DE4416518A1 - Vorrichtung zum stirnseitigen Verschweißen von Kunststoffprofilen, insbesondere von Rohren - Google Patents
Vorrichtung zum stirnseitigen Verschweißen von Kunststoffprofilen, insbesondere von RohrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum stirnseitigen
Verschweißen von Kunststoffprofilen, insbesondere von
Rohren, mit Spannvorrichtungen zur koaxialen Positionie
rung und zur Ausführung einer axialen Relativbewegung der
zu verschweißenden Profile und mit einer zwischen die zu
verschweißenden Profile bringbaren Heizvorrichtung zur
Beaufschlagung der Profile mit Infrarot-Strahlung, wobei
die Heizvorrichtung im wesentlichen parallel und
beabstandet zu den Stirnflächen der Profile angeordnet
ist.
Eine derartige Vorrichtung zum berührungslosen Aufheizen
von zu verschweißenden Rohren vor dem die Schweißverbin
dung bewirkenden Zusammenbringen dieser Rohre ist aus der
DE 40 13 471 A1 bekannt. Die dort beschriebene Heizvorrich
tung besteht aus einer mit einer Keramikschicht versehenen
Metallplatte, in die mehrere elektrisch heizbare Heiz
patronen eingesetzt sind. Der Nachteil dieser bekannten
Anordnung besteht zum einen darin, daß zum Aufheizen der
massiven Metallplatte eine nicht geringe Zeit und Energie
benötigt wird, wobei auch die Abkühlzeit relativ lange
dauert. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Heiz
vorrichtung schwergewichtig und teuer in der Herstellung
ist, wobei insbesondere die Technologie zum Aufbringen der
Keramikschicht auf die Metallschicht problematisch ist, da
verhindert werden muß, daß die Keramik auf Grund unter
schiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten oder aus ande
ren Gründen beim Erhitzen von der Metallplatte abplatzt,
was die Gefahr eine relativ kurzen Lebensdauer mit sich
bringt.
Weiterhin sind Heizvorrichtungen für derartige Schweiß
maschinen für Kunststoffrohre bekannt, die aus einer heiz
baren, mit einem Antihaftbelag beschichteten metallischen
Heizplatte bestehen. Diese wird in Kontakt mit den zu
verschweißenden Kunststoffrohren gebracht, danach von
diesen gelöst und herausgeschwenkt, um die Kunststoffrohre
zusammendrücken zu können. Derartige Schweißmaschinen sind
beispielsweise aus dem Prospekt "Kunststoffschweißtechnik"
der Firma WIDOS, W. Dommer Söhne GmbH, 71254 Ditzingen,
aus der DE-OS 23 32 174, der DE-AS 27 34 911 und der DE
40 10 541 C2 bekannt. Vor allem in der chemischen
Industrie werden häufig große Anforderungen an die chemi
sche Reinheit von Rohrverbindungen gestellt. Die Kontakt
flächen der Heizvorrichtung müssen daher für jeden
Schweißvorgang in aufwendiger Weise gereinigt werden, was
umständlich und teuer ist und dennoch die Gefahr von Ver
unreinigungen an den Verbindunsflächen der Rohre mit sich
bringt. Darüber hinaus müssen die Rohre beim Schweißen an
fänglich mit einer ganz bestimmten Kraft gegen die Heiz
platte gedrückt werden, wobei diese Kraft dann anschlie
ßend reduziert wird. Hierdurch wird das Schweißverfahren
infolge der sehr exakt einzustellenden Kräfte und Be
wegungen relativ kompliziert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die
eingangs angegebene Schweißvorrichtung so zu verbessern,
daß ein schnelleres und energiesparenderes Aufheizen der
zu verschweißenden Profile durch eine Heizvorrichtung er
reicht wird, die einfacher und kostengünstiger herstellbar
ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Heizvorrichtung wenigstens ein flächiges Widerstandsheiz
element zur direkten Beaufschlagung der Stirnflächen der
Profile mit Infrarot-Strahlung aufweist und daß
Schutzplatten aus Infrarot-durchlässigem Glaskeramik
material als separate Platten jeweils zwischen dem
Widerstandsheizelement und den Stirnflächen der zu
verschweißenden Profile angeordnet sind.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung entfällt das Auf
heizen einer Metallplatte durch das Widerstandselement,
dessen Infrarot-Strahlung nunmehr direkt auf die aufzu
heizenden Stirnflächen der Profile einwirken kann. Neben
der Einsparung von Heizenergie wirkt die vom Widerstands
heizelement erzeugte Infrarot-Strahlung nach dessen Ein
schalten praktisch unverzögert auf die aufzuheizenden
Stirnflächen der Profile ein. Hierdurch ist eine sehr
schnelle Aufheizung möglich, die insgesamt einen schnelle
ren Schweißvorgang ermöglicht. Die Schutzplatten aus
Infrarot-durchlässigem Keramikmaterial dienen lediglich
zum Schutz des Widerstandsheizelements gegen mechanische
Beschädigungen und als Schutz gegen eine direkte Berührung
des unter Umständen mit einer elektrischen Spannung be
aufschlagten Widerstandsheizelements. Das Glaskeramik
material schwächt die durchgehende Infrarot-Strahlung nur
relativ geringfügig und verzögert dadurch die sehr
schnelle Aufheizung der Stirnflächen der zu verschweißen
den Profile nur unwesentlich. Da die Heizvorrichtung er
findungsgemäß im wesentlichen nur noch aus dem wenigstens
einen Widerstandsheizelement und den beiden Schutzplatten
besteht, ist eine einfache und sehr kostengünstige Her
stellung möglich. Durch den Wegfall der Metallplatte wird
die Heizvorrichtung auch sehr leichtgewichtig und dadurch
einfach handhabbar.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
Eine besonders einfache mechanische Anordnung bei gleich
zeitig guter Heizwirkung wird durch zwei flächige Wider
standsheizelemente zu beiden Seiten einer flächigen Halte
vorrichtung erreicht. Diese ist vorzugsweise als elek
trisch isolierende, hitzebeständige Platte ausgebildet, an
der die beiden Widerstandsheizelement befestigt werden
können, um nach beiden Seiten Infrarot-Strahlung abzuge
ben.
Eine sowohl mechanisch als auch elektrisch sichere und
leicht handhabbare Heizvorrichtung wird dadurch erreicht,
daß die beiden Schutzplatten die beiden gegenüberliegenden
Flachseiten eines dosenartigen Gehäuses zur Aufnahme des
wenigstens einen Widerstandsheizelements bilden. Bei einem
zylinderartig ausgebildeten Gehäuse brauchen daher die
beiden Schutzplatten lediglich noch mit einem kurzen rohr
artigen Gehäuseelement verbunden zu werden.
Das wenigstens eine Widerstandsheizelement ist zweck
mäßigerweise als ein in einer Ebene windungs- und/oder
spiral- und/oder schleifenartig angeordneter Heizdraht
oder Heizstab ausgebildet. Im Falle eines Heizdrahtes kann
dieser auch ein gewendelter Heizdraht sein.
Zur alternativen Verwendung der Heizvorrichtung als Kon
taktheizvorrichtung sind in vorteilhafter Weise an die
Schutzplatten profilseitig anbringbare, durch Wärmestrah
lung seitens des wenigstens einen Widerstandsheizelements
aufheizbare und in Kontakt mit den zu verschweißenden Pro
filen bringbare Kontaktaufheizelemente vorgesehen. Hier
durch kann die Heizvorrichtung in variabler Weise sowohl
zur berührungslosen Strahlungsaufheizung als auch zur
Kontaktaufheizung eingesetzt werden, wenn beispielsweise
die Kontaktaufheizung in Spezialfällen günstiger ist.
Die Kontaktaufheizelemente können in ihrer Gestalt dem
jeweiligen Anwendungszweck angepaßt werden und sind im
einfachsten Falle als ebene Platten ausgebildet. Zur Her
stellung von Muffenschweißverbindungen an Rohren sind die
Kontaktaufheizelemente einerseits mit einem Heizdorn und
andererseits mit einer Heizmuffe versehen. Der Heizdorn
und die Heizmuffe können beispielsweise an einem ebenen
plattenförmigen Kontaktaufheizelement angeordnet bzw. ein
stückig mit diesem ausgebildet sein.
Die Kontaktaufheizelemente bestehen zweckmäßigerweise aus
Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminium
legierung, und können in an sich bekannter Weise mit einem
Antihaftbelag aus einem wärmebeständigen Kunststoff an den
erforderlichen Stellen überzogen sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schweißvor
richtung zur Erläuterung des Schweißvorgangs,
Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht einer erfindungsge
mäßen Heizvorrichtung,
Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung der in Fig. 2 dar
gestellten Heizvorrichtung,
Fig. 4 dieselbe Heizvorrichtung mit an beiden Seiten
angeordneten Kontaktaufheizelementen, die als
ebene Platten ausgebildet sind, und
Fig. 5 eine entsprechende Anordnung mit Kontaktaufheiz
elementen, die einerseits einen Heizdorn und
andererseits eine Heizmuffe besitzen.
Die in Fig. 1 lediglich schematisch in der Seitenansicht
dargestellte Schweißvorrichtung dient zur Erläuterung des
Schweißvorgangs bei einer Aufheizung von zu verschweißen
den Rohren 10, 11 durch Infrarot-Strahlung, wie dies bei
spielsweise auch in der eingangs genannten DE 40 13 471 A1
beschrieben ist. Zunächst werden die beiden zu verschwei
ßenden Rohre 10, 11 in Spannvorrichtungen 12, 13 konzen
trisch eingespannt. Diese beiden Spannvorrichtungen 12, 13
sind an einer Basis 14, die ein Maschinengestell sein
kann, axial verschiebbar geführt, wie dies durch die
Pfeile A und B angedeutet ist. Nun wird zunächst bei be
abstandeten Rohrenden eine nicht dargestellte Schneid
einrichtung zwischen die Rohrenden geschoben oder ge
schwenkt, die daraufhin mittels der Spannvorrichtungen 12,
13 gegen die Schneideinrichtung geschoben werden. Durch
diese Schneideinrichtung werden die Stirnflächen der Rohre
10, 11 plangeschnitten bzw. -gefräst, um exakte parallele
Anlageflächen für das Stumpfschweißen zu erreichen. Bei
einer solchen Schneideeinrichtung kann es sich beispiels
weise um eine rotierende Hobelscheibe mit einer Hobel
schneide handeln. Nachdem die Rohre 10, 11 wieder ausein
andergefahren worden sind, wird die Schneideinrichtung
herausgeschwenkt und dafür eine plattenartige Heizvor
richtung 15 hineingeschoben oder hineingeschwenkt. Die
beiden Stirnflächen der Rohre 10, 11 werden nun mit der
Infrarot-Strahlung der Heizvorrichtung 15 beaufschlagt, um
sie auf die erforderliche Schweißtemperatur zu bringen,
die unter anderem von der Art des Kunststoffmaterials des
Rohrs abhängt. Sie wird über die Anheizzeit und/oder über
einen nicht dargestellten Temperatursensor bestimmt. Nun
wird die Heizvorrichtung 15 wieder aus dem Spalt zwischen
den Rohren 10, 11 herausgenommen, und die beiden Rohre 10,
11 werden durch die Spannvorrichtungen 12, 13 aneinander
gepreßt. Dies kann beispielsweise nach einer vorgegebenen
Druckfunktion erfolgen. Hierbei bildet sich eine Schweiß
wulst, und die beiden Rohre 10, 11 sind stirnseitig fest
miteinander verschweißt. Nach dem Abkühlen werden die
Spannvorrichtungen 12, 13 aufgeklappt, und das fertig
geschweißte Rohr kann herausgenommen werden bzw. die
Schweißvorrichtung wird vom Rohr abgenommen.
Details über mögliche Ausführungen von Spannvorrichtungen
und deren Bewegungsablauf können aus dem eingangs ange
gebenen Stand der Technik genauer entnommen werden.
Die Heizvorrichtung 15 ist in den Fig. 2 und 3 näher dar
gestellt. Sie besteht im wesentlichen aus einem kurzen,
rohrartigen Gehäuseelement 16, dessen Stirnöffnungen je
weils durch Schutzplatten 17 aus einem Glaskeramikmaterial
verschlossen sind, das durchlässig für Infrarot-Strahlung
ist. Derartige Glaskeramikplatten sind in ähnlicher
schwarz eingefärbter Form im Handel erhältlich und
werden unter anderem auch für Heizflächen von Küchenherden
verwendet. Die Schutzplatten 17 bilden zusammen mit dem
rohrartigen Gehäuseelement 16 ein dosenartiges Gehäuse.
Etwa mittig zwischen den Schutzplatten 17 ist eine Halte
platte 18 aus hitzebeständigem und elektrisch isolierendem
Material parallel zu den Schutzplatten 17 am rohrartigen
Gehäuseelement 16 fixiert. An beiden Seiten dieser Halte
platte 18 sind Widerstandsheizelemente 19 befestigt. Sie
sind als flächige Heizelemente geformt, indem ein Heizstab
gemäß Fig. 2 windungs- bzw. schleifenartig so gekrümmt
ist, daß er im wesentlichen gleichmäßig über die Fläche
der Halteplatte 18 verteilt ist, so daß insgesamt ein
flächiges Widerstandsheizelement gebildet wird, das im
aufgeheizten Zustand Infrarot-Strahlung ungefähr gleich
mäßig über die Fläche verteilt abstrahlt. Derartige Heiz
stäbe werden mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt,
so daß sie sich infolge des durchfließenden Stromes er
hitzen. Anstelle von Heizstäben können auch Heizdrähte
verwendet werden, beispielsweise in gewendelter Form.
Weiterhin ist es auch möglich, auf jeder Seite der Halte
platte 18 mehrere Widerstandsheizelemente 19 vorzusehen,
wobei es lediglich auf die möglichst gleichmäßige Ver
teilung über der Fläche ankommt, so daß die Infrarot-
Strahlung möglichst gleichmäßig abgegeben wird. Selbstver
ständlich ist es für Einzelfälle auch möglich, nur eine
ringförmige Verteilung so vorzusehen, daß die Infrarot-
Strahlung nur im Bereich einer ringartigen Fläche abge
geben wird, die in etwa den Stirnflächen der zu ver
schweißenden Rohre 10, 11 entspricht.
Anstelle von zwei flächigen Widerstandsheizelementen 19
oder Widerstandsheizelement-Anordnungen zu beiden Seiten
der Halteplatte 18 kann prinzipiell auch eine einzige
flächige Widerstandsheizelement-Anordnung mittig zwischen
den Schutzplatten 17 angeordnet sein.
Für manche Anwendungszwecke ist die bekannte Art der Auf
heizung der zu verschweißenden Rohre durch Wärmekontakt
von Vorteil. Um die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Heiz
vorrichtung 15 auch als Kontaktheizvorrichtung einsetzen
zu können, sind zwei metallische plattenförmige Kontakt
aufheizelemente 21 vorgesehen, die an beiden Flachseiten
der Heizvorrichtung 15, also an den Schutzplatten 17 gemäß
Fig. 4, angebracht werden können. Sie besitzen jeweils in
an sich bekannter Weise einen Antihaftbelag 22 aus einem
wärmebeständigen Kunststoffmaterial, um ein Ankleben der
aufzuheizenden Kunststoffrohre an den Kontaktflächen zu
vermeiden. Diese Kontaktaufheizelemente 21 werden an ihren
Innenseiten durch Infrarot-Strahlung der Widerstandsheiz
elemente 19 aufgeheizt und mit ihren Außenflächen in
Kontakt mit den zu verschweißenden Stirnflächen von
Kunststoffrohren gebracht, wie dies im eingangs angegebe
nen Stand der Technik näher beschrieben ist. Nach Abnahme
der Konaktaufheizelemente 21 arbeitet die Heizvorrichtung
15 wiederum kontaktlos durch Infrarot-Strahlung, wie dies
in Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurde.
Einen Spezialfall für das Verschweißen von Kunststoff
profilen stellt das sogenannte Muffenschweißen dar. Hier
bei werden zwei ineinanderschiebbare Rohre an ihren
radialen Kontaktflächen verschweißt. Um auch das Muffen
schweißen mit der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Heiz
vorrichtung 15 zu ermöglichen, werden gemäß Fig. 4 wieder
um an den flachen Stirnseiten der Heizvorrichtung 15
Metallplatten als Kontaktaufheizelemente 23 angebracht,
von denen die eine mit einem zylindrischen Heizdorn 24 und
die andere mit einer rohrförmigen Heizmuffe 25 versehen
ist. Im montierten Zustand ist der Heizdorn 24 konzen
trisch zur Heizmuffe 25 angeordnet.
Im Betrieb heizt wiederum die Heizvorrichtung 15 die
Kontaktaufheizelemente 23 und über diese den Heizdorn 24
und die Heizmuffe 25 von innen her auf. Danach wird das
größere, gestrichelt dargestellte Rohr 26 über den Heiz
dorn 24 geschoben, und das kleinere, ebenfalls gestrichelt
dargestellte Rohr 27 wird in die Heizmuffe 25 einge
schoben. Nach dem Aufheizen auf die gewünschte Schweiß
temperatur werden die beiden Rohre 26, 27 auseinanderge
zogen, die Heizvorrichtung wird weggeschwenkt oder weg
gezogen, und dann werden die Rohre 26, 27 zum Verschweißen
ineinandergesteckt.
Anstelle der Kontaktaufheizelemente 21, 23, des Heizdorns
24 und der Heizmuffe 25 können auch noch Kontaktaufheiz
elemente anderer Gestalt für Spezialsschweißungen vorge
sehen sein, die jeweils abnehmbar an der Heizvorrichtung
20 befestigt werden können. Alle derartigen Kontakt
aufheizelemente können an den jeweiligen Berührungsflächen
mit den zu verschweißenden Kunststoffrohren mit einem
Antihaftbelag versehen sein.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das Ver
schweißen von Kunststoffrohren beschränkt, vielmehr können
in entsprechender Weise auch andere Kunststoffprofile
unterschiedlichster Gestalt stirnseitig miteinander ver
schweißt werden (Stumpfschweißen) oder durch Ineinander
schieben verschweißt werden (Muffenschweißen).
Claims (13)
1. Vorrichtung zum stirnseitigen Verschweißen von
Kunststoffprofilen, insbesondere von Rohren, mit
Spannvorrichtungen zur koaxialen Positionierung und zur
Ausführung einer axialen Relativbewegung der zu
verschweißenden Profile und mit einer zwischen die zu
verschweißenden Profile bringbaren Heizvorrichtung zur
Beaufschlagung der Profile mit Infrarot-Strahlung, wobei
die Heizvorrichtung im wesentlichen parallel und
beabstandet zu den Stirnflächen der Profile angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (15)
wenigstens ein flächiges Widerstandsheizelement (19) zur
direkten Beaufschlagung der Stirnflächen der Profile (10,
11) mit Infrarot-Strahlung aufweist und daß Schutzplatten
(17) aus Infrarot-durchlässigem Glaskeramikmaterial
als separate Platten jeweils zwischen dem
Widerstandsheizelement (19) und den Stirnflächen der zu
verschweißenden Profile (10, 11) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwei flächige Widerstandsheizelemente (19)
zu beiden Seiten einer flächigen Haltevorrichtung (18)
angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die flächige Haltevorrichtung (18) als
elektrisch isolierende, hitzebeständige Platte ausgebildet
ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schutz
platten (17) die beiden gegenüberliegenden Flachseiten
eines dosenartigen Gehäuses zur Aufnahme des wenigstens
einen Widerstandsheizelements (19) bilden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gehäuse zylinderartig ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine
Widerstandsheizelement (19) als ein in einer Ebene win
dungs- und/oder spiral- und/oder schleifenartig angeord
neter Heizdraht oder Heizstab ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Heizdraht als gewendelter Heizdraht
ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile Kunst
stoffrohre sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur alternativen
Verwendung der Heizvorrichtung (15) als Kontaktheiz
vorrichtung an die Schutzplatten (17) profilseitig an
bringbare, durch Infrarot-Strahlung seitens des wenigstens
einen Widerstandsheizelements (19) aufheizbare und in
Kontakt mit den zu verschweißenden Profilen (10, 11; 26,
27) bringbare Kontaktaufheizelemente (21, 22; 23-25)
vorgesehen sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kontaktaufheizelemente (21; 23) als
ebene Platten ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kontaktaufheizelemente (23) zur
Herstellung von Muffenschweißverbindungen an Rohren (26,
27) einerseits mit einem Heizdorn (24) und andererseits
mit einer Heizmuffe (25) versehen sind.
12. Vorrichtung nach einem der Anprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktaufheizelemente
(21; 23-25) aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder
einer Aluminiumlegierung, bestehen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kontaktaufheizelemente (21) mit einem
Antihaftbelag aus einem wärmebeständigen Kunststoff
material wenigstens an der in Kontakt mit den zu ver
schweißenden Profilen gelangenden Stellen versehen sind.
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