DE3741100A1 - Heizschwert - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizschwert zum Schweißen von Fugenbändern, bestehend aus einem metallischen Blech mit innenliegenden Heizpatronen.

Fugenbänder finden ihre Anwendung in Bauwerksfugen. Dabei sind verschiedene Fugen zu unterscheiden, zum einen Dehnungsfugen, zum anderen Arbeitsfugen. Je nach Funktion der Fuge ist das Fugenband anders ausgebildet. Im wesentlichen handelt es sich immer um bandförmige Basiskörper. Die bandförmigen Basiskörper sind je nach Anwendung einseitig oder beidseitig mit Rippen ver­ sehen. Wahlweise befindet sich mittig am Fugenband, zwischen den Rippen noch ein schlauchförmiger Dehn­ teil.

Die Fugenbänder bestehen zumeist aus Kunststoff und müssen an ihren Stoßstellen miteinander verschweißt werden. Solche Stoßstellen kommen vor, wenn z.B. Beton-Tunnelröhren ringförmige Dehnfugen besitzen, die die Tunnelröhren in Abschnitte (Blöcke) unterteilen und das Fugenband dementsprechend einen geschlossenen Ring bilden soll. Das Fugenband wird als Streifen angeliefert, der an Ort und Stelle abgelängt und an den Enden zu einem Fugenbandring verschweißt wird. Darüber hinaus kommen Stoßstellen zwischen z.B. vertikal verlaufenden Fugenbändern mit horizontal verlaufenden Fugenbändern vor. Die Fugenbänder können jedoch auch in einem anderen Winkel als 90 Grad gegeneinander stoßen. In diesem Fall werden die Fugenbänder auf Gehrung geschnitten und an den Gehrungsstellen miteinander verschweißt. Solche Stoßstellen werden auch als Knoten bezeichnet.

Bislang ist der Schweißvorgang außerordentlich un­ befriedigend. Es findet ein Heizschwert Anwendung, das die Schweißflächen aufschmilzt. Anschließend werden die Fugenbandenden an den Schweißflächen gegeneinander gepreßt. Dabei hängt das Ergebnis der Schweißung bislang nur von der Sorgfalt und der Übung der Fugen­ bandverleger beim Schweißen ab. Ein Grund für die bislang unbefriedigenden Schweißergebnisse wird nach der Erfindung in einer unkontrollierten Wärmezuführung gesehen. Die Heizschwerter sind üblicherweise an ihrer Oberkante mit einem Rohr versehen, das die Heiz­ patronen aufnimmt. Das Rohr wird mit Griffen zur Bedienung des Heizschwertes umfaßt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß trotz hervorragender Wärmeleitfähigkeit des für das Heiz­ schwert verwendeten Materials (Kupfer) einerseits eine erhebliche Anheizzeit zu rechnen ist, bis das Heiz­ schwert überall die richtige Schweißtemperatur erlangt hat. Diese Anheizzeit wird nicht immer eingehalten. Dadurch kommt es vor, daß das Heizschwert in den unteren Partien, die dann Berührung mit den Schweiß­ flächen der Fugenbandenden erhalten, nur unzureichend warm ist.

Eine andere, der Erfindung zugrunde liegende Er­ kenntnis ist, daß je nach Materialbeschaffenheit der Fugenbänder, je nach Fugenbandabmessung und damit verbundener unterschiedlicher Größe der Schweißflächen und je nach Zustand der Schweißflächen (feucht oder trocken, verschmutzt oder nicht verschmutzt) mehr oder weniger Wärme zu den Berührungsflächen des Heizschwertes mit den Schweißflächen der Fugenbandenden geführt werden muß. Das schlägt sich in der Dauer der Anpreß­ zeit des Heizschwertes an die miteinander zu ver­ schweißenden Fugenbandenden nieder. In Abhängigkeit von den oben dargelegten Umständen muß die Dauer kürzer oder länger sein. Bislang verläuft das alles völlig unkontrolliert, wobei die Erfindung davon ausgeht, daß eine besondere Ursache für mangelhafte Schweißnähte auch in dem Abstand der Heizpatronen und der damit verbundenen Transportlänge für die not­ wendige Schweißwärme von den Heizpatronen zu den Berührungsflächen des Heizschwertes mit den Schweiß­ flächen der Fugenbandenden zu sehen ist. Dem läßt sich nun nicht einfach dadurch Rechnung tragen, daß die notwendige Verweilzeit des Heizschwertes an den Schweißflächen der Fugenbandenden mit einem beträchtlichen Sicherheitszuschlag versehen wird; daß z.B. die kalkulatorische Verweilzeit auf das Doppelte verlängert wird. In einem solchen Fall würde das Fugenbandende aufgrund notwendiger Anpreßkräfte zwischen dem Heizschwert und dem Fugenbandende mit einiger Sicherheit so deformiert, daß ein unbrauchbarer Fugenbandstoß entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schweißung des Fugenbandstoßes zu verbessern. Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die Heiz­ patronen im Berührungsbereich des Schwertes mit den Fugenbändern liegen und/oder einen Abstand von dem Berührungsbereich aufweisen, der höchstens 1 cm ist, und/oder elektrische Heizpatronen mit Thermofühler und separater Steuerung der Stromzuführung verwendet werden.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Heizpatronen verkürzt sich der Transportweg für die zum Aufschmelzen der Schweißflächen erforderlichen Wärme. Vorzugsweise ist der Transportweg auf wenige mm oder Bruchteile von mm beschränkt, indem die Heizpatronen im Inneren des Schwertes so angeordnet sind, daß sie unmittelbar zwischen den beiderseits des Heizschwertes zur An­ pressung gebrachten Schweißflächen der Fugenbandenden liegen. Nach der Erfindung wird dabei zwischen dem bandförmigen Basiskörper und den Stegen oder Rippen und dem Dehnteil. Der bandförmige Basiskörper kann mit sich in Längsrichtung des Heizschwertes durch das Heizschwert erstreckenden Heizpatronen sehr vorteilhaft getroffen werden. Für die Stege oder Rippen und den Dehnteil ist das anders. Hier ist zu berücksichtigen, daß bei Gehrungsschnitten andere Abstände zwischen den Schnittflächen der Rippen bzw. Stege und der Schnittfläche des Dehnteils vorkommen. Nach der Erfindung wird dort das durch Anwendung eines älteren Vorschlages wesentlich vereinfacht. Nach dem älteren Vorschlag sind Formstücke an T-förmigen oder kreuzförmigen Stoßstellen oder auch an anderen Stoßstellen vorgesehen, an denen sich Fugenbänder unter einem Winkel treffen, der von 90 Grad abweicht. Solche Formteile ermöglichen an Fugenbandstößen die Einhaltung gleicher Schnittstellen bzw. Stoßflächen wie an einfach aneinander stoßenden Fugenbandenden, wie sie z.B. bei der o. b. Herstellung eines Fugenbandringes vorkommen. Vorzugsweise verlaufen derartige Schnittflächen immer quer, also unter 90 Grad zur Längsrichtung des Fugenbandes.

In Anwendung solch einheitlicher Schnittflächen können zusätzliche Heizpatronen optimal zur Wirkung gelangen, die quer zur Schwertlängsrichtung zwischen den Schweiß­ flächen der Stege bzw. Rippen bzw. des schlauchförmigen Dehnteils im Heizschwert angeordnet werden.

Das Heizschwert hat wahlweise eine solche Dicke, daß es an den vorgesehenen Stellen mit Bohrungen für die Heizpatronen versehen werden kann. Handelsüblich sind Heizpatronen mit Durchmessern zwischen 5 und 6 mm bereits zu günstigen Preisen verfügbar, so daß die Dicke eines solchermaßen konstruierten Heizschwertes nicht größer als 10 mm sein muß. Die Handhabung eines solchen Heizschwertes wird durch eine Spannvorrichtung wesentlich erleichtert, die zwei Spannbackenpaare aufweist, von denen jeweils ein Spannbackenpaar ein Fugenbandende zwischen sich einspannt, wobei die Spannbackenpaare durch geeignete Spannmittel, insbesondere Kraftkolben gegeneinander und voneinander weg bewegt werden können. Nach einem älteren Vorschlag dienen dazu Kraftkolben, deren Gehäuse an dem einen Spannbackenpaar befestigt ist und die mit ihren Kolbenstangen durch dieses Spannbackenpaar hindurch an das andere Spannbackenpaar greifen. Derartige Spannmittel lassen sich vorteilhafterweise zugleich zum Ausrichten des Heizschwertes auf die eingespannten Fugenbandenden benutzen. Das geschieht nach der Erfindung wahlweise durch seitlich am Heizschwert angebrachte Auflagen. Die Auflagen haben z.B. eine den Kolbenstangen angepaßte Halbschalenform. Die Schalen können auch mehr oder weniger Kolbenstangenumfassend ausgebildet sein. Bei einer größeren Kolbenstangenumfassung als 180 Grad werden vorzugsweise aufklappbare Schalen verwendet, die die Montage erleichtern.

Die Schalen erlauben nicht nur ein sauberes Ausrichten des Heizschwertes quer zur Fugenbandlängsrichtung, sondern auch eine sehr vorteilhafte Anpassung an die Lage der Fugenbandenden. Mit den Auflagen ist das Heizschwert vorzugsweise auf den Kolbenstangen frei verschiebbar. Dadurch paßt sich das Heizschwert unab­ hängig davon, ob es beim Auflegen auf den Kolben­ stangen dem einen Fugenbandende näher als dem anderen ist, durch Verschiebung auf den Kolbenstangen der Lage an, die beim Zusammenpressen der Fugenbandenden für das Heizschwert notwendig ist.

In der Regel reicht ein einfaches Auflegen des Heiz­ schwertes mit den erfindungsgemäßen Auflagen auf den Kolbenstangen oder anderen Spannmitteln aus, da derartige Fugenbandstöße z.B. an Tunneln vorzugsweise in einer noch ausreichend gering geneigten Lage vorkommen. In einer solchen Lage besteht keine Gefahr, daß das Heizschwert sich unbeabsichtigt von den Kolbenstangen löst oder unkontrollierte Stellungen einnimmt.

Bei stärker geneigten Lagen, auch für Überkopf-Schweißungen, ist vorzugsweise eine Umfassung der Kolbenstangen durch die Auflagen vorgesehen. In Verbindung mit der oben erläuterten Lösbarkeit der Auflagen durch mehr­ teilige, gelenkige Ausbildung der Auflagen ergibt sich damit die Möglichkeit, das Heizschwert nach Lösen einer Auflage mit geschlossener bzw. die andere Kolbenstange umfassender anderer Auflage um diese Kolbenstange zu schwenken. Damit kann das Heizschwert nach Auseinanderfahren der Fugenbandenden sehr leicht entfernt werden, um anschließend die plastifizierten Fugenbandenden zur Verschweißung aneinander zu pressen.

Das Ablösen des Heizschwertes von den plastifizierten Fugenbandenden wird wahlweise mit einer Teflonschicht erleichtert. Auch andere Hilfsmittel sind bekannt, z.B. ein Einfetten der Berührungsflächen des Heiz­ schwertes oder andere Oberflächenbehandlungen.

Eine andere Hilfe kann durch Anschläge erreicht werden, die an den Klemmbacken und den Kolbenstangen so positioniert werden, daß beim Auseinanderfahren der Klemmbacken entweder nacheinander oder gleichzeitig ein Ablösen des Heizschwertes von den Schweißflächen der Fugenbandenden erzwungen wird. Mit den Kraftkolben ist dazu kein nennenswerter Arbeitsaufwand erforder­ lich bzw. wird ein Handanlegen erübrigt.

Die Kraftkolben sind bei dem älteren Vorschlag hydraulisch bewegt. Ein besonders vorteilhafter Antrieb wird durch eine einfach wirkend oder doppelt ausgelegte und zugleich als Fußpumpe ausgebildete Kolbenpumpe gebildet.

Während des Aufschmelzens der Schweißflächen an den Fugenbandenden wird vorzugsweise die Temperatur des Heizschwertes im Bereich der Heizpatronen bzw. im Bereich der Schweißflächen der Fugenbandenden kontrolliert. Das geschieht über die in die Heiz­ patronen integrierten Temperaturfühler; wahlweise über Anzeigen, die an dem Heizschwert an geeigneter Stelle montiert sind. Wahlweise ist mit den Temperaturfühlern zugleich auch eine Regelung für die Stromzuführung zu den Heizpatronen gekoppelt oder erfolgt die Steuerung der Stromzuführung von Hand.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Schwertes und dessen erfindungsgemäße Handhabung ist der Schweiß­ vorgang so gesteuert, daß er anhand der Temperatur­ messung und der Dauer der Aufschmelzung kontrolliert werden kann. Zu diesem Zwecke ist vorzugsweise eine Aufzeichnung dieser beiden Parameter vorgesehen. Die Kontrolle kann ergänzt werden durch eine Aufzeichnung des zeitlichen Ablaufes beim Lösen des Heizschwertes, dessen Herausschwenken und anschließenden Zusammen­ pressen der angeschmolzenen Fugenbandenden. Derartige Daten lassen sich mit Datenspeichern in Taschenrechner­ format aufnehmen und anschließend zur Auswertung in einem größeren Rechner geben. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

In Fig. 1 ist das Profil eines Fugenbandes gestrichelt dargestellt. Das Fugenband besteht aus einem band­ förmigen Basiskörper 1, einem mittigen, schlauch­ förmigen Dehnteil 2 und Stegen 3. Zum Aufschmelzen der Schweißflächen an einem Fugenbandstoß ist ein Heiz­ schwert 4 vorgesehen. Das Heizschwert besteht aus Kupfer und hat eine Dicke von im Ausführungsbeispiel 10 mm. In anderen Ausführungsbeispielen sind andere Dicken möglich, geringer oder größer.

Das Heizschwert 4 ist im Bereich des bandförmigen Basiskörpers 1 mit Horizontalbohrungen 5 und 6 für nicht dargestellte Heizpatronen versehen. Die Bohrungen 5 und 6 sind beiderseits in Längsrichtung des Heizschwertes eingebracht. Sofern Gefahr besteht, daß die Bohrungen im dünnen Blech des Heizschwertes verlaufen, kann das Heizschwert auch aus einem dickeren Blech hergestellt werden, das nach Einbringen der verschiedenen Bohrungen für die Heizpatronen spann­ abhebend bearbeitet wird. Es ist auch möglich, die Bohrungen dadurch herzustellen, daß das Heizschwert 4 aus zwei oder mehr aufeinander liegenden Blechen gefertigt werden, die mittig entsprechende Aus­ nehmungen aufweisen, welche vor ihrem Zusammenfügen durch Fräsen oder Hobeln hergestellt werden.

Zusätzlich zu den Bohrungen 5 sind im Bereich der Stege 3 noch Bohrungen 7 und im Bereich des schlauchförmigen Dehnteiles noch Bohrungen 8 für weitere Heizpatronen eingebracht.

Bei größerer Länge der Bohrungen ist es möglich, mehrere Heizpatronen hintereinander in den Bohrungen anzuordnen. Sofern im Einzelfall bei Verwendung handels­ üblicher Heizpatronen dadurch Schwierigkeiten mit der Stromzuführung und vorgesehenen Temperaturfühlern bzw. dazu notwendige Leitungen entstehen, können zu den Bohrungen 5 und 6 parallel weitere Bohrungen darüber­ liegend im Heizschwert eingebracht werden; in dickeren Heizschwertern auch danebenliegend.

Das Heizschwert ist mit zwei Griffen 10 und 11 ver­ sehen, die mit Blechen 12 das Heizschwert umklammern. Die Bleche 12 sind verschraubt oder vernietet oder in anderer Weise mit dem Heizschwert 4 verbunden. Die Griffe 10 setzen sich in Stangen 13 und Gehäusen 14 fort. Die Gehäuse 14 nehmen im Ausführungsbeispiel vier Temperaturanzeigen 15 auf. Ferner befindet sich in den Gehäusen 14 eine Stromverteilung und Steuerung bzw. Regelung für Strom, der aus Zuleitungen 16 über weitere Leitungen 17 den verschiedenen Heizpatronen zugeführt wird.

Darüber hinaus ist das Heizschwert 4 seitlich mit schalenförmigen Auflagen 20 versehen. Die schalen­ förmigen Auflagen 20 korrespondieren mit strich­ punktiert dargestellten Kolbenstangen 21 einer nicht dargestellten Spannvorrichtung, mit der nach Auf­ schmelzen der Stoßflächen an den Fugenbandenden diese Fugenbandenden gegeneinander gepreßt werden. Dazu sind die beiden jeweils einander gegenüberliegenden Fugenbandenden zwischen Klemmbackenpaaren eingespannt.

Für jedes Fugenbandende ist ein Klemmbackenpaar vorgesehen. Beide Klemmbackenpaare werden durch Kraftkolben gegeneinander und voneinander weg bewegt. Von den Kraftkolben sitzt das Gehäuse jeweils an einem Klemmbackenpaar, während die Kolbenstangen 21 durch dieses Klemmbackenpaar hindurch an das andere Klemm­ backenpaar greifen. Die Kraftkolben sind hydraulisch betätigt. Als Antrieb dient eine Fußpumpe mit zwei parallelen Kolbenpumpen. Jede Kolbenpumpe ist einem Kraftkolben zugeordnet. Dadurch entsteht zwangsweise eine gleiche Bewegung beider Kraftkolben.

In einem anderen Ausführungsbeispiel ist mindestens eine schalenförmige Auflage mit einer strichpunktiert dargestellten weiteren Halbschale 30 kombiniert, die mit der Auflage 20 bei 31 gelenkig verbunden ist und am anderen Ende an der Auflage 20 befestigt werden kann. Dadurch wird zumindest an einem Ende eine geschlossene Führung des Schwertes 4 auf einer Kolben­ stange bewirkt. Diese geschlossene Führung kann dann zu einer Schwenkbewegung des Schwertes genutzt werden.

Die Arbeitsweise des dargestellten Schwertes ist wie folgt:
Nach Einspannen der miteinander zu verschweißenden Fugenbandenden in den nicht dargestellten Klemmbacken­ paaren werden die aneinander überlappenden Fugenband­ enden abgelängt. Das geschieht nach Markierung einer Schnittstelle und Auseinanderfahren der Spannbacken­ paare bzw. Fugenbandenden entlang der markierten Schnittstelle. Sofern sich die Fugenbandenden zu stark überlappen, werden die Fugenbandenden zunächst provisorisch derart eingekürzt, daß ein Auseinanderfahren der Fugenbandenden möglich ist, bei dem die Fugenbandenden in eine Ebene gelangen, in der genau parallele Schnitt­ flächen leicht herstellbar sind.

Anschließend wird das auf Schweißtemperatur vorge­ heizte Heizschwert 4 mit den Auflagen 20 auf die Kolbenstange 21 gelegt und werden die Kraftkolben derart betätigt, daß die sauber geschnittenen Fugen­ bandenden beiderseits des Heizschwertes 4 zur An­ pressung kommen. Unabhängig von der Lage, die das Heizschwert beim Auflegen auf die Kolbenstange 21 eingenommen hat, bewegt sich das Heizschwert 4 beim Zusammenpressen der Fugenbandenden in die richtige Lage zwischen die Fugenbandenden. Das erfolgt unter Verschiebung auf den Kolbenstangen 21.

In der Anpreßstellung der Fugenbandenden an dem vorgewärmten Heizschwert 4 wird die Temperatur des Heizschwertes durch die in die Heizpatronen inte­ grierten Temperaturfühler an den Temperaturanzeigen 15 kontrolliert. In Abhängigkeit von dem dabei erkennbaren Temperaturverlauf kann der Strom zu den einzelnen Heizpatronen separat geregelt werden und wird die Verweilzeit des Heizschwertes zwischen den Fugenband­ enden gewählt.

Nach ausreichender, aber nicht übermäßiger Aufschmel­ zung der Schweißflächen der Fugenbandenden werden die Kraftkolben erneut betätigt und die Fugenbandenden auseinandergefahren. Dann kann das Heizschwert ent­ weder von beiden Kolbenstangen abgenommen oder aber um eine Kolbenstange 21 weggeschwenkt werden. Anschließend werden die Fugenbandenden durch erneutes Betätigen der Kraftkolben wieder zusammengefahren und mit definiertem Druck solange aneinander gehalten, bis eine ausreichende Verschweißung sichergestellt ist.

Claims (9)

1. Heizschwert zum Schweißen von Fugenbändern, bestehend aus einem metallischen Blech mit innenliegenden Heizpatronen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizpatronen im Berührungs­ bereich des Schwertes (4) mit den Fugenbändern liegen und/oder einen Abstand von dem Berührungs­ bereich aufweisen, der höchstens 1 cm ist, und/oder elektrische Heizpatronen mit Temperaturfühler und separater Steuerung der Stromzuführung verwendet werden.

2. Heizschwert nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schnittstellen der Fugenbänder durch Verwendung von Formstücken an den Fugenband­ stößen die gleichen wie die Schnittflächen an Fugenbandenden eines zu einem Ring verbindenden Fugenbandes sind.

3. Heizschwert nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere hintereinander und/oder übereinander und/oder nebeneinander angeordneter Heizpatronen für den bandförmigen Basiskörper (1) des Fugenbandes.

4. Heizschwert nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch separate Heizpatronen für Stege (3) und/oder für schlauchförmige Dehnteile (2) .

5. Heizschwert nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch seitliche Auflagen (20) für die Kolbenstangen (21) von Kraftkolben, die ein Spannmittel für Klemmbacken bilden, die an jedem Fugenbandende vorgesehen sind.

6. Heizschwert nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auflagen (20, 30) die Kolben­ stange (21) lösbar umfassen.

7. Heizschwert nach Anspruch 5 oder 6, gekenn­ zeichnet durch ein um eine Kolbenstange (21) schwenkbares Heizschwert (4).

8. Heizschwert nach einem oder mehreren der An­ sprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch Anschläge für die Auflagen (20) beim Auseinanderfahren der Klemmbacken.

9. Heizschwert nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Aufzeichnung des Temperaturverlaufes und/oder der Berührungszeit mit den Fugenbandenden und/oder des zeitlichen Ablaufes beim Lösen der aufge­ schmolzenen Fugenbandenden bis zu deren Anein­ anderpressen.