(57)【要約】  本発明は、管（１）を互いに同軸的な位置でクランプ箇所（２）により保持し、クランプ箇所（２）間に装入可能な切削装置（３）により切削し、切削装置（３）に代えて装着可能な加熱板（６）により加熱し、管（１）の融着すべき自由端（８）を加熱することにより、圧着時にビードを形成する溶融領域を形成する、バット融着法により熱可塑性のプラスチックからなるプラスチック管（１）を融着する方法及び装置に関する。本発明では、管（１）の管突出部（５）を所定の寸法に切削するようにした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管（１）を互いに同軸的な位置でクランプ箇所（２）により保持し、該クランプ箇所（２）間に装入可能な切削装置（３）により切削し、該切削装置（３）に代えて装着可能な加熱板（６）により加熱し、管（１）の融着すべき自由端（８）を加熱することにより、圧着時にビードを形成する溶融領域を形成する、バット融着法により熱可塑性のプラスチックからなるプラスチック管（１）を融着する方法であって、前記管（１）の管突出部（５）を所定の寸法に切削することを特徴とする、バット融着法により熱可塑性のプラスチックからなるプラスチック管を融着する方法。
【請求項２】
調整を加熱期間（１１）中に実施する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
独立した調整期間（１０）を省略する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
接合期間（１３）を行程制御する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
接合期間（１３）を圧力制御する、請求項１又は４記載の方法。
【請求項６】
前記加熱板（６）の加熱温度を周囲温度に応じて（周囲温度との関係で）調節する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
加熱期間の持続時間は周囲温度に基づく、請求項１又は６記載の方法。
【請求項８】
管（１）を互いに同軸的な位置でクランプ箇所（２）により保持し、該クランプ箇所（２）間に装入可能な切削装置（３）により切削し、該切削装置（３）に代えて装着可能な加熱板（６）により加熱し、管（１）の融着すべき自由端（８）を加熱することにより、圧着時にビードを形成する溶融領域を形成する、バット融着法により熱可塑性のプラスチックからなるプラスチック管（１）を融着する装置であって、切削すべき管突出部（５）の長さを規定する切削ストッパ（４）を備えることを特徴とする、バット融着法により熱可塑性のプラスチックからなるプラスチック管を融着する装置。
【請求項９】
行程測定システムを備える、請求項８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管を互いに同軸的な位置でクランプ箇所により保持し、クランプ箇所間に装入可能な切削装置あるいは面取り装置（Ｈｏｂｅｌ）により切削あるいは面取りし、切削装置あるいは面取り装置に代えて装着可能な加熱板により加熱し、管の融着すべき自由端を加熱することにより、圧着時にビードを形成する溶融領域を形成する、バット融着法により熱可塑性のプラスチックからなるプラスチック管を融着する方法及び装置に関する。
【０００２】
２つのプラスチック管をバット融着する公知の方法は、手動の機械により実施されるか、自動の機械により実施されるかにかかわらず、これまで実質的に常に同じに進行する。プラスチック管は、このために設けられたクランプ箇所内にクランプされる。対向して位置する管端部は、クランプ箇所から突出し、両管端部間に存在する切削装置により、かつ回転する切削装置方向でのクランプ箇所の相互の接近運動により、すべての損傷部位や汚損部位が切削除去される。付加的に、管端部の端面が管の軸線に対して直角に、かつ他方の管端部の対向して位置する端面に対して平行に延びることが達成される。次に、管端部は離間され、切削装置は除去される。次に、加熱板（Ｈｅｉｚｓｐｉｅｇｅｌ）が管の間に装入される。その後、クランプ箇所が再び、管端部の端面を加熱板に接触させるべく、接近させられる。管端部の調整（Ａｎｇｌｅｉｃｈｅｎ）は、材料、管直径及び壁厚さに依存した予め決められた一定の圧力下で実施される。大抵の場合液圧ユニットを介して形成される圧力は、管端部の周囲に予め決められた寸法に相当するビード（Ｗｕｌｓｔ）が発生するまで、両管端部あるいは加熱板に対して加えられる。続いての加熱期間（加熱保持期間）中、圧力は減じられ、プラスチック管の接合域に融着のために必要とされる温度プロフィールを達成するために、定められた時間にわたって維持される。その後、クランプ箇所は、再び離間方向にスライドされ、加熱板は除去される。次に、管端部は、所定の圧力及び所定の時間で押し合わされる。その結果、管端部の必要な侵入が実施され、管端部の融着は保証されている。この種のプラスチック管の融着結合部を形成する方法の場合、ビードの大きさは、最適化されておらず、ビードは大きくなる。このことは、管内の流動に不都合な影響を結果として伴い、かつそれに加えて長いプロセス時間を必要とする。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２７１４６号明細書に開示されているプラスチック管をバット融着する方法では、制御部が割り当てられた電動モータにより、クランプ箇所の駆動が実施される。両管端部が加熱素子と接触する位置から出発して、クランプ箇所は、制御部に格納された予め決められた時間‐行程‐曲線にしたがって移動する。時間‐行程‐曲線には、上述の調整のために、必要な行程あるいはストロークが割り当てられている。加熱期間中、行程は実質的に停止される。加熱素子の除去後、接合工程の開始時に両管端部が互いに接触する位置から出発して、第２の所定の時間‐行程‐曲線にしたがって、クランプ箇所は、接合のために必要な所定の行程を移動し、冷却期間中、実質的に停止される。
【０００４】
このような解決手段における欠点は、方法が、各々の直径及び各々の材料のためにそれに応じた時間‐行程‐曲線が格納されている複雑な制御部を必要とすることにある。このために、装置は、融着中に２度求められねばならない管端部位置を特定するためのフィーラあるいはセンサを必要とする。
【０００５】
本発明の課題は、信頼性の条件を遵守しつつ、最小のビード形成を伴う管端部融着を可能にし、かつ所要エネルギ及び所要時間を最小化し、それに加えて安価かつ簡単な制御部で済ませることが可能な方法、及びこの方法に関する装置を提案することである。
【０００６】
この課題は、本発明により、管の突出部を所定の寸法に切削すること、すなわち管突出部が融着毎に同じ長さで用意されることにより解決される。このことは、行程制限器として機能する機械的なストッパにより達成されるか、又は所望の位置に正確に移動させることを可能にする、組み付けられ制御部に接続された行程測定システムにより達成される。所定の寸法に切削され、加熱板の温度あるいは加熱温度が、周囲温度に相当する管温度に合わせて設定されることにより、加熱期間とは切り離された所定の時間にわたって進行する独立的な調整期間がもはや不要である。従来は、予め決められた時間にわたって所定の圧力を管突出部に加えていた調整期間が、要求に合致した所望のビードを達成するために用いられていた。ビードの寸法により、接合域における温度が推定可能であり、これにより、良好な融着が保証される。しかしながら、管内の流動に影響を及ぼすほど大きなビードが発生してしまう。このことは、本明細書において説明する新しい方法により軽減可能である。ただし、加熱板との管突出部の接触が、良好な熱伝達の前提であるので、管突出部は、加熱ストッパと比較して０．５ｍｍまでの追加長さを有している。これにより、加熱期間に組み込まれる最小の調整が提供されている。これは、管温度あるいは周囲温度への加熱期間の持続時間の適合あるいは加熱板の温度の適合により、独立した調整期間をもはや必要としないからである。これにより、本明細書において説明する新しい方法における調整は、もはや、従来慣用のＤＶＳ法と同じ課題を有しない。
【０００７】
加熱板温度は、本明細書において説明する新しい方法では、周囲温度に相当する管温度に適合される。周囲温度は、例えばセンサにより求められ、制御部内で、加熱板温度が割り当てられた標準値と比較される。標準値と測定値との間の差は、加熱板温度に加算されるか、又は標準値の加熱板温度から減算される。周囲温度が低ければ、相応により高い加熱板温度が必要とされ、その逆もまた然りである。
【０００８】
融着工程を周囲温度に適合させる別の可能性は、加熱期間の時間が相応に延長又は短縮されることにある。その結果、周囲温度あるいは管温度が低いとき、加熱期間は十分に延長される。周囲温度を求める代わりに、管温度を直接管において測定することも可能である。
【０００９】
接合期間中、接合行程を機械的なストッパ又は行程測定システムにより制限する可能性が存在する。もちろん、本明細書において説明する新しい方法でも、接合を圧力制御により実施する択一的な可能性も存在する。本明細書において説明する新しい方法は、融着時間の短縮、低い所要エネルギ及び可及的小さなビードの達成の点で優れている。本明細書において説明する新しい方法は、可及的簡単に実施可能である。すなわち、本明細書において説明する新しい方法は、何らかの圧力センサ及び行程測定システムなしに実施可能である。しかし、このようなものを用いた拡張も考え得るし、実施可能である。
【００１０】
以下に、本発明について、一実施の形態の図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本明細書において説明する新しい方法にしたがってプラスチック管を融着する装置の、切削前の概略図である。
【図２】本明細書において説明する新しい方法にしたがってプラスチック管を融着する装置の、切削中の概略図である。
【図３】本明細書において説明する新しい方法にしたがってプラスチック管を融着する装置の、加熱前の概略図である。
【図４】本明細書において説明する新しい方法にしたがってプラスチック管を融着する装置の、加熱中の概略図である。
【図５】融着の全工程にわたる接合域における２つの時間‐圧力‐グラフである。
【００１２】
図１は、切削あるいは面取り前の、クランプ箇所２内にクランプされた管１を示している。切削装置あるいは面取り装置３には、固く取り付けられた切削ストッパあるいは面取りストッパ４が存在している。これにより、管突出部５の長さは、正確な寸法に切削あるいは面取りされる。このため、融着毎に同じビードの発生が保証されている。図２では、クランプ箇所２が切削装置３に向かって、切削ストッパ４に当接するまで移動せしめられている。これにより、正確な管突出長さが規定されている。次の行程でクランプ箇所２は、クランプした管１を伴って再び離間せしめられ、図３に示すように、切削装置３の代わりに加熱板６が配置される。加熱板６は、加熱ストッパ７を有している。これにより、管理された管突出部５の長さの必要な調整が実施可能である。加熱ストッパ７は、切削ストッパ４と比較して、０．５ｍｍまでの分だけ短く形成されている。このようにして、管突出部５が加熱板６と両側で接触することが保証される。図４は、管突出部５が加熱ストッパ７より僅かに長いことを示している。これにより、加熱板６方向でのクランプ箇所２の接近運動は、管突出部５の長さが加熱により加熱ストッパ７の長さに減少あるいは溶失し、クランプ箇所２が加熱ストッパ７に当接するまで、管突出部５に圧力を発生させる。
【００１３】
図５は、プラスチック管融着の２つの圧力‐時間‐曲線を示している。曲線Ａは、切削後の、ＤＶＳ（Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ  Ｖｅｒｂａｎｄ  ｆｕｅｒ  Ｓｃｈｗｅｉｓｓｅｎ：ドイツ溶接協会）による従来慣用のバット融着結合法を示している。第１の期間として、調整工程１０が看取可能である。調整工程１０により、突出し、既に切削された、ただし所定寸法には切削されていない管端部８は、所望の温度にもたらされた加熱板６に押し付けられる、つまり加圧溶融される。調整工程１０は、ある特定の調整圧力を前提とする。材料に応じた調整圧力は、加熱板６に管端部８を押し付けることにより形成され、ビードの寸法の光学式の管理により得られる所望の値が達成されるまで一定に維持される。次の期間として、加熱工程あるいは加熱保持工程１１が実施される。加熱工程１１に際し、圧力はほぼゼロに下げられる。この工程は、融着のために必要な熱を接合域に与える。必要な溶融層厚さを形成する時間は、表あるいは経験値から求めることができる。
【００１４】
次の工程で切換え１２が実施される。すなわち、管１を離間させ、加熱板６を除去し、その後、直ちに管１を融着位置に移動させる。管端部８は、要求に応じた所望の接合圧が達成されるまで、突き合わされる。これにより、接合域における溶融物の流動が、接合期間１３中に生じる。続いての冷却期間１４ａ中、圧力は維持される。冷却時間は、接合域の幅、到達溶融温度、融着シーム内に存在する溶融物体積、プラスチックの熱特性に依存している。冷却工程は、溶融物が接合域内で硬化し、プラスチックが十分な強度に達したとき、終了する。
【００１５】
曲線Ｂは、本発明の時間‐圧力‐曲線を示している。管突出部５が正確な寸法に切削されており、かつ加熱板６の温度あるいは加熱時間１１が周囲温度に、これにより管温度に適合されることにより、本明細書において説明する新しい方法は、上述の調整工程１０をもはや必要としない。周囲温度は、センサにより検出され、例えば加熱板温度が割り当てられた標準値と比較され、差が求められる。標準値に対する周囲温度あるいは管温度の温度差は、加熱板温度に対して相応に減算又は加算される。すなわち、周囲温度あるいは管温度が低いとき、加熱板温度は、融着時に不足する温度を補償するため、標準値に対する相応の温度差の分だけ、加算される。管温度が標準値を上回っているとき、温度差はこれに応じて減算される。このような工程により、調整工程１０の期間は削減可能である。曲線Ｂに示す加熱期間１１の始期において短期的に高められる圧力は、加熱ストッパ７の長さと比較して０．５ｍｍまでの既に言及した追加管突出分により生じる。これにより、管突出部５が加熱板６と接触して、最良の熱伝達が生じることが保証されている。管突出部内の圧力は、最大０．５ｍｍの追加長さが圧縮あるいは溶融により失われ、クランプ箇所が加熱ストッパ７に当接するほどに、管突出部５内の材料が軟化すると直ちに、低下する。そして、材料内の圧力はほぼゼロに低下する。曲線Ｂの加熱期間１１は、接合域における融着のために十分な熱吸収を保証するために、予め決められた時間に相当する。理論的には、本明細書において説明する新しい方法の加熱期間１１中、初期の高い圧力を回避することも考え得るが、管突出部は、まったく追加分なしに正確な寸法に切削されなければならず、このことは、管端部８が確実に加熱板６と当接しないというリスクを必然的に伴う可能性がある。このことは、加熱板６と管端部８との間に狭いエアギャップを惹起し、良好な熱伝達を阻害しかねない。期間１２中、切換えが実施される。加熱板６は、管１の離間運動後、除去される。引き続いて、管１は、接合期間１３中、接近運動させられる。この工程は、行程制御、つまり行程に基づいて制御されて進行しても、圧力制御、つまり圧力に基づいて制御されて進行してもよい。加えて、接合期間１３中の行程‐圧力制御の組み合わせも可能である。本明細書において説明する新しい方法Ｂにおける材料の節減により、融着時の不必要に大きなビード形成は回避可能であり、冷却期間１４ｂは相応に短い。図５には、行程制御された接合１３が示されている。行程制御された接合１３は、接合後の圧力降下からわかる。これは、接合域の材料が冷却工程１４ｂ時に収縮するからである。圧力制御される接合も可能である。圧力制御は、従来技術において公知であり、冷却期間中、圧力を一定に保つようにする。冷却の両態様は、制御部に格納された所定の時間中、実施される。冷却工程を監視するために、冷却期間中の接合域における管温度を測定することも考え得る。これにより、管１をクランプ箇所２から解除するために、いつ温度が十分に低下するかが、突き止められる。新しい融着法は、その短い所要時間及び省エネルギにもかかわらず、規格の要求に合致するとともに、最適化された管流動を最小のビード形成により可能にする融着を保証する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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