专利名称：用于在制造塑料焊缝时控制熔化状态的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在借助于塑料焊接设备由热塑性塑料材料制造焊缝时确定热塑性塑料材料的与温度有关的状态、尤其是熔化状态和/或熔化量的方法。
背景技术：
在塑料焊接时，由热塑性塑料材料制成的要连接的塑料零件被加热用于局部在焊接温度上形成焊缝并且同时或随后彼此被挤压。通过这种方式可以可靠地将例如塑料轨、 塑料面、塑料薄膜、塑料压铸零件或塑料挤压零件与搭接的、相碰的或轻微相间隔的边缘区域彼此连接。根据塑料零件彼此的布置，借助于塑料零件本身的塑化材料或者利用由热塑性塑料材料组成的所输送的弹性熔化物制造焊缝。在搭接布置的、尤其是柔软的塑料零件情况下，可以以最简单的方式、也即在不使用附加的塑化塑料绳的情况下借助于手动焊接设备或焊接自动装置制造塑料焊缝。借助于完全自动地实施焊接过程的焊接自动装置产生定性地高质量的焊缝，所述焊缝不仅持久地在机械上耐拉和耐压地而且绝对紧密地将塑料零件相互连接。压铸或挤压零件大多利用位置固定的焊接自动装置接合，所述焊接自动装置基于热冲压、振动、超声波、红外辐射或激光。如轨、面、薄膜之类的平面塑料材料被设计并且利用移动的焊接自动装置接合。所述平面塑料材料在各种各样的实施形式中尤其是被用于在高层建筑、地下建筑、隧道建筑、堆填建筑和水体建筑中焊接塑料密封轨。所述平面塑料材料尤其是用于塑料轨的搭接焊接，其中轨在其边缘区域处通过加热楔或热空气来加热、熔接或塑化并且接着在压力作用下借助于夹紧辊材料配合地在形成焊缝的情况下相互连接。在此，热空气喷嘴或以电的方式或借助于热气体加热的加热楔在所施加的薄膜轨的情况下在轨之间被引导。对敷设和焊接密封轨定性地提出高要求，因为小的缺陷可能引起更贵的后果。按照专业装入的塑料密封轨绝对液密地连接，也就是说，在焊缝的区域中不存在水通过静液压力、重力和毛细作用而可以通过的孔隙通道。为了获得最佳的焊接结果，为此一般使用现代焊接自动装置，所述现代焊接自动装置检测和独立地结合所调整的额定值来调节关键的焊接参数，例如加热楔温度、接合力(压紧力)、接合路径和焊接速度。其在显示器上显示实际值并且用信号音来通知与额定值的不允许的偏差。这样的焊接自动装置大多附加地装备有数据检测装置，所述数据检测装置以规则的时间间隔、例如每秒以电子的方式存储焊接参数。所存储的数据可以在对缝焊接之后被读出、相关联地表示、打印和分析。但是从而经常仅可以确定焊缝的突然的厚度改变的区域，在此处接合力跳跃地变化。这样的位置于是可以被观察、评价和必要时修补。对于关键应用，因此在很多情况下在很大程度上用机器将密封轨与搭接双焊缝并合。在此，在两个并行伸展的焊缝之间产生检验通道，使得在整个焊缝长度上可以通过对检验通道施加压缩空气而可靠地确定焊缝的缺陷处。对缺陷处的检验在这样的搭接双焊缝的情况下是费事的并且因此是不利的。不能可靠地对搭接单个焊缝的可能的缺陷处进行检验，仅仅可以如前述的那样分析所存储的工艺数据，其中搭接单个焊缝如双焊缝那样利用加热楔焊接自动装置以所调节的和所记录的工艺控制来制造。
发明内容
以前述现有技术为出发点，本发明所基于的任务是，建议一种可能性，其中在制造期间不仅在双焊缝情况下而且在单焊缝情况下已经能够可靠地确定焊缝的品质。该任务根据本发明通过具有权利要求1的特征的方法来解决。其他有利的扩展方案可以从所回引的权利要求中得出。本发明的基本思想是，已经在制造工艺时识别焊缝的潜在的缺陷处，其中为了连接塑料零件而要带至熔化温度的热塑性塑料材料的与温度有关的状态、尤其是熔化状态或熔化量在局部焊接位置处连续地被确定，其中所述热塑性塑料材料在凝固之后形成焊缝。 利用概念“与温度有关的状态”也应该已经理解基于在塑料中与温度有关的变化的状态，所述状态在实际(可见的和能够实现焊接的)熔化之前出现，因此形成预备阶段。根据本发明的用于在由热塑性塑料材料制造焊缝时确定热塑性塑料材料的与温度有关的状态、尤其是熔化状态和/或熔化量的方法设置以下工艺步骤
首先例如为了在要形成的焊缝的区域中连接两个塑料零件而将热塑性塑料材料带至焊接温度，其中在施加温度用于形成塑料材料熔化期间优选地连续地确定电状态参量并且存储用于进一步分析材料的状态。为了确定与温度有关的状态或熔化状态、尤其是在焊接位置处热塑性塑料材料的三个空间维度中的塑化程度和熔化量，在施加和不施加温度的情况下使测量值彼此补偿(verrechnen)和/或与参考或经验值相补偿。如此确定的状态参量是焊缝的质量的尺度并且可以被存储或用于调节焊接自动装置。作为最后的切截，可以将状态参量与额定值和/或与两个基准值比较，所述基准值为操作者触发警告信号。塑料零件的热塑性塑料材料的电状态参量的参考或经验值可以在焊缝的区域中不对塑料零件施加温度的情况下确定和存储，或者可替代地代替该首先要执行的测量可以动用经验值或材料数据库。优选地通过测量来确定电状态参量，其中测量连续地或以适当的时间间隔在随施加温度开始的加热或塑化的位置处进行，其中塑料材料在该位置处的表面温度可以作为附加信息一起被检测。通过这种方式可以准确地确定，热塑性塑料材料的塑化何时开始并且何时达到塑化的最终状态。在最终状态中，热塑性塑料材料的塑化和熔化量在局部焊接位置处适用于制造高品质的焊缝，所述焊缝将热塑性塑料零件相互固定地并且紧密地连接。状态测量的结果可以被用作测量和调节参量。作为测量参量，它可以被输送给焊接自动装置的控制电子装置用于在制造焊缝时在局部不充足的熔化状态情况下或在局部太少或太大的熔化量的情况下声学地和/或光学地用信号通知。作为调节参量，它可以被给予焊接自动装置的控制电子装置，所述控制电子装置将焊接自动装置的焊接参数、例如加热楔温度、接合力或焊接速度相应地调整。优选地，在焊缝的区域中热塑性塑料材料的电状态参量在焊接过程之前和期间被测量、分析并且被用于调整焊接自动装置的机器参数。在本发明的一种优选的实施形式中，作为电状态参量使用热塑性塑料材料的介电常数。介电常数是物理参量，所述物理参量针对电场说明材料的穿透性。对于介电常数也使用过时的名称介质常数。介电常数因此表示电绝缘的、极性的和非极性的材料的材料特性， 所述材料也称为电介质。在这样的材料情况下，载流子通常不能自由地移动。在引入到平
4板电容器时，所述材料影响所述平板电容器的电容。通过外部电场可以对非自由的载流子进行极化。由此，具有介电材料的平板电容器作为中间覆层可以在相同地施加电压的情况下比具有空气分离层的同一平板电容器存储更多能量。通常已知的是，热塑性塑料材料如所有塑料那样具有大量可自由极化的载流子。大多热塑性塑料材料的介电常数是与温度有关的并且因此可以被用作用于在焊接过程期间确定与温度有关的熔化状态和从而也确定热塑性塑料材料的熔化量的参量。所确定的介电常数也允许推断出在塑料内部中的温度。用于确定电数值或介电常数数值的测量方法对于技术人员是常见的并且因此对于在前述方法中所应用的介电光谱学不必更详细地阐述。优选地，在根据本发明的方法中借助于电容器装置来确定介电常数，其中塑料材料被用作电容器装置的电极之间的电介质。对于电容器装置可以使用单个平板电容器或多个作为阵列布置的平板电容器。在阵列的情况下，可以沿着和/或垂直于焊缝布置平板电容器。在根据本发明的方法中例如在对平板电容器正弦形施加情况下间接地通过测量电压和电流的幅度和相移来确定介电常数。 可如此确定的测量值与交流电压的频率和电容器片之间的塑料材料的温度有关。也可以交替地或同时地利用多个频率测量并且适当地相互补偿在不同的频率时的幅度和相移。可替代地，也可以给平板电容器施加各个脉冲或施加适当的脉冲序列。电容器装置的相互分配的电极为此可以布置在塑料材料的彼此相对的侧或热塑性塑料材料的一侧。在单侧布置时，所述电极原则决定地并排地以间隔布置，而所述电极在两侧布置时可以不仅互相完全或部分覆盖地而且不覆盖地侧向相互错开地布置。在本发明的有益的变型方案中，焊接设备的一部分被用作一个电极并且布置在热塑性塑料材料之后的面被用作另一电极。该面例如可以是底部面、壁面或顶面或者支承面， 其中在所述底部面、壁面或顶面处安装塑料零件用于持久地覆盖，所述支承面仅被用于连接塑料零件。在焊接设备处所确定的特定的电容器片在该情况下不需要。但是，此外需要与焊接设备相连接的电容器片，所述电容器片形成至少一个电容器片对并且与焊接设备一起沿着要产生的焊缝被移动。在形成平板电容器阵列的多个电容器片对的情况下，可以同时或时间偏移地在热塑性塑料材料的不同位置处测量介电常数。从而除了用于焊缝的热塑性塑料材料的通过施加温度塑化的熔化量的宽度、长度以及厚度和熔化量的与温度有关的状态或熔化状态之外也可以借助于不同的电容器确定未加热的未塑化的塑料材料的比较值。表明有利的是，以不同的频率运行电容器装置用于确定热塑性塑料材料的介电常数。电容器装置对于每个频率提供特定的介电常数(幅度和相移)，所述特定的介电常数适当地被分析用于确定熔化状态和/或熔化量。根据本发明的方法的使用不仅仅限于焊接自动装置而且也在手动焊接设备情况下也是可能的并且具有优点。该新的方法可以在为了连接热塑性塑料零件而由热塑性塑料材料制造焊缝的地方到处是有用的。可以在所有已知的塑料焊接方法情况下、例如加热楔焊接、热空气焊接、激光焊接、红外焊接和超声波焊接情况下有用地使用该方法用于保护质量。
下面根据示意性总布置简图更详细地阐述本发明。本发明的其他特征结合权利要求和附图从本发明的下面的描述中得出。其中图1示出用于根据本发明方法为焊缝确定热塑性塑料材料的熔化状态和/或熔化量的三个可能的电容器装置(图Ia至Ic)；和
图2示出在制造焊缝所使用的焊接设备处图1的电容器装置相对于焊缝的定位可能性。
具体实施例方式图Ia至Ic对于本发明方法的应用示出三个可能的电容器装置，利用所述电容器装置可以通过测量介电常数在制造焊缝时确定热塑料材料的熔化状态和/或熔化量。电容器装置1可以分别包括唯一的电容器2或多个作为阵列并排布置的电容器2。每个电容器2 包括第一电极3和第二电极4，其中电交变场5在所述第一电极3和第二电极4之间延伸， 其中电极3、4布置在由热塑性塑料材料制成的塑料零件7、7’的在图2中所示的焊缝6的区域中。绘出仅具有一个电容器2的电容器装置1。电容器2的电极3、4与在附图中未示出的测量装置连接，所述测量装置可以以不同的频率运行电容器2并且在此测量幅度和相移用于确定介电常数。通过借助于测量装置连续地分析测量结果可以检验，是否存在由热塑性塑料材料制成的足够的融化物质作为用于形成耐久的焊缝的熔化量。区分塑化的和非塑化的塑料材料是可能的，因为热塑性塑料材料的电特性是与温度有关的。适当的熔化状态和定义的熔化量是用于在热塑性塑料零件7、7’之间的定性地高品质的焊接连接的基本前提。在图la、lb中，两个电极3、4被构造为电容器片，其中在图Ia中，电容器片3、4相互直径地相对布置和在图Ib中并排地以彼此小的间隔布置。在图Ic中，由面8形成第二电极4，在所述面8上布置塑料零件7、7’。面8例如是地面，在所述地面上，所敷设的密封轨7、7’被并合。至少一个电极对3、4有益地靠近焊缝的局部焊接位置布置。在图la、lc 中所示的电容器装置1的情况下，电极3、4、塑料零件7、7’沿着焊缝夹紧，而在图Ib中所示的电容器装置1的情况下，电极3、4将塑料零件7、7’压向面8。图2示出具有多于一个的电容器2的两个电容器装置1。根据图2a，使用两个电容器2并且按照图2b使用五个电容器2用于确定用来制造焊缝6的局部熔化状态和局部熔化量。在图加中，两个电容器2布置在未示出的塑料焊接设备的加热装置10之前和之后。这能够实现在焊接过程期间沿着焊缝6对介电常数的连续的差测量。代替在焊接方向 9上在加热装置10之后的唯一的电容器2，可以使用在焊接方向6上相继布置的多个电容器2，以便跟踪焊缝6的凝结。在图2b中，五个电容器2以行的方式垂直于焊接方向9作为阵列布置。行的长度大于焊缝6的宽度，使得借助于两个外面的电容器2同样可以相对于剩余的三个电容器2进行差测量。通过三个设置在焊缝6的区域中的电容器2，可以可靠地确定焊缝6的宽度的变化。根据焊缝6的所设置的或所实现的宽度，在此阵列的内部电容器2中的一至三个与焊缝6直接相对。总共为阵列所使用的电容器2的数量就此而言可以有意义地任意被改变，以便达到更好的分辨率。此外，根据图加，在焊接方向9上在加热装置10之前还可以布置附加的在图2b中未示出的电容器2。在电极3、4彼此相对的情况下，其彼此的间隔对于确定塑料零件7、7’的热塑性塑料材料在加热装置10附近的熔化状态和/或熔化量是重要的。此外，测量结果与塑料零件 7、7’和/或焊缝6的厚度有关。电极3、4彼此的间隔和塑料零件7、7’的材料厚度的影响通过差测量来消除。此外，通过感应传感器与电容器装置1的组合或单独的霍尔传感器，介电常数的与材料厚度无关的相应的校正的测量是可能的。
权利要求
1.用于在借助于塑料焊接设备由热塑性塑料材料制造焊缝(6)时确定热塑性塑料材料的与温度有关的状态、尤其是熔化状态和/或熔化量的方法，其特征在于，与温度有关的状态从塑料材料的电状态参量中导出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于下面的步骤A在施加温度用于形成用来产生焊缝(6)的塑料材料熔化期间确定和中间存储在焊缝 (6)区域中的热塑性塑料材料的电状态参量；B通过使状态参量的中间存储的值相互补偿和/或与附加的测量或经验值补偿来确定电状态参量的变化；和C将状态参量的变化的结果与可预先给定的额定值和/或与可预先给定的基准值相比较。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在焊缝(6)的区域中热塑性塑料材料的电状态参量在焊接过程之前和期间被测量、分析和被用于调整塑料焊接设备的机器参数。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，作为电状态参量使用热塑性塑料材料的介电常数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，介电常数借助于电容器装置(1)确定，其中塑料材料被用作在该电容器装置(1)的电极(3，4)之间的电介质。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于该电容器装置(1)使用平板电容器(2)。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于该电容器装置(1)使用平板电容器 (2)的阵列。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，电容器装置(4)的电极(3，4)被布置在塑料材料的彼此相对的侧上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，作为电极(3，4)使用焊接设备的部分和布置在热塑性塑料材料之后的面。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电极(3，4)并排地布置在塑料材料的一侧上。
11.根据前述权利要求5至10之一所述的方法，其特征在于，为了确定介电常数，以不同的频率运行该电容器装置(1)。
12.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了在施加温度期间确定在焊缝(6)的区域中与温度有关的状态，执行附加的厚度测量，其中在确定状态参量的变化时考虑所述厚度测量的结果。
13.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在施加温度用于形成焊缝(6)用的塑料材料熔化之前，在不施加温度的情况下确定和存储在焊缝(6)的区域中热塑性塑料材料的电状态参量。
全文摘要
本发明涉及一种用于在借助于塑料焊接设备制造例如用于连接热塑性塑料零件(7，7’)的焊缝(6)时确定热塑性塑料材料的与温度有关的状态、尤其是熔化状态和/或熔化量的方法。为了控制工艺，在对塑料零件(7，7’)施加温度的情况下和在不对塑料零件(7，7’)施加温度的情况下沿着焊缝(6)连续地测量塑料零件(7，7’)的热塑性塑料材料的与温度有关的电状态参量并且与额定值或者与基准值进行比较。在根据本发明的方法中，作为电状态参量优选地使用塑料零件(7，7’)的介电常数和其在焊接过程期间的变化。借助于电容器装置(1)确定介电常数，其中塑料材料被用作电极(3，4)和电容器装置(1)之间的电介质。在此，为确定介电常数优选地以不同的频率运行电容器装置(1)的电容器(2)。
文档编号G01M3/40GK102596542SQ201080051178
公开日2012年7月18日 申请日期2010年11月11日 优先权日2009年11月14日
发明者S.奥特, U.古布勒 申请人:莱丹科技股份公司