DE3235638A1 - Vorrichtung zur herstellung von reibschweissverbindungen an bauteilen aus kunststoffen, insbesondere rohrleitungselementen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Herstellung von Reibschweißverbindungen an
• Bauteilen aus Kunststoffen, insbesondere Rohrleitungselementen Die vorliegende rfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden stirnflächiger Stoßstellen von insbesondere dünwaneigen Rohren aus thermoplastischen Kunststoffen nach dem Rotations-Reibschweißverfahren mit Hilfe einer überschiebmuffe.
• Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung lösbarer Verbindungen bei thermoplastischen Kunststoffrohren werden auf Jedes Rohrende (oder Formstückende) speziell geformte Vorschweißbunde (Bundbuchsen) reibgeschweißt. Vor dem Anschweißen der Bundbuchsen werden die sich am Anlagebund er Bundbuchse abstützenden Losfianschen auf das Rohr aufgeschoben. Bei einem abgewandelten, sog. "Rohr in Ronr-System", werden die Kunststoffrchre zunächst in ein Stahlrohr größeren Innendurchmessers eingeschoben, und die Bundbuchsen anschließen bis ur Anlage an Le Festflanschen des Stahlrohres reibgeschweißt. Kennzeichnend fur diese Bundbuchsen-Reibschweiß-Verbindung ist die besondere Geometrie der Reibschweißnaht in Form eines Kegels, die sich bei dem Vorgang ergibt, weil dIe beiden der Beibung unterworfenen Flächen zuvor eine re zylindrische Geometrie besitzen. Eine bekannte Vorrichtung für das Anschweißen der Bundbuchsen an die Ronrenden besitzt die Baumerkmale einer Drehbank. Die Bundbuchse kann in einem Mehrbackenfutter eingespannt und in Rotationsbewegung versetzt werden. Das Rohr ist auf einem axial verfahrbaren Schlitten zentrisch zum Mehrbackenfutter fest aufgespann Während des Schweißvorgangs wird das Rohrende unter bringung einer axialen Kraft in 4ie rotierende 3und'uon eingeschoben, bis die Sollhöhe des Nahtkegels erreiont ist.
• In diesen Moment muß die Rotationsbewegung beendet werden.
• Als Nachteile dieses Rohrverbindungssystems müssen das hohe zusätzliche Gewicht der Verbindungsteile gegenüber dem Rohrgewicht sowie der große Durchmesser der Losflanschen bzw.
• der Stahlrohrflanschen gelten. Die Herstellung einwandfreier und betriebssicherer Reibschweißnähte ist auf relativ dickwandige Rohre beschränkt. Bei dünnwandigen Rohren treten reibschweißtechnische Schwierigkeiten auf, die sich aus der geometriebedingten, großen Abriebbildung und t.4ärmeentwicklung ergeben und nur durch Vorgabe einer We=¢elgeometrie der Reibflächen durch spangebende Vorbereitung überwunden werden können.
• Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zur Herstellunx von Rohrverbindungen werden die obengenannten Nachteile durch eine spezielle Muffenverbindung der Rohre überwunden.
• Bei dieser Verbindung werden die Seien Rohrenden ifl die Muffe eingeschoben und die Beibschweißverbindung mit Hilfe zweier Zwischenringe hergestellt. Die zwei in Rotation zersetzten und axial verschieblichen Zwischenringe haben eine zylindrische Innenfläche und eine kegelige Außenfläche entsprechend den kegeligen Reibflächen der Muffe. Die entstehenden Reibschweißnahte besitzen auf der Rchroberfläche eine nahezu zylindrische Form, während sie auf ihrer iu3enseite mit der Muffe eine steilkegelige Form aufweisen. Die Nachteile dieses Rohrverbindungssystems und der dazu notwendige Vorrichtung sind in einem geringen Güte faktor der zylindrischen Reibschweißnaht zwischen Zwischenring und Rohroberfläche, bedingt durch die nicht genügend hohe Anpreßkraft beim Reibschweißen, zu sehen. Die Vorrichtung zur Herstellung dieser Verbindungsert benötigt außerdem eine relativ aufwendige Technologie.
• 5 ist ferner bekannt, dünnwandige Rohre, z.B. Kabelschutzrohre, durch übergeschobene Klebemuffen zu verbinden.
• Die überschiebmuffe besitzt dabei als verbindendes Element eine zylindrische Klebeinnenfläche, die mit den Außenflächen der zu verbindenden Rohrenden verklebt wird und dazu sehr genau dem Außendurchmesser der Rohrenden entsprechen muß. Diese Forderung stößt auf erheblIche HerstellschwIerigkeiten.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch dünnwandige onre durch einen Reibschweißvorgang zu verbinden.
• kiese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der die überschietzuffe mit den zu verbindenden, axial und drehfest arretierten Bchrenden zentrisch in einer hohlwelle mit einem so bemessenen Innendurchmesser angeordnet ist, daß zwiscnen der Innenfläche der Hchwelle und der Außenfläche der überschiebmuffe ein Ringraum für ein Druckmedium gebildet wird.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dIe Hchlwelle In Lagerschilden mit leit- oder Rollenlagern drehbar gelagert und mittels eines Keilriemenantriebs bewegt Zur Verhinderung einer axialen Verschiebung der überschiebzuffe gegenüber den zu verbindenden Rohrenden kann diese au ihrer Tnnenfläche mittig einen schmalen Anlaufbund aufweisen.
• Als Mittel zum Einleiten, Steuern, Pegeln und schließlich zur Bee3ndigung des Reibschweißvorganges dient das Druckzedium.
• Dieses Druckmedium besteht erfindungsgemäß aus Weichgummi oder einem anderen Elastomerwerkstoff, wobei über äußere, nicht rotierende Druckringe und innere ringkolbenartig wirkende Druckringe sowie den Druckringen zwischengeschaltete Axialkugellager Druckkräfte (F) ausgeübt werden, dle das Druckmedium axial derart komprimieren, daß die somit um 90° ungelenkten Druckkräfte (F) bei der Rotation in Form einer gleichmäßigen radialen Flächenpressung auf die uberschiebmuffe einwirken.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die radiale Flächenpressung der überschiebmuffe durch Luftüberdruck im Ringraum der Hohlwelle bewirkt, wobei die rutzufuhr in den Ringraum aus einem In die Hohltzelle integrierten besonderen Speicherraum, z.3. über ein von außen während der Rotation steuerbares oder auf Zentrifugalkräfte reagierendes Ventil, erfolgen kann. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es erstmals möglich, auf fl Außenfläche der Überschiebmuffe sehr gleichmäßig verreilte radiale Preßkräfte aufzubringen, so daß zwischen den beiden Reibflächen bei der Rotation unter geringer elastischer oder plastischer Deformation der Muffe und der Rohrenden eine genügend hohe Flächenpressung entsteht, mit der der Reibschweisvorgang entscheidend verkürzt wird. Durch das radiale Einziehen der ttuffe auf einen etwas kleineren Durchmesser während des Schweißens und des Abkühlens xJnnen erfindungsgemäß lunkerfreie Schweißnähte hohen Düte -faktors hergestellt werden.
• im folgenden wird die ErfIndung an Hand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
• Ein gerades, dünnwandiges, thermoplastisches Kunststoffrohr 10 soll mit einem Bogenrohr (900; mit verlängerten werden Enden mIt Hilfe einer überschiebmuffe 12 Ira gleicher Wanddicke durch einen Reibschweißvorgang In Form einer Rotationsbewegung verbunden werden, Dazu werden die Rchrbauteile mit ihren Enden 10 und 11 stirnflächig aneinandergestoßen und die überschiebmuffe 12, deren Länge beliebig gewählt werden kann, jedoch im allgemeinen dem Fohrdurchmesser entspricht, symmetrisch über die Stoßstelle geschoben und in die Reibschweiß-Vorrichtung eingebracht.
• Die beiden zu verbindenden Rohrenden 10 und 11 werden :niteis Spannvorrichtungen axialfest und drehmoment fest ein gesannt.
• Die Reibschweiß-Vorrichtung besteht aus einer Grundplatte 13 mit zwei aufgesetzten Lagerschllden 14 und 15, in denen eine kurze Sohlwelle 16 in zwei Gleitlagern 17 und 18 gelagert ist. Die Hohlwelle 16 besitzt zwei Anlaufbunde zu ihrer exialen Sicherung zwischen den beiden Lagerson 14 und 15 und eine Keilriemennut, so daß sie über einen seitlich ocer darunter angeordneten Motor mit einem Keilriemen in Rotation versetzt werden kann. In dem zylindrischen an, der von der Innenfläche der Hohlwelle 16, der Außenflache der Überschiebmuffe 12 und zwei Druckringen 9 und 20 eingeschlossen wird, befindet sich ein Hohlzylinder 21 aus Weichgummi oder einem anderen Elastomerwerkstoff. Die mit der Hohlwelle 16 mitrotierenden Druckringe 19 und 20 umschließen den Hchlzylinder 21 ringkolbenartig weitgehend, sinc aber doch so ose eingepaßt, da.3 sie Ihrer Axialbewegung nur einen geringen Widerstand entgegensetzen. Diese beiden Druckringe 9 und 20 sind über zwei Axiallager 22 23 23 mit zwei weiter außen angeordneten Druckringen 24 un 25 zusammengeschlossen, damit über eine zangenartige Krafteinleitungseinrichtung auf den Hohlzylinder 2@ axiale Kräfte F gleicher Größe, aber entgegengesetzter Richtung, aufgebracht werden können. Zwischen den Druckringen 24 und 25 und der Hohlwelle 16 besteht keine reibende Berührung.
• Zeichn.

Claims (5)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e t, Vorrichtung zum Verbinden stirnflächiger Stoßstellen von insbesondere dünnwandigen Rchren aus thermoplastischen Kunststoffen nach dem Rctations-Reibschweißverfahren mit ilfe einer Oberschiebsuffe, dadurch gekennzeichnet, daß die überschiebmuffe (12) :nit den zu verbindenden, axial und drehfest arretierten Rohrenden (10,11) zentrisch in einer Hohlwelle (16) mit einem so bemessenen Innendurchnesser angeordnet ist, daß zwischen der Innenfläche der Hohlwelle (16) und der Außenfläche der Überschiebmuffe (12.

   ein Ringraum für ein Druckmedium (21) gebildet wird.
2. 2. @orrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Hohlwelle (16) in Lagerschilden (14,15) mit Gleit-oder Rollenlagern (17,18) drehbar gelagert und mittels eines Keilriemenantriebs antreiobar ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Überschiebmuffe (12) auf ihrer Innenfläche mittig einen schmalen Anlaufbund besitzt, der ihre axiale Verschiebung gegenüber den Rohrenden (10,11) verhindert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c hnet, daß das Druckmedium (21) aus Weichgummi oder einem anderen Elastomerwerkstoff besteht, auf as uoer aurere nicht rotierende Druckringe (24,25) ind ihnere, ringkolbenartig wirkende Druckringe (19,2D) sowie den Druc'-ringen (19,20;24,25) zwischengeschaltete Axialkugellager (22,23) Druckkräfte (F) ausgeübt werden, die das Druckmedium (21) axial derart komprimieren, daß die somit um 90° umgelenkten Druckkräfte (F) cei der Rotation in Form einer gleionmäßigen radialen Flächenpressun auf die Überschiebmuffe (12) einwirken.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Flächenpressung der berschiebmuffe (12) durch Luftüberdruck in Ringraum der hohlwelle (16) bewirkt wird, wobei die Luftzufuhr in den Ringraum aus einem in die Hohlwelle (16) integrierten besonderen Speicherraum, z,B. über ein von außen während der Rotation steuerbares oder auf Zentrifugalkräfte reagierendes Ventil, erfolgt.