DE1073191B - Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Rohrstücken aus thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Rohrstücken aus thermoplastischen Kunststoffen

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DE1073191B DENDAT1073191D DE1073191DA DE1073191B DE 1073191 B DE1073191 B DE 1073191B DE NDAT1073191 D DENDAT1073191 D DE NDAT1073191D DE 1073191D A DE1073191D A DE 1073191DA DE 1073191 B DE1073191 B DE 1073191B
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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Rohrstücken aus thermoplastischen Kunststoffen Werkstücke aus thermoplastischen Kunststoffen, beispielsweise aus Polyvinylchlorid, Polyamiden, Polyurethanen, Polystyrol oder Polyäthylen, lassen sich durch Erwärmung der aufeinandergedrückten Verbindungsflächen miteinander verschweißen. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, hierfür die Reibungswärme zu verwenden, die bei der gegenseitigen Bewegung der aufeinandergedrüclçten Schweißflächen entsteht. Das eine der miteinander zu verbindenden, meist zylindrischen Werkstücke wird zu diesem Zweck beispielsweise in die Planscheibe einer Drehbank eingespannt, während man das andere mit leichtem Preßsitz festhält und gegen das rotierende Stück preßt.
  • Infolge der entstehenden Reibungswärme haftet das rotierende Stück schon nach kurzer Zeit so fest an dem anderen Werkstüclç, daß es sich mitdreht.
  • Diese rotierende Reibungsschweißung ist praktisch auf Rohre und andere zylindrische Werkstücke von verhältnismäßig geringer Länge beschränkt. Sie hat den Nachteil, daß zur Ausführung eine Drehbank oder eine andere rotierende Werkzeugmaschine erforderlich ist, so daß ambulante Schweißungen kaum möglich sind. Außerdem kann man den Schweißvorgang nicht so exakt unterbrechen, daß Rohrstutzen und andere, an den miteinander zu verbindenden Rohren oder zylindrischen Körpern vorhandene Kanten, Ansätze oder Bohrungen sich in der jeweils gewünschten gegenseitigen Stellung befinden.
  • Es wurde gefunden, daß sich die Verschweißung von Rohrstücken aus thermoplastischen Kunststoffen. beispielsweise aus Polyvinylchlorid, Polyamiden, Polyurethanen, Polystyrol oder Polyäthylen, mit Hilfe von durch Schwingbewegung erzeugter Reibungswärme ohne diese Nachteile ausführen läßt, wenn man die Reibungswärme durch Torsionsschwingungen erzeugt, deren Schwingungsachse im wesentlichen mit den Rohrachsen an der Rohrverbindungsstelle zusammenfällt. Hierbei genügen bereits verhältnismäßig geringe Schwingungsamplituden, die sich beispielsweise auf 0,2 bis 10 mm belaufen. Es können Drehschwingungen,Transversalschwingungen, Longitudinalschwingungen und beliebig miteinander kombinierte Schwingungen verwendet werden. Die Schwingungsfrequenzen und die Anpreßdrücke werden zweckmäßigerweise so gewählt, daß die zur Erzeugung einer festen Schweißverbindung nötigen Wärmemengen in kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb von 15 bis 30 Sekunden, entstehen.
  • Hierzu sind Schwingungsfrequenzen von ungefähr 10 bis 100 Hertz geeignet, die man auf beliebige, an sich bekannte Weise erzeugt. Man kann natürlich auch noch höhere Schwingungsfrequenzen verwenden.
  • Die rhythmischen Schwingungen werden hierbei derart ausgeführt, daß sie im wesentlichen parallel der miteinander zu verbindenden Endflächen verlaufen.
  • Es ist zweckmäßig, wenn die zu verbindenden Rohrenden vorher abgeschrägt werden, wobei ein Abschrägungswinkel von beispielsweise 30 bis 60 Bogengraden verwendet werden kann. Man kann die Rohrenden an der Verbindungsstelle aufweiten und auf der Rohrinnenfläche mit einem ringförmigen Versteifungsstück hinterlegen, was vornehmlich für dünnwandige Rohre in Frage kommt.
  • Ein besonderer, technisch außerordentlich wichtiger Vorteil besteht darin, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das anzuschweißende Rohrstück nicht in vollem Umfang bewegt zu werden braucht Das in Schwingungen zu versetzende Rohrstück kann in gewisser Entfernung von der Schweißstelle eingespannt werden, wobei nur das vordere freie Ende nach Art einer Stimmgabel rhythmische Schwingungen ausführt. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der Ab stand zwischen der Einspannungsstelle des schwingenden Rohrstückes und der Schweißstelle so bemessen wird, daß die rhythmische Drehschwingungsfrequenz der freien Rohrlänge im Resonanzbereich der Antriebsfrequenz liegt.
  • Besondere Vorteile besitzt das erfindungsgemäße Verfahren bei der Verlegung von Rohrleitungen. Mit Hilfe einfacher Geräte lassen sich die erforderlichen Rohrverbindungen selbst in engen Gräben und Rohrkanälen leicht ausführen.
  • In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur erfindungsgemäß en Verschweißung von thermoplastischen Kunststoffrohren in schematischer Weise dargestellt.
  • Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Rohrverschweißvorrichtung, während Fig. 2 einen Querschnitt derselben in Richtung a-b (Fig. 1) wiedergibt; Fig. 3 und 4 erläutern die Ausbildung von erfindungsgemäß miteinander zu verbindenden Rohrenden.
  • Die beiden Rohrenden 1 und 2 werden an der ringförmigen Stoßfläche 3 miteinander verschweißt. Das Rohrstück 1 wird von einer aufklappbaren Rohrschelle 4 und das Rohrstück2 von der ebenfalls aufklappbaren Rohrschelle 5 festgehalten. Die Rohrschellen 4 und 5 können mit entsprechenden Füßen auf einer gemeinsamen Grundplatte befestigt sein.
  • Auf das in Schwingungen zu versetzende Rohrstück 2 wird in der Nähe der Schweißfuge 3 ein aufklappbarer Ring 6 aufgesetzt, der an mehreren Stellen, beispielsweise an zwei oder drei Punkten, durch Federn 7 mit der das Rohrende 1 festhaltenden Ringmuffe 4 verbunden ist. Dieser Ring 6 (vgl. Fig. 2) trägt eine Lasche 8, die beweglich mit einem Hebel 9 verbunden ist. Der Hebel 9 wird von einer Kurbel bewegt, die auf der Welle 10 eines Elektromotors sitzt.
  • Bei ausreichend schneller Umdrehungsgeschwindigkeit der Motorwelle 10 wird die Rohrmuffe 6 und damit das freie Ende des Rohres 2 in kreisförmige Schwingbewegungen . ersetzt. Gleichzeitig pressen die Federn 7 die Endflächen der Rohre 1 und 2 aufeinander. Bei ausreichend hoher Vibrationsgeschwindigkeit und Federdruckkraft erreicht man nach kurzer Zeit eine feste Verbindung zwischen den beiden Rohrstücken 1 und 2. Darauf werden die Ringe 4, 5 und 6 nach Lösung entsprechender Schrauben aufgeklappt und entfernt, worauf die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verschweißen anderer Rohrstücke verwendet werden kann.
  • Der Antriebsmotor für die Schwingstange 9 kann durch geeignete Vorrichtung fest mit dem Ring 4 oder mit einer Grundplatte 11 verbunden werden, auf der die Ringe 4 und 5 mit Hilfe von Stegen 12 und 13 befestigt sind. Hierdurch erhält man ein handliches und leicht transportfähiges Gerät zur Ausführung erfindungsgemäßer Kunststoffrohrschweißungen. Die Ringe 4, 5 und 6 werden in geeigneter Weise leicht auswechselbar ausgehildet, damit sie dem jeweiligen Rohrdurchmesser angepaßt werden können.
  • Als Energiequelle für die erforderlichen Schwingbewegungen kann man an Stelle von Elektromotoren auch P reß luftmotore oder Verbrennungsmotore verwenden. In der aus Fig. 2 ersichtlichen oder in anderer geeigneter Weise werden sie mit dem aufklappbaren Ring 6 verbunden, der das freie Ende des in Vibration zu versetzenden Rohrstückes 2 umschließt.
  • Man kann auch mit einem Schwingantrieb arbeiten, dem durch vorher manuell zu betätigende mechanische Energiespeicher, z. B. durch Federwerke, der erforderliche Energievorrat zugeführt wird; Nach Fig. 3 kann das eine Rohrende eine Abschrä gung24 besitzen, während das andere, z. B; das feststehende Rohrende mit einer keilförmigen Anspitzung 15 versehen wird. Bei der erfindungsgemäßen Reibungsschweißung kann sich die zwischen den Anspitzungen 14 und 15 liegende Ringnut 16 mit dem teilweise verflüssigten oder ausgequetschten thermoplastischen Kunststoff füllen.
  • Vorzugsweise bei dünnwandigen Rohren kann man die Rohrendflächen 17 und 18 nach Fig. 4 konisch aufweiten und mit einer Hülse 19 hinterlegen, deren Oberfläche der Aufbiegung der beiden Rohrenden entspricht. Man erzielt auf diese Weise auch bei geringen Wandstärken eine unbedingt dichte und druckfeste Verbindung.
  • Bei geeigneter Frequenz und Amplitude der wärmeerzeugenden Schwingbewegung unter mäßigem Aneinanderdrücken der Schweißflächen kann man beispielsweise an Werkstücken aus Niederdruckpolyäthylen vom Molgewicht 500 000 Schweißverbindungen erreichen, die praktisch die gleiche Festigkeit aufweisen wie das ungeschweißte Material. Bei Berst-und Zugversuchen zeigt sich, daß der Bruch normalerweise außerhalb der Schweißnaht eintritt.
  • PATENTBNSPROCHE: 1. Verfahren zur Verschweißung von Rohrstücken aus thermoplastischen Kunststoffen, bei spielsweise aus Polyvinylchlorid, Polyamiden, Polyurethanen, Polystyrol oder Polyäthylen, mit Hilfe von durch Schwingbewegung erzeugter Reibungswärme, dadurch gekenmeidtnet, daß die Reibungswärme durch Torsionsschwingungen erzeugt wird, deren Schwingungsachse im wesentlichen mit den Rohrachsen an der Rohrverbindungsstelle zusammenfällt.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Rohrendflächen abgeschrägt werden, zweckmäßig in einem Winkel von 30 bis 60 Bogengraden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reibende Schwingbewegung mit Frequenzen von 10 bis 100 Hertz 10 bis 60 Sekunden ausgeführt wird 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Schwingamplituden von 0,5 bis 10 mm gearbeitet wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in rhythmische Schwingungen versetzte Rohrstück in passender Entfernung von der Verschweißungsstelle eingespannt wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung zwischen der Verschweißungsstelle (3) und der Einspannungsstelle (5) des schwingenden Rohres (2) derart bemessen wird, daß die rhythmische Drehschwingungsfrequenz des vibrierenden Rohrabschnittes im Resonanzbereich der reibenden Schwingbewegung liegt.
    7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch zwei aufklappbare,-wegebenenfalls auf einer gemeinsamen Grundplatte (11) fest angebrachte Rohrschellen (4, 5) zur Einspannung der miteinander zu verbindenden Rohrstücke und eine aufklapp bare, auf das vibrierende Rohrende aufsetzbare Rohrsehelle (6)) die durch Zugfedern (7) mit der das nicht vibrierende Rohrstück (1) haltenden Rohrschelle (4) und mit einem Schwingungsgenerator (10) verbunden ist In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 834 899; Zeitschrift«Kunststoffe im technischen Korrosionsschutz», 1943, Si 180 und 181.
DENDAT1073191D 1956-09-22 Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Rohrstücken aus thermoplastischen Kunststoffen Pending DE1073191B (de)

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