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Verfahren und Vorrichtung zum stirnseitigen
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Verschweißen von Glasrohren Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum stirnseitigen Verschweißen
von Glasrohren, insbesondere für stationäre Glasrohrleitungen, deren zu verschweißende
Stirnseiten über den ganzen Umfang erhitzt, zusammengestoßen und auseinandergezogen
werden.
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Es ist bekannt, Glasrohrleitungen aus Normbauteilen, die mit Schliffteilen
und Dichtungen versehen sind, über Losflanschverbindungen aufzubauen. Diese Rohrleitungssysteme
stellen durch ihren hohen Verflanschungsanteil ein Sicherheitsrisiko hinsichtlich
der Dichtungsfahigkeit dar und sind außerdem sehr kostenaufwendig.
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Weiterhin ist bekannt, daß erfahrene Fachkräfte in der Lage sind,
Glasrohre durch Erwärmen, Zusammenstoßen und unter Anwendung von Innendruck durch
stückweises Verblasen bei gleichzeitiger Glättung von Außen zu verschweißen, wobei
die bekannte Glasbläsertechnik des Verschweißens per Hand angewendet wurde, jedoch
unter der erschwerten Bedingung, daß die Glasrohre in Rohrleitungssystemen sich
in Zwangslage befinden (deutsche Offenlegungsschrift Nr. 2239503). Diese Methode
ist insbesondere bei größeren Nennweiten der Rohre schwierig zu handhaben und zeitintensiv.
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Das bekannte Verfahren zum Verschweißen mittels einer sogenannten
Glasdrehbank ist für stationäre Glasrohrleitungssysteme nicht geeignet, da die Glasrohre
beim Verschmelzen rotieren müssen.
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In der deutschen Auslegeschrift Nr. 1075294 wird eine Maschine zum
Zusammenschweißen von Glasrohren beschrieben, bei der die Glasrohrenden zueinander
bewegt werden können, dabei sich nicht drehen, erhitzt, zusammengestaucht und auseinandergezogen
werden, bis eine Einschnürung entsteht. Die Rohre werden bei dem Schweißvorgang
in senkrechter Lage gehalten. Eine Ausbauchung nach innen wird durch einen Luftstrom
vermieden, der durch die Rohre geleitet wird. Abgesehen davon, daß die Maschine
zum Schweißen von Glasrohrleitungssystemen am Montageort nicht einsetzbar ist, stellt
die Einschnürung eine permanente Bruchgefahr dar. Weiterhin ist in waagerechter
Lage der Rohre eine exakte Schweißnaht nicht herstellbar, da ein Durchhängen des
erhitzten Glases durch den Luftstrom nicht zu verhindern ist; es würden im Rohrinneren
Kanten entstehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verschweißen
von Glasrohren mittels einer umkomplizierten Vorrichtung vorzuschlagen, bei dem
der Innendurchmesser an der Schweißstelle mit dem Innendurchmesser der Rohre übereinstimmt
und in jeder Lage der Rohre durchführbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor dem Schweißvorgang
ein sich nicht mit schmelzendem Glas verbindender, zylindrischer Hohlkörper, dessen
Außendurchmesser etwas geringer als der Innendurchmesser der zu verschweißenden
Rohrenden ist, in das Innere der zu verschweißenden Rohrenden eingebracht, eine
Absperrvorrichtung in ein Rohr eingebaut und in das andere Rohr ein Verschluß mit
einem biegsamen Schlauch angebracht wird, über den nach dem Rohrzusammenstoßen teilweise
oder ständig ein Unterdruck im Rohrinnern und nach dem Auseinanderziehen der verschmolzenen
Rohre gegebenenfalls ein leichter Überdruck erzeugt wird. Dadurch werden Innennähte,
bzw. Stoßkanten vollkommen verhindert.
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Es hat sich gezeigt, daß die Aufbauchung nach außen ebenfalls glatt
verschmolzen wird. Sollte diese Außennaht störend wirken, kann diese nach einer
weiteren Ausbildung der Erfindung durch geringfügiges Auseinanderziehen der Rohre
in verarbeitbarem Viskositätszustand mit Hilfe entsprechender Glättwerkzeuge unter
leichtem Überdruck im Rohrinneren zusätzlich geglättet werden.
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Nach dem Abkühlen des Glases werden der zylindrische Hohlkörper und
die Absperrvorrichtungen durch Zugseile aus dem verschweißten Rohr entfernt.
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den zylindrischen Hohlkörper bei Verschweißungen von Rohrbögen nach
dem Schweißvorgang zu entfernen, hat es sich als günstig erwiesen, Sollbruchstellen
in der Zylinderinnenfläche anzubringen oder mindestens dreigeteilte Hohlzylinder
einzusetzen.
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Es hat sich weiterhin gezeigt, daß dickwandige Rohre sich schneller
durch Anbringen von V-Kanten an die zu verschweißenden Rohre verschmelzen lassen.
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Vorrichtungsmäßig läßt sich dieses Verfahren auf verschiedene Art
und Weise verwirklichen. In bevorzugter Ausführung der Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens sind die zu verschweißenden Rohre in Einspannvorrichtungen gleichachsig
zueinander zentriert, wobei die eine Halterung als Stauchschlitten beweglich gelagert
ist und damit das eine Rohr auf das andere Rohr zentrisch zu- und fortbewegt werden
kann, und daß um die zu verschweißenden Rohrenden eine längs der Rohre bewegliche
Heizvorrichtung angeordnet ist, beispielsweise ein in seiner Intensität regelbarer,
aufklappbarer, längs der Rohre beweglicher und pendelnder Ringbrenner, der außerhalb
der Rohraußendurchmesser auf einer Schiene angebracht ist.
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Es hat sich gezeigt, daß jede bekannte Energie zum Verschweißen der
Glasrohre verwendet werden kann, wenn die Heizvorrichtung
eine um
die zu verschweißenden Rohrenden konzentrische Erhitzung gewährleistet.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß Glasrohre am Ort der Anwendung derart verschweißt werden, daß an der Schweißstelle
im Inneren der Rohre keinerlei störende Einschnürungen, Stoßkanten oder Ausbuchtungen
entstehen. Die Ausführung des Verfahrens können kurzzeitig angelernte Hilfskräfte
übernehmen. Die maschinelle Durchführung erbringt einen hohen Zeitgewinn und ausgezeichnete
Reproduzierbarkeit.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 die Seitenansicht der Vorrichtung zum Verschweißen
von Glasrohren, Fig. 2 eine Schnittansicht im wesentlichen nach der Linie X - X
in der Höhe der beweglichen Halterung, Fig. 3 eine Schnittansicht im wesentlichen
nach der Linie X -Fig. 4 eine Vorderansicht des Ringbrenners in seiner Lagerung
und Fig. 5 einen Schnitt durch die zu verschweißenden Rohre mit Absperrvorrichtungen
und dem zylindrischen Hohlkörper.
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In Figur 1 ist die Rohrschweißvorrichtung als ganzes dargestellt.
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Sie ist aus Gewichtsersparnisgründen außer der Heizvorrichtung 1 aus
Leichtmetall gebaut. Die Einspannvorrichtungen 13 und 15 und die Heizvorrichtung
1, die mit einem sogenannten Rollkopf 5 verbunden sein kann, wenn eine Glättung
der Außennaht vorgenommen
werden soll, befinden sich auf einer Schiene,
die mit einer Zahnstange 12 versehen ist. Die Halterung 13 und die Heizvorrichtung
1 sind mittels der Ritzel 16 und 17 auf der Zahnstange 12 beweglich gelagert. Ein
Umkippen von 1 bzw. 5 und 13 ist wie aus Fig. 2 und Fig. 4 hervorgeht nicht möglich.
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Das Verschieben der Einspannvorrichtung 13 und der Heizvorrichtung
1 kann per Hand über den Hebel 14 oder das Handrad 11 geschehen, die über eine Welle
mit dem Ritzel verbunden sind.
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Als Haltevorrichtungen können bekannte Halterungen eingesetzt werden,
die die Rohre A und B unverrutschbar festhalten. Da die zu verschweißenden Glasrohre
A und B an der Schweißstelle zentriert werden müssen, hat es sich als günstig erwiesen,
die Halter der Einspannvorrichtung 13 in der Höhe und nach den Seiten mit nicht
näher dargestellten Betätigungsmitteln auf der Halterplatte 18 verschiebbar zu gestalten.
Die Halter der Einspannvorrichtung 13 und 15 müssen so zu öffnen sein, daß die Vorrichtung
nach dem Schweißvorgang von dem verschweißten Rohr zu entfernen ist, d.h. sie sind
klappbar, bzw. nach oben offen konstruiert. Deshalb ist auch die abgebildete Ringgasbrennervurrichtung
1 und der Rollkopf 5 durch Scharniere aufklappbar.
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Die Heizvorrichtung 1 in Fig. 1 und 4 stellt einen Gasringbrenner
dar, der aus zwei getrennten Halbschalen besteht, die auch getrennt ein Sauerstoff-Gas-Gemisch
über die Injektionsmischvorrichtung 3 und die Gasverteilungsschläuche 4 und 4a erhalten.
Der Gasringbrenner wurde in dem Ausführungsbeispiel nicht als Ringschlitzbrenner,
sondern als Brenner mit Einzeldüsen (2) ausgestattet. Die Anzahl der Düsen ist hauptsächlich
von der Nennweite und der Wandstärke der zu verschweißenden Rohre abhängig. Um bei
dem Erhitzungsvorgang der Rohrenden eine Punktaufwärmung zu vermeiden, wurde der
Brenner in einer Zwangsführung 6 über die Kugellager 9 und 10, die in dem Block
19 auf Achsen befestigt sind, gelagert. Über den Kleinstmotor 7,
der
ähnlich einem Autowischermotor nur einen beschränkten Winkeldrehbereich besitzt,
wird über ein Ritzel 8 und ein Zahnrad 8, das mit der Heizvorrichtung fest verbunden
ist, der Ringbrenner in eine pendelnde Bewegung versetzt. Diese Pendelbewegung wird
über den ganzen Schweißvorgang beibehalten und auch als Glättbewegung für den Rollkopf
5 ausgenutzt. Die Glättung der Außennaht, wie in Fig. 3 dargestellt, mit Hilfe der
Kohlkörper 20, die auf Federn 21 elastisch gelagert sind, kann durch Überschieben
des Rollkopfes 5 mit Hilfe des Handrades 11 auf die Schweißnaht erzielt werden.
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Dabei werden die Rohre gering auseinandergezogen und im Rohrinneren
ein leichter Überdruck erzeugt, der ein Eindrücken der Schweißstelle verhindert.
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Mit Hilfe der Fig. 5 soll das eigentliche Verfahren ausführlich verdeutlicht
werden.
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Die Absperrvorrichtung 24, die aus elastischem, gasundurchlässigem
Material wie beispielsweise Gummi besteht, wird vor dem Schweißvorgang in das fixierte
Rohr A eingebracht. Die Absperrvorrichtung 24 kann über ein Metallzugseil 26, das
ebenfalls mit dem zylindrischen Hohlkörper 22 verbunden ist, nach dem Schweißvorgang
entfernt werden.
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Der zylindrische Hohlkörper 22 besteht aus Material, das sich mit
schmelzendem Glas nicht verbindet. Als besonders günstig hat sich Kohle für die
Quarzglasbearbeitung erwiesen. Der Außendurchmesser des Hohlkörpers kann einige
Zehntelmillimeter geringer als der Rohrinnendurchmesser, insbesondere des Rohres
B, sein, damit er mühelos entfernt werden kann. Es hat sich gezeigt, daß seine Wandstärke
nur einige Millimeter betragen muß.
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Der Hohlkörper 22 wird an einer Seite mit einer durchlöcherten ersten
Metallplatte fixiert und das Zugseil 26 daran verbunden, wie es in Fig. 5 dargestellt
ist. Der Hohlkörper kann auch getrennt an einem anderen Zugseil geführt werden.
Günstig ist es, über die Zentriereinrichtung 23 die aus federnden Metallblättchen
besteht,und
starr über einen kurzen Metallstab mit der durchlöcherten Metallplatte verbunden
ist, den zylindrischen Hohlkörper auszurichten. Die Länge des zylindrischen Hohlkörpers
22 ist abhängig von den Rohrnennweiten, meistens genügt eine Länge von 2 bis 4 cm.
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Die zweite Absperrvorrichtung 25, die auch an das Rohrende von B gesetzt
werden kann und dann nicht an ein Zugseil geknüpft werden muß, besitzt eine Durchbohrung,
in die ein biegsamer Schlauch 27 gasdicht eingesetzt ist. Die Absperrvorrichtungen
24 und 25 müssen so eng an den Glasrohren A und B anliegen, daß nach dem Erhitzen
und Zusammenstoßen der Rohre wahlweise Unter- oder Überdruck im Rohrinneren erzeugt
werden kann. Der Unter- bzw. Überdruck kann insbesondere bei kleinen Rohrnennweiten
durch den Schweißer selbst über den Schlauch 27 erzeugt werden. Es ist jedoch günstiger,
über Vakuum- bzw.
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Druckpumpen durch eine entsprechende Steuerung die gewünschten Druckverhältnisse
einzustellen.
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Wenn die Absperrvorrichtungen 24 und 25 und der zylindrische Hohlkörper
22 in die Rohre A und B eingebaut sind, beginnt der eigentliche Schweißvorgang.
Das Glas wird zunächst mit sauerstoffarmer Flamme vorgewärmt, wobei die Heizvorrichtung
1 durch den Motor 7 in pendelnde Bewegung versetzt wird. Nach kurzer Vorwärmzeit
wird der Suaersoffanteil des Gasgemisches durch die Mischvorrichtung 3 erhöht und
das Glas zum Schmelzen gebracht. In die Rohre eindringende Gase können durch Durchblasen
entfernt werden. Ist das Gas genügend erhitzt, erfolgt ein Zusammenstoßen der Rohre
durch die bewegliche Halterung 13.
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Die Flammenkegel des Ringbrenners müssen entsprechend mit dem Handrad
11 nachgeführt werden. Ein Absinken des schmelzenden Glases im unteren Rohrbereich
wird jetzt durch'Erzeugen von ständi.gem oder teilweisem Unterdruck vermieden. Ist
die entstandene Glaswulst innig verschmolzen, wird der Brenner 1 abgestellt und
die Wulst unter Anwendung von Unterdruck leicht mit dem Hebel 14 auseinandergezogen.
Danach--wird ein geringer
überdruck im Rohrinneren erzeugt, der
die Zehntelmillimeterdifferenz des zylindrischen Hohlkörpers 22 ausgleicht. Zugleich
entsteht kein Abdruck des Hohlkörpers im Glas. Wenn eine Glättung der Außenschweißnaht
erfolgen soll, wird wie schon beschrieben verfahren.
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Es hat sich gezeigt, daß der aufgeheizte zylindrische Kohle körper
aus Kohle zusätzlich eine gute Energieverteilung im Inneren der Schweißstelle bewirkt,
so daß das Glas sich beim Auseinanderziehen gut verarbeiten läßt.
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Die zylindrischen Kohlehohlkörper sind bei geraden Rohrverschweißungen
bis zu hundertmal verwendbar. Auch die mit Sollbruchstellen versehenen Kohlehohlkörper
für Rohrbogendurchführungen erwiesen sich so elastisch, daß sie vier- bis fünfmal
durch Bögen geführt werden können.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen bevorzugten
Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens beliebige Änderungen
erfahren.