DE29723570U1 - Vorrichtung zum Verschweißen von Rohren und Endstücken - Google Patents

Vorrichtung zum Verschweißen von Rohren und Endstücken

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Description

TERMEER STEINMEISTER & PARTNER GOR : I \!* :*": ·**· KVT/G
VORRICHTUNG ZUM VERSCHWEISSEN VON ROHREN UND ENDSTÜCKEN
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschweißen von Rohren und Endstücken aus Kunststoff durch das Rotations-ReibschweiJ3verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Vorrichtungen werden verwendet, um Kunststoffrohre mit Endstücken wie Adaptern o. dgl. zu versehen, die beispielsweise zum Aneinanderfügen oder zur Montage der Rohre notwendig sind. Rohr und Endstück lassen sich in der Regel nicht in einem einzigen Fertigungsschritt herstellen, so dajS es erforderlich ist, die getrennt gefertigten Endstücke nachträglich an den Rohrenden anzubringen. Bestehen die zu verbindenden Teile aus thermoplastilinen Kunststoffen, so .läßt sich das Rotations-Reibschweißverfahren anwenden. Dabei wird das Endstück gegenüber dem Rohr in Rotation versetzt und auf das Rohrende gepreJ3t. Durch die Reibungswärme schmelzen die Kontaktflächen auf, und nach dem Stillstand der Rotation und einer Abkühlzeit bleibt eine dauerhafte Verbindung bestehen.
Eine Rotationsschweißmaschine zur Anwendung dieses Verfahrens verfügt über eine Spindel, die so geformt ist, daJ3 sie das Endstück form- oder kraftschlüssig aufnehmen und in Rotation versetzen kann, sowie ein Spannfutter, das das Rohr während des Schweißvorgangs gegenüber der um die Rohrachse rotierenden Spindel in seiner Position hält. Die Spindel läßt sich entlang der Drehachse relativ zum Spannfutter bewegen. Gewöhnlich sind Spindel und Spannfutter so angeordnet, daß die Drehachse der Spindel senkrecht steht und die Spindel senkrecht auf das Spannfutter absenkbar ist, damit die Kunststoffteile zusammengefügt werden können. Eine vergleichbare Anordnung von Spindel und Spannfutter findet sich beispielsweise bei Bohrmaschinen.
Wird das rotierende Endstück, das von der Spindel gehalten wird, auf das feststehende Rohrende abgesenkt, so reiben die Kontaktflächen aufeinander und die zur Verbindung erforderliche Schmelze entsteht. Nach der Art und Weise, wie die Kontaktfläche der Werkstücke geformt ist, wird zwischen Stumpfschweißung und Umfangsschweißung unterschieden. Während bei der
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Stumpfschweißung die Stirnflächen von Rohr und Entstück aufeinanderstoßen und die Kontaktflächen bilden, wird bei der Umfangsschweißung das Rohrende in das Endstück eingefügt, so daß ein Teil der Außenfläche des Rohres eine zusätzliche Kontaktfläche bildet.
Ein beim Rotations-Reibsclrweißverfahren häufig auftretendes Problem stellt der sogenannte Schmelzaustrieb dar. Durch die Ausdehnung als Folge der Erwärmung sowie durch den Druck der Kunststoffteile gegeneinander wird die Schmelze unkontrolliert aus den Kontaktflächen herausgedrückt, insbesondere ins Innere des Rohres. Bei der Stumpfschweißung bildet der erkaltete Schmelzaustrieb an der inneren Rohrwand einen ringförmigen Wulst, der beim Betrieb des Rohres einen unerwünschten Strömungswiderstand darstellt. Zudem können durch die Reibung abgelöste Partikel ins Innere des Rohres eindringen. Bei der Umfangschweißung drückt die sich ausdehnende Schmelze das Rohr zusammen, was zu einer ebenfalls unerwünschten Verjüngung des Rohrendes im Bereich des Kontaktes führt. In beiden Fällen ist eine aufwendige Nachbearbeitung der Schweißzone erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein Austreten der Schmelze in das Innere des Rohres und eine Verjüngung des Rohres im Bereich des Kontaktes verhindert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine in der Drehachse der Spindel angebrachte und stabförmige Nadel gelöst, deren Außendurchmesser dem 5 Innendurchmesser von Endstück und Rohr angepaßt ist und die beim Zusammenfügen von Endstück und Rohr durch das Endstück hindurch in das Rohr hineinragt und die Kontaktstelle zur Innenwand hin abschließt.
Bei einer erfindungsgemäßen Rotationsschweißmaschine befindet sich in der Drehachse der Spindel eine zylinderförmige Nadel, deren Umfang so bemessen ist, daß sie sich exakt in die Ausnehmung im Endstück einfügen läßt. Beim Schweißvorgang steckt das Endstück somit gewissermaßen auf der Nadel. Sie ist langer als die Bohrung im Endstück und ragt deshalb aus der mit dem Rohr zu verbindenden Seite des Endstücks heraus. Fügt man das aufgesteckte Endstück und das Rohr zusammen, so dringt das aus dem Endstück vorspringende Ende der Nadel in das Rohr ein. In dieser Position liegen die Innenwände des Endstücks und des Rohrendes an der Außenfläche der Na-
TERMEER STEINMEISTER & PARTNEp (JBR, » · )··* ' &idigr; *·** KVT/G
del an, so daJ3 die Schweißnaht nach innen hin verschlossen ist. Es ist daher nicht möglich, daß die Schmelze oder Partikel an der Schweißnaht ins Rohrinnere eindringen. Eine Verjüngung des Rohres, wie sie bei der Umfangsschweißung auftritt, wird ebenfalls verhindert, da die Nadel das Rohr nach innen abstützt. Nachdem die Schmelze abgekühlt ist, wird die Spindel nach oben bewegt, so daß die Nadel aus dem nunmehr fest verschweißten Gebilde aus Endstück und Rohr gezogen wird.
Vorzugsweise weist die Nadel eine glatte Oberfläche auf, damit sie beim Herausziehen aus dem Werkstück keine Beschädigungen an der Innenwand des Werkstücks verursacht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Nadel fest mit dem Gehäuse verbunden.
Die Nadel kann beispielsweise in einer Ausnehmung im oberen Bereich des Gehäuses angebracht sein, wodurch sie nicht an der Rotation der Spindel teilnimmt. Die Spindel läuft wird in diesem Fall zwischen Lagern, die sie von außen gegen das Gehäuse und von innen gegen die Nadel abstützen. Durch die feststehende Nadel wird verhindert, daß das Rohrende an seiner Innenseite beschädigt wird, was bei einer Rotation der Nadel durch die Reibung an der Rohrinnenfläche leicht geschehen kann. Zudem befördert eine mitdrehende Nadel an ihrer Außenseite die Schmelze in das Rohr. Dieser Effekt tritt bei einer feststehenden Nadel nicht auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drehachse der Spindel gegenüber der Antriebswelle parallel versetzt. Die Spindel wird dabei vorzugsweise über ein auf der Antreibswelle befindliches Zahnrad angetrieben, das in einen koaxial zur Drehachse auf dem Außenmantel der Spindel angebrachten Zahnkranz eingreift.
Ein solcher Antrieb ist zweckmäßig, damit die feststehende Nadel der Spindel an ihrem vom Endstück abgewandten Ende fest mit dem Gehäuse verbunden sein kann. Die Spindel kann daher nicht direkt auf der Antreibswelle angebracht werden, sondern ist drehbar um die Nadel gelagert und wird über den oben beschriebenen Zahnradmechanismus angetrieben.
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Eine erfindungsgemäjSe Rotationsschweißmaschine ist naturgemäß auch zum Verschweißen anderer Kunststoffteile einsetzbar, sofern diese rotationssymmetrisch geformt sind und Ausnehmungen mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen.
5
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 stellt einen Schnitt durch einen Teil einer erfindungs-
gemäßen Rotationsschweißmaschine dar;
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Rohr und das Endstück
vor dem Schweißvorgang;
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die verschweißte Einheit von
Rohr und Endstück.
In Fig. 1 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen Rotationsschweißmaschine 10 dargestellt, der eine zylindrische Spindel 12 umfajSt, die in einem Gehäuse 14 drehbar gelagert ist und über eine aus dem Gehäuse 14 herausragende Antriebswelle 16 angetrieben wird. Das Gehäuse 14 ist entsprechend der Zeichnung so orientiert, daß die geometrische Drehachse 18 der Spindel 12 senkrecht steht und die Spindel 12 unten aus dem Gehäuse 14 herausragt. Das Gehäuse 14 besteht aus einem das Gehäuse 14 von oben abschließenden Deckel 20, einem zwischen der Spindel 12 und der Antriebswelle 16 angeordneten Stützteil 22 und einem Mantelteil 24, das die Anordnung aus Spindel 12 und Antriebswelle 16 seitlich und von unten umschließt und an seiner Unterseite mit einer Ausnehmung versehen ist, aus der die Spindel 12 vorspringt. Das Gehäuse 14 läßt sich mit einer nicht gezeigten Positioniereinheit entlang der Drehachse 18 der Spindel 12 bewegen (Doppelpfeil A). In der Drehachse 18 der Spindel 12 liegt eine Nadel 28, deren oberes Ende fest mit dem Deckel 20 verbunden ist und deren unteres, zu einer Spitze 30 zulaufendes Ende nach unten aus der Spindel 12 herausragt.
Die im wesentlichen zylinderförmige Spindel 12 wird durch ein in der Ausnehmung im Mantelteil 24 angebrachtes unteres Kugellager 34 und durch ein zwischen dem Mantelteil 24 und dem Stützteil 22 eingefaßtes oberes Kugel-
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lager 36 drehbar gelagert. Die Spindel 12 nimmt ihrerseits ein auf die Nadel 28 aufgeschobenes inneres Kugellager 38 auf. Eine Distanzhülse 40, die die Nadel 28 umgibt, liegt zwischen dem Deckel 20 und dem inneren Kugellager 38. Eine auf die Spindel 12 oberhalb des oberen Kugellagers 36 aufgeschraubte Mutter 42, sowie ein von der Nadel 28 vorspringender Kragen 44 unterhalb des inneren Kugellagers 38 verhindern ein Verschieben der Spindel 12 entlang der Drehachse 18 nach oben und nach unten. Die Mutter 42 liegt an ihrer Unterseite auf einer Sicherungsscheibe 45, die auf dem oberen Kugellager 36 aufliegt und in die Mutter 42 und in die Spindel 12 eingreift, so daj3 die Mutter 42 und die Sicherungsscheibe 42 mit der Spindel 12 rotieren können.
Die Übertragung des Drehmoments vom Antrieb auf die Spindel 12 erfolgt über ein auf der Antriebswelle 16 angebrachtes Zahnrad 46, das in einen die Spindel 12 umgebenden Zahnkranz 48 eingreift. Dieser Zahnkranz 48 wird beidseitig durch einen in die Spindel 12 eingelassenen oberen Ring 50 sowie einen unteren Ring 52 in seiner Lage gehalten.
Die Spindel 12 und die Nadel 28 innerhalb der Spindel 12 sind zur Aufnahme eines im wesentlichen zylinderförmigen Endstücks 54 ausgebildet, das auf die Nadel 28 aufgesteckt werden kann. Die Nadel 28, deren Durchmesser dem Innendurchmesser des Endstücks 54 entspricht, durchstößt mit ihrem unteren Ende das Endstück 54. Das untere Ende des Endstücks 54 ist seinerseits zur Aufnahme eines Rohres 56 ausgebildet. Die Anordnung aus Spindel 12, Endstück 54 und Rohr 56 ist in der Zeichnung im zusammengefügten Zustand dargestellt. Die Länge der Nadel 28 ist so bemessen, daJ5 ihr das Endstück 54 durchstoßendes Ende in das Innere des Rohres 56 hineinragt. Da der Innendurchmesser des Rohres 56 dem des Endstücks 54 entspricht, läßt sich das Ende der Nadel 28 in die Öffnung des Rohres 56 einschieben. Das Ende des Rohres 56 wird mithilfe eines nicht gezeigten Spannmechanismus oder dergleichen drehfest in der dargestellten Position gehalten.
Damit das Endstück 54 und das Rohr 56 eine dauerhafte Verbindung eingehen, werden sie an der zylinderförmigen Kontaktfläche 58 miteinander verschweißt. Dies geschieht, indem das Endstück 54 gemeinsam mit der Spindel 12 in Rotation versetzt wird und die an der Kontaktfläche 58 entstehende Reibungswärme den Kunststoff schmelzen läßt, so daß Endstück 54 und
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Rohr 56 nach dem Erkalten der Schmelze fest miteinander verbunden sind. Damit die Rotation der Spindel 12 auf das Endstück 54 übertragen wird, sind Spindel 12 und Endstück 54 an der Berührungsfläche mit Mitnehmern 60 wie etwa Zähnen oder Keilen versehen. Anstelle dieser formschlüssigen Koppelung der Spindel 12 und des Endstücks 54 kann auch eine kraftschlüssige Verbindung, etwa mithilfe eines Spannfutters, vorgesehen werden. Da während des Schweißvorgangs die Nadel 28 das Ende des Rohres 56 im Bereich der Kontaktstelle ausfüllt, ist ein Eindringen der Schmelze in das Rohr sowie eine Verkleinerung des Rohrquerschnitts nicht möglich. Die Schmelze kann stattdessen einen ringförmigen Hohlraum 62 ausfüllen, der an der Kontaktstelle vorgesehen ist. Die in den Hohlraum 62 eingedrungene Schmelze erkaltet nach dem Anhalten der Spindel 12 und sorgt für einen glatten Übergang zwischen Endstück 54 und Rohr 56. Nach dem Schweiß Vorgang wird das Gehäuse 14 mitsamt der Spindel 12 gegenüber dem auf das Rohr 56 geschweißten Endstück 56 ■ angehoben, wodurch die Nadel 28 aus dem Endstück 56 gezogen wird.
Die Fig. 2 zeigt das Rohr 56 und das Endstück 54 vor dem Schweißen im voneinander getrennten Zustand. In Fig. 3 ist das Endstück 54 auf das Rohr 56 aufgeschweißt. Die Kontaktfläche 58 hat sich im oberen Bereich verformt, da der Hohlraum 62 sich mit geschmolzenem Material gefüllt hat.

Claims (6)

TERMEER STEINMEISTER & PARTNER GQR .... ."..·*. KVT/G SCHUTZANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Verschweißen von Rohren und Endstücken aus Kunststoff durch das Rotations-Reibschweißverfahren, mit einer im wesentlichen zylindrischen Spindel (12), die zur Aufnahme des Endstücks (54) ausgebildet und mit einer Einrichtung (60) zur Übertragung einer Rotationsbewegung auf das Endstück (54) versehen ist, einer Einrichtung, die das Rohr (56) in einer zur Drehachse (18) der Spindel (12) koaxialen Position hält, sowie einem Positionierantrieb zum Zusammenführen des mit der Spindel (12) rotierenden Endstücks (54) und des feststehenden Rohrs (56) entlang der Drehachse (18) der Spindel (12), gekennzeichnet durch eine in der Drehachse (18) der Spindel (12) angebrachte stabförmige Nadel (28), deren AuJ3endurchmesser dem Innendurchmesser von Endstück (54) und Rohr (56) angepaßt ist und die beim Zusammenfügen von Endstück (54) und Rohr (56) durch das Endstück (54) hindurch in das Rohr (56) hineinragt und die Kontaktstelle (58) zur Innenwand hin abschließt.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel (28) eine glatte Oberfläche aufweist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel (28) fest mit dem Gehäuse (14) verbunden ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich- net, daß die Drehachse (18) der Spindel (12) gegenüber der Antriebswelle
(16) parallel versetzt ist.
5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebswelle (16) ein Zahnrad (46) angebracht ist, das in einen koaxial zur Drehachse (18) auf dem Außenmantel der Spindel (12) angebrachten Zahnkranz (48) auf solche Weise eingreift, daß ein Drehmoment von der Antriebswelle (16) auf die Spindel (12) übertragen werden kann.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Berührungsflächen von Spindel (12) und Endstück (54) formschlüssig zusammenwirkende Eingriffselemente (60) vorgesehen sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102004045135B3 (de) * 2004-09-17 2006-04-27 Veritas Ag Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Leitungen, Kraftfahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102004045135B3 (de) * 2004-09-17 2006-04-27 Veritas Ag Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Leitungen, Kraftfahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung
US8561875B2 (en) 2004-09-17 2013-10-22 Veritas Ag Method and device for connecting pipes; motor vehicle with a device of this type

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