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DE3911544A1 - Verfahren und vorrichtung zum stumpfschweissen von zwei kunststoff-rohrabschnitten oder kunststoff-formstuecken - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum stumpfschweissen von zwei kunststoff-rohrabschnitten oder kunststoff-formstuecken

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DE3911544A1
DE3911544A1 DE19893911544 DE3911544A DE3911544A1 DE 3911544 A1 DE3911544 A1 DE 3911544A1 DE 19893911544 DE19893911544 DE 19893911544 DE 3911544 A DE3911544 A DE 3911544A DE 3911544 A1 DE3911544 A1 DE 3911544A1
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DE
Germany
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heating
plastic
pipe sections
suction
shells
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DE19893911544
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Armin Dommer
Dieter Dommer
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Priority to PCT/DE1990/000230 priority patent/WO1990011884A1/de
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stumpfschweißen von zwei Kunststoff-Rohrabschnitten oder Kunststoff-Formstücken, die in Spannvorrichtungen stirnseitig aufeinanderstoßend festgelegt sind, mittels einer die Endabschnitte derselben umschließenden Heizvorrichtung für die Dauer einer vorgebbaren oder vorgegebenen Heizzeit von außen her erwärmbar sind sowie nach der Erwärmung für die Dauer einer Abkühlzeit in der abgeschalteten Heizvorrichtung gehalten sind.
Eine Vorrichtung dieser Art ist durch die DE-PS 36 36 891 bekannt. Diese Vorrichtung verwendet ein Verfahren, wie es aus der DE- OS 29 23 205 bekannt ist. Während der Heizzeit und der Abkühlzeit wird ein Stützkörper in die Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke eingebracht, der sich über die Stoßstelle derselben hinweg erstreckt und eine radial nach außen gerichtete Stützkraft auf den Innenumfang der Endabschnitte der miteinander zu verschweißenden Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff- Formstücke ausübt.
Solange es sich um kurze miteinander zu verbindende Kunststoff- Rohrabschnitte handelt, bereitet das Einbringen und Herausnehmen des Stützkörpers keine allzu großen Schwierigkeiten. Es wird lediglich die Rüstzeit für den Schweißvorgang entsprechend vergrößert. Sind aber lange Kunststoff-Rohrabschnitte mit kleinem Innendurchmesser so miteinander zu verschweißen, daß kein Innenwulst entsteht, dann ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten beim Einbringen und Herausnehmen des Stützkörpers. Die Rüstzeit nimmt dann sehr stark zu und verteuert den Schweißvorgang.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stumpfschweißen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit dem Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke ohne Verwendung eines Stützkörpers so miteinander verschweißt werden können, daß kein Innenwulst an der Schweißstelle entsteht.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zumindest in der Endphase der Heizzeit und mindestens in der Anfangsphase der Abkühlzeit die Endabschnitte der Kunststoff- Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke mittels eines im Bereich der von der Heizvorrichtung erwärmten Heizzone auf den Außenumfang der Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke wirkenden Vakuums am Innenumfang der Heizvorrichtung gehalten werden.
Das Vakuum hält in dem Bereich der Heizzone, in der der Kunststoff durch die Erwärmung plastisch wird, das Material an dem Innenumfang der Heizvorrichtung, so daß es nicht in den Hohlraum der Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke ausweichen kann. Da bei der Erwärmung der Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke das plastische Material sich ausdehnt, wird es im Bereich der Stoßstelle zusammenfließen und verschmelzen. Das Vakuum hält die plastisch gewordenen Endabschnitte solange fest, bis sie eine genügende Festigkeit haben und sich selbst in ihrer Stellung festhalten. Die Gefahr eines "Durchhängens" besteht insbesondere in der Endphase der Heizzeit und der Anfangsphase der Abkühlzeit. Es muß daher mindestens während dieser Zeitspanne das Vakuum wirksam sein. Es schadet jedoch nicht, wenn es während der gesamten Heizzeit und der Abkühlzeit wirksam ist. Der Zeitaufwand für das Einbringen und Herausnehmen des Stützkörpers entfällt, so daß die Rüstzeit wesentlich verkürzt und der Schweißvorgang vereinfacht und verbilligt wird.
Das Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn vorgesehen ist, daß die Heizvorrichtung mittels Heißluft oder heißen Öls geheizt und mittels Kühlluft oder Kühlöl gekühlt wird. Für die Erwärmung und Kühlung der miteinander zu verbindenden und verbundenen Teile können dann dieselben Kanäle und Kammern der Heizvorrichtung verwendet werden.
Da die Verschweißung der Teile keine Anpreßkraft erfordert, die über eine Verstellung der Spannvorrichtungen aufgebracht werden muß, wird eine weitere Vereinfachung und Verbilligung dadurch erreicht, daß die Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke während der Heizzeit und der Abkühlzeit in der unveränderten Stellung der Spannvorrichtungen gehalten werden.
Eine einfache Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung zwei halbhohlzylinderförmige Heizschalen aufweist, die in der die Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke umschließenden Stellung mindestens eine in Umfangsrichtung umlaufende Vakuumkammer bilden, die mittels über den Umfang verteilter Saugkanäle der mittels umlaufender Saugschlitze mit dem die Heizzone überdeckenden Innenumfang der Heizvorrichtung in Verbindung steht.
An die so gestaltete Heizvorrichtung braucht nur ein Sauggebläse oder dgl. angeschlossen zu werden, dessen Sauganschluß mit der Vakuumkammer zu verbinden ist. Das Vakuum braucht nur während der kritischen Zeit, in der die Endabschnitte der Kunststoff­ Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke aufgrund Ihrer Plastizität keine ausreichende Festigkeit haben das Material an dem Innenumfang der Heizvorrichtung festzuhalten. Dabei ist wichtig, daß das Vakuum über den gesamten Umfang beider Endabschnitte wirkt und diese festhält, was durch einen entsprechend gewählten Unterdruck in der Vakuumkammer erreicht werden kann.
Eine gleichmäßige Verteilung der Saugkraft auf beide miteinander zu verbindenden Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke wird nach einer Ausgestaltung dadurch erreicht, daß die Heizschalen eine mittlere Heizkammer und beidseitig davon je eine Vakuumkammer aufweisen und daß die Saugkanäle oder Saugschlitze von diesen Vakuumkammern ausgehen und im Bereich der Heizkammer auf dem Innenumfang der Heizschalen enden. Als Heizmedium kann Heißluft oder heißes Öl durch die Heizkammer geleitet werden.
Ist vorgesehen, daß die Heizschalen eine nach außen offene Ringnut zur Aufnahme eines elektrischen Heizelementes bilden, dann kann die Erwärmung auch über übliche elektrische Heizelemente erfolgen.
Der konstruktive Aufbau der Heizvorrichtung kann nach einer Ausgestaltung so vorgenommen werden, daß die Heizschalen aus einer Innenschale und einer Außenschale zusammengesetzt sind, die dicht miteinander verbunden sind, daß die Saugkanäle oder die Saugschlitze in die Innenschale eingebracht sind und daß die Außenschalen mittels angeformter Stege die Vakuumkammern und die Heizkammer oder die Ringnut für das elektrische Heizelement abteilen. Die Dichtungselemente stellen insbesondere sicher, daß die Vakuumkammern zur Atmosphäre und zur Heizkammer hin entkoppelt und abgedichtet sind. Demselben Zweck dient auch die weitere Ausgestaltung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vakuumkammern der Heizschalen an den aufeinandertreffenden Stirnflächen offen und mittels Dichtungselementen zur Atmosphäre und Heizkammer hin abgedichtet sind.
Der Wirkungsgrad beim Erwärmen läßt sich dadurch verbessern, daß die Innenschalen aus gut wärmeleitendem Material und die Außenseiten aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen.
Die Heizzone und das Temperaturprofil längs der miteinander zu verbindenden Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke wird nach einer Ausgestaltung dadurch festgelegt, daß die Heizzone durch die Breite der Heizkammer vorgegeben ist. Die optimale Saugwirkung auf die Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke wird dann erhalten, wenn vorgesehen ist, daß die Saugkanäle oder Saugschlitze in kleinem Abstand von der Mitte der Heizkammer oder der Ringnut für das elektrische Heizelement, d.h. von der Stoßstelle der Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke, enden.
Das Einbringen der Saugkanäle wird dadurch erleichtert, daß die Saugkanäle als Bohrungen ausgebildet sind. Damit die Saugschlitze in eine halbhohlzylindrische Innenschale einheitlicher Wanddicke eingebracht werden können, sieht eine Weiterbildung vor, daß die Saugschlitze in regelmäßigen Winkelbereichen unterbrochen sind.
Ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß der Innenumfang der Heizvorrichtung im Bereich der Saugkanäle oder Saugschlitze einen größeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser der Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff- Formstücke und eine umlaufende Saugkammer bildet, dann kann auf der Außenseite eine Ausweichstelle für überschüssiges Material der Schweißnaht geschaffen werden. Dies kann erforderlich sein, wenn zur Verbesserung der Schweißnaht die aufeinanderstoßenden Endabschnitte nach dem Erwärmen eine kleine Bewegung aufeinander zu ausführen.
Die Erfindung wird anhand eines im Längsschnitt dargestellten Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.
Bei dem Ausführungsbeispiel werden die Endabschnitte der beiden Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 in den Spannvorrichtungen 23 und 24 festgelegt und zwar so, daß die einander zugekehrten Stirnflächen satt und mit gewissem Druck aneinander anliegen.
Dann wird die Heizvorrichtung 12 über der Stoßstelle der miteinander zu verbindenden Kunststoff-Rohrabschnitt 10 und 11 angebracht. Diese Heizvorrichtung 12 besteht aus den beiden halbhohlzylinderförmigen Heizschalen 13 und 25, die angelegt die Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 vollständig umschließen.
Die Heizschale 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Heißluftheizung mit der zentrisch umlaufenden Heizkammer 16 und den beidseitig dazu angeordneten Vakuumkammern 17 und 18.
Besteht die Heizvorrichtung 12 aus zwei gleichen Heizschalen 13, dann können die Heizkammer 16 und die Vakuumkammern 17 und 18 an den aufeinanderstoßenden Stirnflächen verschlossen sein. Jede Heizkammer und jede Vakuumkammer ist dann getrennt anzuschließen und zwar an die Quelle des Heizmediums bzw. an die Unterdruckquelle eines Sauggebläses oder dgl. Die Kammern können jedoch auch offen sein und sich als Ringkammer vollständig um die Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitt 10 und 11 erstrecken. Die Vakuumkammern 17 und 18 sind dann im Bereich der aufeinanderstoßenden Stirnflächen mittels Dichtungselementen 22 und 34 zur Heizkammer 16 und zur Atmosphäre hin abgedichtet.
In diesem Fall ist die Zufuhr des Heizmediums und der Anschluß der Unterdruckquelle einfacher, da es nur eine einzige umlaufende Heizkammer 16 und nur zwei umlaufende Vakuumkammern 17 und 18 gibt. Die Heizschalen 13 sind zur Erhöhung des Wirkungsgrades aus einer gut wärmeleitenden Innenschale 14 und einer schlecht wärmeleitenden Außenschale 15 zusammengesetzt. In die Innenschale 14 sind Saugkanäle 19 und 20 eingebracht, die die Vakuumkammern 17 und 18 mit dem Innenumfang der Heizvorrichtung 12 verbinden. Dabei sind die Saugkanäle 19 und 20 über den gesamten Umfang der Heizschalen 12 gleichmäßig verteilt und enden in kleinem Abstand zur Stoßstelle der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11, d.h. zur Mitte der Heizzone 21, die im Temperaturprofil den höchsten Wert aufweist. Bei Erzeugung eines Unterdruckes in den Vakuumkammern 17 und 18 wird am Außenumfang der Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 eine Zugkraft erzeugt, die bei der Erwärmung und Plastifizierung des Materials ein Ausweichen desselben in den Innenraum der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 verhindert. Der erforderliche Wärmebedarf für die Plastifizierung wird mittels Heißluft oder heißen Öls zugeführt, die bzw. das die Heizkammer(n) durchströmt.
Bei der Erwärmung dehnt sich das Material aus, wodurch die Verschweißung im Bereich der Stoßstelle der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 erfolgt. Der Heizzeit schließt sich an die Abkühlzeit an, in der anstelle von Heißluft Kühlluft oder Kühlöl durch die Heizkammer(n) 16 geleitet wird. Die Vakuumkammern 17 und 18 stehen solange noch unter Unterdruck, bis das Material soweit abgekühlt ist, daß es eine Festigkeit aufweist, die ein Verformen aufgrund des Eigengewichtes ausschließt. Das Vakuum muß also mindestens in der Endphase der Heizzeit und am Anfang der Abkühlzeit wirksam sein, da das Material in dieser Zeitspanne noch keine ausreichende Festigkeit zum Selbsttragen aufweist. Am einfachsten ist es jedoch, wenn das Vakuum während der gesamten Heizzeit und der gesamten Abkühlzeit wirksam ist.
Die aus Innenschale 14 und Außenschale 15 zusammengesetzte Heizschale 13 weist Dichtungselemente 36 auf, die im gegenseitigen Anlagebereich die Vakuumkammern 17 und 18 zur Atmosphäre und zur Heizkammer 16 hin abdichten.
Wie die untere Halbschale 25 zeigt, können die beiden im Querschnitt U-förmigen Außenschalen 27 und 28 mit der Innenschale 26 verbunden werden, um die Vakuumkammern 30 und 31 zu bilden.
Das elektrische Heizelement 29 wird in die zwischen den Außenschalen 27 und 28 gebildete Ringnut eingebracht. Die Außenschalen 27 und 28 können mit der Innenschale 26 dicht verschweißt sein, so daß die Vakuumkammern 30 und 31 zur Atmosphäre hin abgedichtet sind, wie die Schweißnähte 35 zeigen. Die Vakuumkammern 30 und 31 können im Bereich der Stoßstellen zur anderen Heizschale 25 hin wieder offen oder geschlossen sein. Sind die Vakuumkammern 30 und 31 offen, dann sind sie, wie bei der Heizschale 13, zur Atmosphäre hin mittels Dichtungselementen abzudichten.
Der Aufbau der Heizvorrichtung 12 kann auch anders sein, wesentlich für die Erfindung ist nur, daß mindestens eine Vakuumkammer vorgesehen ist, die sich über den gesamten Umfang der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 oder Kunststoff-Formstücke erstreckt und so mit dem Innenumfang der Heizvorrichtung in Verbindung steht, daß sich das Vakuum in der Nähe der Stoßstelle, d.h. Verbindungsstelle, gleichmäßig auf beide Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 oder Kunststoff-Formstücke und auf den gesamten Umfang derselben auswirken und das plastische Material am Innenumfang der Heivorrichtung halten kann.

Claims (14)

1. Verfahren zum Stumpfschweißen von zwei Kunststoff- Rohrabschnitten oder Kunststoff-Formstücken, die in Spannvorrichtungen stirnseitig aufeinanderstoßend festgelegt sind, mittels einer die Endabschnitte derselben umschließenden Heizvorrichtung für die Dauer einer vorgebbaren oder vorgegebenen Heizzeit von außen her erwärmbar sind sowie nach der Erwärmung für die Dauer einer Abkühlzeit in der abgeschalteten Heizvorrichtung gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der Endphase der Heizzeit und mindestens in der Anfangsphase der Abkühlzeit die Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte (10, 11) oder Kunststoff-Formstücke mittels eines im Bereich der von der Heizvorrichtung (12) erwärmten Heizzone (21) auf den Außenumfang der Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte (10, 11) oder Kunststoff- Formstücke wirkenden Vakuums am Innenumfang der Heizvorrichtung (21) gehalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (21) mittels Heißluft oder heißen Öls geheizt und mittels Kühlluft oder Kühlöl gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Rohrabschnitte (10, 11) oder Kunststoff-Formstücke während der Heizzeit und der Abkühlzeit in der unveränderten Stellung der Spannvorrichtungen (23, 24) gehalten werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (12) zwei halbhohlzylinderförmige Heizschalen (13, 25) aufweist, die in der die Kunststoff-Rohrabschnitte (10, 11) oder Kunststoff-Formstücke umschließenden Stellung mindestens eine in Umfangsrichtung umlaufende Vakuumkammer (17, 18, 30, 31) bilden, die mittels über den Umfang verteilter Saugkanäle (19, 20, 32, 33) oder mittels umlaufender Saugschlitze mit dem die Heizzone (21) überdeckenden Innenumfang der Heizvorrichtung (12) in Verbindung steht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschalen (13) eine mittlere Heizkammer (16) und beidseitig davon je eine Vakuumkammer (17, 18) aufweisen und daß die Saugkanäle (19, 20) oder Saugschlitze von diesen Vakuumkammern (17, 18) ausgehend und im Bereich der Heizkammer (16) auf dem Innenumfang der Heizschalen (13) enden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschalen (25) eine nach außen offene Ringnut zur Aufnahme eines elektrischen Heizelementes (29) bilden.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschalen (13, 25) aus einer Innenschale (14 bzw. 26) und einer Außenschale (16 bzw. 27, 28) zusammengesetzt sind, die dicht miteinander verbunden sind, daß die Saugkanäle (19, 20 bzw. 32, 33) oder die Saugschlitze in die Innenschale (14 bzw. 16) eingebracht sind und daß die Außenschalen (15 bzw. 27, 28) mittels angeformter Stege die Vakuumkammern (17, 18 bzw. 30, 31) und die Heizkammer (16) oder die Ringnut für das elektrische Heizelement (29) abteilen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammern (17, 18, 30, 31) der Heizschalen (13, 25) an den aufeinandertreffenden Stirnflächen offen und mittels Dichtungselementen (22, 34) zur Atmosphäre und Heizkammer (16) hin abgedichtet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschalen (14, 26) aus gut wärmeleitendem Material und die Außenschalen (15, 27, 28) aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizzone (21) durch die Breite der Heizkammer (16) vorgegeben ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugkanäle (19, 20, 32, 33) oder Saugschlitze in kleinem Abstand von der Mitte der Heizkammer (16) oder der Ringnut für das elektrische Heizelement (29), d.h. von der Stoßstelle der Kunststoff-Rohrabschnitte (10, 11) oder Kunststoff-Formstücke, enden.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugkanäle (19, 20, 32, 33) als Bohrungen ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugschlitze in regelmäßigen Winkelbereichen unterbrochen sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenumfang der Heizvorrichtung (12) im Bereich der Saugkanäle (19, 20, 32, 33) oder Saugschlitze einen größeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser der Kunststoff-Rohrabschnitte (10, 11) oder Kunststoff- Formstücke und eine umlaufende Saugkammer bildet.
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