DE102015013439B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Profilstäben aus Kunststoff - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Verschweißen von zwei hohlen Profilstäben (4) aus Kunststoff zur Bildung eines Fensterrahmens, bei dem die miteinander zu verbindenden Profilstäbe (4) durch Einfügen eines Schweißspiegels (3) zwischen deren Verbindungsflächen und Anpressen derselben an den Schweißspiegel (3) unter Bildung eines Schweißwulstes (8a, 8b) auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt und nach dem Entfernen des Schweißspiegels (3) bei gleichzeitiger Vergrößerung des Schweißwulstes (8a, 8b) unter Druck zusammengefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entfernen des Schweißspiegels (3) die an den Sichtflächen des späteren Fensterrahmens im Bereich der Verbindungsstellen der beiden Profilstäbe (4) entstandenen äußeren Teile der Schweißwülste (8a) nach innen gepresst werden, dass danach der Schweißspiegel (3) erneut zwischen die Verbindungsflächen der Profilstäbe (4) bewegt wird und die Verbindungsflächen bei gleichzeitiger Verformung der nach innen gepressten Schweißwülste (8c, 8d) nacherhitzt werden und dass schließlich nach dem Entfernen des Schweißspiegels (3) die Verbindungsflächen der beiden Profilstäbe (4) zusammengefügt werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen von zwei hohlen Profilstäben aus Kunststoff zur Bildung eines Fensterrahmens, bei dem die miteinander zu verbindenden Profilstäbe durch Einfügen eines Schweißspiegels zwischen deren Verbindungsflächen und Anpressen derselben an den Schweißspiegel unter Bildung eines teilweise äußeren Schweißwulstes auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt und nach dem Entfernen des Schweißspiegels bei gleichzeitiger Vergrößerung des Schweißwulstes unter Druck zusammengefügt werden sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Zur Herstellung von Fensterrahmen aus durchgehende Kammern aufweisenden Profilstäben aus Kunststoff sind Schweißvorrichtungen bekannt, mit denen - je nach Ausgestaltung der Fertigungsvorrichtung - eine Ecke, zwei Ecken oder alle vier Ecken eines Fensterrahmens gleichzeitig zusammengeschweißt werden können. Dabei besitzt jede Schweißvorrichtung für jede Ecke einen Schweißkopf mit einem beheizbaren Schweißspiegel sowie für jeden Profilstab eine Spanneinheit. Jede Spanneinheit weist dabei eine obere und eine untere Begrenzungsrampe auf, zwischen denen jeweils ein Profilstab gehalten ist.
  • Für den eigentlichen Schweiß- bzw. Fügevorgang werden zunächst die beiden Profilstäbe, die an jedem Ende etwa 3 mm länger sind als die Maße des fertigen Fensterrahmens, aufeinander ausgerichtet und in einer Lage gesichert, in der die beiden Verbindungsflächen so weit voneinander gehalten sind, dass der auf eine vorgegebene Temperatur erhitzte Schweißspiegel zwischen dieselben eingeführt werden kann. Sodann werden die Verbindungsflächen der beiden Profilstäbe gegen den Schweißspiegel gepresst und so weit angeschmolzen, dass sich die Länge der Profilstäbe um etwa 2 mm verringert. Dabei entsteht bei diesem Pressvorgang in allen Bereichen der Profilstäbe ein erster Teil einer sogenannten Schweißwulst. Danach werden die Profilstäbe kurzzeitig vom Schweißspiegel zurückgezogen, so dass derselbe wieder in seine Ausgangslage zurückkehren kann. Anschließend werden die erhitzten Verbindungsflächen der beiden Profilstäbe erneut gegeneinander gepresst, wobei sich der vorerwähnte Schweißwulst vergrößert und gleichzeitig die Länge der Profilstäbe weiter um etwa 1 mm verkürzt, so dass dieselben bereits an den geschweißten bzw. zusammengefügten Enden das für den Fensterrahmen vorgegebene Endmaß erreicht haben.
  • Die durch das Zusammenfügen der Profilstäbe im Bereich der Verbindungsflächen entstandenen Schweißwulste sind nicht nur umlaufend außen, sondern auch an allen im Inneren der Profilstäbe befindlichen Stegen vorhanden. Diese Schweißwulste können teilweise scharfkantig sein und ergeben an den sichtbaren Flächen des späteren Fensterrahmens kein schönes Aussehen. Deshalb werden diese Schweißwulste zumindest an den sichtbaren Flächen des geschweißten bzw. zusammengefügten Fensterrahmens entfernt. Dies erfolgt mittels besonderer Messer und/oder Fräser an der Ober- bzw. Vorderseite und an der Unter- bzw. Rückseite des geschweißten Fensterrahmens in mindestens einem nachfolgenden, zusätzlichen Arbeitsvorgang, wobei meist eine sogenannte Schattennut entsteht. Durch diese zusätzlichen Arbeitsgänge erhöht sich nicht nur zwangsläufig die Zeit für die Fertigung eines Fensterrahmens, sondern es wird auch eine zusätzliche Vorrichtung benötigt. Darüber hinaus weist eine Schattennut eine gegenüber der sonstigen Oberfläche des Fensterrahmens eine etwas rauere Oberfläche auf, die die Ablage von Schmutzpartikeln begünstigt.
  • Die DE 36 14 673 A1 schlägt vor, der Bildung von außenseitig vorquellenden Schweißraupen durch anlegbare Formteile zu begegnen. Weitere Vorrichtungen und Verfahren zum Verschweißen von Fensterrahmenprofilen sind aus der DE 42 41 828 A1 und der DE 41 31 442 A1 bekannt geworden.
  • Die WO 2013/132406 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen von Profilstäben für Fensterrahmen, bei denen im Bereich der zu verschweißenden Stirnflächen Nuten eingefräst werden, die beim Verpressen der Stirnflächen von der sich bildenden Schweißraupe aufgefüllt werden, wobei einem außenseitigen Hervorquellen der Schweißraupe ebenfalls durch aufgelegte Pressteile entgegengewirkt wird. Dies ist verfahrenstechnisch sehr aufwendig.
  • Aus der DE 10 2006 049 780 A1 ist es bekannt, bei Kunststoff-Verbundbauteilen aus ersten und zweiten Kunststoffkomponenten die erste Kunststoffkomponente über eine Schweißnaht zu verbinden, welche die zweite Kunststoffkomponente verdrängt.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dafür anwendbare Vorrichtung zum Verschweißen von zwei der Bildung eines Fensterrahmens dienenden Profilstäben aus Kunststoff so auszubilden, dass zumindest ein Teil des Aufwandes für die Beseitigung der sichtbaren und somit störenden Schweißraupe vermieden und zusätzlich die Zeit für die Fertigung eines Fensterrahmens verringert wird. Die Entstehung einer Schattennut soll ausgeschlossen sein.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei dem eingangs beschriebenen Verfahren vorgeschlagen, dass nach dem Entfernen des Schweißspiegels die an den Sichtflächen des späteren Fensterrahmens im Bereich der Verbindungsstellen der beiden Profilstäbe entstandenen äußeren Teile der Schweißwülste nach innen gepresst werden, dass danach der Schweißspiegel erneut zwischen die Verbindungsflächen der Profilstäbe bewegt wird und die Verbindungsflächen bei gleichzeitiger Verformung der nach innen gepressten Schweißwülste nacherhitzt werden und dass schließlich nach dem Entfernen des Schweißspiegels die Verbindungsflächen der beiden Profilstäbe zusammengefügt werden.
  • Durch ein solches Verfahren und die das Verfahren ausführende Vorrichtung wird erreicht, dass zumindest an der Ober- bzw. Vorderseite und an der Unter- bzw. Rückseite der zusammengefügten Profilstäbe bzw. des fertigen Fensterrahmens keine sichtbaren Schweißwulste mehr vorhanden sind. Der zu ihrer Beseitigung erforderliche vorrichtungsmäßige und zeitliche Aufwand entfällt und die Zeit für die Fertigung eines Fensterrahmens verringert sich. Die bisher durch das Entfernen der Schweißwulste entstandene Schattennut ist nicht mehr vorhanden, so dass sich an dieser Verbindungsstelle keinerlei Schmutzpartikel ablagern können.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung in stark vereinfachter Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Dabei zeigen die 1 bis 5 nur ausschnittsweise die wesentlichen Teile einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten.
  • In den 1 bis 4 der Zeichnung sind von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nur eine sogenannte Begrenzungsrampe 1, ein Schieber 2 und ein Schweißspiegel 3 zu erkennen, die Bestandteile eines an sich bekannten und daher nicht dargestellten Schweißkopfes sind. Die Begrenzungsrampe 1 liegt an der Oberseite eines nur ausschnittsweise zu sehenden, hohlen Profilstabes 4 aus Kunststoff an, dessen beide Stirnflächen auf Gehrung geschnitten sind und dessen Inneres normalerweise durch entsprechend angeordnete Stege in mehrere unterschiedlich große und durchgehende Kammern unterteilt ist. An der nicht erkennbaren Unterseite des Profilstabes 4 befindet sich eine zweite, vorteilhaft identische und spiegelbildlich zur ersten Begrenzungsrampe 1 angeordnete Begrenzungsrampe 1, wobei der Profilstab 4 zwischen den beiden Begrenzungsrampen 1 eingespannt ist und mit seiner Stirnfläche um ein vorgegebenes Maß, es sind meist etwa 3 mm, über die freie, verhältnismäßig niedrige und senkrecht zur Oberfläche des Profilstabes 4 verlaufende Stirnfläche 5 hinausragt. An ihrer oberen Kante geht die Stirnfläche 5 in eine rückwärts gerichtete Schräge 6 über. Der Winkel dieser Schräge 6 verläuft beispielsweise unter einem Winkel von 45 bis 70°, vorteilhaft unter 60°. Der Schieber 2 besitzt einen keilförmigen Querschnitt mit einer freien, beispielsweise senkrecht zum Profilstab 4 verlaufenden Stirnfläche 7 und ist an der Schräge 6 der Begrenzungsrampe 1 geführt. Die untere Begrenzungskante des Schiebers 2 ist vorteilhaft im Querschnitt abgerundet.
  • Der vorerwähnte Schweißkopf nimmt nun, wie nur die 5 erkennen lässt, einen zweiten Profilstab 4 auf, der in der bereits oben erläuterten Weise ebenfalls zwischen zwei Begrenzungsrampen 1 eingespannt ist und bei dem jeder Begrenzungsrampe 1 ebenfalls ein Schieber 2 zugeordnet ist. Diese Anordnung befindet sich bekanntlich spiegelbildlich auf der anderen Seite des Schweißspiegels 3. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Schweißanlage kann dieselbe mit zwei, vier oder sechs Schweißköpfen bestückt sein
  • Für die Einleitung des Schweiß- bzw. Fügevorganges wird der sich normalerweise außerhalb des Bereiches der Profilstäbe 1 befindliche und erhitzte Schweißspiegel 3 nun zwischen die Stirn- bzw. Verbindungsflächen der beiden Profilstäbe 4 eingeführt und jede Begrenzungsrampe 1 weist zunächst einen Abstand von etwa 3 mm von dem Schweißspiegel 3 auf (1). Jetzt werden die Profilstäbe 4 mit einer vorgegebenen Kraft an den Schweißspiegel 3 angepresst. Dadurch werden die Stirn- bzw. Verbindungsflächen der beiden Profilstäbe 4 erhitzt und angeschmolzen. Da dabei die Größe der Anpresskraft der Profilstäbe 4 an den Schweißspiegel 3 beibehalten wird, verringert sich der Abstand zwischen jeder Begrenzungsrampe 1 und dem Schweißspiegel 3 und es bildet sich außerhalb und innerhalb der Wandung jedes Profilstabes 4 eine sogenannte Schweißwulst 8a, 8b (2), deren Form allerdings von der vereinfacht gezeichneten Form abweicht. Sobald sich der Abstand zwischen der Begrenzungsrampe 1 und dem Schweißspiegel 3 um etwa 2/3 - das sind etwa 2 mm - verringert hat, wird die Anpresskraft zurückgenommen und die Profilstäbe 4 werden vom Schweißspiegel 3 zurückgezogen. Anschließend wird der Schweißspiegel 3 aus dem Bereich der Profilstäbe 4 entfernt. Jetzt kommt der Schieber 2 zur Wirkung. Er wird über einen Antrieb entlang der Stirnfläche 6 der Begrenzungsrampe 1 aus seiner Stellung der 1 und 2 in die Stellung der 3 bewegt. Dabei wird der entstandene äußere Schweißwulst 8a zwangsläufig nach innen gestülpt, wobei die beiden Schweißwulste 8a und 8b zu einem größeren Schweißwulst 8c verschmelzen, dessen Form ebenfalls nicht genau mit der gezeichneten Form übereinstimmt.
  • Direkt danach wird der Schieber 2 wieder in seine Ausgangslage gemäß den 1 und 2 zurückgezogen. Im Anschluss daran wird der Schweißspiegel 3 erneut in den Bereich der beiden Profilstäbe 4 bewegt und die Profilstäbe 4 werden wieder gegen den Schweißspiegel 3 angepresst. Dieser Pressvorgang wird jedoch nur kurzzeitig und mit äußerst geringer Anpresskraft durchgeführt, so dass sich die Länge der Profilstäbe 4 nur unwesentlich verkürzt, jedoch die Stirnflächen der Profilstäbe nachgeheizt werden (4).
  • Sobald der Schweißspiegel seine Lage zwischen den beiden Profilstäben 4 verlassen hat, werden dieselben gegeneinander gepresst. Dabei vergrößert sich der vorhergehend gemäß den 3 und 4 nach innen gestülpte Schweißwulst 8c und nimmt eine Größe und Form 8d gemäß 5 an. Auch hier stimmt die vereinfacht gezeichnete Form der Schweißwulste 8c nicht unbedingt mit der gewählten Darstellung überein. Entscheidend hier ist jedoch, dass an der Außenseite der Wandung der Profilstäbe 4, die später die Außenseite des Fensterrahmens an den Sichtseiten bzw. an der Oberseite und der Unterseite desselben ist, kein Schweißwulst mehr vorhanden ist. Vielmehr kann hier eine kleine Senke mit etwa V-förmigem Querschnitt entstehen, da sich meist im oberen Bereich der Verbindungsflächen der Profilstäbe 4 keine scharfkantige Ecke ausbilden wird.
  • Bekanntlich sind die Profilstäbe aus Kunststoff zur Bildung eines Fensterrahmens an der oberen bzw. vorderen Fläche desselben selten vollkommen eben ausgebildet. Meist ist am inneren und/oder äußeren Rand eine Schräge oder eine Abrundung vorhanden. Um auch in diesen Bereichen sicher zu stellen, dass dort kein äußerer Schweißwulst mehr entstehen wird, kann beispielsweise der Schieber 2 profiliert ausgebildet sein. Es ist vorteilhaft, mindestens zwei voneinander getrennte Schieber 2 vorzusehen, von denen der zweite Schieber 2 unter einem Winkel zum ersten Schieber 2 verläuft, der so groß ist, dass er in seinem Bereich etwa senkrecht auf den äußeren Schweißwulst 8a auftrifft.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Verschweißen von zwei hohlen Profilstäben (4) aus Kunststoff zur Bildung eines Fensterrahmens, bei dem die miteinander zu verbindenden Profilstäbe (4) durch Einfügen eines Schweißspiegels (3) zwischen deren Verbindungsflächen und Anpressen derselben an den Schweißspiegel (3) unter Bildung eines Schweißwulstes (8a, 8b) auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt und nach dem Entfernen des Schweißspiegels (3) bei gleichzeitiger Vergrößerung des Schweißwulstes (8a, 8b) unter Druck zusammengefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entfernen des Schweißspiegels (3) die an den Sichtflächen des späteren Fensterrahmens im Bereich der Verbindungsstellen der beiden Profilstäbe (4) entstandenen äußeren Teile der Schweißwülste (8a) nach innen gepresst werden, dass danach der Schweißspiegel (3) erneut zwischen die Verbindungsflächen der Profilstäbe (4) bewegt wird und die Verbindungsflächen bei gleichzeitiger Verformung der nach innen gepressten Schweißwülste (8c, 8d) nacherhitzt werden und dass schließlich nach dem Entfernen des Schweißspiegels (3) die Verbindungsflächen der beiden Profilstäbe (4) zusammengefügt werden.
  2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Schweißkopf mit einem Schweißspiegel (3) und zwei jeweils eine obere und eine untere Begrenzungsrampe (1) aufweisenden und die beiden Profilstäbe (4) aufnehmenden sowie deren Verbindungsflächen gegen einen Schweißspiegel (3) anpressenden Spanneinheiten, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der einander zugewandten Stirnflächen (5) jeder Begrenzungsrampe (1) mindestens ein Schieber (2) geführt ist, dem ein Antrieb zum kurzzeitigen Anpressen gegen und Verformen des äußeren Teiles des im Bereich der Sichtfläche des späteren Fensterrahmens gebildeten Schweißwulstes (8a) zugeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (5) jeder Begrenzungsrampe (1) zur Grundfläche derselben unter einem Winkel verläuft.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Stirnfläche (5) und der Grundfläche der Begrenzungsrampe (1) etwa 45 bis 70° beträgt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (2) einen keilförmigen Querschnitt aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Stirnfläche (7) des Schiebers (2) rechtwinklig oder annähernd rechtwinklig zur Grundfläche der Begrenzungsrampe (1) verläuft.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze des Schiebers (2) einen abgerundeten Querschnitt aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zusätzlicher Schieber (2) unter einem Winkel des ersten Schiebers (2) geführt ist.
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