DE69120833T2 - Verfahren, heizvorrichtung und schweissgerät zum verbinden thermoplastischer körper - Google Patents

Verfahren, heizvorrichtung und schweissgerät zum verbinden thermoplastischer körper

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen eines Paares getrennter Körper, die aus einem thermoplastischen, schmelzbaren Material hergestellt sind.
  • Die Europäische Patentanmeldung Nr. 0 196 795 offenbart eine Vorrichtung zum Verschweißen von thermoplastischen Rohren. Diese bekannte Vorrichtung umfaßt ein Paar gegenüberliegend angeordneter Klemmvorrichtungen, die mittels Hydraulikzylindern oder Preßkolben in Bezug auf einen Rahmen aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind. Die freien Enden eines Paares von thermoplastischen Rohren zur Naturgasverteilung sind an den jeweiligen Klemmvorrichtungen derart montiert, daß die Endoberflächen der Rohre mittels Preßkolben in einen Eingriff mit gegenüberliegenden Oberflächen einer Heizplatte, welche dazwischen angeordnet ist, bewegt werden können. Der hydraulische Druck in den Preßkolben wird auf ein bestimmtes Druckniveau erhöht (Widerstandsdruck), bei dem die Klemmvorrichtungen und die daran eingespannten Rohrenden beginnen, sich auf die Heizplatte zuzubewegen. Eine derartige Bewegung wird durch einen Endschalter festgestellt, wobei ein mikroprozessorunterstütztes Steuersystem dem Widerstandsdruck einen vorprogrammierten Druckwert (Wulsterzeugungsdruck) hinzufügt, so daß die Rohrenden gegen die gegenüberliegenden Oberflächen der Heizplatte gepreßt werden, um daran Endwulste zu formen. Während der Widerstandsdruck vorwiegend der Druck ist, der notwendig ist, Reibungskräfte zu überwinden, die auf die Rohre, die Klemmvorrichtungen oder andere damit verbundene, bewegbare Teile wirken, ist der Wulsterzeugungsdruck der Druck, der den Oberflächendruck festlegt, welcher zwischen der Heizplatte an den Rohrendenoberflächen erreicht wird.
  • Nach dem Erhitzen für eine vorprogrammierte Zeitdauer, leitet das Steuersystem automatisch ein Reduzieren des hydraulischen Drucks und ein Zurückziehen der Heizplatte ein. Sofort danach werden die erhitzten, thermoplastischen Rohrenden für eine andere programmierte Zeitdauer zusammengepreßt (Verschmelzung), wobei der aufgebrachte hydraulische Druck die Summe des registrierten Widerstandsdrucks und eines vorprogrammierten, hinzugefügten Drucks (Verschmelzdruck) ist und wobei der vorprogrammierte Verschmelzdruck derart gewählt ist, daß er während der Verschmelzung dem gewünschten Druck pro Flächeneinheit der Rohrendenoberflächen entspricht.
  • Um sicherzustellen, daß die Schmelzverbindung ohne jegliche Fehler ist und daß im wesentlichen die gleiche Qualität der Schmelzverbindungen (zum Beispiel in Übereinstimmung mit bestimmten Standards oder Vorschriften) über eine Anzahl von aufeinanderfolgenden, einheitlichen Verschmelzvorgängen erreicht wird, ist es wichtig, daß der Wulsterzeugungsdruck und der Verschmelzdruck sich nicht von Zeit zu Zeit in auch nur geringem Umfang ändern und daß diese Drücke auf den vorgeschriebenen Werten gehalten werden. Bei der Verwendung der bekannten, oben beschriebenen Vorrichtung ist der gemessene Widerstandsdruck jener hydraulische Druck, der notwendig ist, eine Bewegung der Klemmvorrichtung und des daran eingespannten Rohres oder der Röhre zu veranlassen. Das bedeutet, daß die zu überwindende Reibung die Haftreibung und nicht die niedrigere Gleitreibung ist. Folglich, wenn die bekannte Vorrichtung verwendet wird, sind die tatsächlichen Drücke, die auf die Endoberflächen der Rohr- oder Röhrenenden während der Wulsterzeugungs- und Verschmelzvorgänge ausgeübt werden, nicht exakt die vorprogrammierten Drücke, die dem Widerstandsdruck hinzugefügt werden.
  • Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Verschweißen benachbarter Oberflächen eines Paares getrennter Körper, wie beispielsweise vollwandiger, stabförmiger Körper oder röhrenförmiger Körper, welche aus einem thermoplastischen, schinelzbaren Material hergestellt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt folgende Schritte:
  • Pressen der Oberflächen der Körper in einen Kontakt-Eingriff mit jeweils gegenüberliegenden Oberflächen einer Heizvorrichtung, Erhitzen der gegenüberliegenden Oberflächen der Heizvorrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur, die mindestens gleich ist zur Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials, Halten der thermoplastischen Körper in Kontakt mit den erhitzten, gegenüberliegenden Oberflächen der Heizvorrichtung für eine vorbestimmte Zeitdauer, so daß die anliegenden Oberflächen der Körper auf eine Temperatur erhitzt werden, die mindestens gleich der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials ist, Entfernen der Heizvorrichtung von den erhitzten Oberflächen der Körper und Pressen der erhitzten Oberflächen der thermoplastischen Körper in einen beiderseitigen Eingriff, um so die beiden Körper zu verschweißen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zwischen den Körperoberflächen durch dazwischen angeordnete Druckmeßvorrichtungen gemessen wird und daß das Pressen der Körperoberflächen in einen anliegenden Eingriff mit den gegenüberliegenden Oberflächen der Heizvorrichtung derart gesteuert wird, daß der gemessene Druck für eine vorbestimmte Zeitdauer im wesentlichen auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Durch ein direktes Messen des auf die gegenüberliegenden Körperoberflächen ausgeübten Drucks und durch Steuerung eines derartigen Drucks ist es möglich, den Wulsterzeugungsdruck direkt und akurat zu messen und unabhängig vom sich ändernden Widerstandsdruck zu steuern.
  • Es ist möglich die Druckmeßvorrichtungen zwischen den Körperoberflächen anzuordnen und diese Oberflächen aufeinanderzupressen, bevor sie erhitzt werden. Durch ein Vergleichen des von den zwischen den Körperoberflächen angeordneten Druckmeßvorrichtungen gemessenen Drucks und der auf die Körper ausgeübten Druckkräfte kann der tatsächliche Widerstandsdruck berechnet werden. Wenn die Oberflächen der Körper anschließend in anliegenden Eingriff mit den gegenüberliegenden Oberflächen der Heizvorrichtung gepreßt werden, kann der Anliegedruck akurat bestimmt und gesteuert werden, beispielsweise mittels eines Mikroprozessors, basierend auf der Information über den tatsächlichen Widerstandsdruck.
  • Vorzugsweise jedoch sind die Druckmeßvorrichtungen zwischen einem Paar gegenseitig bewegbarer Teile der Heizvorrichtung angeordnet, wobei jedes Teil eine der gegenüberliegenden Oberflächen der Heizvorrichtung bildet. Es ist dann möglich, den Druck zwischen den Körperoberflächen und den erhitzten Oberflächen der Heizvorrichtung während des Erhitzungsvorgangs direkt zu messen und einen derartigen Druck laufend zu steuern.
  • Nach dem Wulsterzeugungs-Vorgang wird die Heizvorrichtung entfernt, und die erhitzten Körperoberflächen werden in einen beiderseitigen Eingriff gepreßt, um dadurch eine Verschmelzung zu veranlassen. Da der Widerstandsdruck im wesentlichen als der gleiche Druck wie während des unmittelbar vorausgegangenen Wulsterzeugungs-Vorgangs angenommen werden kann, kann der während des Wulsterzeugungs-Vorgangs aufgebrachte Totaldruck um einen vorbestimmten Betrag erniedrigt oder erhöht werden, welcher dem Wert entspricht, um den der Verschmelzdruck in Bezug auf den Wulsterzeugungsdruck erniedrigt oder erhöht werden sollte. Vorzugsweise jedoch werden die erhitzten Körperoberflächen in einen beiderseitigen Eingriff mit einem zweiten Druck gepreßt, welcher im wesentlichen denselben Wert aufweist wie ein erster Druck, mit dem die Körperoberflächen während des Wulsterzeugungs-Vorgangs in anliegenden Eingriff mit den Heizoberflächen der Heizvorrichtung gebracht werden.
  • Die zu verschmelzenden, thermoplastischen Körper können vollwandig oder hohl und von jeder Form sein, wie zum Beispiel stabförmig. Jedoch ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders nützlich zum Verschweißen von komplementären Endoberflächen von röhrenförmigen Körpern oder Rohren, wie zum Beispiel Naturgasverteilungsrohren aus thermoplastischem Material.
  • Im Prinzip können die zu verschmelzenden Körper in jeder geeigneten Weise in Eirigriff mit der Heizvorrichtung und in beiderseitigen Eingriff gepreßt werden. Vorzugsweise sind die zu verschmelzenden Körper auf jeweiligen Trageteilen montiert, die gegenseitig entlang einer Führung beweglich sind, wobei die Körperoberflächen in anliegenden Eingriff mit den gegenüberliegenden Endoberflächen der Heizvorrichtung und in gegenseitigen Eingriff durch mittels Druckfluid betätigte Antriebsvorrichtungen gepreßt werden, die die Trageteile entlang der Führung aufeinander zu drücken, wobei der Druck des den Antriebsvorrichtungen zugeführten Druckfluids derart gesteuert wird, daß man den vorbestimmten Wert des gemessenen Drucks zwischen den beweglichen Teilen der Heizvorrichtung erreicht. Die durch Druckfluid betätigten Antriebsvorrichtungen können ausdehnbare Vorrichtungen wie zum Beispiel Pneumatikund Hydraulikylinder oder Preßkolben umfassen.
  • Wie oben angegeben, kann der Druck des den Antriebsvorrichtungen zugeführten Druckfluids zum Pressen der erhitzten Körperoberflächen in einen gegenseitigen Eingriff in Zusammenhang sein mit dem Druck jenes Druckfluids, welches zum Pressen der Körperoberflächen in einen anliegenden Eingriff mit den gegenüberliegenden Oberflächen der Heizvorrichtung zugeführt wird. Deshalb kann der Druck des Druckfluids, das während des Verschmelzvorgangs zugeführt wird, festgelegt werden durch ein Erhöhen oder Erniedrigen des Drucks jenes Druckfluids, welches während des Wulsterzeugungs-Vorgangs mit einem vorbestimmten Wert zugeführt wird. Vorzugsweise jedoch sind die beiden Drücke identisch oder haben im wesentlichen den gleichen Wert. Der Druck des Druckfluids, das zugeführt wird, um die Endoberflächen der Körper in einen Eingriff mit den gegenüberliegenden Oberflächen der Heizvorrichtung zu pressen, kann während des Wulsterzeugungs-Vorgangs variiert werden. Vorzugsweise werden die Körperoberflächen in anliegenden Eingriff mit den erhitzten Oberflächen der Heizvorrichtung mit einem ersten Druck für eine vorbestimmte Zeitdauer gepreßt und danach wird der Druck auf einen zweiten Druck vermindert, der für eine zweite Zeitdauer gehalten wird. Die erhitzten Körperoberflächen können dann mit einem Druck, der im wesentlichen gleich dem ersten Druck ist, in gegenseitigen Eingriff gepreßt werden.
  • Die vorliegende Erfindung liefert auch eine Heizvorrichtung zur Verwendung beim Verschweißen benachbarter Oberflächen eines Paares getrennter Körper, die aus einem thermoplastischen, schmelzbaren Material hergestellt sind, und zur Ausbildung eines Paares von gegenüberliegenden Heizoberflächen, wobei die erfindungsgemäße Heizvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein Paar von gegenseitig beweglichen Teilen umfaßt, die jeweils eine der Heizoberflächen bilden, und daß sie Druckmeßvorrichtungen umfaßt, die zur Messung des auf die gegenüberliegenden Oberflächen ausgeübten Drucks zwischen den beweglichen Teilen angeordnet sind.
  • Die Druckmeßvorrichtunqen können beispielsweise einen kompressiblen Fluidbehälter oder eine kompressible Fluidkammer, wie zum Beispiel einen oder mehrere, zwischen den beweglichen Teilen der Heizvorrichtung angeordnete Hydraulikzylinder sowie einen Druckfühler zur Messung des Drucks innerhalb des Fluidbehälters oder der Fluidbehälter umfassen. In der bevorzugten Ausführungsform jedoch umfassen die Druckmeßvorrichtungen einen Druckmeßwandler, wie zum Beispiel ein auf Dehnungsmessung basierendes Biegeelement oder eine Wägezelle.
  • Die Heizvorrichtung kann ferner elektrische Heizvorrichtungen zum Heizen der Heizoberflächen und Temperaturmeßvorrichtungen zur Steuerung der Energieversorgung der Heizvorrichtungen umfassen, um die Temperatur der Heizoberfläche im wesentlichen auf einem vorbestimmten Wert zu halten.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt liefert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Verschweißen benachbarter Oberflächen eines Paares getrennter Körper, die aus einem thermoplastischen, schmelzbaren Material hergestellt sind, wobei die Vorrichtung einen Rahmen und ein Paar Trageteile zum Tragen der zu verbindenden Körper umfaßt, welche Trageteile gegenseitig entlang einer von dem Rahmen gebildeten Führung bewegbar sind, um die Oberflächen der Körper in Eingriff zu bringen und sie voneinander zu lösen. Die Vorrichtung umfaßt ferner durch Druckfluid betätigte Antriebsvorrichtungen zum Aufeinanderzu-Pressen der Trageteile entlang der Führung und eine Heizvorrichtung, welche ein Paar von gegenüberliegenden Heizoberflächen bildet, die mit den zu verbindenden Körperoberflächen in Eingriff gebracht werden sollen, wobei die Heizvorrichtung Heizvorrichtungen zum Erhitzen der Heizoberflächen auf eine bestimmte Temperatur umfaßt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung ein Paar von gegenseitig beweglichen Teilen umfaßt, die jeweils eine der Heizoberflächen bilden, und daß sie Druckmeßvorrichtungen umfaßt, die zwischen den beweglichen Teilen angeordnet sind, um den auf die gegenüberliegenden Heizoberflächen aufgebrachten Druck zu messen.
  • Die Vorrichtung kann weiterhin ein elektronisches Steuersystem, wie zum Beispiel einen Mikroprozessor umfassen, zur Steuerung des Drucks der den Antriebsvorrichtungen zugeführten Flüssigkeit in Erwiderung auf von den Druckmeßvorrichtungen empfangene Meßsignale. Das Steuersystem oder der Mikroprozessor können auch zur Steuerung der Temperatur der Heizoberflächen der Heizvorrichtung in zeitlicher Beziehung zur Steuerung des Drucks in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Programm angepaßt sein.
  • Die Erfindung wird jetzt im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, worin
  • Figur 1 eine schematische Ansicht eines Teils einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist,
  • Figur 2 ein schematisches, vereinfachtes Schaubild ist, welches Anderungen des hydraulischen Drucks in den in Figur 1 gezeigten Zylindern oder Preßkolben, aufgetragen über der Zeit, während eines kompletten Zyklus einer Anwendung der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung zeigt,
  • Figur 3 den Vorrichtungsteil von Figur 1 während des Wulsterzeugungs-Vorgangs zeigt,
  • Figur 4 die Vorrichtung von Figur 1 und 3 während des Verschmelzvorgangs zeigt und
  • Figur 5 schematisch einen Teil einer modifizierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
  • In den in den Figuren 1 und 3-5 gezeigten Vorrichtungen sind Röhren- oder Rohrabschnitte 10, die beispielsweise einen Teil einer Naturgasverteilungsrohrleitung bilden können, lösbar gehalten oder eingespannt durch Klemm- oder Einspannvorrichtungen 11, die entlang einer von einem Rahmen gebildeten Führung (nicht dargestellt) bewegbar sind. Die Klemm- oder Einspannvgrrichtungen 11 können entlang der Führung mittels doppeltwirkenden Hydraulikylindern oder Preßkolben 12 aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden. Hydraulisches Fluid kann den doppeltwirkenden Zylindern 12 über Leitungen 13 in einem hydraulischen System zugeführt werden, welches eine Hydraulikpumpe 14 und einen Druckmesser oder Manometer 15 zum Anzeigen des hydraulischen Drucks im hydraulischen System beinhaltet.
  • Die Vorrichtung umfaßt auch eine Heizplatte 16, die ein Paar von entgegengesetzt gerichteten äußeren Heizoberflächen 17 aufweist, die auf einem Paar von Heizscheiben 18 ausgebildet sind, von denen jede eine elektrische Heizvorrichtung 19 zum Heizen der Heizoberflächen enthalten oder tragen kann. Die Heizscheiben 18 können durch ein äußeres, peripheres Rahmenelement geführt sein, so daß die Heizscheiben 18 axial in Bezug zueinander bewegbar sind. Es sollte klar sein, daß eine der Heizscheiben 18 am Rahmenelement fest angebracht sein könnte, während die andere in Bezug dazu bewegbar ist, oder daß beide der Heizscheiben 18 in Bezug auf das Rahmenelement 20 bewegbar sein können. Kraft- oder Druckmeßvorrichtungen 21, wie beispielsweise Kraft- oder Druckmeßwandler, wie zum Beispiel Hydraulikzylinder oder Wägezellen, sind zwischen den Heizscheiben 18 angeordnet, so daß axiale Kräfte, die auf die entgegengesetzt gerichteten Heizoberflächen 17 ausgeübt werden, von den Kraftmeßvorrichtungen 21 gemessen oder erfaßt werden.
  • Die Druckmeßvorrichtungen 21 erzeugen in Erwiderung auf die darauf ausgeübte Kraft elektrische Signale oder Drucksignale, wobei diese Meßsignale an eine Vorrichtung 22 übermittelt werden können, die die axialen Kräfte, die auf die entgegengesetzt gerichteten Heizoberflächen 17 ausgeübt werden, visuell anzeigt (Figuren 1 und 3). Temperaturmeßvorrichtungen 23 können in den Heizscheiben 18 benachbart zu den Heizoberflächen 17 angeordnet sein, und Energie, die den elektrischen Heizvorrichtungen 19 zugeführt wird, kann mittels einer elektrischen Steuervorrichtung 24 in Erwiderung auf die von den Temperaturmeßvorrichtungen 23 empfangenen Signale derart gesteuert werden, daß die Temperatur der Heizoberflächen 17 auf einem gewünschten Wert gehalten wird, der durch die Steuervorrichtung 24 eingestellt ist.
  • Die oben beschriebenen Vorrichtungen können wie folgt angewendet werden:
  • Wenn die zu verbindenden Röhren- oder Rohrabschnitte 10 in den Klemm- oder Einspannvorrichtungen 11 montiert sind, wird die Heizplatte 16 zwischen den axial beabstandeten Endoberflächen der axial ausgerichteten Röhrenabschnitte 10 angeordnet, und die gewünschte Temperatur der Heizplatte 16 wird mittels der Steuervorrichtung eingestellt. Wenn die Steuervorrichtung 24 anzeigt, daß die gewünschte Temperatur der entgegengesetzt gerichteten Heizoberflächen 17 der Heizplatte 16 erreicht ist, wird die Hydraulikpumpe 14, welche manuell oder von einem Elektromotor angetrieben sein kann, betätigt. Der hydraulische Druck, der den Hydraulikzylindern 12 über die Leitungen 13 zugeführt wird, wird allmählich erhöht und wird gesteuert mittels einer Steuervorrichtung 25, die den Druckmesser 15 und eventuell auch ein von der Steuervorrichtung gesteuertes Servoventil umfaßt. Auf diese Weise werden die Endoberflächen der Röhren- oder Rohrabschnitte 10 in einen Eingriff mit den Heizoberflächen 17 der Heizplatte 16 gepreßt. Wenn die Vorrichtung 22 anzeigt, daß die gewünschte, vorbestimmte Kraft oder der gewünschte, vorbestimmte Druck, die dem gewünschten Druck pro Flächeneinheit entsprechen, erreicht ist, wird die Druckanzeige (Wulsterzeugungsdruck) des Druckmessers oder Manometers 15 von einem Bediener abgelesen oder automatisch in einem Speicher der Steuervorrichtung abgespeichert. Der Druck des hydraulischen Systems wird auf dem abgelesenen Druckwert für eine vorbestimmte Zeitdauer (Wulsterzeugungs-Zeit) gehalten, während der das thermoplastische Material der gegenüberliegenden Endabschnitte der Röhrenabschnitte 10 auf eine Temperatur über der Schmelztemperatur erhitzt wird, wodurch sich, wie in Figur 3 gezeigt, an jedem Röhrenabschnittsende ein Wulst 26 bildet. Wenn die vorbestimmte Wulsterzeugungs-Zeitdauer verstrichen ist, wird der hydraulische Druck im, hydraulischen System auf Atmosphärendruck vermindert und die Heizplatte 16 wird von ihrer Position zwischen den Röhren- oder Rohrabschnitten 10 entfernt. Jetzt wird der Druck des hydraulischen Systems vorzugsweise erhöht, bis das Manometer 15 einen hydraulischen Druck anzeigt, der dem zuvor im Speicher der Steuervorrichtung abgespeicherten oder dem vom Bediener während des Wulsterzeugungs-Vorgangs abgelesenen Druck entspricht. Es sollte klar sein, daß diese Anzeige jedoch durch Addieren eines vorbestimmten Werts dazu oder durch Abziehen eines vorbestimmten Werts davon, erhöht oder vermindert werden könnte. Eine derartige Erhöhung des Drucks im hydraulischen System veranlaßt die Hydraulikzylinder 12, die erhitzten, thermoplastischen Endabschnitte der Röhren- oder Rohrabschnitte 10 in einen wie in Figur 4 gezeigten beiderseitigen Eingriff mit einer vorbestimmten Kraft oder mit einem vorbestimmten Druck (Verschmelzdruck) zu pressen, wobei dieser Verschmelzdruck für eine vorbestimmte Zeitdauer gehalten werden kann, bis die mit dem Wulst versehenen Endabschnitte der Röhren- oder Rohrabschnitte 10 miteinander verschmolzen und auf eine Temperatur reichlich unter der Schmelztemperatur abgekühlt sind. Das Manometer 15 kann mit Vorrichtungen, wie beispielsweise einer zusätzlichen Anzeige zum Anzeigen des während des Heiz- oder Wulsterzeugungsvorgangs erreichten Maximaldrucks des hydraulischen Systemsausgestattet sein. Diese Anzeigevorrichtungen können dann den Druck anzeigen, der auch während des Verschmelzens der Röhrenabschnitte 10 erreicht werden sollte.
  • Figur 2 zeigt einen typischen, kompletten Zyklus einer Änderung des hydraulischen Drucks während der Wulsterzeugungs- und Verschmelzvorgänge. Wie in Figur 2 gezeigt, wird der Druck von Null auf einen Druck p1 erhöht, bei dem eine Bewegung der Klemmeinrichtungen 11 und der Röhrenabschnitte 10 eingeleitet wird. Danach vermindert sich der hydraulische Druck im System um einen gewissen Betrag auf den Druck p2, der den Widerstandsdruck darstellt, welcher hauptsächlich durch die zu überwindende Gleitreibung bestimmt ist, um die Röhren- oder Rohrabschnitte 10 aufeinander zu zu bewegen. Wenn die Endoberflächen der Röhren- oder Rohrabschnitte 10 in Eingriff mit den entgegengesetzt gerichteten Heizoberflächen 17 kommen, erhöht sich der hydraulische Druck auf einen vorbestimmten Maximalwert p3, welcher die Summe des Widerstandsdrucks und des Wulsterzeugungsdrucks ist, wobei der Druck p3 für eine vorbestimmte Zeitdauer t3 gehalten werden kann. Danach kann der Druck auf einen wesentlich niedrigeren Druck p4 abgesenkt werden, der für eine Zeitdauer t4 (Durcherhitzen) gehalten wird, wobei während dieser Zeitdauer die Röhrenenden weiterhin, aber mit niedrigerem Druck, in Eingriff mit der Heizplatte 16 gepreßt sind. Wenn die Zeitdauer t4 abgelaufen ist, ist das Erhitzen der Röhrenenden und das Versehen der Röhrenenden mit einem Wulst beendet und der Druck des hydraulischen Systems wird auf Null abgesenkt, und die Röhrenenden werden außer Eingriff mit der Heizplatte 16 bewegt, so daß die Heizplatte von dem Zwischenraum zwischen den Röhrenenden entfernt werden kann. Nach dem Entfernen der Heizplatte 16, wird der Druck im hydraulischen System wieder auf einen Wert p5 erhöht, so daß die erhitzten und mit einem Wulst versehenen Enden der Röhren- oder Rohrabschnitte 10 in beiderseitigen Eingriff gepreßt werden. In Figur 2 ist die Zeitdauer oder Übergangszeit, in der die Heizplatte entfernt und die Röhrenenden in beiderseitigen Eingriff bewegt werden mit t5 bezeichnet. Der Druck p5 des hydraulischen Systems während der Verschmelzungs- und der Abkühldauer t6 kann, wie in Figur 2 angegeben, der gleiche Druck sein wie p3. Jedoch kann der Druck p5 vom Druck p3 abweichen, wenn dies gewünscht ist.
  • Figur 5 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der in den Figuren 1,3 und 4 veranschaulichten Vorrichtung. In Figur 5 wird die Energiezufuhr zu den Heizvorrichtungen 19 und der Betrieb der Hydraulikpumpe 14 und folglich der Druck des hydraulischen Systems in Erwiderung auf die von den Druckmeßvorrichtungen 21 und Temperaturmeßvorrichtungen 23 empfangenen Signale mittels einer Steuervorrichtung, wie beispielsweise einem Mikroprozessor 27, auf Basis eines vorbestimmten Programms gesteuert. Daher kann ein derartiges Programm Informationen über den Wulsterzeugungsdruck und die Wulsterzeugungs-Zeit, den Durcherhitz-Druck und die Durcherhitz-Zeit, die Übergangszeit, den Verschmelz-Druck und die Zeitdauer für die Verschmelzung und Abkühlung usw. enthalten. Der Betrieb der Vorrichtung kann dann automatisch von dem Mikroprozessor gesteuert werden, so daß jedesmal ein gleichmäßiges Verschmelzergebnis erreicht wird.
  • Es sollte klar sein, daß im Verfahren und in der Vorrichtung gemäß der Erfindung der tatsächliche Wulsterzeugungsdruck mittels der Kraft- oder Druckmeßvorrichtungen 21, welche zwischen den gegenseitig bewegbaren Teilen der Heizplatte 16 angeordnet sind direkt gemessen werden kann, so daß die totale Wulsterzeugungs-Kraft oder ein bekannter Bruchteil davon über die Meßvorrichtungen ermittelt werden kann. Der hydraulische Druck, der für das Erreichen des direkt gemessenen Wulsterzeugungsdrucks notwendig ist, wird dann als Richtlinie verwendet, wenn jener hydraulische Druck bestimmt wird, der dazu verwendet wird, die Röhren- oder Rohrabschnitte 10 während des Verschmelzens in beiderseitigen Eingriff zu pressen.
  • Obwohl die Erfindung in erste Linie in Verbindung mit der Verschmelzung von Röhren oder Rohren beschrieben wurde, sollte es klar sein, daß die Erfindung auch zum Verschweißen von Endoberflächen von vollwandigen, stabähnlichen Elementen, von kanalähnlichen Elementen und von Elementen mit irgendeiner anderen Querschnittsform herangezogen werden kann.

Claims (16)

1. Verfahren zur schmelzenden Verbindung benachbarter Oberflächen eines Paares getrennter Körper (10), die aus einem thermoplastischen, schmelzbaren Material hergestellt sind, mit folgenden Schritten:
Pressen der Oberflächen der Körper in einen anliegenden Eingriff mit jeweils gegenüberliegenden Oberflächen (17) einer Hei zvorrichtung (16),
Erhitzen der gegenüberliegenden Oberflächen (17) der Heizvorrichtung (16) auf eine vorbestimmte Temperatur, die mindestens gleich ist zur Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials,
Halten der thermoplastischen Körper (10) in Kontakt mit den erhitzten gegenüberliegenden Oberflächen (17) der Heizvorrichtung (16) für eine vorbestimmte Zeitdauer, so daß die anliegenden Oberflächen der Körper auf eine Temperatur erhitzt werden, die mindestens gleich ist der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials,
Entfernen der Heizvorrichtung (16) von den erhitzten Oberflächen der Körper, und
Pressen der erhitzten Oberflächen der thermoplastischen Körper in einen beiderseitigen Eingriff, um so die beiden Körper schmelzend zu verbinden,
dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zwischen den Körperoberflächen durch eine dazwischen angeordnete Anordnung von Druckmeßvorrichtungen (21) gemessen wird und daß das Pressen der Körperoberflächen in einen anliegenden Eingriff mit den gegenüberliegenden Oberflächen der Heizvorrichtung (16) so gesteuert wird, daß der gemessene Druck im wesentlichen für eine vorbestimmte Zeitdauer auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Druckmeßvorrichtungen zwischen einem Paar gegenseitig bewegbarer Teile (18) der Heizvorrichtung (16) angeordnet sind, wobei jedes Teil eine der gegenüberliegenden Oberflächen (17) der Heizvorrichtung (16) bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Körperoberflächen in einen anliegenden Eingriff mit den erhitzten Oberflächen (17) der Heizvorrichtung (16) mit einem ersten Druck gebracht werden, während die erhitzten Körperoberflächen mit einem zweiten Druck in einen gegenseitigen Eingriff gebracht werden, der im wesentlichen den gleichen Wert wie der erste Druck aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei den Körpern (10) um röhrenförmige Körper handelt und die zu verbindenden Körperoberflächen komplementäre Endoberflächen der röhrenförmigen Körper sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zu verbindenden Körper auf jeweiligen Trageteilen (11) montiert sind, die gegenseitig entlang einer Führung beweglich sind, wobei die Körperoberflächen in einen anliegenden Eingriff mit den gegenüberliegenden erhitzten Oberflächen (17) der Heizvorrichtung (16) und in gegenseitigen Eingriff durch mittels Druckfluid betätigte Antriebsvorrichtungen (12) gepreßt werden, die die Trageteile (11) entlang der Führung aufeinander zu drücken, wobei der Druck des den Antriebsvorrichtungen (12) zugeführten Druckfluids so gesteuert wird, daß man den vorbestimmten Wert des gemessenen Drucks zwischen den beweglichen Teilen (18) der Heizvorrichtung (16) erreicht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Druck des den Antriebsvorrichtungen (12) zugeführten Druckfluids zum Pressen der erhitzten Körperoberflächen in einen gegenseitigen Eingriff zusammenhängt mit dem Druck des zugeführten Druckfluids zum Pressen der Körperoberflächen in einen anliegenden Eingriff mit den gegenüberliegenden Oberflächen (17) der Heizvorrichtung (16).
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Druck des den Antriebsvorrichtungen (12) zugeführten Druckfluids zum Pressen der erhitzten Körperoberflächen in einen gegenseitigen Eingriff im wesentlichen auf dem gleichen Wert gehalten wird, wie er verwendet wird, um die Körperoberflächen in einen anliegenden Eingriff mit den gegenüberliegenden Oberflächen (17) der Heizvorrichtung (16) zu bringen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 71 wobei die Körperoberflächen in einen anliegenden Eingriff mit den erhitzten Oberflächen (17) der Heizvorrichtung (16) mit einem ersten Druck für eine vorbestimmte erste Zeitdauer gepreßt werden und danach der Druck auf einen zweiten Druckwert vermindert wird, der für eine zweite Zeitdauer gehalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erhitzten Körperoberflächen in einen gegenseitigen Eingriff gepreßt werden mit einem Druck, der im wesentlichen gleich diesem ersten Druck ist.
10. Heizvorrichtung zur Verwendung bei der Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und zur Ausbildung eines Paares gegenüberliegender Heizoberflächen (17), dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Paar von gegenseitig beweglichen Teilen (18) umfaßt, die jeweils eine der Heizoberflächen (17) bilden, und Druckmeßvorrichtungen (21), die zur Messung des auf die gegenüberliegenden Oberflächen (17) ausgeübten Druckes zwischen den beweglichen Teilen (18) angeordnet sind.
11. Heizvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Druckmeßvorrichtungen (21) einen Druckmeßwandler umfassen.
12. Heizvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, weiterhin umfassend elektrische Heizvorrichtungen (19) zum Heizen der Heizoberflächen (17) und Temperaturmeßvorrichtungen (23) zur Steuerung der Energieversorgung der Heizvorrichtungen (19) derart, daß die Temperatur der Heizoberflächen (17) im wesentlichen auf einem vorbestimmten Wert gehalten werden.
13. Vorrichtung zur schmelzenden Verbindung benachbarter Oberflächen eines Paares getrennter Körper (10), die aus einem thermoplastischen, schmelzbaren Material hergestellt sind, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt:
einen Rahmen,
ein Paar Trageteile (11) zum Tragen der zu verbindenden Körper (10), die gegenseitig entlang einer durch den Rahmen gebildeten Führung bewegbar sind, um die Oberflächen der Körper in Eingriff zu bringen und sie voneinander zu lösen,
durch Druckfluid betätigte Antriebsvorrichtungen (12) zum Pressen der Trageteile (11) aufeinander zu entlang der Führung, und
eine Heizvorrichtung (16), die ein Paar von gegenüberliegenden Heizoberflchen (17) bildet, die mit den zu verbindenden Körperoberflächen in Eingriff gebracht werden sollen, und die Heizvorrichtungen (19) zum Erhitzen der Heizoberflächen (17) auf eine vorbestimmte Temperatur umfaßt,
gekennzeichnet dadurch, daß die Heizvorrichtung (16) ein Paar gegenseitig beweglicher Teile (18) umfaßt, die jeweils eine der Heizoberflächen (17) bilden, und Druckmeßvorrichtungen (21), die zwischen den beweglichen Teilen angeordnet sind, um den auf die gegenüberliegenden Heizoberflchen (17) der Heizvorrichtung (16) aufgebrachten Druck zu messen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, ferner umfassend ein elektronisches Steuersystem (24) zur Steuerung des Druck der Flüssigkeit, die den Antriebsvorrichtüngen (12) zugeführt wird, in Erwiderung auf Meßsignale, die von den Druckmeßvorrichtungen (21) empfangen werden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Druckmeßvorrichtungen (21) einen Druckmeßwandler, wie beispielsweise eine Wägezelle, umfassen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei das elektronische Steuersystem (24) so ausgelegt ist, daß es die Temperatur der Heizoberflächen (17) der Heizvorrichtung (16) in einer zeitlichen Beziehung zur Steuerung des Druck gemäß einem vorbestimmten Programm steuert.
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