专利摘要:

公开号:WO1988006966A1
申请号:PCT/EP1988/000216
申请日:1988-03-17
公开日:1988-09-22
发明作者:Albert Lueghamer
申请人:Agru Alois Gruber + Sohn Ohg;
IPC主号:B29C66-00
专利说明:
[0001] Verfahren und Voirichtung zum Verschweissen rohriörmiger Kunststoffteile
[0002] Beschreibung
[0003] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von rohrförmigen Teilen aus Kunststoff, insbesondere Polyvinylidenfluorid, Polypropylen oder Polyethylen, wobei die etwa gleichen Durchmesser aufweisenden Teile fluchtend ausgerichtet, aneinander gestoßen und an den Stoßflächen durch Einwirken von Wärme miteinander verschweißt werden.
[0004] Das Zusammenfügen oder Verbinden von Rohren, Fittings oder anderen rohrförmigen Teilen aus Kunststoff erfolgt bisher im Wege der Stumpfschweißung. Die rohrförmigen Teile werden hierbei glatt abgelängt und sodann stumpf gestoßen. Sodann wird längs des Stoßes das Material der beiden zu verbindenden Teile bis zum Erweichungs- oder Schmelzpunkt erhitzt, worauf es dann durch das Zusammenfließen des Kunststoffs beider Teile zu einem Verschweissen kommt. Bei dieser bekannten Stumpfschweißung entsteht auch an der Innenfläche des so hergestellten Rohres ein mindestens zwei bis vier Millimeter dicker Schweißwulst, der, sofern er nicht in aufwendiger Weise entfernt wird, erhebliche Strömungsverluste und/oder Ablagerungen im Rohr im Bereich dieser Schweißwülste nach sich zieht. Oftmals ist es jedoch technisch überhaupt nicht möglich, solche Schweißnähte an der Rohrinnenwandung nachträglich zu bearbeiten. In diesem Fall kommt es dann su einem unerwünschten Anstieg des Strömungswiderstandes im Rohr sowie zu den erwähnten Ablagerungen, wenn im Rohr Flüssigkeiten mit Festkörperpartikeln gefordert werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem das Entstehen einer Schweißwulst an der Innenfläche von rohrförmigen Teilen bei deren Zusammenfügen aus zwei Kunststoffrohrteilen im wesentlichen gleichen Durchmessers praktisch vollständig verhindert wird.
[0005] Diese Aufgabe ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die Stoßflächen der rohrförmigen Teile in Richtung auf den Rohrinnenraum derart hinterschnitten oder ausgekehlt werden, daß die von der Innenfläche des rohrförmigen Teils und der Stoßfläche gebildete Kante gegenüber der von der Außenfläche des rohrförmigen Teils und der Stoßfläche gebildeten Kante zurückspringt, und daß die Teile im Bereich der Stoßflächen in axialer Richtung im wesentlichen gleich tief erweicht, sodann gestoßen und hierdurch miteinander verschweißt werden.
[0006] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, zeichnet sich dadurch aus, daß ein Heizelement zur Anlage an und zum Erweichen des Bereichs der Stoßfläche mindestens eines rohrförmigen Teils vorgesehen ist, und daß die Anlagefläche des Heizelementes an der Stoßfläche des rohrförmigen Teils korrespondierend zu der hinterschnittenen oder ausgekehlten Stoßfläche ausgebildet ist. Sowohl dem erfindungsgemäßen Verfahren als auch der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt der gemeinsame Gedanke zugrunde, die Stoßflächen der beiden miteinander zu verbindenden Teile des aus zwei Teilen hergestellten rohrförmigen Teiles so zu hinterschneiden, daß zusammen mit einem definierten Erweichen oder Aufschmelzen der beiden Rohrteile im Bereich der Stoßflächen für den aufgeschmolzenen Kunststoff beim anschließenden Stoßen der angeschmolzenen Teile keine Veranlassung besteht, an der Innenfläche des gebildeten rohrförmigen Teils auszutreten und so den bisher entstehenden Innenwulst zu bilden. Unter definiertem Aufschmelzen wird hierbei verstanden, daß die Rohrwandung der beiden miteinander zu vereinigenden Teile im wesentlichen gleich tief in axialer Richtung aufgeschmolzen werden. Die Grenze fest/flüssig bzw. fest/ erweicht soll also etwa parallel oder konturengleich zur Stoßfläche des jeweiligen Teils verlaufen, die durch die Hinteschneidung oder Auskehlung gebildet wurde. Auf diese Weise wird Platz innerhalb der Dicke der Rohrwandung für den erweichten Kunststoff geschaffen, der beim Stoßen der beiden angeschmolzenen Teile bewegt wird und bisher an der Innenwandung des gebildeten rohrförmigen Teils in Form einer Wulst ausgetreten ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verbleibt der beim Zusammenfügen verdrängte flüssige oder erweichte Kunststoff im wesentlichen in dem durch die Hinterschneidung oder Auskehlung gebildeten Raum und tritt nicht mehr als den freien Querschnitt des Rohres beeinträchtigendes Hindernis in Erscheinung. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann im Bereich der zu erzeugenden Schweißnaht an den Innenwandungen der beiden zu verbindenden Teile ein Formteil, vorzugsweise aus Polypropylen, vorgesehen sein. Hierbei wird eine besonders glatte Innenwandung des fertiggestellten Rohres erzielt.
[0007] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie anhand der schematisehen Zeichnung und der Patentansprüche. Hierbei zeigen:
[0008] Fig. 1 das Veschweißen zweier Kunststoffröhrteile bis 3: entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren;
[0009] Fig. 4: ein wesentliches Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
[0010] Fig. 5: verschiedene mögliche Konfigurationen von abgeschrägten oder hinterschnittenen Stoßflächen der zu verbindenden Rohrteile in vergrößerter Darstellung.
[0011] In der Zeichnung sind in den Figuren 1 bis 5 die beiden gezeigten, miteinander zu verbindenden Rohrteile aus Kunststoff mit den Bezugsziffern 10 und 11 bezeichnet. Sie weisen gleichen oder etwa gleichen Durchmesser auf. Das Kunststoffmaterial ist Polyvinylidenfluorid, Polypropylen, Polyethylen oder ein ähnlicher Kunststoff.
[0012] Obwohl in der Zeichnung zwei gerade Rohrstücke 11 und 12 gezeigt sind, so liegt doch auf der Hand, daß auch gekrümmte Rohrteile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung miteinander verbunden werden können, ebenso gerade Rohrteile mit Rohrkrümmern oder Bogenteilen. Es kommt lediglich darauf an, daß die beiden zu verbindenden rohrförmigen Teile im Bereich ihrer Stoßflächen gleichen oder etwa gleichen Durchmesser aufweisen.
[0013] Wie sich aus der Zeichnung und insbesondere aus den vergrößerten Darstellungen gemäß Fig. 5 ergibt, sind die Stoßflächen 12 und 13 der beiden miteinander zu verschweißenden Rohrteile 10 und 11 hinterschnitten oder ausgekehlt ausgebildet, d. h. die einzelnen Rohrteile sind nicht glatt durchschnitten. Sie werden vielmehr im Anschluß nach ihrem Abtrennen von einem längeren Rohrstück mit der Auskehlung oder Hinterschneidung 12 versehen. Beim Anbringen der Auskehlung und Hinterschneidung ist im wesentlichen darauf zu achten, daß die von der Innenfläche 15 des rohrförmigen Teils 10 bzw. 11 und der Stoßfläche 12 gebildete Kante gegenüber der von der Außenfläche 18 des rohrförmigen Teils 10 bzw. 11 und der Stoßfläche 12 gebildeten Kante zurückspringt. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß die Stoßflächen 12 des rohrförmigen Teils 11 gemäß Fig. 5 spiegelbildlich zu den dargestellten Stoßflächen 12 des rohrförmigen Teils 10 ausgebildet sind, wie dies auch in den Fig. 1 und 4 gezeigt ist.
[0014] Zum Verschweißen der beiden rohrförmigen Teile 10 und 11 werden die Stoßflächen 12 derart erhitzt, daß sich im Bereich der Stoßflächen 12 eine Schmelz- oder Erhitzungszone der Rohrteile 10 und 12 derart ergibt, daß einmal die Kontur oder Topographie der gewählten Hinterschneidung 12 im wesentlichen erhalten bleibt und zu anderen der Phasenübergang dieser Schmelzzone von flüssig bzw. erweicht gegenüber dem festen Material des Rohrteils 10 und 11, ebenfalls im wesentlichen die gleiche Kontur wie die Hinterschneidung oder Auskehlung 12 aufweist; vgl. die gestrichelte Darstellung in Fig. 5. Anders ausgedrückt, setzt sich also diese Erweichungs- oder Schmelzzone des erhitzten Kunststoffs in axialer Richtung des Rohrteils unabhängig vom jeweiligen Durchmesser gleich tief in der Rohrwandung fort. Man erhält also einen Schmelz- oder Erweichungsbereich im Bereich der Stoßfläche 12, dessen Form grundsätzlich der der Kontur der Stoßfläche 12 entspricht.
[0015] Nachdem die Stoßflächen 12 der Rohrteile 10 und 11 zur Ausbildung der beschriebenen Schmelzzonen erhitzt worden sind, vgl. Fig 1, werden sie gemäß Fig. 2 axial fluch tend aneinander gestoßen. Nach Abkühlung der Schweißnaht 19 sind die beiden Rohrteile 10 und 11 fest miteinander verbunden.
[0016] Aus Fig. 2 ergibt sich der wesentliche Vorteil der Erfindung. Man erkennt, daß die Schweißnaht 19 an der Innenwandung der Einheit 10, 11 praktisch nicht hervortritt, daß sich vielmehr eine im wesentlichen glatte Innenfläche einstellt. Es bedarf keiner weiteren Erläuterung, daß sich hierdurch günstige Strömungsverhältnisse in der Einheit 10, 11 einstellen, da die Schweißnaht 19 die Strömung nicht oder nur kaum behindert.
[0017] Durch die erfindungsgemäße Auskehlung oder Hinterschneidung der Stoßfläche 12 verbleibt dem erweichten Kunststoff der Rohrteile 10 und 11 die Möglichkeit, sich beim Stoßen der Rohrteile 10 und 11 in dem durch die Hinterschneidung gebildeten freien Raum im Bereich der Rohrwandung anzusammeln. Das erweichte Material wird im Bereich der Innenwandung der Rohrteile 10 und 11 also nicht gezwungen, über die Innenwandung der Rohrteile hinaus in den freien Querschnitt auszutreten. Es sei angemerkt, daß die Verhältnisse im Bereich des Außendurchmessers der Einheit 10 und 11 anders liegen, vgl. Fig. 2 und 3. Dort tritt das erweichte oder flüssige Kunststoffmaterial nach außen aus und bildet den gezeigten Schweißwulst (19). Dort ist ein Schweißwulst für die Strömung im Innenraum des Rohres jedoch nicht von Nachteil. Soll eine absolut glatte Innenfläche beim Verbinden der Rohrteile 10 und 11 erzielt werden, so kann gemäß Fig. 3 im Bereich des Stoßes der beiden Rohrteile ein Werkzeug 20 angeordnet werden, welches an der Innenwandung anliegt, dessen Außendurchmesser also gleich groß wie der Innendurchmesser der Rohrteile 10 und 11 ist. Hierdurch wird das erweichte oder flüssige Material im Bereich der Stoßfläche 12 gezwungen, nach außen auszutreten. Das Werkzeug ist beispielsweise ein Polypropylenpfropfen, der über eine Handhabe 21 manipuliert werden kann. Bezüglich der Fig. 1 bis 3 und 5 sei noch erwähnt, daß es sich bei den dort gezeichneten Darstellungen UE Axialschnitte durch rohrförnige Bauteile handelt.
[0018] In Fig. 4 ist wiederum ein Axialschnitt durch die beiden rohrförmigen Teile 10 und 11, jedoch zusammen mit einem Werkzeug zur Erhitzung der Stoßflächen 12 und 13 gezeigt. Das Werkzeug ist grundsätzlich ein Heizelement 20, welches beispielsweise durch eine nicht gezeigte elektrische Widerstandsheizung beheizt wird. Hierzu können beispielsweise in wiederum nicht gezeigten Kanälen elektrische Heizspiralen angeordnet sein. Auch kann in diesen Kanälen eine erhitzte Wärmetauscherflüssigkeit strömen. Wie sich aus Fig. 4 weiter ergibt, ist bei dem gezeigten bevorzugten Äusführungsbeispiel die Heizeinrichtung symmetrisch aufgebaut, so daß die beiden rohrförmigen Teile 10 und 11 gleichzeitig bei Anlage an der Heizeinrichtung in der oben beschriebenen Weise im Bereich ihrer Stoß flächen 12 und 13 erhitzt und erweicht bzw. verflüssigt werden können. Zu diesem Zweck sind gemäß Fig. 4 seitlich am Heizelement 20 je ein Heizring 21, 22 sowie ein Zentrier- und Kalibrierungsstopfen 23, 24 vorgesehen. Diese Stopfen 23, 24 dienen zur Zentrierung und Kalibrierung der beiden Rohrteile 10 und 11. Beide Stopfen 23, 24 weisen darüber hinaus Zentrieransätze 25 zur Zentrierung bezüglich des Ringes 21 auf. Die Teile 21, 22, 23, 24 und 23 sind mittels einer insgesamt mit 26 bezeichneten Zentrierschraube am Heizelement 20 angeordnet. Die Ringe 21, 22 sowie die Zentrier- und Kalibrierungsstopfen 23, 24 sind vorzugsweise aus Polytetrafluoretnylen oder einem ähnlichen Kunststoff gefertigt.
[0019] Das Heizelement 20 wird soweit erhitzt, daß im Wege der Wärmeübertragung die Ringe 21 und 22 eine solche Temperatur annehmen, daß bei Anlage der rohrförmigen Teile 10 und 11, wie in Fig. 4 dargestellt, die späteren Stoßflächen dieser Teile, die, wie wiederum in Fig. 4 gezeigt ist, an den Ringen 21 und 22 im Bereich ihrer Stoßflächen 12 und 13 vollflächig an den Ringen 21 und 22 anliegen, soweit erhitzt werden, daß sie anschmelzen oder erweichen.
[0020] Wie sich aus Fig. 4 ergibt, sind die Ringe 21 und 22 im Bereich ihrer Kontaktfläche mit den späteren Stoßflächen 12 und 13 der Rohrteile 10 und 11 hinsichtlich ihrer Topographie korrespondierend zu den Stoßflächen 12 und 13 ausgebildet. Auf diese Weise kommt es zu der erwähnten satten Anlage zwischen Stoßflächen 12 und 13 und den Ringen 21 bzw. 22. Diese Anlage bewirkt wiederum ein praktisch gleichtiefes Eindringen der Wärmeenergie von den Ringen 21 und 22 in dem Bereich der Stoßflächen 12 und 13, so daß es zu dem gleichtiefen Erweichen oder Aufschmelzen der rohrförmigen Teile 10 und 11 im Bereich der Stoßflächen 12 und 13 kommt, wie dies im einzelnen in Verbindung mit der Fig. 5 beschrieben wurde. Somit erstreckt sich der erweichte Bereich der Rohrteile 10 und 11 in Axialrichtung über sämtliche Durchmesser der Rohrwandungen gleich tief.
[0021] Nachdem dieser Zustand erreicht wurde, werden die Rohrteile 10 und 11 in Richtung ihrer Längsachse vom Heizelement 20 weg verfahren, so daß das Heizelement 20 in seiner Gesamtheit aus seiner Stellung zwischen den beiden Rohrteilen 10 und 11 herausbewegt werden kann. Dieser Zustand entspricht der Position gemäß Fig. 1.
[0022] Sodann werden beide Rohrteile 10 und 11 zusammen bewegt und zur Anlage gebracht, worauf es beim Abkühlen der so gebildeten Schweißnaht 19 zu einer dauerhaften Verbindung beider Rohrteile 10 und 11 kommt; vgl. Fig. 2.
[0023] Abschließend sei darauf hingewiesen, daß es grundsätzlich auch möglich ist, die Hinterschneidung oder Auskehlung der Stoßflächen 12, 13 dadurch zu erzeugen, daß die Ringe 21, 22, die zunächst nicht hinterschnittene Stoßfiäche, die also in diesem Fall senkrecht zur Längsachse der Rohrteile 10, 11 verläuft, aut schmelzen und in die hintersehnittene Form, wie sie in den Zeichnungen wiedergegeben ist, bringen. Hierbei müssen jedoch besondere Vorkehrungen getroffen werden, um das in Richtung Rohrinnere abgedrängte Kunststoffmaterial im Rohrinneren zu entfernen.
[0024] Auch ist es möglich, das Heizelement nur auf einer Seite mit einem Ring 21 bzw. 22 und ggf. dem zugehörigen Zentrierungsstopfen 23 zu versehen und hiermit zunächst nur die Stoßfläche eines rohrförmigen Teils zu erhitzen und zu erweichen, dieses sodann zu entnehmen und dann die Stoßfläche des zweiten Teils 11 zu erweichen, um dann beide Teile aneinanderzustoßen und zu verschweißen. Im Hinblick auf eine kostengünstige und schnelle Fertigung ist jedoch die symmetrische Ausbildung des Heizelementes mit den Ringen 21, 22 und den Zentrierungs- und Kalibrierungsstopfen 23, 24 gemäß Fig. 4 zu bevorzugen.
权利要求:
ClaimsVerfahren und Vorrichtung zum Verschweißen rohrförmiger KunststoffteilePatentansprüche
1. Verfahren zum Verbinden von rohrförmigen Teilen (10, 11), aus Kunststoff, insbesondere Polyvinylidenfluorid, Polypropylen oder Polyethylen, bei dem die etwa gleichen Durchmesser aufweisenden Teile (10, 11) fluchtend ausgerichtet, aneinander gestoßen und an den Stoßflächen (12, 13) durch Einwirken von Wärme miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßflächen (12, 13) der rohrförmigen Teile (10, 11) in Richtung auf den Rohrinnenraum derart hinterschnitten oder ausgekehlt werden, daß die von der Innenfläche (15) des rohrförmigen Teils (10, 11) und der Stoßfläche gebildete Kante gegenüber der von der Außenfläche (18) des rohrförmigen Teils (10, 11) und der Stoßfläche (12, 13) gebildeten Kante zurückspringt und daß die Teile (10, 11) im Be reich der Stoßflächen (12, 13) in axialer Richtung im wesentlichen gleich tief erweicht, sodann gestoßen und hierdurch miteinander verschweißt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hinterschnittenen oder ausgekehlten Stoßflächen (12, 13) mit einem Heizelement (20) kontaktiert werden, das mit den hinterschnittenen oder ausgekehlten Stoßflächen (12, 13) korrespondierenden Anlageflächen versehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (10, 11) mit den erweichten Stoßflächen (12, 13) aneinandergedrückt werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (10, 11) längs der Schweißnaht gekühlt werden.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Stoßflächen (12, 13) an den Innenwandungen (15) der Teile (10, 11) ein Formteil (20) angelegt wird.
6. Abänderung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßflächen (12, 13) der Teile (10, 11) zur Erzeugung der Hinterschneidung oder Auskehlung mit den korrepondierenden Anlageflächen erweicht und geformt werden.
7. Vorrichtung zum Verbinden von rohrförmigen Teilen (10, 11) aus Kunststoff, insbesondere Polyvinylidenfluorid, Polypropylen oder Polyethylen, welche Teile (10, 11) etwa gleichen Durchmesser aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizelement (20) zur Anlage an und zum Erweichen des Bereichs der Stoßfläche (12, 13) mindestens eines rohrförmigen Teiles vorgesehen ist und daß die Anlagefläche des Heizelementes (20) an der Stoßfläche (12, 13) des rohrförmigen. Teils (10, 11) korrespondierend zu der hinterschnittenen oder ausgekehlten Stoßfläche (12, 13) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die korrespondierende Anlagefläche des Heizelementes (20) in Form eines ringförmigen oder scheibenförmigen Ansatzes an dem Heizelement (20) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (20) mit einem Zentrierungs- und/oder Kalibrierungsansatz (23, 24) für das rohrförmige Teil versehen ist.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (20) zwei Hauptflächen aufweist, an denen gegenüberliegend und fluchtend je ein ring- oder scheibenförmiger An satz (21, 22) und ein Zentrierungs- und/oder Kalibrierungsansatz (23, 24) vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der ring- oder scheibenförmige Ansatz (21, 22) und der Zentrierungs- und/oder Kalibrierungsansatz (23, 24) aus Tetrafluorethylen bestehen.
12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ring- oder scheibenförmigen Ansätze (21, 22) und die Zentrierungs- und/oder Kalibrierungsansätze (23, 24) als Einzelteile auf dem Heizelement (20) mittels eines einzigen durchgehenden Bolzens (26) angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach mindestens einem der Anssprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Stoßes der rohrförmigen Teile (10, 11) ein an deren Innenwandung (15) anliegendes Formteil (20) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (20) ein Stopfen aus Polypropylen ist.
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