DE69904844T2

DE69904844T2 - Verfahren zum schweissen

Info

Publication number: DE69904844T2
Application number: DE69904844T
Authority: DE
Inventors: Ian Anthony Jones; Roger Jeremy Wise
Original assignee: Welding Institute England
Current assignee: Welding Institute England
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2019-10-01
Also published as: CA2345991A1; JP2002526261A; MX217839B; AU6108199A; ATE230653T1; ES2190660T3; AU749978B2; CN1139477C; DE69904844T3; PT1117502E; CA2345991C; MXPA01002928A; KR20010075523A; GB9821375D0; DK1117502T4; WO2000020157A1; DK1117502T3; ES2190660T5; EP1117502A1; EP1117502B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Schweißstelle zwischen zwei Werkstücken in einem gemeinsamen Bereich.
Transmissionslaserschweißen ist eine Technik, die zum Zusammenschweißen von Materialien wie Kunststoffen entwickelt worden ist. Dies wird erreicht, indem zwei Kunststoffelemente in Kontakt zueinander gebracht werden, wobei eines von diesen transparent und das andere undurchlässig für sichtbares Licht ist. Der Kontaktbereich zwischen den zwei Kunststoffelementen wird dann einem Laserstrahl ausgesetzt. Der Laserstrahl tritt durch das transparente Kunststoffelement und wird durch das zweite undurchlässige Kunststoffelement absorbiert. Hierdurch erwärmt sich das undurchlässige Kunststoffelement, so dass der Kontaktbereich zwischen den zwei Kunststoffelementen schmilzt, wodurch eine Schweißstelle gebildet wird. Beispiele werden beschrieben in "Laser-transmission welding of PE-HD", Kunststoffe 87 (1997) 3, Seiten 348-350; Puetz H et al. "Laser welding offers array of assembly advantages", Modem Plastics International, Sept. 1997; Haensch D et al. "Joining hard and soft plastics with a diode laser", Kunststoffe 88 (1998) 2, Seiten 210-212; und Jones I A, "Transmission laser welding of plastics". Bulletin of The Welding Institute, Mai/Juni 1998, und US-A-5893959, das als nächstliegender Stand für die vorliegende Erfindung angesehen wird.
All diese Methoden sind durch die Notwendigkeit beschränkt, mindestens ein für sichtbares Licht undurchlässiges Werkstück zu verwenden.
Erfindungsgemäß stellen wir ein Verfahren zur Bildung einer Schweißstelle zwischen Werkstücken in einem Verbindungsbereich bereit, das folgendes aufweist: Aussetzen des Verbindungsbereichs einer einfallenden Strahlung, die eine Wellenlänge außerhalb des sichtbaren Bereichs besitzt, derart, dass ein Aufschmelzen der Oberfläche von einem oder beiden Werkstücken in dem Verbindungsbereich auftritt, und Zulassen einer Abkühlung des geschmolzenen Materials, wodurch die Werkstücke aneinander geschweißt werden, wobei das Verfahren zusätzlich die Verwendung eines strahlungsabsorbierenden Materials in dem Verbindungsbereich in einem der Werkstücke aufweist oder zwischen den Werkstücken, wobei das Absorptionsband des Materials mit der Wellenlänge der einfallenden Strahlung derart übereinstimmt, dass die einfatlende Strahlung absorbiert und Wärme für den Schweißvorgang erzeugt wird, wobei das strahlungsabsorbierende Material optisch durchlässig ist derart, dass das Material nicht wesentlich das Aussehen des verbundenen Bereichs oder der Werkstücke im sichtbaren Licht beeinflusst.
Demgemäss stellen wir ein Verfahren zum Schweißen von Werkstücken bereit, das eine sichtbar durchlässige Schweißstelle erzeugt. Dies wird erreicht durch Einschluss von sichtbar durchlässigem Material in den Verbindungsbereich, das Strahlung außerhalb des sichtbaren Spektrums absorbiert. Der Verbindungsbereich ist dann der Strahlung dieser Wellenlänge ausgesetzt, wodurch dieser Bereich sich erwärmt. In der Folge bewirkt dies ein Schmelzen der Werkstücke derart, dass eine Schweißstelle zwischen den zwei Werkstücken gebildet wird. Wenn die Werkstücke und der Verbindungsbereich selber durchlässig für sichtbare Strahlung sind, ist die Schweißstelle ebenfalls mindestens durchscheinend für das bloße Auge.
Die Werkstücke können undurchsichtig sein und ähnliche oder verschiedene Farben besitzen und/oder transparent oder durchscheinend für sichtbares Licht sein.
In einigen Fällen ist das die Strahlung absorbierende Material in eines der Werkstücke eingeschlossen.
In anderen Fällen können zwei Werkstücke miteinander verschweißt werden, mit dem Material zwischenliegend zwischen den zwei Werkstücken. Dies erlaubt es, Werkstücke, die nicht ein geeignetes strahlungsabsorbierendes Material einschließen, miteinander zu verschweißen.
Das strahlungsabsorbierende Material, das typischerweise in Form von Additiven vorliegt, kann Farbstoffe oder Pigmente aufweisen, während die Verwendung eines Additivs eine einfache Änderung von Standardkunststoffen oder anderen Materialien für ein Schweißen nach dem neuen Verfahren erlaubt. Farbstoffe werden gegenüber Pigmenten bevorzugt, weil die Teilchenstruktur von Pigmenten zur Lichtstreuung führt und die Effizienz für Lichtabsorption reduziert. Zusätzlich bedeuten die niedrigmolaren Absorptionskoeffizienten von Pigmenten, dass höhere Konzentrationen verwendet werden müssen, um einen Erwärmungseffekt zu erzielen, und, abgesehen von Kostennachteilen, dies zu unerwünschten Änderungen in den physikalischen Eigenschaften des Trägers, einschließlich des Auftretens von unerwünschten Farben führt. Nachfolgend wird in dieser Beschreibung auf Farbstoffe abgestellt, obwohl die Alternative von Pigmenten ebenfalls geeignet sein kann.
In einigen Fällen kann das strahlungsabsorbierende Material eine Restfarbe aufweisen, die sichtbar ist, wenn diese für dicke Abschnitte oder mit hoher Konzentration des Materials betrachtet wird. Die stärkste Absorption wird jedoch stets im nicht sichtbaren Bereichen auftreten.
Ein idealer Farbstoff im nahen Infrarotbereich für Laserschweißen von transparenten Kunststoffen würde die folgenden Eigenschaften besitzen:
- Ein schmales Absorptionsband nahe 800 nm (oder größeren Wellenlängen abhängig von dem verwendeten Laser) mit einem hochmolaren Absorptionskoeffizienten.
- Wenn überhaupt, geringe Absorption im Bereich von 400-700 nm.
- Gute Löslichkeit in dem Träger.
- Gute Stabilität bei der verwendeten Einbringungsmethode.
- Keine Verfälschung bei gefärbten Nebenprodukten.
Beispiele für drei Farbstofftypen, die alle vorgenannten Anforderungen erfüllen, sind Cyanin-Farbstoffe, Squarylium-Farb Stoffe und Krokonium-Farbstoffe.
Jedes der Werkstücke wird üblicherweise aus Kunststoffmaterialien hergestellt, obwohl diese nicht gleich sein müssen. Ein Beispiel ist PMMA Perspex. Das strahlungsabsorbierende Material kann nur in einem der Werkstücke oder in einem Einsatz zwischen den Werkstücken vorgesehen sein.
Absorptionsfarbstoffe im nahen Infrarotbereich besitzen die Eigenschaft, Licht in dem Bereich jenseits von 780 nm mit großem Wirkungsgrad zu absorbieren. D. h., sie besitzen große Extinktionskoeffizienten für eine oder mehrere Wellenlängen in diesem Spektralbereich. Wenn dieses Licht absorbiert wird, entweder von einer Laserquelle oder einer inkohärenten Lichtquelle kommend, verbrauchen die Moleküle die aufgenommene Energie grundsätzlich als Wärme über Schwingungsübergänge, diese Wärme ist in den Farbstoffmolekülen und ihrer unmittelbaren Trägerumgebung lokalisiert. In dem Fall, dass der Träger ein Polymer ist (überwiegend Thermoplaste und einige stark querverbundene Moleküle ebenfalls) tritt ein Schmelzvorgang an der Oberfläche auf, wo Farbstoff und Polymer sich befinden. Wenn ein reiner Polymer (d. h. einer der nicht NIR-Strahlung absorbiert, der aber gleichzeitig wasserweiß oder farbig sein kann) an dieser Oberfläche anliegt, verursacht das Schmelzen eine Schweißstelle.
Damit folglich die Schweißstelle auftritt, muss der Farbstoff in der vorderen Kunststoffeinheit fehlen, um das Laserlicht unabsorbiert durchtreten zu lassen, und muss mindestens an der Oberfläche der anderen Kunststoffeinheit oder der Schnittstelle zwischen den zwei Kunststoffstücken lokalisiert sein. In diesem Sinne verhält sich die dünne Farbstoffschicht im wesentlichen als ein optisches Brennelement für das Laserlicht, das dieses wirkungsvoll in einer extrem dünnen Schicht absorbiert und das absorbierte Licht in Wärme derselben Schicht umwandelt. Das Laserlicht ebenso wie andere Lichtwellenlängen werden ansonsten wirkungsvoll durch den verbleibenden Aufbau weitergeleitet, der vor der dünnen Oberfläche sowie hinter der Oberfläche liegt (eine Ausnahme zur letzteren liegt vor, wenn die Möglichkeit verwendet wird, bei welcher die Hauptmasse eines der zu schweißenden Elements mit dem Farbstoff durchsetzt ist). Die Erzeugung einer farbstoffbelegten dünnen Oberfläche kann auf verschiedene Weise erreicht werden:
- Der Farbstoff kann in einen dünnen Film eingebracht werden, der auf der Schnittstelle der zu verschweißenden Kunststoffteile platziert werden kann. Das Filmsubstrat kann aus dem (n) Polymer (en) bestehen, die verschweißt werden, aber kann ebenfalls aus einem anderen Polymer bestehen. Die Farbstoffkonzentration von ungefähr 0,02% bezogen auf ein Filmgewicht sind üblicherweise ausreichend, hängen aber von dem verwendeten Farbstoff ebenso wie den zu schweißenden Kunststoffen ab. Eine Filmdicke von ungefähr 25 um ist ebenfalls üblich. Der Vorteil einen Film/Tape, der den Absorptionsfarbstoff beinhaltet, besteht darin, dass der Farbstoff in dem Film nur dort benötigt wird, wo geschweißt werden soll und sein Träger besitzt als Festkörper den Vorteil einer einfachen Handhabung, Lagerung etc. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass beide Kunststoffteile aus demselben Material bestehen und aus deutlich transparentem Farbstoff sein können.
- Der Farbstoff kann in einem großen Teil des Polymers des letzteren der beiden Polymerteile (letzteres bezogen auf das Auftreffen des Laserlichts) eingefügt sein. Nur der Farbstoff an oder sehr nahe der Oberfläche bei der Absorption des Laserlichts aktiv ist, da die Farbstoffe hocheffektive NIR-Absorber sind. Die Lichtabsorption führt zu der Schweißstelle wie bereits ausgeführt, jedoch ohne die Verwendung eines Bandes/Films. Der Vorteil besteht darin, dass kein Zusatzschritt bei dem Schweißvorgang für die Aufbringung von Band etc. erforderlich ist.
- Die Oberfläche des letzten Kunststoffanteils kann beispielsweise ein farbstoffbelegter Film als ein Formeinsatz bei dem Formungsvorgang verwendet werden, um eine farbstoffreiche Oberfläche auf dem Kunststoffteil zu erzeugen.
- Der Oberfläche von einem der zu formenden Substrate kann eine Oberflächenanbindung des Farbstoffs durch eine Tauchbeschichtung, Farbstoffinfasion, Anstreichen, Sprühen, Druck, Farbstoffbrennen, Pastenanwendung usw. mitgegeben werden. Dies ist eine kostengünstige Alternative hinsichtlich des verwendeten Farbstoffs und bietet die Flexibilität, nur ausgewählte Bereiche zu behandeln.
- Das zu verschweißende Material kann mit einem den Farbstoff enthaltenden Polymer koextrudiert werden, jedoch ist dieser Ansatz auf bestimmte Anwendungen beschränkt, die für extrudierte Formen geeignet sind.
- Ein Kunststoffteil kann überzogen werden, um einen schmalen Streifen beispielsweise in einem ausgewählten Bereich zu schaffen, jedoch führt dies zu höheren Formungskosten.
Das strahlungsabsorbierende Material kann direkt der Strahlung ausgesetzt werden und anschließend können die zwei Teile zusammengedrückt werden (wahlweise unter Druck) oder üblicherweise erfolgt dann die Bestrahlung durch ein Werkstück hindurch. Das Werkstück wird üblicherweise kein strahlungsabsorbierendes Material aufweisen, so dass das Aufwärmen auf die Schnittstelle zwischen den beiden Werkstücken lokalisiert ist.
Die Strahlung mit der vorbestimmten Wellenlänge ist üblicherweise Infrarotstrahlung, beispielsweise mit einer Wellenlänge im wesentlichen von 780 nm oder mehr, üblicherweise bis 1500 nm. Es wird jedoch festgestellt, dass jegliche Strahlung außerhalb des sichtbaren Spektrums verwendet werden kann, vorausgesetzt ein geeig netes strahlungsabsorbierendes Material ist verfügbar und wenn geeignet eine Seite der Verbindung durchlässig für die verwendete Strahlung ist.
Verschiedene herkömmliche Strahlungsquellen können verwendet werden einschließlich sowohl Diodenlaser als auch Nd : YAG-Laser. Fokussierte Infrarotlampen können ebenfalls eingesetzt werden.
Beispiele für erfindungsgemäße Verfahren werden nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 bis 3 schematische Seitenansichten von drei verschiedenen Schweißstellen.
Fig. 1 zeigt ein erstes Kunststoffwerkstück 1 und ein zweites Kunststoffwerkstück 2, die in überlappendem Kontakt zueinander positioniert sind, derart, dass sie ein mit 3 bezeichneten Verbindungsbereich definieren. Die Verbindung ist, geschweißt, indem der Verbindungsbereich 3 einem Strahl nicht sichtbarer Strahlung 4 aus einer Quelle wie beispielsweise einem Laser 5, einer I. R.-Lampe oder dergleichen ausgesetzt ist.
Das erste Kunststoffwerkstück 1 ist für Strahl 4 durchlässig und kann oder kann auch nicht sichtbares Licht durchlassen. In dieser Hinsicht bedeutet durchlässig, dass das Kunststoffwerkstück 1 weniger als einen vorbestimmten Anteil der einfallenden Strahlung absorbiert. Das Kunststoffwerkstück 1 kann demgemäss durchsichtig oder durchscheinend für die Strahlung im sichtbaren Spektrum sein oder kann solche Strahlung reflektieren, jedoch typischerweise nicht vollständig absorbieren (d. h. schwarz). Folglich ist das Kunststoffwerkstück 1 entweder farblos, klar mit einem gefärbten Farbton oder gefärbt.
Das Kunststoffwerkstück 2 kann oder kann auch nicht durchsichtig für die Strahlung im sichtbaren Spektrum sein. Im Gegensatz zu dem Kunststoffwerkstück 1 ist es jedoch für das Kunststoffwerkstück 2 notwendig, Strahl 4 absorbieren zu können. Demgemäss ist ein Additiv dem Kunststoffwerkstück 2 zugesetzt, wobei das Additiv für die Wellenlänge des Strahls absorptiv ist und transmissiv für Strahlung in dem sichtbaren Spektrum. Weil der Verbindungsbereich 3 dem Strahl 4 ausgesetzt ist, kann das Additiv nur in dem Teil des Kunststoffteils 2 vorgesehen sein, das den Verbindungsbereich bildet, oder es kann alternativ in dem gesamten Kunststoffwerkstück 2 vorgesehen sein.
Der Strahl 4 besitzt eine Wellenlänge außerhalb des sichtbaren Spektrums, jedoch im Bereich, der durch das Additiv absorbiert wird. Dies ist üblicherweise Infrarotstrahlung, die eine Wellenlänge zwischen 780-1500 nm besitzt. Demgemäss kann der Laser 5 ein Nd:YAG-Laser oder ein Diodenlaser sein.
Wenn der Verbindungsbereich 3 dem Strahl 4 ausgesetzt ist, absorbiert das Additiv die Strahlung. Dies verursacht eine Erwärmung des Additivs und Schmelzen der Kunststoffwerkstücke 1, 2 in dem Verbindungsbereich 3, wobei ein Kühlen der Werkstücke diese zusammenschweißt. Wenn die Schweißstelle hergestellt ist, weil die Materialien an der Schweißstelle durchlässig für die Strahlung im sichtbaren Spektrum sind, wird die Schweißstelle selbst nur geringe oder keine Änderung der optischen Erscheinung der Komponenten verursachen. Das Schweißen tritt in Folge der erzeugten Wärme auf, die ein Schmelzen des Kunststoffmaterials bis zu einer Tiefe von üblicherweise 0,2 mm bewirkt. Wenn kompatibles Material in einem engen Kontakt miteinander steht, wird ein Eindiffundieren der Moleküle und folglich ein Verschweißen auftreten. Die Wärmeerzeugung an der Schweißstelle wird durch den Absorptionskoeffizienten der Farbstoffschicht gesteuert und die Prozessparameter. Die Hauptparameter sind die Laserleistung, welche typischerweise zwischen 10 W und 500 W, die Schweißgeschwindigkeit (üblicherweise 5 bis 200 mm/sec) und die Fleckgröße des Laserstrahls (0,5-10 mm weit). Die Verarbeitung kann mit einem festen Laserfeld ausgeführt werden, das den Verbindungsbereich in einer definierten Zeit bestrahlt.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 ist ein erstes Kunststoffwerkstück 11 und ein zweites Kunststoffwerkstück 12 dargestellt. Es wird ebenfalls ein dünner Film von Schweißmaterial 16 verwendet, der zwischen dem ersten Kunststoffwerkstück 11 und dem zweiten Kunststoffwerkstück 12 positioniert ist, um einen Verbindungsbereich 13 zu definieren. Um die ersten oder zweiten Kunststoffwerkstücke 11 und 12 zu verschweißen, wird der Verbindungsbereich 13 dem Strahl 14 aus einer Quelle 15, wie beispielsweise einem Laser oder dergleichen, ausgesetzt.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können das erste und das zweite Kunststoffwerkstück 11, 12 für die Strahlung durchsichtig im sichtbaren Spektrum sein. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel jedoch ist es notwendig, dass das zweite Kunststoffwerkstück 12 die Strahlung des Strahls 14 absorbiert.
Während der Schweiß film 16 jedoch durchlässig für die Strahlung im sichtbaren Bereich ist, ist dieser für die Strahlung des Strahls 14 absorptiv. Folglich, wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, absorbiert das Schweißmaterial 16 Wärme, die ein Aufheizen des umliegenden Verbindungsbereichs 13 bewirkt, wenn der Verbindungsbereich 13 dem Strahl 14 ausgesetzt ist. Folglich schmelzen die Kunststoffwerkstücke 11 und 12 in dem Verbindungsbereich 13 und formen eine Schweißstelle bei Kühlung. Diese ist wieder optisch durchlässig für Strahlung im sichtbaren Spektrum.
In seiner grundlegenden Form folgt die Absorption in einem durchscheinenden Material exponentiell der Dicke (unter Vernachlässigung der Effekte von Reflektion und Streuung), d. h.
transmittierter Anteil = exp(-at).
wobei a der Absorptionskoeffizient und t die Dicke des Werkstücks ist. Die Absorptionskoeffizienten für durchscheinenden Kunststoff wurden von uns in einem Bereich von 0,02 mm&supmin;¹ bis 0,4 mm&supmin;¹ bei einer Wellenlänge von 800-1100 nm gemessen. Folglich ist der geeignete Bereich kleiner als ungefähr 1 mm&supmin;¹ für einen durchscheinenden Kunststoff. Bei einem Prozess der in Fig. 2 dargestellten Form betrug ein Absorptionskoeffizient der Farbstoffschicht ungefähr 5,4 mm&supmin;¹.
Daher sollte die absorptive Schicht einen Absorptionskoeffizienten größer als ungefähr 3 mm&supmin;¹ besitzen.
Es ist ersichtlich, dass in den beiden obigen Beispielen die Kunststoffwerkstücke 1, 2; 11, 12 während des Schweißprozesses zusammengeklammert sein können, um sicherzustellen, dass der Verbindungsbereich in Kontakt bleibt, während sich die Schweißstelle formt. Alternativ kann die Komponente mit dem absorptierenden Material zuerst bestrahlt werden und anschließend können die Werkstücke zusammengebracht werden.
Eine weitere Schweißanordnung ist in Fig. 3 dargestellt, bei der ein Paar von Kunststoffwerkstücken 20, 21 unter Verwendung eines transparenten Einsatzes 22 zu sammengeschweißt werden, der für Laserlicht absorptiv ist. Die Werkstücke 20, 21 absorbieren in diesem Fall kein Laserlicht.
Es versteht sich, dass viele weitere Variationen möglich sind, wie beispielsweise Stumpfschweißen und dergleichen.
Übliche absorbierende Additive können aus den chemischen Gruppen, wie beispielsweise Phthalozyaninfarbstoffe, metallisierte Azofarbstoffe und metallisierte Indoanilinfarbstoffe ausgewählt werden. Die nachfolgende Tabelle I zeigt einen Satz Beispiele von zueinanderpassenden Lichtquellen und Materialien: Tabelle I

Beispiele

PMMA Blattschweißen

Zwei farbige Blätter von Polymethylmethacrytat, ungefähr 3 mm dick, wurden überlappend unter Verwendung von ClearWeld mit einem Nd:YAG-Laser verschweißt. Ein 10-15 um MMA- Film mit üblicherweise 0,01-0,1 Gew.-% infrarotabsorbierendem Farbstoff wurde in der Schnittstelle platziert. Die zwei Werkstücke wurden aneinander geklemmt und mit einer Leistung von 100 W bei einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,1-1,0 m/min verschweißt. Der Laserstrahl besaß einen Durchmesser von ungefähr 6 mm und der Film eine Breite von 5 mm. Zugproben an diesem Beispiel ergaben ein Versagen in dem ursprünglichen Material angrenzend an die Schweißstelle bei Lasten in der Größenordnung von 50 N/mm. Die Schweißstelle besaß geringe Restfarbe und war klar oder klarer als das ursprüngliche PMMA.

Polyurethanbeschichtetes Stoffschweißen

Zwei durchscheinende Werkstücke eines polyurethanbeschichteten Stoffes, ungefähr 0,15 mm dick, wurden überlappend unter Verwendung des ClearWeldTM - Prozesses verschweißt. Der infrarotabsorbierende Farbstoff wurde aus einer Lösung in Azeton auf den zu verschweißenden Bereich zwischen den überlappenden Werkstücken aufgebracht. Üblicherweise 0,001- 0,1 ug/mm² wurde auf die Stoffe aufgebracht. Die zwei Werkstücke waren aneinander geklemmt und wurden mit einer anliegenden Leistung von 100 W bei Geschwindigkeiten im Bereich von 0,5-2,0 m/min verschweißt. Der Laserstrahl besaß ungefähr einen Durchmesser von 6 mm. Die erhaltene Schweißstelle besaß eine sehr geringe Restfarbe.

PA/PTFE-laminiertes Stoffschweißen

Zwei gefärbte undurchsichtige Werkstücke aus polyamid/polytetrafluoräthylenbeschichtetem Stoff, ungefähr 0,15 mm dick, wurden übereinanderlappend unter Verwendung des ClearWeld -Prozesses verschweißt. Der infrarotabsorbierende Farbstoff wurde aus einer Lösung von Azeton auf den zu verschweißenden Bereich zwischen den überlappenden Werkstücken aufgebracht. Üblicherweise 0,001-0,1 ug/mm Farbstoff wurden auf den Stoff aufgebracht. Die beiden Werkstücke wurden aneinander geklemmt und mit einer anliegenden Leistung von 100 W bei Geschwindigkeiten im Bereich von 0,1-1,0 m/min verschweißt. Der verwendete Laserstrahl besaß einen Durchmesser von ungefähr 6 mm. Der Schweißbereich besaß keine auffallende Restfarbe außer der des ursprünglichen Stoffes.
Die Schweißtechnik wurde ebenfalls zum Verschweißen von nylonbasierten Stoffen (Lasemähen/Nähen/Säumen etc.) und dünnen Filmen (PE, PEEK) eingesetzt. In diesen Fällen war der Farbstoff in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst und über den Verbindungsbereich gestrichen mit einer resultierenden Farbstoffablagerung sowohl auf der Oberfläche als auch einem sehr geringen Eindringen des Farbstoffs in das Substrat. Er trocknete vor dem Schweißen.
Eindeutig ist die Anwendung von Polymersubstraten, wie beispielsweise Polyester, Polykarbonat, Polystyren, Polysilikon und dergleichen entweder allein oder in Textilien oder Mischungen und zahlreiche thermoplastische Filme eine naheliegende Erweiterung dieses Beispiels.
Es sei angemerkt, dass, während die maximale Farbstoffnützlichkeit erzielt wird, wenn der Farbstoff vollständig in dem Substrat (Film oder Hauptmasse oder anderer Träger) gelöst ist, sind Suspensionen von Farbstoffen, die in dieser Ausführung angewendet werden, für die oben beschriebene Schweißanwendung ebenfalls effizient.

Claims

1. Verfahren zur Formung einer Schweißstelle zwischen Werkstücken (1, 2) in einem Verbindungsbereich, das die folgenden Schritte aufweist:

Aussetzen des Verbindungsbereichs (3) einer einfallenden Strahlung (4), deren Wellenlänge außerhalb des sichtbaren Bereichs liegt, so dass ein Schmelzen der Oberfläche von einem oder beiden Werkstücken (1, 2) in dem Verbindungsbereich (3) auftritt, und Zulassen, dass das geschmolzene Material sich abkühlt, wodurch die Werkstücke miteinander verschweißt werden, wobei das Verfahren zusätzlich folgendes aufweist, ein strahlungsabsorbierendes Material in dem Verbindungsbereich (3) in einem der Werkstücke oder zwischen den Werkstücken (1, 2) vorzusehen, das ein Absorptionsband passend zu der Wellenlänge der einfallenden Strahlung aufweist, so dass die einfallende Strahlung absorbiert und Wärme für den Schmelzprozess erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das strahlungsabsorbierende Material optisch durchlässig ist, so dass das Material nicht wesentlich die Erscheinung des Verbindungsbereichs oder der Werkstücke im sichtbaren Licht beeinflusst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das strahlungsabsorbierende Material zwischen zwei Werkstücke (1, 2) eingelegt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das strahlungsabsorbierende Material in mindestens einem der Werkstücke (1, 2) vorgesehen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das strahlungsabsorbierende Material auf dem Substrat durch Formen des Materials in einer Form mit einem Einsatz bereitgestellt ist, der aus dem strahlungsabsorbierenden Material geformt ist oder dieses einschließt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das strahlungsabsorbierende Material als eine Schicht auf dem Substrat bereitgestellt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das strahlungsabsorbierende Material durch Koextrusion des Materials mit dem Substrat bereitgestellt ist.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das strahlungsabsorbierende Material der Strahlung vor dem Positionieren der Werkstücke (1, 2) aneinander ausgesetzt ist.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das strahlungsabsorbierende Material der Strahlung durch eines der Werkstücke (1, 2) hindurch ausgesetzt ist.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Werkstücke (1, 2) aus Kunststoff hergestellt sind.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das strahlungsabsorbierende Material ein strahlungsabsorbierender Farbstoff ist.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die untere Grenze des Absorptionsbandes ungefähr 700 nm beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Absorptionsband einen Bereich von 780-1100 nm definiert.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Absorptionsband einen Bereich von 820-860 nm definiert.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Absorptionsband im Infrarotbereich liegt.

15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Absorptionsband nicht den Bereich von 400-700 nm einschließt.

16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Strahlung im Infrarotbereich liegt.

17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Wellenlänge der einfallenden Strahlung im Bereich von 700-2500 nm liegt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Wellenlänge der einfallenden Strahlung im Bereich von 790-860 nm liegt.

19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Wellenlänge der einfallenden Strahlung im Bereich von 940-980 nm liegt.

20. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem ein Laserstrahl als Strahlung vorgesehen ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die Werkstücke Stoffe enthalten.

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Stoffe nylonbasierte Stoffe sind.

23. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Stoffe polyurethanbeschichtet sind.

24. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Stoffe polyamid/polytetrafluoräthylen-beschichtete Stoffe sind.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die Werkstücke einen dünnen Film wie beispielsweise Polyester oder PEEK aufweisen.

26. Verfahren wenigstens nach Anspruch 9, bei dem die Werkstücke aus einem Thermoplasten hergestellt sind.

27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem das thermoplastische Werkstück Textilien sind.

28. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die Werkstücke thermoplastische Filme sind.