DE2723439C3 - Verfahren und Heizkopf zum Verbinden eines Rohrabschnittes mit einem Bodenteil - Google Patents
Verfahren und Heizkopf zum Verbinden eines Rohrabschnittes mit einem BodenteilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Rohrabschnittes mit einem Bodenteil, nach dem
Oberbegriff des Anspruchs I, bzw. einen Heizkopf zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff
des Anspruchs J.
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 Rohrabschnittes und des Bodenteils in kürzester Zeit auf die
erforderliche Versiegelungstemperatur erhitzt werden. Dabei liegt eine Schwierigkeit darin, daß einerseits zwar
die Versiegelungstemperatur gleichförmig über der
ίο ganzen zu versiegelnden Fläche erreicht werden muß,
andererseits Überhitzungen aber mit Sicherheit vermieden werden müssen, um Beschädigungen an den
Behältern zu vermeiden.
Zum Erhitzen der erforderlichen Flächen eines
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 Rohrabschnittes
Verbrennungsgase geleitet werden, die durch Schlitze im Bereich des Grundes des Ringspaltes, also
im freien Ende des Rohrabschniites abgeführt werden,
wobei sich die Außenwand des Ringspaltes erwärmt und durch Strahlungswärme die Außenseite des Randbereichs
des Rohrabschnittes erhitzt. Bei diesem bekannten 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
Durchtrittsöffnungsn 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 zu schaffen, das bzw.
der eine bessere, gleichförmigti'c 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 wendeiförmigen Bahnen längs der Innenfläche und längs der Außenfläche in entgegengesetzten
so Drehrichtungen verlaufen.
Bei einem Heizkopf zur Durchführung dieses Verfahrens weist gemäß der Erfindung bzw. weisen die
Jem 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 Rohrabschnittes entspricht, wobei die Durchlässe allein im Bereich
des freien Endes des Mittelkerns liegen,
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. dem lleizkopf /um Durchführen des Verfahrens wird also
das Heißgas nur im Bereich des freien Endes des
hr> Mittclkerns des Heizkopfes gegen die zu verschweißende
Fläche zugeführt und dann wendelförmig durch den Ringspalt bis zum F.ndc 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 -uhnellen Strömung ein sehr
schneller Wärmeübergang eriolgt, 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 Außenkontur
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 Strömungsrichlung 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 11
aus mit thermoplastischem Kunststoff beschichteter Pappe einzeln aus einem Magazin 12 abgezogen und mit
Hilfe einer Aufgabeeinrichtung 14 zu einer Fördereinrichtung 13 weitergeleitet. 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 scheibenförmigen 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 langer bemessen sein als der Flanschabschnitt 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. Per 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 oben. Ein Schiebearm 29 drückt den Behälter 26 zu der Aufnahmestation einer Endbearbeitungseinrichtung31.
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 ίο 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 Fig. 2 und 3 ist eine Heizeinrichtung 24 gezeigt,
welche 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 Leir.-.-ig 41 mit einem
Durchgang 42 ist an einer Grundplatte 4T 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 öffnung 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 welcher 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
d-.iT) 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
Fig. 3 gezeigte Heizstellung einnimmt. Die Umfangsvertiefung 55 ist am Stirnabschnitt der Seitenwand 52
angeordnet. Die Außenfläche 57 der Seitenwand 52 ver'Su't von der Umfangsrille 54 nach unten kegelstumpfförmig.
Die kegelstumpfförmige Fläche 57 weist wenigstens eine vendelförmige Rille 58 auf. die von der
Umfangsrille 54 zu der Umfangsvertiefung 55 verläuft. Eine Anzahl von um den Umfang verteilt angeordneten
Durchlässen 59 in der Wand 52 verbinden die Kammes 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 horizontallen
Richtung geneigt und/oder in vertikaler Richtung in einem spitzen Winkel zum zugeordneten Radialsirah!
verlaufen, um die wendelförmig nach oben verlaufende Strömung des Heißgases zu unterstützen.
l'.ine kreisringförmige Ummantelung 60 ist an der
Grundplatte 43 oder am Mantel des Mittclkcrns 44
derart befestigt, daß /wischen der Ummantelung 60 und
dem Millelkcrn 44 ein Ringspalt 61 gebildet wird, der
nach der Stirnseite des llciikopfcs 38 offen ist. und in
den der Randabschnitt .37 des Rohrabschnittes 23 eingeschoben wird. Der Aufnahmcringspall 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 61 ist größer als die Einschiebtiefe des Rohrabschnittcs 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 zylindcrförmig 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
der Innenwand 62 ausgebildet sein, um eine Anpassung 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
Rohrabschnittcs Z3 zu verhindern, die auftreten könnten, wenn der Bodenrandbereich 37 des Rohrabschnittes
23 unregelmäßig ausgebildet ist. Die Drehrichtung des Wendeis der Rille 63 ist vor7ugsweise
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 Aiisführungsform
nur eine ein/ige wendelförmig verlaufende Rille 58 in
der kcgclstiimpfförmigcn Mäche 57 des Mittelkerns 44
und nur eine ein/ige wendelförmig verlaufende Rille 6)
■> in der Innenfläche 62 der I Immantelung 60 vorgesehen
ist. so reicht es ggf. aus. nur eine wendelförmige Rille am
Mittelkern 44 oder an der Ummantelung 60 vorzusehen. Rs können auch im Mittelkcrn 44 und/oder in dor
Ummantelung 60 eine Anzahl von Rillen angebracht
Hi 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
i) 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 I bis 12 Windungen je cm. Ein weiter bevorzugter Bereich umfaßt 1,5 bis
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.
2> Die Erfindung wurde anhand eines Hei/kopfes für das
Bodenende eines Rohrabschnittes erläutert, der einen kreisförmigen Querschnitt, j n. ejne zylindrische Ge
stalt aufweist, jedoch läßt sich die Erfindung auch auf
kegelsüii.'ipfförmige rohrförmige Abschnitte und aul
in 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
j5 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)
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 oder2,dereinen Mittelkern aufweist,auf
dessen Msruel 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 UiC dem Ringspalt (61) zugewandte
Oberfläche (57) des Mittelk,vns (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 Rohrabschniits entspricht, und daß die Durchlässe (59) allein
im Hereich des freien Endes des Mittelkerns (44) liegen.
4. Hei/kopf 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, 63) am Grund des Ringspaltes (61) in eine Umfangsrillc (54) einmünden.
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