DD252577A1

DD252577A1 - DEVICE FOR WELDING DICKWANDING THERMOPLASTIC MATERIALS

Info

Publication number: DD252577A1
Application number: DD29429786A
Authority: DD
Inventors: Juergen V D Ohe
Original assignee: Zentralinstitut Schweiss
Priority date: 1986-09-10
Filing date: 1986-09-10
Publication date: 1987-12-23

Abstract

Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Grundkoerper, der um Zusatzelemente erweitert ist, die zueinander eine unterschiedliche Hoehe einnehmen und in senkrechter Richtung konisch verlaufende Bohrungen aufweisen, deren Durchmesser in Bewegungsrichtung des Schweissdrahtes zunimmt, wobei das Verhaeltnis der Hoehendifferenz zum Durchmesser des Schweissdrahtes 1:1,2 betraegt und die Zusatzelemente an ihrem hinteren Ende eine Schraege aufweisen, in deren Flaeche sich eine Austrittsoeffnung fuer die Warmluft befindet und jedem Zusatzelement eine Verteilerbohrung zugeordnet ist, die ueber eine Drosselschraube mit einer Erwaermungseinheit in Wirkverbindung steht. Fig. 1The device is characterized by a basic body which is widened by additional elements, which occupy a different height to one another and in the vertical direction have conically extending bores whose diameter increases in the direction of movement of the welding wire, wherein the ratio of the height difference to the diameter of the welding wire 1: 1, 2 and the additional elements have at their rear end a Schrae, in the area of which there is an exit opening for the hot air and each additional element is associated with a distribution well, which is connected via a throttle screw with a heating unit in operative connection. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißen dickwandiger thermoplastischer Werkstoffe mittels Schweißdrähten, -stäben oder -schnüre als Zusatzwerkstoff, insbesondere für das mechanisierte oder automatisierte Schweißen dickwandiger Bauteile unter Verwendung einer Erwärmungs- und Druckeinheit.The invention relates to a device for welding thick-walled thermoplastic materials by means of welding wires, rods or cords as filler material, in particular for the mechanized or automated welding thick-walled components using a heating and pressure unit.

Characteristic of the known state of the art

Es ist bekannt, daß Bauteile aus gleichen thermoplastischen Werkstoffen mit Zusatzwerkstpffen verbunden werden können.It is known that components made of the same thermoplastic materials can be connected to Zusatzwerkstpffen.

Dieser Zusatzwerkstoff wird entweder durch beheizte Gase (Warmgasschweißen) oder durch elektrische Energie (Extrusionsschweißen) auf die entsprechende Schweißtemperatur gebracht. Die meisten Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, daß ein Stab oder eine Schnur plastiziert wird, wobei der Durchmesser des Zusatzwerkstoffes entsprechend der Dicke des zu schweißenden Bauteiles variieren kann und anschließend unter Druck in die ebenfalls an den Flanken plastizierte Nahtfuge eingebracht wird. Bei dickwandigen Bauteilen macht sich ein Aufbringen mehrerer Lagen notwendig. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit des Verfahrens verringert. Das Extrusionsschweißen nach DE-AS 1 604535, DD-PS 149787 oder das Schweißen mit plastiziertem Zusatzwerkstoff (DD-PS 149337) ermöglicht das Füllen der Nahtfuge in einem Arbeitsgang, ist jedoch nicht für alle Werkstoffe einsetzbar.This filler material is brought to the appropriate welding temperature either by heated gases (hot gas welding) or by electrical energy (extrusion welding). Most methods are characterized in that a rod or a cord is plasticized, wherein the diameter of the filler material can vary according to the thickness of the component to be welded and is then introduced under pressure into the also grouted on the flanks seam. With thick-walled components, it is necessary to apply several layers. This reduces the performance of the process. The extrusion welding according to DE-AS 1 604535, DD-PS 149787 or welding with plasticized filler material (DD-PS 149337) allows the filling of the joint in one operation, but can not be used for all materials.

In DD-OS 2544492 wird eine Vorrichtung zum Schweißen von Bauteilen aus Thermoplasten beschrieben. Das Zusatzmaterial wird in einem Schmelzkanal plastiziert und dann in die Nahtfuge eingebracht. Nach Beendigung des Schweißvorganges verbleibt das plastizierte Material im Schmelzkanal und erstarrt dort entsprechend der Abkühlung des Gerätes. Diese Vorrichtung ist damit nicht für PVC geeignet, da der Werkstoff einer thermischen Schädigung unterliegt.DD-OS 2544492 describes a device for welding components made of thermoplastics. The additional material is plasticized in a melt channel and then introduced into the seam joint. After completion of the welding process, the plasticized material remains in the melt channel and solidifies there according to the cooling of the device. This device is thus not suitable for PVC, since the material is subject to thermal damage.

In DD-PS 236285 wird eine Vorrichtung zum Schweißen von thermoplastischen Halbzeugen beschrieben. Das stabförmige Zusatzmaterial wird in elektrisch beheizten Führungs- und Erwärmungskanälen durchplastiziert und unter Druck in die Fuge gepreßt.DD-PS 236285 describes a device for welding thermoplastic semi-finished products. The rod-shaped additional material is durchplastiziert in electrically heated guide and heating channels and pressed under pressure into the joint.

Nachteilig ist hierbei, daß das gesamte Material durchplastiziert wird, wozu ein hoher Energiebedarf notwendig ist und eine zusätzliche Wärmequelle für das Plastizieren der Nahtflanken erforderlich ist.The disadvantage here is that the entire material is durchplastiziert what a high energy demand is necessary and an additional heat source for the plasticizing of the seam flanks is required.

In der DE-OS 2823171 wird ein Schweißgerät für dicke Schweißnähte beschrieben, bei dem ein Schweißdraht in eine beheizte Förderkammer eingeschoben wird, an deren Anfang eine Einlaßöffnung für den Schweißdraht sowie ein den Schweißdraht zu einem Granulat umformendes rotierendes Messer vorgesehen ist, so daß damit das Granulat von einer Förderschnecke erfaßt wird und zu der Auslaßöffnung, die gleichzeitig die Schweißdrüse bildet, erwärmt, plastiziert und transportiert wird. Nachteilig an diesem Gerät ist, daß der Draht von einem Motor mit Drahtvorschubeinrichtung in die Förderschnecke geschoben wird und hier von einem Messer granuliert werden muß, damit die Förderschnecke die Plastizierung und den Transport übernehmen kann. Damit wird eine große Baulänge mit hohem Gewicht erreicht. Zum Antrieb des Schweißgerätes sind zwei Motore, einer für den Drahtvorschub und einer zum Antrieb der Förderschnecke notwendig.In DE-OS 2823171 a welder for thick welds is described in which a welding wire is inserted into a heated delivery chamber at the beginning of an inlet opening for the welding wire and a welding wire to a granulate forming rotating blade is provided, so that so that Granules are detected by a screw conveyor and heated to the outlet opening, which also forms the sweat gland, plasticized and transported. A disadvantage of this device is that the wire is pushed by a motor with wire feed device in the screw conveyor and here must be granulated by a knife, so that the screw conveyor can take over the plasticization and transport. This achieves a long overall length with high weight. To drive the welding machine, two motors are required, one for wire feed and one for driving the screw conveyor.

In DD-PS 217756 wird eine Vorrichtung zum Schweißen von Thermoplasten mit plastiziertem Zusatz beschrieben. Der Zusatz wird elektrisch aufgeschmolzen und das Mischsystem sowie die Nahtflanken mit Hilfe von erwärmtem Gas plastiziert. Auch hier ist ein hoher Energieaufwand notwendig und eine Temperaturführung ohne Schädigung des Werkstoffes schwer möglich.In DD-PS 217756 a device for welding thermoplastics with plasticized additive is described. The additive is melted electrically and the mixing system and the seam flanks are plasticized by means of heated gas. Again, a high energy consumption is necessary and difficult to control the temperature without damaging the material.

In DE-AS 1604641 und DE-AS 1296358 wurden zwei Verfahren beschrieben, bei denen der Zusatzwerkstoff als Stab zugeführt und unmittelbar vor dem Kontakt mit der Nahtfuge durch Warmgas plastiziert wird. Das Verfahren ist für verschiedene Werkstoffe mit unterschiedlicher Dicke ausgelegt, es können jedoch nicht mehrere Lagen in einem Arbeitsgang geschweißt werden.In DE-AS 1604641 and DE-AS 1296358 two methods have been described in which the filler material is fed as a rod and plasticized immediately before contact with the seam by hot gas. The method is designed for different materials with different thicknesses, but it is not possible to weld multiple layers in one operation.

In DD-PS 57068 wird eine Vorrichtung beschrieben, die das mechanisierte Schweißen dicker Querschnitte gestaltet.-Nachteilig ist hierbei, daß mehrere Warmgasschweißgeräte hintereinander angeordnet sind und damit das Schweißen von gekrümmten Nähten einschränken.In DD-PS 57068 a device is described, which designed the mechanized welding thicker cross sections. Disadvantage here is that several hot gas welding equipment are arranged one behind the other and thus restrict the welding of curved seams.

Die Vorrichtung in DD-PS 221418 ist für das Schweißen dicker Querschnitte in einem Arbeitsgang ausgelegt. Die Zusatzstäbe wurden getrennt plastiziert und in einer Formkammer vereinigt und schließlich in die Nahtfuge gebracht. Nachteilig ist, daß die Einzeldrähte innerhalb der Formkammer unterschiedliche Geschwindigkeiten besitzen und dadurch insbesondere bei längerem Betriebseinsatz thermische Schädigungen bestimmter Werkstoffzonen auftreten können.The device in DD-PS 221418 is designed for welding thick cross-sections in one operation. The additional rods were plasticized separately and combined in a mold chamber and finally brought into the seam joint. The disadvantage is that the individual wires within the mold chamber have different speeds and thus thermal damage to certain material zones can occur especially during prolonged use.

In der DE-OS 1216510 wird der Einsatz eines Dreikantstabes beschrieben. Mit dem Einsatz dieses Verfahrens kann ein dickerer Querschnitt in einem Arbeitsgang geschweißt werden. Aber auch hier ist das Verfahren an eine bestimmte Materialdicke gebunden.In DE-OS 1216510 the use of a triangular bar is described. With the use of this method, a thicker cross-section can be welded in one operation. But here, too, the process is bound to a specific material thickness.

Das in DE-OS 2306082 beschriebene Verfahren ist für das Schweißen dicker Querschnitte in einem Arbeitsgang geeignet.The method described in DE-OS 2306082 is suitable for the welding of thick cross sections in a single operation.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist der hohe technische Aufwand, weil hier zwei technologische Varianten, das Heizgasschweißen mit der Schnellschweißdüse und Vibrationsschweißen, gekoppelt sind.A disadvantage of this method is the high technical complexity, because here two technological variants, the hot gas welding with the rapid welding nozzle and vibration welding, are coupled.

Object of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, die Effektivität und Leistung beim Schweißen dickwandiger Bauteile verschiedener Dicken zu erhöhen, wobei eine große Nahtfestigkeit und hohe Schweißgeschwindigkeit ermöglicht wird.It is an object of the invention to increase the effectiveness and performance in welding thick-walled components of various thicknesses, allowing for high seam strength and high welding speed.

Explaining the nature of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schweißen dickwandiger Bauteile zu entwickeln, die so zu gestalten ist, daß das Verfüllen des gesamten Querschnittes der Nahtfuge in einem Arbeitsgang ohne Schädigung des Zusatzwerkstoffes als auch des Grundmaterials gewährleistet wird mit einer hohen Nahtqualität, hoher Schweißgeschwindigkeit und geringem Energieaufwand.The invention has for its object to develop a device for welding thick-walled components, which is to be designed so that the filling of the entire cross-section of the joint in one operation without damaging the filler material and the base material is guaranteed with a high seam quality, high welding speed and low energy consumption.

Die erfindungsgemäße Lösung ist gekennzeichnet durch einen Grundkörper, der um mehrere Zusatzelemente erweitert ist, die zueinander eine unterschiedliche Höhe einnehmen und in senkrechter Richtung konisch verlaufende Bohrungen besitzen, deren Durchmesser in Bewegungsrichtung des Schweißdrahtes zunimmt, daß das Verhältnis der Höhendifferenz zum Durchmesser des Schweißdrahtes 1:1,2 beträgt und die Zusatzelemente an ihrem hinterem Ende eine Schräge aufweisen, in deren Fläche sich eine Austrittsöffnung für die Warmluft befindet und jedem Zusatzelement eine Verteilerbohrung zugeordnet ist, die über eine Drosselschraube mit einer Erwärmungseinheit in Wirkverbindung steht.The solution according to the invention is characterized by a base body which is widened by a plurality of additional elements, which occupy a different height to each other and in the vertical direction have conically extending holes whose diameter increases in the direction of movement of the welding wire that the ratio of the height difference to the diameter of the welding wire 1: 1.2 and the additional elements have at their rear end a slope, in the area of which there is an outlet opening for the hot air and each additional element is associated with a distributor bore, which communicates via a throttle screw with a heating unit in operative connection.

Der Grundkörper ist mit einer nach hinten abgeschrägten Führungsnase ausgestattet, die den Nahtabschnitt nach vorn abdichtet.The main body is equipped with a guide beveled backwards, which seals the seam section to the front.

Die konisch verlaufenden Bohrungen sind mit der Erwärmungseinheit indirekt über Zusatzwerkstoff notwendigen Nahtbereich verbunden, so daß die Erwärmung des Zusatzwerkstoffes von unten nach oben erfolgt. Eine Seite der konischen Bohrungen ist auf den Durchmesser des Zusatzwerkstoffes aufgebohrt.The conical holes are connected to the heating unit indirectly via filler material necessary seam area, so that the heating of the filler occurs from bottom to top. One side of the conical holes is drilled to the diameter of the filler material.

Der Vorrichtung ist eine elektrisch beheizte Erwärmungseinheit für das Aufheizen des für die Flankenvorwärmung und für das Plastifizieren des Zusatzwerkstoffes benötigten Gases sowie eine Druckeinheit zum Aufbringen des notwendigen Arbeitsdruckes zugeordnet.The device is associated with an electrically heated heating unit for heating the gas required for the edge preheating and for plasticizing the filler material and a pressure unit for applying the necessary working pressure.

Entsprechend der vorhandenen Nahtgeometrie, die insbesondere bei V-förmigen Nähten von der Dicke des Materials abhängig ist, ist es möglich, die Vorrichtung um Zusatzelemente, die zwischen Grundkörper und Druckeinheit montiert werden, zu erweitern.Depending on the existing seam geometry, which is dependent in particular on V-shaped seams on the thickness of the material, it is possible to expand the device by additional elements that are mounted between the base body and printing unit.

Das Einbringen des Schweißgutes in Abhängigkeit von der Dicke des Zusatzwerkstoffes erfolgt in mehreren Lagen. Jeder dieserThe introduction of the weld metal depending on the thickness of the filler material takes place in several layers. Each of these

Lagen ist ein Zusatzelement zugeordnet. ·Layers is assigned an additional element. ·

Die in der Erwärmungseinheit auf die notwendige Temperatur gebrachte Luft wird im unteren Teil des Grundkörpers eingebracht und entsprechend den vorhandenen Bohrungen und Drosselschrauben verteilt. Gleichzeitig wird ein Teil der erwärmten Luft zum Erwärmen der Nahtflanken abgeführt. Der Mengenanteil der einzelnen Luftströme wird durch Drosselschrauben geregelt.The brought in the heating unit to the necessary temperature air is introduced in the lower part of the body and distributed according to the existing holes and throttle screws. At the same time, part of the heated air is removed to heat the seam flanks. The proportion of the individual air flows is regulated by throttle screws.

Die zum Piastizierendes Zusatzwerkstoffes benötigte Warmluft tritt im unteren Teil der konischen Bohrung ein und erwärmt den Zusatzwerkstoff einseitig an der zum Schweißen benötigten Seite, da die Oberseite, von der Schweißlage her gesehen, in dem zylindrischen Teil der Bohrung geführt wird. Diese einseitige Erwärmung bewirkt, daß der Zusatzwerkstoff nur in den zum Schweißen benötigten Bereich plastiziert wird und der andere Teil fest bleibt und damit eine gute Übertragung des durch die Druckeinheit aufgebrachten Schweißdruckes erfolgt.The hot air required for the plasticizing filler material enters the lower part of the conical bore and heats the filler material on one side to the side required for welding, since the top, as seen from the welding position, is guided in the cylindrical part of the bore. This one-sided heating causes the filler material is plasticized only in the required area for welding and the other part remains fixed and thus there is a good transfer of the pressure applied by the pressure unit welding pressure.

Ist das Schweißen mehrerer Lagen notwendig, so ist die Vorrichtung um die entsprechenden Zusatzelemente zu erweitern. Die Zusatzelemente sind mit dem Luftstrom der Erwärmungselemente verbunden.If the welding of several layers is necessary, the device is to be extended by the corresponding additional elements. The additional elements are connected to the air flow of the heating elements.

Die einseitig plastizierten Schweißstäbe werden durch die in den Zusatzelementen vorhandenen Radien, die nach unten auslaufen, in die Nahtfuge gedrückt^The one-sided plasticized welding rods are pressed into the seam by the radii in the additional elements, which run downwards

Die Vorwärmung der Nahtflanken erfolgt durch die vom Grundkörper ausgehende Warmluft für den Bereich der Wurzellage. Die weitere Vorwärmung der Nahtflanken sowie der bereits verschweißten Stäbe erfolgt von der durch die Zusatzelemente ausgehenden Warmluft. Mit der Druckeinheit erfolgt eine Verdichtung des nun vollständig durchwärmten Nahtquerschnittes.The preheating of the seam flanks is effected by the hot air emanating from the main body for the area of the root pass. The further preheating of the seam flanks and the already welded rods takes place from the hot air emanating from the additional elements. With the pressure unit, a compression of the now fully warmed seam cross-section is done.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:

Rg. 1: die Seitenansicht der VorrichtungRg. 1: the side view of the device

Fig.2: die Vorderansicht ohne Erwärmungseinheit2: the front view without heating unit

Der Grundkörper 1 wird mit dem ersten bis dritten Zusatzelement 2,3,4 durch die Schrauben 5 mit der Druckeinheit 6 verbunden. Die in der Erwärmungseinheit 7 erwärmte Luft wird über den Anschlußstutzen 8 den Grundkörper 1, und von dort über die Verteilerbohrung 9 den Zusatzelementen zugeführt. Mit der Drosselschraube 10 kann die Luftmenge geregelt werden, die über die Grundbohrung 11 dem zu erwärmenden Nahtbereich bzw. dem entsprechenden Zusatzwerkstoff zugeführt werden soll. Der Grundkörper 1 ist mit einer nach hinten abgeschrägten Führungsnase 12 versehen. Durch die Grundbohrung 11 wird die erwärmte Luft nur auf den Bereich der Wurzelnaht gelenkt. Da die Führungsnase 12 den Nahtquerschnitt 13 nach vorn, die Schweißgutsicherung 14 den Nahtquerschnitt 13 nach unten und der durch die konisch verlaufende Bohrung 15 zugeführte Zusatzwerkstoff 16 zusammen mit den ersten Zusatzelement 2 den Nahtquerschnitt 13 nach hinten abdichtet, steigt die Luft in der konisch verlaufenden Bohrung 15 nach oben und erwärmt den Zusatzwerkstoff 16. Durch das Erwärmen des Zusatzwerkstoffes wird dem Warmgas Energie entzogen und damit das Volumen verringert. Durch den konischen Verlauf der Bohrung 15, deren freie Querschnittsfläche sich wie 6:1 verhält, wird trotz der Volumenverringerung ein schnelles Ausströmen des Gases verhindert und damit ein hoher Energieaustausch erreicht. Der Radius R = 10cm am unteren Ende der konisch verlaufenden Bohrung 15 bewirkt, daß der Zusatzwerkstoff 16 umgelenkt und in die Schweißebene gebracht wird. Da die Höhendifferenz 17 von Element zu Element 0,5 mm geringer ist als der Durchmesser des Zusatzwerkstoffes, wird ein Eindrücken und Fließen im plastizierten Bereich erreicht. Die Druckübertragung wird durch das Plastizitätsgefälle innerhalb des Zusatzwerkstoffes begünstigt. Dieses Plastizitätsgefälle wird durch die einseitige Erwärmung des Zusatzwerkstoffes sowie durch den Kontakt mit der Bohrungsrückwand und der damit verbundenen Energieabgabe erreicht. Die Grundbohrung 18 des Zusatzelementes 1 bläst Warmluft auf die Wurzellage 19 und erwärmt gleichzeitig die Zusatzstäbe 20 für die erste Füllage 21. Dies setzt sich fort bis zum Schweißen der Decklage 22. Die Druckeinheit 6 besitzt zwei Druckrollen 23, die über Federkraft 24 und Stellschrauben 25 in ihrer Kraftwirkung reguliert werden können. Die Druckrollen 23 sind mit einem Innenradius zum Verdichten und Formen des Nahtquerschnittes versehen. Zwischen den Druckrollen 23 befindet sich die Aufnahme 26 der Vorrichtung. Die Aufnahme 26 muß entweder mit einem Transportwagen oder einem Roboter verbunden sein, die die Vorwärtsbewegungen realisieren.The main body 1 is connected to the first to third additional element 2,3,4 by the screws 5 with the printing unit 6. The heated in the heating unit 7 air is supplied via the connecting piece 8, the base body 1, and from there via the distributor bore 9 to the additional elements. With the throttle screw 10, the amount of air can be controlled, which is to be supplied via the blind bore 11 to be heated seam area or the corresponding filler material. The main body 1 is provided with a guide bevel 12 chamfered to the rear. Through the base hole 11, the heated air is directed only to the area of the root seam. Since the guide lug 12 the seam cross section 13 forward, the weld deposit 14 the seam cross section 13 down and the tapered bore 15 supplied filler material 16 seals together with the first additional element 2 the seam section 13 to the rear, the air rises in the conical bore 15 upward and heats the filler material 16. By heating the filler material, the hot gas is deprived of energy and thus reduces the volume. Due to the conical shape of the bore 15, whose free cross-sectional area behaves as 6: 1, despite the reduction in volume, a rapid outflow of the gas is prevented and thus achieved a high energy exchange. The radius R = 10cm at the lower end of the tapered bore 15 causes the filler material 16 is deflected and brought into the welding plane. Since the height difference 17 is 0.5 mm less from element to element than the diameter of the additional material, an indentation and flow in the plasticized area is achieved. The pressure transmission is favored by the plasticity gradient within the filler material. This plasticity gradient is achieved by the one-sided heating of the filler material as well as by the contact with the bore back wall and the associated energy release. The base hole 18 of the additional element 1 blows hot air to the root position 19 and simultaneously heats the additional rods 20 for the first filling 21. This continues until the welding of the cover layer 22. The printing unit 6 has two pressure rollers 23, the spring force 24 and screws 25th can be regulated in their power. The pressure rollers 23 are provided with an inner radius for compacting and forming the seam cross section. Between the pressure rollers 23 is the receptacle 26 of the device. The receptacle 26 must be connected to either a dolly or a robot that realize the forward movements.

Claims

1. Apparatus for welding thick-walled thermoplastic workpieces using welding wires, rods or cords as a filler material, in particular for the mechanized

or automated or automated welding of thick-walled components using a heating and pressure unit, characterized by a base body (1) which is widened by additional elements (2, 3, 4) which occupy a different height relative to one another and holes which run in the vertical direction ( 15) whose diameter increases in the direction of movement of the welding wire (16), wherein the ratio of the height difference (17) to the diameter of the welding wire (16) is 1: 1.2 and the additional elements (2,3,4) at its rear end have a slope, in whose surface there is an outlet opening for the hot air and each additional element (2,3,4) is associated with a distributor bore (19) which is connected via a throttle screw (10) with a heating unit (7) in operative connection.

2. Apparatus for welding thick-walled thermoplastic materials according to item 1, characterized in that the base body (1) is provided with a backwardly beveled guide nose (12).