DE1136814B

DE1136814B - Verfahren und Vorrichtung zum Verschweissen von Kunststoffrohren

Info

Publication number: DE1136814B
Application number: DEB41987A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Matthias Stechl; Dr Hans Seiberth; Dipl-Ing Gustav Loewenberg; Karl Mueller
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1956-10-03
Filing date: 1956-10-03
Publication date: 1962-09-20

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Kunststoffrohren Kunststoffrohre werden in zunehmendem Maße an Stelle von metallischen Rohren verwendet. Ihre wesentlichen Vorteile sind in einer hohen Sicherheit gegen chemischen und elektrolytischen Angriff zu sehen, ferner in ihrer Unempfindlichkeit gegen Frostschäden bei der Anwendung für Wasserleitungen, in ihrem geringen Gewicht und ihrer leichten Bearbeitungsmöglichkeit. Für die Einführung der neuen Technik im Rohrleitungsbau ist es von Bedeutung, daß die Rohre sich leicht verbinden lassen.
Für die Verbindung zweier Rohrenden sind z. B.
Muffen bekannt, in die elektrische Heizleiter eingebettet sind, die, kurzzeitig an eine Stromquelle angeschlossen, die Muffe so weit erwärmen, bis ihre Verschweißung mit den eingesteckten Rohrenden erfolgt ist. Einfacher ist die stumpfe Zusammenschweißung gegenüberliegender Rohrenden ohne Muffe. Dazu ist schon vorgeschlagen worden, zwischen die Rohrenden zunächst eine von innen heraus geheizte, den gesamten Schweißquerschnitt bedeckende Platte zu legen, mit der die unter geringem Druck anliegenden Rohrenden bis auf die erforderliche Erweichungstemperatur erwärmt werden. Erst nach dem Herausziehen der Platte werden die Rohrenden bis in die ausgerichtete Schweißlage unter Beibehaltung eines axialen Druckes zusammengeschoben, so daß die Schweißverbindung entsteht. Es ist ferner vorgeschlagen worden, zwischen die Rohrenden eine runde Heizdrahtschlinge zu legen, um damit die gesamte Schweißfläche gleichzeitig zu erwärmen. Dabei wird die Heizdrahtschlinge entweder in der Schweißstelle belassen oder aber vor dem Zusammenpressen der Rohrenden herausgezogen und tritt dabei in den lichten Rohrquerschnitt ein. Dieses Verfahren läßt auch in Verbindung mit entsprechenden Vorrichtungen keinen selbsttätigen Ablauf in der Aufeinanderfolge seiner einzelnen Arbeitsgänge zu.
Ferner wird beim Herausziehen der Drahtschlinge aus der aufgeheizten Stoßfuge meist plastifizierter Werkstoff von einer Stelle des kreisringförmigen Querschnitts fortgetragen und einer anderen Stelle zugeführt. Dabei verbleiben an der Schweiß stelle häufig Wülste oder Unebenheiten, die besonders an der Rohrinnenseite stören und später nicht mehr zu beseitigen sind. Die Güte einer Rohrschweißung wird aber außer nach der Festigkeit auch danach beurteilt, ob sich im Innern des Rohres ein querschnittsverändernder Schweißwulst gebildet hat.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezweckt, derartige Nachteile beim stumpfen, muffenlosen Verschweißen einander gegenüberliegender Rohrenden zu vermeiden. Es besteht darin, daß ein Heizdraht, der tangential zum Durchlaß des Rohres zwischen die zusammengedrückten Rohrenden ohne Anschneiden der lichten Rohrweite eingeführt worden ist, nach seinem Aufheizen unter Beibehaltung der tangentialen, die lichte Weite des Rohres nicht schneidenden Lage rundherum durch die Stoßfuge geführt wird. Der Kunststoff wird in der Stoßfuge fortlaufend etwa auf Sekantenlinien auf die erforderliche Erweichungstemperatur gebracht und die Rohrenden währenddessen gegeneinandergedrückt, wobei diese gleichermaßen fortlaufend sich verbinden. Zuletzt wird der Draht, ebenfalls ohne in die lichte Weite des Rohres einzutreten, aus der Stoßfuge herausgezogen.
Der oder die geraden Heizdrähte werden rundherum tangential zweckmäßig an einem Kreis geführt, dessen Durchmesser etwas größer ist als der innere Durchmesser des Rohres.
Zur Durchführung des Verfahrens verwendet man zweckmäßig eine Vorrichtung, die aus zwei auf den Rohrenden zu befestigenden, deren axiale Zusammenpressung bewirkenden Spannbacken besteht, die einen etwa ringförmigen Halter für einen oder mehrere Heizdrähte nebst zugehörigen Befestigungs- und Drahtspannmitteln zwischen sich aufnehmen und diesen Halter bzw. die eingespannten Rohrenden unter konzentrischer Führung zu drehen gestatten.
Eine beispielsweise Ausführungsform sei an Hand der Abbildungen erläutert.
Abb. 1 zeigt die stumpf zusammenzuschweißenden Rohrenden 10 und 11, auf die mittels je eines Schnellverschlusses die zweiteilig ausgeführten Spannbacken 13 und 14 der Vorrichtung aufgesetzt sind.
Bei Anordnung von mehr als einem Heizdraht sind die Spannbacken gegebenenfalls entsprechend öfter zu unterteilen. Führungsstifte 15 sind in der Spannbacke 13 befestigt und durchdringen entsprechende Bohrungen 12 in der Spannbacke 14. Sie sind so lang, daß sie auf ihren freien Enden Federn 16 aufnehmen können, die sich gegen Scheiben 17 abstützen. Sind die Spannbacken auf den Rohren 10 und 11 fest aufgesetzt, dann werden die Rohre mit ihren Stirnseiten entsprechend der Kraft sämtlicher Federn 16 zusammengedrückt. Die Spannbacken 13 und 14 besitzen ferner in den einander zugewandten Flächen je eine kreisringförmige Nut 13 a bzw. 14 a, in welche Zapfen 18 des einen oder mehrere Heizdrähte 20 aufnehmenden Halters 19 eintreten. Die Nuten 13a bzw. 14a stellen im Zusammenwirken mit den Zapfen 18 die Führungsmittel für eine konzentrische Bewegung des Halters 19 um die zu verschweißenden Rohrenden dar. Die gegenseitige Halterung der Spannbacken 13 und 14 kann auch durch einen Bügel, ähnlich einer Schraubzwinge, erfolgen, wodurch für die Drehung des Halters 19 mehr freier Platz gewonnen wird.
In Abb. 2 ist der Aufbau des Halters und die Anordnung und Befestigung der Heizdrähte 20 näher veranschaulicht. Der Halter 19 stellt sozusagen den Schweißkopf der Vorrichtung dar und ist hier zweiteilig ausgeführt, wobei seine etwa als Halbringe anzusprechenden Teile 19 a und 19 b voneinander isoliert sind. Die Halbringe nehmen in ihrer Bohrung die Enden der zu verschweißenden Rohre mit gewissem radikalem Spiel auf. Sie sind ferner von ihren schmalen Seiten her in der Weise ausgerichtet durchbohrt, daß die Achse dieser Bohrungen 21 a und 21 b nahezu eine Tangente an die Innenwand des Rohres 10 bzw. 11 darstellt, die von der Seite, entsprechend Abb. 1, gesehen mit der Rohrachse einen rechten Winkel einschließt. Der Abstand dieser Tangente von der Innenwand des Rohres entspricht zweckmäßig dem einfachen bis doppelten Durchmesser des jeweils verwendeten Heizdrahtes. Die ausgerichteten Bohrungen 21 a und 21b nehmen einen Heizdraht 20 auf, zu dessen Halterung auf der einen Seite, beispielsweise am Halbring 19 b, eine Schenkelfeder 22 befestigt ist, deren freies Ende in eine Schlinge des Heizdrahtes greift. Das andere Ende des Heizdrahtes wird in der Bohrung 21 a des Halbringes 19 a beispielsweise mittels einer Schnellspannvorrichtung 23 festgeklemmt. Der Heizdraht 20 steht somit ständig unter der Spannung der Feder 22 und nimmt gegenüber der Kreisringfläche der zu verschweißenden Rohrenden die Lage der obengenannten Tangente ein.
Statt nur eines Heizdrahtes 20 können in vorzugsweise gleichmäßiger Verteilung um den Rohrstoß auch mehrere Heizdrähte auf die beschriebene Weise tangential angeordnet sein. Wie die Abb. 2 zeigt können beide die Halbringe 19 a und 19 b durchdringende Bohrungen 21a und 21b an der dem Rohrstoß zugewandten Seite weiter aufgebohrt sein und Glättungsstücke 24 aufnehmen, die sich unter der Spannung zugehöriger Federn 25 von außen her gegen die Stoßfuge der zu verschweißenden Rohrenden anlegen. Die Glättungsstücke 24 sind zur Durchführung des Heizdrahtes 20 durchbohrt und werden zweckmäßig durch eine besondere nicht näher dargestellte Heizwicklung elektrisch beheizt.
Es ist ferner möglich, die Spannbacken 13 und 14 als Führung für eine nicht näher dargestellte Schneidvorrichtung zu benutzen, die es gestattet, die Stirnflächen der Rohrenden vor dem Zusammenbau der Schweißvorrichtung in definiertem Abstand von den Spannbacken plan zu schneiden. Hierdurch wird erreicht, daß der bzw. die Heizdrähte später sicher in der Trennfuge des Rohrstoßes laufen.
Unter Anwendung der beschriebenen Vorrichtung gestaltet sich das Verfahren zum Verschweißen von Kunststoffrohren wie folgt: Zunächst werden die beiden Spannbacken 13 und 14 auf den Rohrenden 10 und 11 festgespannt. Das Planschneiden der beiden Rohrenden erfolgt dann mit der erwähnten Schneidvorrichtung. Sodann wird die Schweißvorrichtung zusammengebaut, d. h. der Halter 19 in die Nuten 13 a und 14 a eingesetzt und die beiden Spannbacken 13 und 14 mit den Bolzen 15 verbunden. Die Rohrenden kommen dadurch zwangläufig sowohl in axialer als auch in radialer Richtung in die richtige Lage und werden durch die Federn 16 mit der zum Schweißen notwendigen Kraft zusammengedrückt.
Der oder die im Halter 19 eingespannten Heizdrähte 20 liegen dabei bereits in der kreisringförmigen Stoßfuge, und zwar in geringem Abstand von der Rohrinnenwand. Über die Heizdraht-Einspannstellen an den voneinander isolierten Halbringenl9a und 19 b des Halters wird nach Einschalten dem Heizdraht die erforderliche elektrische Heizleistung zugeführt. Nach einer geringen Vorheizzeit wird beispielsweise der Halter 19 gegenüber den Spannbacken 13 und 14 und somit auch gegenüber den Rohrenden mit vorzugsweise gleichem Drehmoment oder mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit langsam gedreht. Diese Drehung kann selbsttätig, beispielsweise mittels eines an einem vorbestimmten Hebelarm am Halter 19 eingreifenden Gewichtes, mittels einer vorgespannten Feder oder bei für den Halter 19 vorgesehener exzentrischer Massenverteilung auch durch dessen eigenen Schwerkrafteinfluß erfolgen. Je nach der Zahl der vorgesehenen Heizdrähte 20 wird deren Bewegung durch die zu verschweißende Stoßfuge bis zu einem Winkel von 360 oder 1800 bei zwei Heizdrähten bzw. 1200 bei drei Heizdrähten fortgesetzt und dabei das Material an der Stoßfuge auf Sekantenlinien bis auf einen zur Schweißung ausreichenden Plastifizierungsgrad erwärmt. Hinter den wie beschrieben bewegten Heizdrähten stellt das plastifizierte Material zwischen den Rohrenden eine homogene Verbindung her. Der geringe Abstand jedes Heizdrahtes von der Rohrinnenwand ist so bemessen, daß eine ausreichende Aufheizung auch der inneren Randzonen der Stoßfuge noch sichergestellt ist, andererseits aber die Bildung eines Schweißwulstes an der Rohrinnenseite verhindert wird. An der Außenfläche der Stoßfuge bzw.
Schweißstelle drücken die angewärmten Glättungsstücke 24 gegen das plastische Material der Stoßfuge und verhindern die Ausbildung eines störenden und querschnittsverändernden Schweißwulstes an der Rohraußenfläche.
Soll der Schweißvorgang im ganzen selbsttätig ablaufen, so wird zweckmäßig für den Hebel 23 der sich um die Rohrenden drehenden im Halter 19 angeordneten Heizdrahtspannvorrichtung an einer der Spannbecken 13 oder 14 ein Anschlag vorgesehen der nach beendeter Winkeldrehung des Halters 19 gegenüber dem zu verschweißenden Rohrquerschnitt wirksam wird und dabei die Spannvorrichtung 23 öffnet. Der Stromfluß durch den betreffenden Heizdraht wird dabei unterbrochen. Jeder Heizdraht 20 wird ferner im gleichen Augenblick, der Kraft der Feder 22 folgend, selbsttätig und rasch aus der Schweißstelle noch vor dem Erstarren des plastifizierten Materials herausgezogen. Das Herausziehen der Heizdrähte aus der Schweißnaht kann auch dadurch ausgelöst werden, daß nach beendeter Winkeldrehung des Halters 19 auf die Heizdrähte ein Stromstoß gegeben wird, der so bemessen ist, daß die Heizdrähte augenblicklich durchbrennen und die Enden durch die Kraft der Federn 22, die in diesem Falle an beiden Enden der Heizdrähte vorzusehen sind, herausgezogen werden. Mit der beschriebenen Vorrichtung sind Rohrschweißungen in jeder Rohrlage möglich.
Es ist ferner ohne weiteres einzusehen, daß statt der Drehung des Halters 19 auch die Rohrenden 10 und 11 mit den aufgesetzten Spannbacken 13 und 14 gegenüber dem festgehaltenen Schweißkopf bzw.
Halter 19 gedreht werden können.
Der selbsttätige Ablauf des eigentlichen Schweißvorganges bewirkt, daß die Schweißnaht immer gleichmäßig und mit optimaler Güte hergestellt wird. Für die Verschweißung von Kunststoffrohren sind bei Anwendung der beschriebenen und hinsichtlich gegebener Einstellmöglichkeiten vorbereiteten Vorrichtung keine qualifizierten Facharbeiter mehr erforderlich, vielmehr kann nach einer Vorbereitung der Schweißstelle die stumpfe Verschweißung der Rohrenden wegen der einfachen Handhabungsweise der Vorrichtung auch mit ungelernten Kräften ausgeführt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Verschweißen von Kunststoffrohren an ihren stumpf zusammenstoßenden Enden, wobei in die Stoßfuge vorübergehend ein elektrisch gespeistes Heizelement eingeführt wird und die Rohrenden gegeneinandergedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizdraht, der tangential zum Durchlaß des Rohres zwischen die zusammengedrückten Rohrenden ohne Anschneiden der lichten Rohrweite eingeführt worden ist, nach seinem Aufheizen unter Beibehaltung der tangentialen, die lichte Weite des Rohres nicht schneidenden Lage rundherum durch die Stoßfuge geführt und zuletzt, ebenfalls ohne in die lichte Weite des Rohres einzutreten, herausgezogen wird, wobei der Kunststoff fortlaufend etwa auf Sekantenlinien auf die erforderliche Erweichungstemperatur gebracht wird und die Rohrenden, die währenddessen gegeneinander- gedrückt werden, gleichermaßen fortlaufend sich verbinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht nach Beendigung seiner Relativbewegung gegenüber den Rohrenden elektrisch durchgebrannt und die Heizdrahtenden unter der Wirkung von Kraftspeichern zwangläufig aus der Stoßfuge bzw. Schweißstelle herausgezogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Spannmittel für den Heizdraht nach Beendigung seiner Relativbewegung gegenüber den Rohrenden geöffnet und der Heizdraht unter der Wirkung eines Kraftspeichers zwangläufig aus der Stoßfuge bzw. Schweißstelle herausgezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen dem Heizdraht und den stumpf zusammengestoßenen Rohrenden mittels auf den Heizdrahthalter ausgeübten gleichen Drehmoments ausgeführt wird.
5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen die zu verbindenden Rohrenden umschließenden und urn die Rohrachse drehbaren Heizdrahthalter (19), in den ein oder mehrere Heizdrähte (20) tangential zum Durchlaßquerschnitt des Rohres eingespannt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch zwei auf den zu verbindenden Rohrenden zu befestigende und deren Zusammenpressung bewirkende Spannbacken (13, 14), die den um die Rohrachse drehbaren Heizdrahthalter (19) für einen oder mehrere Heizdrähte (20) nebst zugehörigen Heizdrahtspannmitteln (22) zwischen sich aufnehmen und ihm für die Drehbewegung die Führung geben.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (19) für jeden der Heizdrähte (20) je ein Schnellspannmittel (23) zum Festklemmen eines Heizdrahtendes und eine Feder (22) zum Festhalten des anderen Heizdrahtendes besitzt. die diesen gleichzeitig unter Spannung hält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (19) zweiteilig oder mehrteilig ausgeführt ist und daß die Teile voneinander elektrisch isoliert sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß vorzugsweise an der Austrittsstelle der Heizdrähte aus der Schweißstelle sich an die Rohraußenfläche anlegende, vorzugsweise geheizte Formstücke (24) vorgesehen sind, die eine Glättung des äußeren Schweißwulstes an der Stoßstelle bewirken.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2384014.