnittsfläche bis etwa 10 %. So kann die Wärmeübertragung vom Metall zum Kunststoff auch während des übergangs von der festen zur flüssigen Form optimal erfolgen.

Nach einer zweiten Variante wird die Aufgabe der Erfindung bezüglich der Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Auftragseinrichtung in Form eines Rakels ausgebildet ist, welches ein Reservoir für den verflüssigten thermoplastischen Kunststoff und einen stirnseitigen, quer zur Vorrichtung verlaufenden Kamm zum Abstreifen von überschüssig mitgeführtem Kunststoff hat.

Ein Rakel erlaubt grundsätzlich eine wesentlich höhere Durchlaufgeschwindigkeit der Blechrohre als eine Auftragsdüse. Die innere Schweissnahtoberfläche der Blechrohre wird über die Oberfläche des Reservoirs von flüssigem, thermoplastischem Kunststoff gezogen bzw. gestossen und nimmt durch Adhäsionskräfte verflüssigten Kunststoff mit. Eine überflüssige Menge an Kunststoff wird vom Rakel abgestreift und im Reservoir zurückbehalten.

Vorzugsweise weist der Kamm des Rakels im längsmittigen Bereich eine Aussparung auf, welche insbesondere der Breite der Schweissnaht der Blechrohre entspricht. Dadurch wird erreicht, dass im Bereich der Schweissnaht ein dickerer Schutzfilm aufgetragen wird als im Randbereich.

Eine Kombination der beiden Ausführungsvarianten der Vorrichtung, nämlich die Ausbildung eines metallischen Schmelzkörpers und eines Rakels ist besonders vorteilhaft. So führt das optimierte Schmelzen des thermoplastischen Kunststoffs und die optimale Gestaltung der Auftragseinrichtung, welche schon separat vorteilhaft sind, zu einem weit über den Erwartungen liegenden Kombinationseffekt bezüglich der Auftragsgeschwindigkeit und der Qualität des Schutzfilms.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch

- Fig. 1 ein übersichtsschema des Bereichs des Schweissarms und des

Auftragsarms einer Schmelzapparatur einer Schweissmaschine,

- Fig. 2 eine Schmelzapparatur mit einer Vorheiz-, Verflüssigungs- und Homogenisierungszone,

- Fig. 3 einen Querschnitt durch einen metallischen Schmelzeinsatz,

- Fig. 4 einen Querschnitt durch einen metallischen Homogenisierungseinsatz,

- Fig. 5 eine auseinander gezogene, perspektivische Ansicht eines kombinierten einstückigen Schmelz- und Homogenisierungseinsatzes mit einem Rakel,

- Fig. 6 einen Schmelzeinsatz mit einer stirnseitigen Aussparung,

- Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines montagefertigen Einsatzes ge- mäss Fig. 5 und 6,

- Fig. 8 eine Auftragsdüse in Ansicht,

- Fig. 9 ein Rakel in Ansicht,

- Fig. 10 einen teilweisen Querschnitt durch ein Blechrohr im Bereich der

Längsschweissnaht, und

- Fig. 11 eine Vergrösserung des Bereichs A gemäss Fig. 10.

Von einer Schweissmaschine zur Herstellung von Blechrohren 10 ist in Fig. 1 lediglich der Schweissarm 12 mit der Schweissrolle 14 zur Bildung einer längslaufenden Schweissnaht 16 (Fig. 16) der Blechrohre 10 erkennbar. In koaxialer, aussenbündiger Verlängerung des Schweissarms 12 ist ein Auftragsarm 18 für einen Schutzfilm 20 (Fig. 10) an der Innenseite der Schweissnaht 16 vorgesehen.

Auf den Blechrohren 10, im vorliegenden Fall Stahlrohre, liegt ein endloses Transportband 22 auf, welches durch eine Umlenkrolle 24 gespannt und angetrieben ist. Die Blechrohre 10 werden in Richtung des Pfeils 26 transportiert und durch eine anschliessende, nicht dargestellte Wärmezone W geführt.

Ein im Bereich des Schweissarms 12 gestrichelt angedeuteter Draht 28 aus einem thermoplastischen Kunststoff, einem sogenannten Hotmelt, läuft durch ein Rollenpaar 30, welches als Führung und Materialvorschub für den Kunststoffdraht 28 dient. Wenigstens eine der beiden Rollen 30 ist angetrieben, vorliegend die obere Rolle 30 mit einem Elektromotor 32. Der Kunststoffdraht 28 mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 2 bis 4 mm wird in der durch den Pfeil 34 angedeuteten Vorschubrichtung über eine Vorheizung 36 in eine Schmelzapparatur 38 gestossen. Die Schmelzapparatur 38 ist als ganzes um

die Aufhängung 40 schwenkbar. Ein diese Schwenkbewegung begrenzendes Langloch 42 ist von einem Begrenzungsbolzen 43 für die Schmelzapparatur 38 durchgriffen.

Am Geräterahmen der Schmelzapparatur 38 ist eine Auftragsdüse 44 zum Auftragen des Schutzfilms 20 und eine Nachlaufrolle 46 als Abstandshalter befestigt. Durch in Fig. 1 nicht erkennbare Mittel wird die Schmelzapparatur 38 über die Nachlaufrolle 46 angedrückt und der Abstand a (Fig. 2) der Ausflussöffnung der Auftragsdüse 44 konstant gehalten.

In Fig. 2 ist der mit Pfeilen dargestellte Materialfluss 48 im Bereich der Schmelzapparatur 38 dargestellt und die eingesetzten Heizpatronen 50, 52 im Bereich der Vorheizzone 36, einer Verflüssigungszone 54 und eine Homogenisierungszone 60 dargestellt. Der Kunststoffdraht 28 wird in der Vorheizzone 36 auf etwa150°C erwärmt. Der vorgewärmte Kunststoffdraht 28 tritt durch eine abgedichtete Oeffnung 56 in die Schmelzapparatur 38 ein und wird durch einen Zufuhrkanal 64 (Fig. 3) eines metallischen Schmelzeinsatzes 58 gestossen. Je weiter der Kunststoffdraht 28 mit Metallkontakt in den Schmelzeinsatz 58 hi- neingestossen wird, desto mehr erweicht er, wird pastös und schliesslich wenigstens teilweise flüssig. Dies wird angedeutet, indem der Kunststoffdraht 28 vorerst mit längeren, dann mit kürzeren Strichen und schliesslich mit Punkten gezeichnet wird.

Durch den weiter nachgestossenen Kunststoffdraht 28 wird der wenigstens teilweise verflüssigte Kunststoff in einer stirnseitig des Schmelzeinsatzes 58 angeordneten verschlossenen Aussparung 59 umgelenkt und durch den Zuflusskanal 64 peripher umgebende Rücklaufkanäle 66 (Fig. 3) zurückgeführt, was durch zwei Pfeile angedeutet ist. Dann wird die verflüssigte Masse erneut umgelenkt und in eine oben liegende Homogenisierungszone 61 mit einem metallischen Homogenisierungseinsatz 60 gestossen, wo abschliessend eine äusserst homogene Verflüssigung des thermoplastischen Kunststoffs stattfindet. Schliesslich gelangt diese homogen verflüssigte Masse über einen Auf-

tragskanal 62 zur Auftragsdüse 44, einer Breitschlitzdüse mit bezogen auf die Zufuhr von Auftragsmaterial, d.h. den Vorschub des Kunststoffdrahtes 28, grossen Ausflussöffnung, welche einen Druckaufbau in der Schmelzapparatur 38 verhindert. Diese Ausflussöffnung der Auftragsdüse 44 ist um den Abstand a weniger hoch angeordnet als die Nachlaufrolle 46. Wahlweise ist die Auftragsdüse 44 durch ein nachfolgend gezeigtes Rakel 82 (Fig. 5) ersetzt.

Gemäss Fig. 2 sind sowohl der Zufuhrkanal 64 als auch die Rücklaufkanäle 66 durch externe Heizpatronen, welche auch Heizmanschetten sein können, beheizt. Weiter ist gemäss Fig. 2 der im Auftragsarm 18 angeordnete Schmelzapparat 38 schwenkbar. Nach nicht dargestellten Ausführungsformen kann die Schwenkachse auch im Schweissarm 12 (Fig. 1) angeordnet sein.

In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch den Schmelzeinsatz 58 von Fig. 2 gezeichnet. Der in einem zum Schmelzeinsatz 58 koaxialen Zufuhrkanal 64 mit Metallkontakt geführte Kunststoffdraht 28 ist bereits teilweise geschmolzen oder teigig. Vom Zufuhrkanal 64 dehnen sich in radialer Richtung längslaufende Rücklaufkanäle 66 aus, welche gegenüber einem Innenrohr gleichen Durchmessers eine etwa dreimal grossere Oberfläche aufweisen und dadurch dank des erhöhten Metallkontakts eine entsprechend erhöhte Wärmeübertragung haben.

Der in Fig. 4 im Querschnitt gezeigte Homogenisierungseinsatz 60 hat mit Fig. 3 vergleichbare längslaufende Kanäle 64, 66, welche ebenfalls durch Erodieren hergestellt sind. Der zentrale längslaufende Kanal 64 des Homogenisierungseinsatzes 60 hat einen wesentlich kleineren Durchmesser als derjenige des Schmelzeinsatzes 58.

Die in Fig. 5 dargestellte Schmelzapparatur 38 zeigt in einem im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Metallblock 68 mit einer erodierten Verflüssigungszone 54 und einer Homogenisierungszone 61. In vier Bohrungen 70 ist jeweils eine Heizpatrone 72 angeordnet.

Mit dem Metallblock 68 ist ein im wesentlichen scheibenförmig ausgebildetes Kopfstück 74, welches dichtend auf die Stirnseite 76 des Metallblocks 68 schraubbar ist. Verdeckte Aussparungen im Kopfstück 74 erlauben einen Rück- fluss des geschmolzenen Kunststoffs in den Rücklaufkanälen 66 des Schmelzeinsatzes 58 und eine überführung der homogenisierten flüssigen Kunststoffmasse aus der Homogenisierungszone 61 zu einem Austrittsschlitz 78 in einer abgeflachten Mantelfläche 80 des Kopfstücks 74.

Ein Rakel 82 ist mit seiner Flachseite auf diese abgeflachte Mantelfläche 80 dichtend aufschraubbar. Dieses Rakel 82 weist eine Aussparung zur Bildung eines Reservoirs 84 aus verflüssigtem thermoplastischen Kunststoff auf, der aus dem Austrittsschlitz 78 dosierbar zufliesst. Stirnseitig wird dieses Reservoir 84 durch einen senkrecht zur Förderrichtung verlaufenden Kamm 86 begrenzt, der überschüssiges Beschichtungsmaterial abstreift.

Der Metallblock 68 weist in Richtung der nicht sichtbaren Stirnseite 92 zwei diagonal gegenüberliegende Aussparungen 88 zur Befestigung von Haltestreben 90 (Fig. 7) auf.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Metallblocks 68 gemäss Fig. 5, in Richtung der anderen Stirnseite 92 betrachtet. Eine stirnseitig ausgebildete Aussparung 94 verbindet die beiden rosettenförmigen Verflüssigungszone 54 und Homogenisierungszone 61. Der nicht dargestellte Kunststoffdraht 28 wird in den zentralen Zufuhrkanal 64 der Verflüssigungszone 54 gestossen. Der verflüssigte Kunststoff tritt über die rosettenförmig angeordneten Rücklaufkanäle 66 auf der Stirnseite 92 aus. Der Zufuhrkanal 64 und die Rücklaufkanäle 66 sind kommunizierend miteinander verbunden. über die Aussparung 94 tritt der verflüssigte Kunststoff in die Homogenisierungszone 61 ein und wird zur Stirnseite 76 geführt.

Fig. 7 zeigt eine über zwei Haltestreben 90 befestigte und verschraubte Schmelzapparatur 38 mit einer Vorheizung 36, einem Metallblock 68 mit den nicht sichtbaren Verflüssigungs- und Homogenisierungszone sowie einem Ra-

kel 82 mit dem Reservoir 84 und dem Kamm 86. Die bereits erwähnten Haltestreben 90 sind eingesetzt.

In Fig. 8 ist die Ausflussöffnung 96 einer Auftragsdüse 44, einer Breitschlitzdüse, dargestellt. Diese Ausflussöffnung 96 ist im wesentlichen langrechteckig. Die beiden gegenüberliegenden Längswände der Auftragsdüse 44 sind im mittleren Bereich vertieft ausgebildet, mit andern Worten ist das Material der sich in von der Ausflussöffnung 96 wegweisender Richtung verdickenden Seitenwände abgetragen. Diese Aussparung 98 hat zur Folge, dass beim Auftragen des Schutzfilms 20 (Fig. 10) im mittleren Bereich der Düse wesentlich mehr Beschichtungsmaterial ausfliesst. Im mittleren Bereich ist der Schutzfilm 20 dicker ausgebildet als in den beiden randständigen Bereichen. Die Aussparung 98 in den längsseitigen Wänden der Düse kann im Prinzip von beliebiger Form sein. Die Verstärkung des Schutzfilms im mittleren Bereich ist umso grösser, je mehr Material der Seitenwände abgetragen wird.

Es kann auch nur die bezüglich der Vorschubrichtung 26 stromab liegende lange Seitenwand der Auftragsdüse 44 abgetragen werden. Die stromauf liegende lange Seitenwand der Auftragsdüse 44 bleibt in diesem Fall unverändert, was gestrichelt angedeutet ist.

Ein in Fig. 9 dargestelltes Rakel 82 weist einen Kamm 86 mit einer längsmitti- gen Aussparung 98 auf, die Auswirkungen sind dieselben wie gemäss Fig. 8, die Mitte des Schutzfilms 20 wird verdickt ausgebildet.

In Fig. 10, 11 ist ein Blechrohr 10 mit einer längslaufenden Schweissnaht 16 dargestellt, welche auf der Innenseite 100 mit einem Schutzfilm 20 abgedeckt ist.

Die längslaufende Verdickung des beidseits davon nur etwa 20 μm dicken Schutzfilms 20 auf etwa 40 μm im mittleren Bereich, direkt auf der Schweissnaht 16, ist gut erkennbar, in beiden Seitenbereichen wird also weniger Material aufgetragen.




 
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