DE2308078A1 - Vorrichtung zum schweissen von rohren aus thermoplasten - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Schweißen von Rohren aus Thermoplasten Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schweißen von Rohren aus Thermoplasten, vorzugsweise aus Polybuten, Polyaethylen, Polypropylen oder dergl., mit aufklappbaren Rohreinspannringen, die die beiden miteinander zu verschweißenden Rohrstücke festspannen, deren miteinander zu verschweißende Flächen von vornehmlich einschwenkbaren und nach dem Aufheizen wieder ausschwenkbaren Heizeinrichtungen aufgeheizt werden.
• Derartige Vorrichtungen waren bisher nur für Handbetrieb und eine Schweißart eingerichtet Sie konnten daher nicht universell eingesetzt werden. Außerdem gaben sie keine Sicherheit für eine einwandfreie Schweißverbindung.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu erstellen, die die Möglichkeit bietet, alle beispielsweise bei einem größeren Mcntagekomplex vorkommenden Rohrarbeiten mit optimaler Güte flerzustellen. So werden bei einem derartigen Montagekouplex Druckleitungen meist kleinen Durcnmessers und jbflußleitungen größeren Durchmessers benötigt, wobei die Druckleitungen im wesentlichen als Muffenverbindungen und die Abflußleitungen stumpfgeschweißt hergestellt werden. Alle Schweißstellen müssen dabei absolut dicht sein und rings.. an der Schweißnaht eine Festigkeit aufweisen, die der Festigkeit des verwendeten Rohres im übrigen etwa entspricht. Hohe Anforderungen werden an derartige Schweißverbindungen insbesondere dann gestellt, wenn die die Rohre nach der Montage durchetrömenden Medien warm und aggressiv sind und eine Undichtheit großen Schaden verureacnen kann.
• Diese Aufgaben werden durch die Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung steuerbar sowie zu. Stumpfschweißen, zum Muffenschweißen wie zum Handschweißen mit einem an die Vorrichtung ansteckbaren und dort aufheizbaren Heizelement eingerichtet und ohne besondere Umrüstung für jede der genannten Schweißarten verwendbar ist. Zu. Muffenschweißen wird eine elektrisch aufheizbare Muffe und zum Stumpfschweißen ein ebenso aufheizbarer Spiegel verwendet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Träger des einen Rohreinspannringes gegenüber dem Sockel der Vorrichtung unverschiebbar, der Träger des anderen Rohreinspannringes in Richtung der zu den zu verscnweißenden Rohrmündungen gehörigen Achse durch einen pneufltischen, elektrischen oder dergl. Antrieb verschiebbar angeordnet sein und ein im verschiebbaren Träger eingespanntes Rohrteil beim Verschieben das eingescnwenkte Heizelement mit seinem Träger mit zum festen Träger hin verschieben. Auch die Heizelemente für die Muffen- oder Spiegelscflweißung, die von geringem Gewicht, kurzfristig gleichmäßig aufheitbar und gegeneinander austauschbar an einer Einschwenkvorrichtung befestigt sind, können durch eine pneumatische, elektrische oder ähnliche Art ein- und ausgeschwenkt werden.
• Wesentlich iet, daß mit der Vorrichtung der Aufheiz- oder Anschmelzdruck und Anpreßdruck der miteinander zu verschweißenden Rohrenden als Funktion der Zeit gesteuert wird.
• Dies läßt sich besonders einfach bei einem pneumatisch von einem Zylinder aus verschobenen und angedrückten Rohrstück lediglich durch zeitabhängige Drosselung der Luftzufuhr zum Zylinder durchführen. Dabei darf der Anpreßdruck unmittelbar nach der Aufheizung wegen der aufgeweichten Endflächen der Rohrstücke nur gering sein. Nacn kurzer Abkühlung wird dann der Druck verstärkt und nachher bis zur gänzlichen Abkühlung und Aushärtung, die etwa 4 min dauert, wieder verringert.
• Auch Bögen lassen sich mit der Vorrichtung leicht und exakt herstellen. Dazu sind die Einspannringe oder Einepannzwingen mit ihren Trägern auf ringförmigen Schienenstücken geführt und stufenlos bis zu etwa 750 verschwenkbar.
• Die mit dem Gegenstand der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen vor allem darin, daß sich sowohl bei der Muffenwie auch bei der Stumpfschweißung immer gleich gute und immer wieder reproduzierbare Schweißnähte mit optimalen Eigenschaften erzielen lassen.
• Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der folgenden Besenreibung näher erläutert, der auch weitere Einzelheiten der Erfindung entnommen werden können.
• Es zeigen: Fig. 1 die Vorderansicht einer Schweißvorrichtung eingerichtet für Preßstumpfschweißung nach der Erfindung Fig. 1a desgleichen eingerichtet für Nuffenschweißung Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 Fig. 2a einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. la Fig. 3 einen Schnitt durch ein Muffenheizelement Fig. 4 eine Seitenansicht eines aufklappbaren Rohreinspannringes für Preßstumpfschweißung Fig. 5 die Frontansicht eines Spannbocks mit einem Exzenter für Preßstumpfschweißung Die Schweißvorrichtung 1 ist mit aufklappbaren Rohreinepannringen 2 versehen, in die zu verschweißende Rohrstücke 3 eingespannt werden. Die Rohreinspannringe haben Träger 4, mit denen sie auf einem ringförmigen Schienenstück 5 geführt sind, so daß sie um eine vertikale Achse 6 bis zu 750 verschwenkt werden können. Zu einer Schweißvorrichtung gehören mehrere Träger mit verschieden großen Einspannringen, die ausgewechselt werden können, so daß auch Rohre mit anderen Durchmessern miteinander verschweißt werden können. Das Ausschwenken der Träger 4 ist erforderlich, um auch Rohrkrümmer oder Rohrkrümmerstücke anschweißen zu können. Zum sicheren Einspannen eines Rohrkrümmers ist es zweckmäßig, eine sichelförmige Ausnehmung an der Außenseite jedes Rohreinspannringes anzubringen. Die aufklappbaren Rohreinspannringhälften 7 und 8 können jeweils durch einen an einem Exzenter 9 sitzenden Exzenterspannhebel 11 gegeneinander verspannt und damit können sogar kleine Unregelmäßigkeiten der zu verschweißenden Rohre 3 ausgeglichen werden. Der Exzenter 9 ist an zwei Laschen 12 schwenkbar gelagert, die auf beiden Seiten eines Spannbocks 13 verlaufend an ihrem vom Exzenter 9 abgekehrten Ende 14 durch einen den Spannbock 13 in einem Langloch 15 durchdringenden Bolzen 16 miteinander verbunden sind. Der Abstand dieses Bolzens 16 von einem mit der oberen Rohreinspannungshälfte 7 verbundenen Spannlager 17 kann durch eine in den Spannbock 13 eingeschraubte und in das Langloch hineinragende Schraube 18 verändert und dadurch kann die Spannung, mit der das zu verschweißende Rohr angespannt wird, eingestellt werden.
• Die Träger 4 der Rohreinspannringe sind auf der einen Seite auf einem festen Sockel 19 montiert. Aus diesem Sockel 19 ragen zwei dort fest angebrachte Gleitstangen 21 heraus, auf denen ein verschiebbarer Sockel 22 hin und her gleiten kann. Die Vor- und Rtlckbewegung des Sockels 22 wird durch einen pneumatischen Zylinder 23 hervorgerufen, der an Basisträgern 24 befestigt ist.
• An der Rückseite der Schweißvorrichtung sind Schienen 25 vorgesehen, auf denen ein Wagen 26 hin und her laufen kann.
• Dieser Wagen ist Träger von Achsen 27. Die Achse 27 dient einem Schwenkstück 29 als Lager, das durch den pneumatischen Zylinder 31 aus der in Fig. 2 dargestellten Lage in Richtung des Pfeiles 32 in eine Lage verscbwenkt werden kann, in der der auf das Schwenkstück aufgesteckte, elektrisch aufheizbare Spiegel 33 vor den einander gegenüberliegenden Mündungen der beiden eingespannten Rohrtücke 3 liegt, Während der Spiegel 33 zum Erhitzen des Rohrendes vor dem Stumpfschweißen dient, ist auch eine in Fig. 3 im Querschnitt dargestellte Heizmuffe 34 verwendbar, die zum Erhitzen der Rohrenden beim Muffenschveißen dient. Der Grundkörper 34' des Heizelemente für die Muffenschweißung, der Grundkdrper der Heizmuffe 34 also, ist aus Aluminium und deshalb leicht und hat eine kurze Aufheisselt. Die Heissuffc 34 nß aber für eine erfolgreiche Schweißung auch gleichmäßig aufgeheizt werden, und das gelingt nur bei besonderer Ausgestaltung derselben. Deshalb werden in den aus Aluminium gefertigten Grundkörper 341 auf der Seite der Muffe 36 ein Heismuffenstumpf 35 aus Kupfer eingesetzt, weil hier die durch die Abstrahlung verlorengehende Wärme schnell durch ein gut wärmeleitendes Material nachgeliefert werden muß. Im Gegensatz dazu wird es auf der anderen Seite der Heizmuffe 34, wo das Rohrende 38 eingesteckt wird, leicht zu heiß, weil hier die Värle nicht gut abfließen kann. Deshalb wird dort eine Hülse 40 mit geringerer Wärmeleitfähigkeit, beispieleweise aus Stahl, eingesetzt. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, der Hülse regional doch noch etwas mehr Wärme zuzuführen; dann wird in den Grundkörper 34 2 der Heizmuffe 34 vor der Stahlhülse 40 eine Kupferscheibe 28 eingelegt. Diese Teile werden durch den Scaraubenbolsen 44 zusammengehalten.
• Außerdem dient es der gleichmäßigen Aufheizung der Heizmuffe 34, wenn die Heizspule 37 an der Seite des Heisnuffenstumpfes 35 dichter gewickelt wird als auf der anderen und auf dieter wiederum Kühlrippen 45 aufgebracht werden, die zum freien Ende der Heizmuffe 34 hin größer sind und dichter aneinandergesetzt werden. Auf den Heizmuffenstumpf 35 wird ein Muffenende 36 zum Erhitzen aufgeschoben. Dies geschiebt in Richtung des Pfeiles B mit der Kraft B. Diese Kraft B muß größer sein als die Kraft P, die in entgegengesetzter Richtung am Stiel 39 angreift. Diese Kraft P kann beispielsweise von einer Feder oder dergl. aufgebracht werden und sie ist deshalb vorgesehen, weil die Muffe 36 zuerst über den Heizmuffenstumpf 35 geschoben werden soll und dann erst die Hülse 40 über das Rohrende 38. Die Kraft P sorgt also für die richtige Reihenfolge auch dann, wenn es zwischen Muffe 36 und Heizmuffenstumpf 35 einmal zu einer Verklemmung - vielleicht hervorgerufen durch einen kleinen Grat oder Span - oder dergleichen kommen sollte. Die von der Heizspule 37 ausgehende Wärme gelangt durch die gute Leitfähigkeit und die zur Wärmeleitung zur Verfügung stehende Nasse an gut wärmeleitendem Material leicht zum Ende der zu verschweißenden Muffe 36. Auf der anderen Seite ist das Rohrende 38 eingeschoben, zu dem auf dem kurzen Weg von der Heizspule 37 her auch ausreichend die Wärme übertragen werden kann. Damit sich die auf die Heizmuffe 34 aufgeschobenen Enden vom Rohrende 38 und der Muffe 36 beim Einschieben in die Hülse 40 bzw. Aufschieben auf den Heizmuffenetumpf 35 nicht aufwölben und abschmelsen, also nicht mit ihren Rändern anstoßen, sind die Einfahrtiefe des Rohrendes 38 in die Hülse 40 und des Heizmuffenstumpfes 35 in die aufzuheizende Muffe begrenzende Anschläge vorgesehen.
• Zur Anpassung der Heizmuffe 34 an verschiedene Größen von Rohren, die zusammengeschweißt werden sollen, werden nur verschieden große Hülsen 40 und verschieden große Heizmuffenstumpfe 35 eingesetzt. So kennen beispielsweise mit jeweils drei Heizmuffenstümpfen und drei Hülsen verschiedener Größe neun verschieden große Rohre mit ihren entsprechend großen Muffen zusammengeschweißt werden. Eine Heizauffe 34 kann mit ihrem Stiel 39 auf das Schwenkstück 29 mit den Stiften 30 aufgeschoben und mit diesem verschwenkt werden. Der Stiel kann in jedem Falle mit einem Handgriff 41 enden, so daß das leichte Gerät, das mit einem Stecker 42 elektrisch angeschlossen werden kann, nach Abnahme von der Schweißvorrichtung 1 auch nun Verschweißen von Endverbindungen bereits montierter Rohre von Hand verwendet werden kann.
• Während nun der Spiegel 33 mit Spiel auf den Stecketiften 30 aufsitzt, damit er sich beim Zusammenfahren der beiden zu verschweißenden Rohrenden an ihre Endflächen anpassen kann, muß die Heismuffe 34 ganz genau geführt sein. Sie wird daher zusätzlich mit einer Flügelsohraube 43 angeklemmt oder auf andere angreifende Weise durch Anklennen genau in Führung gebracht.
• Zum Stumpfschweißen der in Fig. 1 eingezeichneten Rohre 3 wird der Handhebel 54 betätigt und dadurch Luft in den Zylinder 31 gedrückt, der daraufhin den elektrisch aufgeheilten und durch einen Thermostaten auf vorgewählter Temperatur gehaltenen Spiegel 33 vor die Endfläche der Rohre 3 schwenkt. Nun wird der Handhebel 53 betätigt und damit das Rohr 3 gegen das Rohr 3a verschoben. Dabei nimmt das Rohr 3 den Spiegel 33 mit bis er auch an der Bndfläche des Rohre 3a anliegt. Die Rohre liegen nur mit leichtem Druck an dem Spiegel 33 an, und zwar so lange, bis die Endflächen ange schmolsen sind. Damit die richtige Aufheizzeit eingehalten -wird, wird beim Einlegen des Spiegels 33 oder der Heizmuffe 34 ein Kontakt geschaltet. Zusätzlich ist ein weiterer Kontakt vorgesehen, der eingeschaltet wird, sobald der durch das Rohr 5 verfahrene Spiegel 33 am Rohr 3 anliegt bzw. die Muffe 36, die Heizmuffe 34 und das Rohrende 38 vollständig zusammengefahren sind. Wenn diese Kontakte geschaltet sind, wird eine Zeituhr oder ein entsprechender Zeitmesser in Gang gesetzt, der nach einem vorbestimmten Zeitablauf durch ein optisches oder akustisches Signal das Ende der Aufheizzeit ankündigt. Dann werden beide Handhebel in die entgegengesetzte Richtung wie vorher gelegt, damit das Rohr 3 zurückgezogen und der Spiegel 33 zuruckgeschwenkt werden kann.
• Sofort darauf wird dann das Rohr 3 durch Betätigen des Handhebel 53 an das andere Rohr 3a herangefahren und bleibt dort einige Zeit mit inner stärker werdendem Druck anliegend, bis eine Vorabkühlung und eine gewisse Verfestigung der Schweißnaht stattgefunden hat. Das Ansteigen des Anpreßdruckes wird durch eine im pneutischen System eingebaute Drossel hervorgerufen. Dann kann der Anpreßdruck durch Druck auf den Knopf 55 erhöht werden und kann eine Weile darauf liegenbleiben, bis die Voraushärtung stattgefunden hat.
• Etwas länger braucht die Nachhärtung, die durch erneuten Knopfdruck wieder bei geringerem Druck durchgeführt werden kann. Der Anschmelzdruck ist etwa nur ein Drittel so stark wie der Anpreßdruck, welcher eine Flächenpressung von 1,5 kg/cm² aufweisen kann. Die Aufheizzeit ist verhältniemäßig kurz. Alle Zeiten können von Hand nach Signalen oder auch automatisch durch Zeitgeber gesteuert werden. Dann werden die zusammengeschweißten Rohrstücke ausgespannt, der verschiebbare Sockel 22 zurückgefahren und das Spiel kann von neuem beginnen.
• Zum Muffenschweißen wird anstelle des Spiegels 33 die Heizmuffe 34 auf das Schwenkstück 29 aufgesetzt und mit der Flügelechraube 43 festgespannt. Einerseits wird ein Rohrstück 3 und andererseits wird eine Muffe 36 eingespannt.
• Die Heizmuffe 34 wird durch Betätigen des Handhebels 54 und des Zylinders 31 eingeschwenkt. Beim Verfahren des Sockels 22 mit der Kraft B schiebt sich das Ende der Muffe 36 auf den Heizmuffenstumpf 35 und verschiebt dann langsam auch die Heizmuffe 34 gegen die Kraft P, die beispielsweise von einer Feder, hydraulisch oder sonstwie, aufgebracnt werden kann, mit nach links, bis das Rohrende 38 in die Heizmuffe 34 in der vorgesehenen Tiefe eingedrungen ist. Nach dem Weichwerden der zu verschweißenden Rohrflächen wird der Sockel 22 mit der Muffe 36 zurückgefahren. Dabei wird der Wagen 26 ein Stück mit zurückgenommen, bis das Rohrende 38 frei ist und dann der Wagen stehen gelassen und, bis auch die Heizmuffe 34 frei ist, weiter zurückgefahren. Dies wird durch eine Halteeinrichtung 61 ermöglicht, die beim Verfahren eingeschnappt ist und nach genügendem Zurückfahren an einem Vorsprung wieder ausrastet und so bei noch weiterem Zurückfahren des Sockels 22 die Einschwenkvorrichtung mit der Heizmuffe 34 stehen läßt. Diese wird nun wieder zurückgeschwenkt. Nun kann die erweichte Muffe 36 auf das erweichte Rohrende 38 aufgefahren werden. Die Einfahrtiefe wird dabei durch einen verstellbaren Anschlag 56 begrenzt.
• Damit nun die Muffenverbindung nicht gelöst werden kann bevor die Thermoplaste endgültig ausgehärtet sind, ist eine Sicherung in Gestalt einer Sperrklinke 59 oder durch Stehenlassen des pneumatischen Druckes vorgesehen, die erst nach Ablauf einer gewissen vorgewählten Zeit von etwa 4 min oder durch besondere Handgriffe gelöst werden kann. An der Vorrichtung sind auch noch Druckanzeiger 57 und 58 angebracht, an denen die in den Zylindern 23 und 31 herrschenden Drücke abgelesen werden können. Die einzelnen Bewegungevorgänge sind nun wie hier beschrieben nicht nur von Hand, sondern auch elektrisch steuerbar, wobei insbesondere die Schweißtemperatur und der Anpreßdruck nach den einzelnen Bewegungsabläufen als Funktion von der Zeit auch noch in anderer Weise als bisher beschrieben gesteuert werden können. Die Steuerung kann auch durch Steuerkurven oder durch Steuerkarten in der verschiedensten Weise gesteuert werden, so daß die Steuerung von Schweißtemperatur, Anpreßdrücken und Zeiten je nach dem verwendeten Material, seiner Stärke und dem Durchmesser der Rohre verschieden voreingestellt werden kann.
• Mit einer solchen Vorrichtung können also sämtlich. Rohrschweißvorgänge wie Stumpfschweißen, Muffenschweißen und Handschweißen an schlecht zugänglichen Stellen durchgeführt werden, ohne daß eine aufwendige Umrüstung notwendig wäre.

Claims (9)

1. Patentansprüche :

   vorrichtung zum Stumpfschweißen, zu. Ruffenschweißen wie zum Handschweißen von Rohren aus Thermoplasten,vorzugsweise aus Polybuten, Polyaethylen, Polypropylen oder dergl., die hinsichtlich der Schweißtemperaturen, Anschmelz- und Anpreßdrücke und Zeiten steuerbar und ohne besondere aufwendige Umrüstung für jede der genannten Schweißarten verwendbar ist, mit aufklappbaren Rohreinspannringen, die die beiden miteinander zu verschweißenden Rohrstücke festspannen, deren miteinander zu verschweißende Flächen von an die Vorrichtung ansteckbaren und dort aufheizbaren vornehmlich zwischen die Rohrstücke einschwenkbaren und nach dem Aufheizen wieder ausschwenkbaren Heizeinrichtungen aufgeheizt werden nach Patentanmeldung P 22 12 o55 dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der vorbestirrten Zeit für die Aufheizung durch Sbhaltkontakte festgelegt wird, die durch das Einlegen des Spiegels (33) oder der Heizuffe (34) bis zu ihrem Endanschlag und dem Anschlag des durch das Rohr (3) verfahrenen Spiegels (33) am Rohr (3a) bz. das vollständige Zusamienfahren von Rohrende (38), Heizuufte (34) und Muffe (36) geschaltet werden, und das Ende des damit begonnenen vorbestisuiten Zeitabschnitts vorzugsweise durch ein optisches oder akustisches Signal angezeigt wird.
2. 2. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden (38) zur Aufheizung nit einen gegenüber dem Anpreßdruck geringeren Druck gegen den Spiegel (33) gedrückt werden und der Autheiz- oder Anschrelzdruck während der Aufheizung noch abnlnot.
3. 3. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßdruck vorzugsweise durch eine in das pneumatische System eingebaute, gegebenenfalls regelbare Drossel langsam ansteigt, bis er etwa die dreifache Größe des Aufheiz- oder Anschielzdruckes erreicht hat und dieser größere Anpreßdruck eine Weile bis zur Aushärtung oder Abkühlung der nun zusammengeschweißten Rohrenden (38) stehengelassen wird.
4. 4. Schweißvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfahrtiefe des Rohrendes (38) in die Heizmuffe (34) und des Heizmuffenstumpfes (35) in die aufzuheizende muffe (36) durch Anschläge (56) begrenzt wird und die Verschiebekraft (B) der Muffe (36) eine auf die Heizmuffe (34) aufgebrachte Kraft (P) überwinden muß, bevor sich die Hülse (40) der Heizmuffe (34) über das Rohrende (38) stülpt.
5. 5. Schweißvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente für die Muffenschweißung (Heizmuffe 34) aus Werkstoffen mit verschiedenen Wärmeeigenschaften zusammengesetzt sind.
6. 6. Schweißvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Heizmuffen (34) jweils einen Grundkörper (34'), vorzugsweise aus Aluminium, und in diesen Grundkörper einsetzbare fluffenstümpfe (35), vorzugsweise aus Kupfer, sowie Hülsen (40), vorzugsweise aus Stahl, oder anderen Werkstoffen aufweisen, die hinsichtlich ihrer Wärmeeigenschaften in ähnlichem Verhältnis zueinander stehen.
7. 7. Schweißvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Grundkörper (34') der Heizmuffe (34) vor der Stahlhülse (40) eine Kupferscheibe (62) eingelegt ist.
8. 8. Schweißvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Grundkörper (34') einer Heizmuffe (34) Stümpfe (35) und Hülsen (40) verschiedener Größe einsetzbar sind.
9. 9. Schweißvorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizspule (37) einer Heizmuffe (34) auf der Seite des Heizmuffenstumpfes (35) dichter gewickelt ist als auf der Seite der Hülse (40).

   lo. Schweißvorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Muffenheizelement auf der Hülsenseite mit Kühlrippen (63) versehen ist.