DE3911544C2 - - Google Patents

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DE3911544C2 DE19893911544 DE3911544A DE3911544C2 DE 3911544 C2 DE3911544 C2 DE 3911544C2 DE 19893911544 DE19893911544 DE 19893911544 DE 3911544 A DE3911544 A DE 3911544A DE 3911544 C2 DE3911544 C2 DE 3911544C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Vorrichtung dieser Art ist durch die DE-PS 36 36 891 bekannt. Diese Vorrichtung verwendet ein Verfahren, wie es aus der DE-OS 29 23 205 bekannt ist. Die radial nach außen wirkende Kraft wird dabei mittels eines Stützkörpers erzeugt, der in die Kunststoff-Rohrabschnitte oder die Kunststoff-Formstücke eingebracht wird und während des Schweißvorganges die Stoßstelle derselben überbrückt, so daß die erwärmten Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke am Innenumfang der Heizvorrichtung gehalten sind. Dies setzt aber voraus, daß der Stützkörper in die Kunststoff-Rohrabschnitte oder die Kunststoff-Formstücke eingeführt werden muß. Dies ist aber bei langen oder gar verlegten Kunststoff-Rohrabschnitten nur sehr schwer möglich und erfordert zusätzliche Rüstarbeiten.
Aus "Grundlagen der Kunststoffverarbeitung" von Dr. W. Knappe, Darmstadt, 1970, Seiten 120 und 121 ist es bekannt, beim Extrudieren von Kunststoffrohren eine Außenkalibrierung mit Vakuum vorzunehmen, wobei ein Kalibrierrohr mit einer Vakuumringkammer verwendet wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die miteinander zu verschweißenden Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke ohne Verwendung eines einführbaren Stützkörpers so gehalten werden, daß sich beim Schweißvorgang keine Innenwulst an der Schweißstelle bildet.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die zeitliche Begrenzung des Vakuums reicht vollkommen aus, die Bildung eines Innenwulstes zu verhindern, da durch die Ausgestaltung der Heizvorrichtung das Vakuum sich gerade auf die Stellen am stärksten auswirkt, an denen die Endabschnitte durch die Heizvorrichtung auch am direktestens erwärmt werden. Das Einbringen und Herausnehmen eines Stützkörpers entfällt, so daß die Rüstzeit und damit der Schweißvorgang auch noch vereinfacht und verbilligt werden kann.
Die Vorrichtung ist besonders vorteilhaft, wenn vorgesehen ist, daß die Heizvorrichtung mittels Heißluft oder heißen Öls geheizt und mittels Kühlluft oder Kühlöl gekühlt wird. Für die Erwärmung und Kühlung der miteinander zu verbindenden Teile können dann dieselben Kanäle und Kammern der Heizvorrichtung verwendet werden.
An die Heizvorrichtung braucht nur ein Sauggebläse oder dgl. angeschlossen zu werden, dessen Sauganschluß mit der Vakuumkammer zu verbinden ist. Das Vakuum braucht nur während der kritischen Zeit, in der die Endabschnitte der Kunststoffrohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke aufgrund ihrer Plastizität keine ausreichende Festigkeit haben, das Material an dem Innenumfang der Heizvorrichtung festzuhalten. Dabei ist wichtig, daß das Vakuum über den gesamten Umfang beider Endabschnitte wirkt und diese festhält, was durch einen entsprechend gewählten Unterdruck in der Vakuumkammer erreicht werden kann.
Ist vorgesehen, daß die Heizschalen eine nach außen offene Ringnut zur Aufnahme eines elektrischen Heizelementes bilden, dann kann die Erwärmung auch über übliche elektrische Heizelemente erfolgen.
Der konstruktive Aufbau der Heizvorrichtung kann nach einer Ausgestaltung so vorgenommen werden, daß die Heizschalen aus einer Innenschale und einer Außenschale zusammengesetzt sind, daß die Außenschalen mittels angeformter Stege die Vakuumkammern und die Heizkammer oder die Ringnut für das elektrische Heizelement abteilen. Die Dichtungselemente stellen insbesondere sicher, daß die Vakuumkammern zur Atmosphäre und zur Heizkammer hin entkoppelt und abgedichtet sind. Demselben Zweck dient auch die weitere Ausgestaltung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vakuumkammern der Heizschalen an den aufeinandertreffenden Stirnflächen offen und mittels Dichtungselementen zur Atmosphäre und Heizkammer hin abgedichtet sind.
Der Wirkungsgrad beim Erwärmen läßt sich dadurch verbessern, daß die Innenschalen aus gut wärmeleitendem Material und die Außenseiten aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen.
Die Heizzone und das Temperaturprofil längs der miteinander zu verbindenden Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke wird nach einer Ausgestaltung dadurch festgelegt, daß die Heizzone durch die Breite der Heizkammer vorgegeben ist. Die optimale Saugwirkung auf die Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke wird dann erhalten, wenn vorgesehen ist, daß die Saugkanäle oder Saugschlitze in kleinem Abstand von der Mitte der Heizkammer oder der Ringnut für das elektrische Heizelement, d.h. von der Stoßstelle der Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke, enden.
Das Einbringen der Saugkanäle wird dadurch erleichtert, daß die Saugkanäle als Bohrungen ausgebildet sind. Damit die Saugschlitze in eine halbhohlzylindrische Innenschale einheitlicher Wanddicke eingebracht werden können, sieht eine Weiterbildung vor, daß die Saugschlitze in regelmäßigen Winkelbereichen unterbrochen sind.
Ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß der Innenumfang der Heizvorrichtung im Bereich der Saugkanäle oder Saugschlitze einen größeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser der Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff- Formstücke und eine umlaufende Saugkammer bildet, dann kann auf der Außenseite eine Ausweichstelle für überschüssiges Material der Schweißnaht geschaffen werden. Dies kann erforderlich sein, wenn zur Verbesserung der Schweißnaht die aufeinanderstoßenden Endabschnitte nach dem Erwärmen eine kleine Bewegung aufeinander zu ausführen.
Die Erfindung wird anhand eines im Längsschnitt dargestellten Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung näher erläutert.
Bei dem Ausführungsbeispiel werden die Endabschnitte der beiden Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 in den Spannvorrichtungen 23 und 24 festgelegt und zwar so, daß die einander zugekehrten Stirnflächen satt und mit gewissem Druck aneinander anliegen. Dann wird die Heizvorrichtung 12 über der Stoßstelle der miteinander zu verbindenden Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 angebracht. Diese Heizvorrichtung 12 besteht aus den beiden halbhohlzylinderförmigen Heizschalen 13 und 25, die angelegt die Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 vollständig umschließen.
Die Heizschale 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Heißluftheizung mit der zentrisch umlaufenden Heizkammer 16 und den beidseitig dazu angeordneten Vakuumkammern 17 und 18. Besteht die Heizvorrichtung 12 aus zwei gleichen Heizschalen 13, dann können die Heizkammer 16 und die Vakuumkammern 17 und 18 an den aufeinanderstoßenden Stirnflächen verschlossen sein. Jede Heizkammer und jede Vakuumkammer ist dann getrennt anzuschließen und zwar an die Quelle des Heizmediums bzw. an die Unterdruckquelle eines Sauggebläses oder dgl. Die Kammern können jedoch auch offen sein und sich als Ringkammer vollständig um die Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitt 10 und 11 erstrecken. Die Vakuumkammern 17 und 18 sind dann im Bereich der aufeinanderstoßenden Stirnflächen mittels Dichtungselementen 22 und 34 zur Heizkammer 16 und zur Atmosphäre hin abgedichtet.
In diesem Fall ist die Zufuhr des Heizmediums und der Anschluß der Unterdruckquelle einfacher, da es nur eine einzige umlaufende Heizkammer 16 und nur zwei umlaufende Vakuumkammern 17 und 18 gibt. Die Heizschalen 13 sind zur Erhöhung des Wirkungsgrades aus einer gut wärmeleitenden Innenschale 14 und einer schlecht wärmeleitenden Außenschale 15 zusammengesetzt. In die Innenschale 14 sind Saugkanäle 19 und 20 eingebracht, die die Vakuumkammern 17 und 18 mit dem Innenumfang der Heizvorrichtung 12 verbinden. Dabei sind die Saugkanäle 19 und 20 über den gesamten Umfang der Heizschalen 12 gleichmäßig verteilt und enden in kleinem Abstand zur Stoßstelle der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11, d.h. zur Mitte der Heizzone 21, die im Temperaturprofil den höchsten Wert aufweist. Bei Erzeugung eines Unterdruckes in den Vakuumkammern 17 und 18 wird am Außenumfang der Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 eine Zugkraft erzeugt, die bei der Erwärmung und Plastifizierung des Materials ein Ausweichen desselben in den Innenraum der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 verhindert. Der erforderliche Wärmebedarf für die Plastifizierung wird mittels Heißluft oder heißen Öls zugeführt, die bzw. das die Heizkammer(n) durchströmt. Bei der Erwärmung dehnt sich das Material aus, wodurch die Verschweißung im Bereich der Stoßstelle der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 erfolgt. Der Heizzeit schließt sich an die Abkühlzeit an, in der anstelle von Heißluft Kühlluft oder Kühlöl durch die Heizkammer(n) 16 geleitet wird. Die Vakuumkammern 17 und 18 stehen solange noch unter Unterdruck, bis das Material soweit abgekühlt ist, daß es eine Festigkeit aufweist, die ein Verformen aufgrund des Eigengewichtes ausschließt. Das Vakuum muß also mindestens in der Endphase der Heizzeit und am Anfang der Abkühlzeit wirksam sein, da das Material in dieser Zeitspanne noch keine ausreichende Festigkeit zum Selbsttragen aufweist. Am einfachsten ist es jedoch, wenn das Vakuum während der gesamten Heizzeit und der gesamten Abkühlzeit wirksam ist.
Die aus Innenschale 14 und Außenschale 15 zusammengesetzte Heizschale 13 weist Dichtungselemente 36 auf, die im gegenseitigen Anlagebereich die Vakuumkammern 17 und 18 zur Atmosphäre und zur Heizkammer 16 hin abdichten.
Wie die untere Halbschale 25 zeigt, können die beiden im Querschnitt U-förmigen Außenschalen 27 und 28 mit der Innenschale 26 verbunden werden, um die Vakuumkammern 30 und 31 zu bilden. Das elektrische Heizelement 29 wird in die zwischen den Außenschalen 27 und 28 gebildete Ringnut eingebracht. Die Außenschalen 27 und 28 können mit der Innenschale 26 dicht verschweißt sein, so daß die Vakuumkammern 30 und 31 zur Atmosphäre hin abgedichtet sind, wie die Schweißnähte 35 zeigen. Die Vakuumkammern 30 und 31 können im Bereich der Stoßstellen zur anderen Heizschale 25 hin wieder offen oder geschlossen sein. Sind die Vakuumkammern 30 und 31 offen, dann sind sie, wie bei der Heizschale 13, zur Atmosphäre hin mittels Dichtungselementen abzudichten.
Der Aufbau der Heizvorrichtung 12 kann auch anders sein, wesentlich ist nur, daß mindestens eine Vakuumkammer vorgesehen ist, die sich über den gesamten Umfang der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 oder Kunststoff-Formstücke erstreckt und so mit dem Innenumfang der Heizvorrichtung in Verbindung steht, daß sich das Vakuum in der Nähe der Stoßstelle, d.h. Verbindungsstelle, gleichmäßig auf beide Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte 10 und 11 oder Kunststoff-Formstücke und auf den gesamten Umfang derselben auswirken und das plastische Material am Innenumfang der Heizvorrichtung halten kann.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Stumpfschweißen von zwei Kunststoff-Rohrabschnitten oder Kunststoff-Formstücken, die in Spannvorrichtungen stirnseitig aufeinanderstoßend festgelegt sind, mittels einer die Endabschnitte derselben umschließenden, aus zwei halb hohl zylinderförmigen Heizschalen zusammengesetzten Heizvorrichtung für die Dauer einer vorgebbaren oder vorgegebenen Heizzeit von außen her erwärmbar sind sowie nach der Erwärmung für die Dauer einer Abkühlzeit in der abgeschalteten Heizvorrichtung gehalten sind, bei dem die Kunststoff-Rohrabschnitte oder Kunststoff-Formstücke mittels einer im Bereich der von der Heizvorrichtung erwärmten Heizzone auf die Endabschnitte der Kunststoff-Rohrabschnitte der Kunststoff-Formstücke radial nach außen gerichteten Kraft am Innenumfang der Heizvorrichtung gehalten werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizschalen (12) in Umfangsrichtung verlaufende, eine mittlere Heizkammer (16) und beidseitig davon je eine Vakuumkammer (17, 18) aufweisen und
daß Saugkanäle (19, 20) oder Saugschlitze der Vakuumkammern (17, 18) im Bereich der Heizkammer (16) auf dem Innenumfang der Heizschalen (13) enden, wobei die radial nach außen wirkende Kraft des Vakuums zumindest in der Endphase der Heizzeit und mindestens in der Anfangsphase der Abkühlzeit wirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (21) mittels Heißluft oder heißen Öls geheizt und mittels Kühlluft oder Kühlöl gekühlt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschalen (25) eine nach außen offene Ringnut zur Aufnahme eines elektrischen Heizelementes (29) bilden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschalen (13, 25) aus einer Innenschale (14 bzw. 26) und einer Außenschale (16 bzw. 27, 28) zusammengesetzt sind und
daß die Außenschalen (15 bzw. 27, 28) mittels angeformter Stege die Vakuumkammern (17, 18 bzw. 30, 31) und die Heizkammer (16) oder die Ringnut für das elektrische Heizelement (29) abteilen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammern (17, 18, 30, 31) der Heizschalen (13, 25) an den aufeinandertreffenden Stirnflächen offen und mittels Dichtungselementen (22, 34) zur Atmosphäre und Heizkammer (16) hin abgedichtet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschalen (14, 26) aus gut wärmeleitendem Material und die Außenschalen (15, 27, 28) aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugkanäle (19, 20, 32, 33) oder Saugschlitze in kleinem Abstand von der Mitte der Heizkammer (16) oder der Ringnut für das elektrische Heizelement (29), d. h. von der Stoßstelle der Kunststoff-Rohrabschnitte (10, 11) oder Kunststoff-Formstücke, enden.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugkanäle (19, 20, 32, 33) als Bohrungen ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugschlitze in regelmäßigen Winkelbereichen unterbrochen sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenumfang der Heizvorrichtung (12) im Bereich der Saugkanäle (19, 20, 32, 33) oder Saugschlitze einen größeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser der Kunststoff-Rohrabschnitte (10, 11) oder Kunststoff-Formstücke und eine umlaufende Saugkammer bildet.
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