DE2723439B2 - Verfahren und Heizkopf zum Verbinden eines Rohrabschnittes mit einem Bodenteil - Google Patents

Verfahren und Heizkopf zum Verbinden eines Rohrabschnittes mit einem Bodenteil

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Rohrabschnittes mit einem Bodenteil, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bzw. einen Heizkopf zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Um Maschinen zur Herstellung z. B. von Behältern aus mit thermoplastischem Kunststoff beschichteter Pappe mit hohen Arbeitsgeschwindigkeiten laufen zu lassen, ist es erforderlich, daß die durch Heißversiegelung zu verbindenden Randbereiche des Rohrabschnit tes und des Bodenteils in kürzester Zeit auf die erforderliche Versiegelungstemperatur erhitzt werden. Dabei liegt eine Schwierigkeit darin, daß einerseits zwar die Versiegelungstemperatur gleichförmig Ober der
ίο ganzen zu versiegelnden Fläche erreicht werden muß, andererseits Oberhitzungen aber mit Sicherheit vermieden werden müssen, um Beschädigungen an den Behältern zu vermeiden. Zum Erhitzen der erforderlichen Flächen eines
ir· Rohrabschnittes und eines Bodenteils zum Heißversiegeln nach einem Verfahren bzw. mit einem Heizkopf der eingangs erwähnten Art ist es bekannt (US-PS 33 89 896), daß gegen die ganze Fläche der Innenseite des in den Ringspalt eingesteckten Teiles des Rohrab schnittes Verbrennungsgase geleitet werden, die durch Schlitze im Bereich des Grundes des Ringspaltes, also im freien Ende des Rohrabschnittes abgeführt werden, wobei sich die Außenwand des Ringspaltes erwärmt und durch Strahlungswärme die Außenseite des Randbe reichs des Rohrabschnittes erhitzt. Bei diesem bekann ten Heizkopf ist eine große Anzahl von Heißgas-Öffnungen vorgesehen, die über die ganze Höhe der Innenseite des zu versiegelnden Randbereiches des Rohrabschnittes verteilt sind. Dadurch besteht die Gefahr, daß zumindest gegenüber einzelnen dieser Durchtrittsöffnungen für das Heißgas Überhitzungen auftreten. Außerdem ist die Strahlungserhitzung von der Außenseite in der Regel für die Schweißverbindung ungenügend, wenn sie nicht eine ausreichende Zeit einwirken kann, so daß bei diesem bekannten Verfahren der Erhitzungsvorgang eine relativ lange Zeitspanne in Anspruch nimmt.
Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren und einen Heizkopf ?m schaffen, das bzw. der eine bessere, gleichförmigere und schnellere
Erwärmung der zu verbindenden Randkanten eines
rohrförmigen Teiles möglich macht und eine örtliche
Überhitzung vermeidet. Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Verfahren
der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß das Heißgas längs der Innenfläche und/oder der Außenfläche in einer wendeiförmigen Bahn strömt. Dabei können die weideiförmigen Bahnen längs der Innenfläche und längs der Außenfläche in entgegengesetzten
Drehrichtungen verlaufen.
Bei einem Heizkopf zur Durchführung dieses Verfahrens weist gemäß der Erfindung bzw. weisen die dem Ringspalt zugewandte Oberfläche des Mittelkerns und/oder die dem Ringspalt zugewandte Innenwand der Ummantelung wenigstens eine wendelförmig verlaufende Rille auf, die von einem Punkt im Bereich des freien Endes des Heizkopfes bis zu einer Tiefe im Ringspalt verlaufen, die wenigstens etwa der Tiefe des in den Ringspalt eingeschobenen Abschnitts des Rohrabschnit tes entspricht, wobei die Durchlässe allein im Bereich des freien Endes des Mittelkerns liegen.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. dem Heizkopf zum Durchführen des Verfahrens wird also das Heißgas nur im Bereich des freien Endes des Mittelkerns des Heizkopfes gegen die zu verschweißende Fläche zugeführt und dann wendelförmig durch den Ringspalt bis zum Ende des Rohrabschnittes, um dessen freie Kante und auf dessen Außenseite wendelförmig
vorzugsweise in entgegengesetzter Drehrichtung, zurückgeführt Da dabei eine sehr schnelle gleichförmige Heißgasströmung über die ganze Fläche erzielt wird, werden örtliche Überhitzungen durch Auftreffen von Gasstrahlen auf dem Rohrabschnitt weitgehend vermieden, so daß das Heißgas eine relativ hohe Temperatur haben kann und infolge der schnellen Strömung ein sehr schneller Wärmeübergang erfolgt, und damit eine sehr kurzzeitige Erwärmung des Materials erreicht wird.
Die Steigung der wendelförmig verlaufenden geneigten Ausnehmung bzw. Ausnehmungen liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 12 Windungen/cm.
Um die Strömungsgeschwindigkeit weiter zu beschleunigen und den Wärmeübergang zu verbessern, ist vorzugsweise die den Ringspalt begrenzende Außen- is kontur des Mittelkerns zum Grund des Spaltes hin verjüngend kegelstumpfförmig und die die Außenwand des Ringspaltes bildende Innenwand der Ummantelung etwa zylindrisch derart ausgebildet, daß der Ringspalt sich nach außen in Richtung auf das freie Ende des Heizkopfes zu erweitert
Um die Umkehrung der Strömungsrichtung und ggf. auch der Drehrichtung des Heißgases beim Umströmen der freien Kante des Rohrabschnittes zu verbessern und zu beschleunigen, mündet bzw. münden bei dem Heizkopf gemäß der Erfindung vorzugsweise die wendelförmig verlaufende Rille bzw. Rillen am Grund des Ringspaltes in eine Umfangsrille.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 schematisch eine Maschine zur Herstellung von Behältern,
F i g. 2 einen Axialschnitt durch den Heizkopf, und
Fig.3 in größerem Maßstab einen Teilaxialschnitt durch den Heizkopf während des Verbindens eines Rohrabschnittes mit einem Bodenteil.
Gemäß Fig. 1 werden Seitenwandungszuschnitte 13 aus mit thermoplastischem Kunststoff beschichteter Pappe einzeln aus einem Magazin 12 abgezogen und mit Hilfe einer Aufgabeeinrichtung 14 zu einer Fördereinrichtung 13 wettergeleitet Jeder Zuschnitt 11 passiert die Heizeinrichtung 15, wird auf einem Dorn 18 an einem Drehkopf 17 durch einen Halter 21 gehalten und an aufeinanderfolgenden Stationen 22, 24, 25 zu einem die Seitenwand bildenden Rohrabschnitt 23 und mit einem von einer Zuführeinrichtung 19 kommenden Bodenteil 16 verschweißt
Bei einer Ausführungsiorm des Behälters weist das Bodenteil 16 einen in der Mitte liegenden scheibenför- so migen Abschnitt mit einem Durchmesser auf, der ungefähr gleich dem der Stirnfläche des Domes 18 ist. Ferner ist ein kreisringförmiger Flanschabschnitt vorgesehen, der vom Dorn 18 nach außen ungefähr parallel zu der Seitenfläche des Domes 18 ausgefaltet ist. Der Flanschabschnitt des Bodenteiles 16 wird mit der Innenfläche des Rohrabschnittes 23 verschweißt. Der Rand des Rohrabschnittes an der Bodenkante kann länger bemessen sein als der Flansi'habschnitt des Bodenteils 16, um ein U-förmiges Umfalten des Randes um den Flanschabschnitt des Bodenteils zu ermöglichen. Nachdem der Boden verschlossen ist, wird der Drehkopf 17 weitergeschaltet, um den gebildeten Behälter 26 zu einer Abziehstation zu befördern, und der zugeordnete Halter 21 öffnet sich und gibt den Behälter 26 frei. Der Drehkopf 27, der in Boxen die Behälter 26 aufnimmt, dreht sich stufenweise um seine horizontale Achse 28 weiter und bewegt den ursprünglich horizontalen Behälter 26 in eine vertikale Lage mit dem offenen Ende ooen. Ein Schiebearm 29 drückt den Behälter 26 zu der Aufnähmest^ jon einer Endbearbüitungseinrichtung31.
Die Endbearbeitungseinrichtung für den Behälter umfaßt ein Grundgestell 32, mit Fördereinrichtungen zum Bewegen der Behälter von Station zu Station und eine Einrichtung zum Ergreifen eines jeden Behälters 26. Eine Endbearbeitungseinrichtung 33 ist oberhalb einer oder mehrerer Stationen des Grundgestells 32 angeordnet um ein oder mehrere Endbearbeitungsvorgänge an dem Behälter 26 auszuführen, der die Stationen durchläuft. Die fertig bearbeiteten Behälter gelangen zur Abtransporteinrichtung 35.
In F i g. 2 und 3 ist eine Heizeinrichtung 24 gezeigt, weiche den kreisringförmigen Rand 36 eines Bodenteils 16 und den angrenzenden Bodenrandabschnitt 37 des Rohrabschnittes 23 erwärmt Die Heizeinrichtung 24 weist einen Heizkopf 38, eine hin- und hergehende Antriebseinrichtung 39 für den Heizkopf 38 und eine Heißgasquelle 40 auf. Eine Lei ./ng 41 mit einem Durchgang 42 ist an einer Grundplatte %3 beispielsweise durch Anschweißen befestigt Ein Mittelkern 44 mit einer Kammer 45 und einer öffnung 46 ist an der Grundplatte 43 mittels Schrauben 47 befestigt. Die öffnu-'g 46 bildet eine Verbindung für das Heißgas zwischen dem Durchlaß 42 und der Kammer 45. Die Antriebseinrichtung 39 verschiebt den Heizkopf 38 längs der Längsachse der Leitung 41 von einer eingefahrenen Stellung zu einer in Fig.3 gezeigten Heizstellung, in weicher der Rohling erwärmt wird, zurück und vor. Die Leitung 41 ist dabei in einer ortsfesten Hülse 48 geführt.
Eine Leitung 49 verbindet die Heißgasquelle 40 über einen Durchlaß 50 in der Hülse 48 und einen Schlitz 51 in der Leitung 41 mit dem Durchgang 42. Die Zuordnung des Durchlasses 50 zu dem Schlitz 51 ermöglicht eine kontinuierliche Heißgaszuführung in die Kammer 45 während der hin- und hergehenden Bewegung des Heizkopfes 38. Der Mittelkern 44 weist eine Ringwand 52 auf, deren Mittelachse koaxial zu dem Dorn 18 und dtm Rohrabschnitt 23 liegt, und weist ferner eine Bodenwand 53 auf, die senkrecht zur Achse der Ringwand 52 liegt. Die Außenfläche der Wand 52 weist eine Umfangsrille 54 und eine Umfangsvertiefung 55 auf, die in Ebenen ausgebildet sind, die senkrecht zu der Längsachse der Wand 52 liegen. Die Umfangsrille 54 ist an der Wand 52 derart angeordnet, daß wenigstens ein Teil des Querschnitts über die Kante 56 des Rohrabschnittes 23 übersteht, wenn der Heizkopf 38 die in F i g. 3 gezeigte Heizstellung einnimmt. Die Umfangsvertiefung 55 ist am Stirnabschnitt der Seitenwand 52 angeordnet. Die Außenfläche 57 der Seitenwand 52 verlauft von der Umfangsrille 54 nach unten kegelstumpfförmig. Die kegelstumpfförmige Fläche 57 weist wenigstens eine w ;ndelförmige Rille 58 auf. die von der Umfangsrille 54 zu der Umfangsvertiefung 55 verlaufe. Eine Anzahl vor. um den Umfang verteilt angeordneten Durchlässen 59 in der Wand 52 verbinden die Kammer 45 mit der Umiangsvertiefung 55 in der Nähe des offenen Endes des Heizkopfes 38. Bei der dargestellten Ausführungsform verlaufen die Durchlässe 59 zur Mittelachse des Mittelkerns 44 senkrecht radial nach außen, jedoch kann auch jeder Durchlaß zur horizontalen Richtung geneigt und/oder in vertikaler Richtung in einem spitzen Winkel zum zugeordneten Radiaistrahl verlaufen, um die wendelförmig nach oben verlaufende Strömung des Heißgases zu unterstützen.
Eine kreisringförmige Ummantelung 60 ist an der Grundplatte 43 oder am Mantel des Mittelkerns 44 derart befestigt, daß zwischen der Ummantelung 60 und dem Mittelkern 44 ein Ringspalt 61 gebildet wird, der nach der Stirnseite des Heizkopfes 38 offen ist, und in den der Randabschnitt 37 des Rohrabschnittes 23 eingeschoben wird. Der Aufnahmeringspalt 61 weist in radialer Richtung eine Breite größer als die entsprechende Wanddicke des Rohrabschnittes 23 und dem damit verbundenen Randabschnitt 36 des Bodens 16 auf, und die Tiefe des Ringspaltes 6) ist größer als die Einschiebtiefe des Rohrabschnittes 23 und des Randabschnittes 36. Der Ringspalt 61 erweitert sich in Richtung auf die offene Stirnseite des Heizkopfes 38. Die Innenwand 62 der Ummantelung 60 ist etwa zylinderförmig und weist eine wendelförmig verlaufende Rille 63 auf, die von der Umfangsrille 54 zu dem unteren Teil der Wand 62 verläuft. Eine vertikale Vertiefung kann in
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an die größere Dicke in dem überlappenden Nahtabschnitt des Rohrabschnittes zu ermöglichen. Die vertikale Vertiefung kann eine Breite geringfügig größer als die Breite des überlappenden Abschnittes des Rohrabschnittes 23 und eine Tiefe haben, die eine drosselfreie Durchströmung des Heißgases in Umfangsrichtung zwischen der Seitenwand 62 und dem Rohrabschnitt 23 ermöglicht. Erforderlichenfalls kann die Rille 63 zu der freien Kante der Wand 62 verlaufen, oder die freie Kante der Wand 62 kann nach außen erweitert sein, um Störungen an der Kante 56 des Rohrabschnittes 23 zu verhindern, die auftreten könnten, wenn der Bodenrandbereich 37 des Rohrabschnittes 23 unregelmäßig ausgebildet ist. Die Drehrichtung des Wendeis der Rille 63 ist vorzugsweise entgegengesetzt der Drehrichtung des Wendeis der Rille 58. um eine gleichmäßigere Wärmeverteilung in dem ringförmigen Bodenrand 36 und an dem Randbereich 37 des Rohrabschnittes 23 zu erzielen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Rille 58 als Rechtswendel, und die Rille 63 als Linkswendel ausgebildet.
Wenn auch bei der dargestellten Ausführungsform nur eine einzige wendelförmig verlaufende Rille 58 in der kegelstumpfförmigen Fläche 57 des Mittelkerns 44 und nur eine einzige wendelförmig verlaufend'· Rille 63 in der Innenfläche 62 der Ummantelung 60 vorgesehen ist, so reicht es ggf. aus, nur eine wendeiförmige Rille am Mittelkern 44 oder an der Ummantelung 60 vorzusehen. Es können auch im Mittelkern 44 und/oder in der Ummantelung 60 eine Anzahl von Rillen angebracht sein; wenn mehrere Rillen in einer der oder in beiden Flächen vorgesehen sind, haben diese Rillen dieselbe Steigung. Die Steigung der Rille 58 und die Steigung der Rille 63 kann jeden beliebigen Wert aufweisen, um die erforderliche Verlängerung des Strömungsweges des Heißgases in Berührung mit den zu erwärmenden Oberflächen zu gewährleisten. Vorzugsweise liegen die Werte in einem Bereich von 0,4 bis 20 Windungen je cm. vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 12 Windungen
8 Windungen je cm. Die Rillen 58 und 63 können entweder in den Mittelblock 44 und die Ummantelung 60 eingearbeitet sein, oder sie können durch Rippen an dem Mittelblock 44 und der Ummantelung 60 gebildet sein.
Die Erfindung wurde anhand eines Heizkopfes für das Bodenende eines Rohrabschnittes erläutert, der einen kreisförmigen Querschnitt, d. h. eine zylindrische Gestalt aufweist, jedoch läßt sich die Erfindung auch auf kegelstumpfförmige rohrförmige Abschnitte und auf rohrförmige Abschnitte mit ovalem, rechteckigem, hexagonalem oder anderem Querschnitt anwenden. Die Bezeichnung »Ringspalt« ist in ihrer weitesten Bedeutung zu verstehen und bezeichnet einen Raum zwischen zwei konzentrisch beliebig ausgebildeten Formen. Die Erfindung wurde in Verbindung mit dem Heizkopf 38 erläutert, der sich in Richtung auf den Rohrabschnitt zu und von diesem weg bewegt. Es können jedoch auch andere Einrichtungen vorgesehen sein, die eine Relativbewegung des Rohrabschnittes gegen den Heizkopf ermöglichen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Verbinden eines Rohrabschnittes mit einem Bodenteil, wobei sowohl der Rohrabschnitt, als auch das Bodenteil Oberflächen aus thermoplastischem Kunststoff aufweisen, bei dem Heißgas längs der Innenfläche des Endes des Rohrabschnittes auf dessen Außenfläche geführt wird und unter Umbiegen des Endes des Rohrabschnittes dieser mit dem Bodenteil verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißgas längs der Innenfläche und/oder der Außenfläche in einer wendeiförmigen Bahn geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wendeiförmigen Bahnen längs der Innenfläche und längs der Außenfläche in entgegengesetzten Drehrichtungen verlaufen.
3. Heizkopf zum Verbinden eines Rohrabschnittes mit einem Bodenteil gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, der einen Mittelkern aufweist, auf dessen Mantel in einem einen Aufnahme-Ringspalt für den Rohrabschnitt und den Rand des Bodenteils bildenden Abstand eine Ummantelung angeordnet ist, wobei der Aufnahme-Ringspalt eine größere Breite als die Wanddicke des Rohrabschnitts und eine Tiefe größer als die Einschiebtiefe des rohrförmigen Teils hat, und mit einer mit einer Heißgaszuführung in Verbindung stehenden Hohlkammer im Mittelkern und einer Anzahl von die Hohlkammer mit dem Aufnahmespalt verbindenden Durchlässen für das Heißgas, dadurch gekennzeichnet, daß eis dem Ringspalt (61) zugewandte Oberfläche (57) des Mittelk—ns (44) und/oder die dem Ringspalt (61) zugewandte Innenwand (62) der Ummantelung (60) wenigsten* eine wendelförmig verlaufende Rille (58, 63) aufweist bzw. aufweisen, die von einem Punkt im Bereich des freien Endes des Heizkopfes (38) bis zu einer Tiefe im Ringspalt (61) verlaufen, die wenigstens etwa der Tiefe des in den Ringspalt (61) eingesetzten Abschnittes des Rohrabschnitts entspricht, und daß die Durchlässe (59) allein im Bereich des freien Endes des Mittelkerns (44) liegen.
4. Heizkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der wendelförmig verlaufenden Rille bzw. Rillen (58. 63) im Bereich von I bis 12 Windungen/cm liegt.
5. Heizkopf nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur (57) des Mittelkerns kegelstumpfförmig und die Innenwand der Ummantelung (60) ungefähr zylindrisch derart ausgebildet ist, daß der Ringspalt (61) sich in Richtung auf das freie Ende des Heizkopfes (37) zu erweitert.
6. Heizkopf nach einem der Ansprüche 3—5, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmig verlaufende Rille bzw. Rillen (58,61) am Grund des Ringspaltes (61) in eine Umfangsrille (54) einmünden.
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