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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anformen einer eine Innennut aufweisenen Verbin- dungsmuffe am Endabschnitt eines Rohres aus einem thermoplastischen Kunststoff, bei dem der End- abschnitt auf Verformungstemperatur erwärmt, danach zur Vergrösserung seiner Wanddicke bis zur
Ausfüllung eines Ringspaltes einer erwärmbaren Vorstauchvorrichtung axial vorgestaucht und dann zu der Verbindungsmuffe während axialen Verschiebens in einer Formeinrichtung geformt und schliesslich abgekühlt wird.
Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung derartiger Muffenanformungen sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Verwiesen wird hiezu beispielsweise auf die DE-PS Nr. 1257413, in der eine Vorrichtung zum Versehen von Kunststoff-Hohlkörpern mit Muffenenden, Ringnut und verdickten Wänden beschrieben ist. Die mit dieser Vorrichtung bearbeiteten Rohrenden werden bei- spielsweise in sogenannten Ringspalt-Heizöfen für die Verformung vorgewärmt und danach in einer
Verformungsvorrichtung in ihre Endform gebracht. Bei der Verbringung in die Endform kann eine
Stauchkraft ansetzen, die die bei der Verformung auftretenden Wandverschwächungen durch Nach- schieben des erwärmten Rohrwandmaterials bis zur Erzielung der ursprünglichen Wandstärke aus- gleicht.
Aus der DE-AS 2319398 ist ferner ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Anformen einer eine Ringnut aufweisenden Muffe an einem Endabschnitt eines Rohres aus einem thermoplastischen
Kunststoff bekannt, bei dem das Verdicken in Form eines Vorstauchens bei einer oberhalb der Er- weichungstemperatur des Kunststoffes liegende Temperatur erfolgt. Das Vorstauchen des Endabschnit- tes verläuft dabei fortschreitend von einem von der Stirnfläche des Endabschnittes entfernten Be- reich bis zur Stirnfläche hin. Der Vorstauchvorgang wird dabei so lange fortgesetzt, bis ein zwischen dem Innendorn und einer Aussenform der betreffenden Vorrichtung bestehender Ringspalt mit dem erweichten Kunststoffmaterial der Rohrwand und der Wandverdickung in diesem Bereich gefüllt ist, wobei die Füllung des Ringspaltes von der Einschuböffnung zum Ringspaltgrund hin verläuft.
Nach dem Vorstauchen erfolgt bei dem bekannten Verfahren das Aufmuffen durch Verschieben des vorgestauchten Endabschnittes auf einem Aufweitdorn, der eine geringere Temperatur als die Verformungstemperatur des Kunststoffes aufweist. Dadurch erfolgt bereits beim Aufmuffvorgang eine gewisse Stabilisierung von Umfangsbereichen der Muffenoberfläche, die noch dadurch verstärkt wird, dass auch die Innenwand der Aussenform auf einer unterhalb der Verformungstemperatur des Kunststoffes befindlichen Temperatur während des Aufmuffvorganges gehalten wird.
In den solcherart teilstabilisierten aufgemufften Endabschnitt wird danach durch Spreizkörper der Muffvorrichtung die ringförmige Umfangssicke eingepresst.
Das Ausformen der Verbindungsmuffe aus dem verdickten, vorgestauchten Endabschnitt erfolgt bei dem bekannten Verfahren also durch axiales Verschieben des Endabschnittes auf dem Aufweitdorn und nachfolgendem Auspressen der ringförmigen Umfangssicke mittels bekannter Spreizkörper. Dabei ist wesentlich, dass sowohl der Verdickungs- als auch der Ausformvorgang durch axiale und radiale Verschiebungen in ein und derselben Vorrichtung erfolgt. Dabei muss die Wandverdickung vor Beginn des Ausformvorganges abgeschlossen sein. Beim Ausformvorgang selbst tritt allenfalls-bedingt durch das Aufschieben auf den Aufweitdorn - ein Verfestigen der Muffenwandung ein, durch das Auspressen der Ringnut wird der Wandquerschnitt im Muffenbereich weiter verschwächt, ohne dass dieser Nachteil durch ein weiteres Stauchen behoben werden könnte.
Aus der DE-OS 2805518 ist schliesslich noch eine Vorrichtung zum Formen von Dichtungsaufnahmen in Muffenverbindungen bei Kunststoffrohren bekannt, die sich mit der Problematik der Festlegung von Passmassen im Inneren der Muffe und hier insbesondere für den Muffenteil, der die Dichtung aufnehmen soll, beschäftigt. Neben der speziellen Ausbildung des Formringes für die Erzeugung der Ringnut gibt diese Druckschrift weder besondere Hinweise auf das Problem des Vorstauchens noch auf eventuelle Schwierigkeiten der Ausformung des zylindrischen Muffenteils.
Mit den nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen können Rohre aus Kunststoff mit amorpher Struktur, wie beispielsweise PVC-hart, ohne weiteres bearbeitet werden, da sich diese Kunststoffe durch die Eigenschaft der Erweichung in einem Temperaturbereich zwischen 90 und 140 C kontinuierlich zum Temperaturanstieg bei gleichmässig fortschreitender Wärmezufuhr gut verarbeiten lassen. Zwischen den angegebenen Temperaturbereichen ist das Material thermisch verformbar, wobei die Kräfte für die Verformung abhängig sind von der jeweiligen Rohrtemperatur.
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Abschluss des Aufheizvorganges erfolgt.
Dadurch ist eine sehr gleichmässige Restkristallinität im
Rohrwandquerschnitt zu erreichen, was für eine gleichmässige Ausformung der Endkontur mit Muffe und Umfangssicke am Rohrende von besonderer Bedeutung ist.
Durch die Wahl der richtigen Aufheiztemperatur bis in die Nähe der Kristallitschmelztemperatur des verwendeten kristallinen bzw. teilkristallinen Werkstoffes und durch die temperaturbedingte
Verquellung kombiniert mit der mechanischen Stauchung im optimalen Temperaturbereich werden die im Rohrende vorhandenen Spannungen weitgehend abgebaut, so dass das erwärmte, verdickte
Rohrende nach der Abnahme von der Heizeinrichtung bis zur Einführung in die endgültige Verfor- mungseinrichtung ausreichend formstabil bleibt. Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass erfin- dungsgemäss die Vorverformung des Werkstoffes in der Heizeinrichtung und die Endverformung in der Muffstation in der Nähe der Kristallitschmelztemperatur des verwendeten Werkstoffes erfolgt.
Bei Polyäthylen-hart liegt die bevorzugte Temperatur beispielsweise bei 130 C. Hiebei ist jedoch zu beachten, dass Polyäthylen - hart je nach verwendeter Materialtype eine unterschiedliche
Kristallitschmelztemperatur zwischen 124 und 1330C hat. Es ist für das erfindungsgemässe Verfahren wesentlich, die Verarbeitungstemperatur kurz unterhalb der jeweiligen Kristallitschmleztemperatur einzustellen.
Bei Polypropylen dagegen liegt die Kristallitschmelztemperatur je nach verwendeter Material- type zwischen 160 und 165OC. Bei Polybuten liegt diese Temperatur niedriger als bei Polyäthylen- - hart, also unterhalb 124 C. Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist ferner zu beachten, dass der Temperaturbereich für die thermische Verformbarkeit kristalliner bzw. teil- kristalliner Werkstoffe im Vergleich zu amorphen Werkstoffen wie PVC-hart relativ schmal ist. Er- fahrungsgemäss steht hier eine Bandbreite von zirka 5 C als mögliche Abweichung zur Verfügung.
Dies erfordert eine optimale Regelbarkeit der Heizeinrichtung. Aus dieser Einschränkung ergibt sich auch, dass bei der Aufheizung von kristallinen bzw. teilkristallinen Werkstoffen die Heizofen- temperatur nicht wesentlich höher gewählt werden darf als die gewünschte Rohrtemperatur für die
Verformung - wie das beispielsweise bei PVC-hart möglich ist-da sonst ein zu grosses Gefälle im Kristallitabbau zwischen den inneren und äusseren Umfangsflächen des Rohres und dem Kern der Rohrwand eintritt. Die aussenliegenden Umfangsflächen der Rohrwandung, die in mehr oder weniger direktem Kontakt zu den Oberflächen des Heizofens stehen, würden in diesen Fällen zu schnell plastisch, was zur Verschiebung von Oberflächenbereichen gegenüber inneren Bereichen der Rohrwandung führen und damit Festigkeitsverluste im Muffenbereich herbeiführen würde.
Zur Durchführung des ersten Verfahrensschrittes der Erfindung ist daher eine sorgfältige Abstimmung zwischen dem Temperaturverlauf während der Aufheizung und dem Einsetzen und dem Kraftaufwand der Stauchkraft erforderlich. Hiebei ist zu beachten, dass das in den Ringspalt der Heizeinrichtung bei den erwähnten Temperaturen eingeführte Rohrende auf Grund der Temperatureinwirkung von der Stirnseite her aufzuquellen beginnt und sich dabei kontinuierlich von der Stirnseite in Richtung zum Eintrittsende an den Ofenkern und die Aussenhülse anlegt.
Die dosierte Vorschubkraft des Vorstauchvorgangs ergibt dabei, dass sich der Ringspalt der Heizeinrichtung mit fortlaufender Erwärmung des Rohrendes von innen nach aussen mit dem Rohrwandmaterial auffüllt, wobei dieser Auffüllvorgang sowohl einen Ausgleich des bei der Erwärmung auftretenden Längsschrumpfes als auch eine Aufhebung der unkontrollierten Verquellung des Rohrwandmaterials bewirkt. Am Ende des Aufheizvorganges liegt das Rohrende mit einer durchgehenden Temperatur unterhalb der Kristallitschmelztemperatur in dem Ringspalt der Heizeinrichtung, wobei die bei der Aufheizung erfolgte Verquellung in Kombination mit der Stauchkraft bewirkt hat, dass das Rohrende mit seinen inneren und äusseren Umfangsflächen am Umfang des Kerns der Heizeinrichtung genauso anliegt wie am inneren Umfang der Aussenhülse.
Es ist selbstverständlich, dass sowohl der Kern als auch die Aussenhülse der Heizeinrichtung die gleiche Temperatur aufweisen, die zur Übermittlung der optimalen Verformungstemperatur an das Rohrende erforderlich ist.
Durch die Ausfüllung des Ringspaltes der Heizeinrichtung mit dem Rohrwandmaterial ergibt sich eine definierbare Verdickung der Ausgangswandstärke des Rohres, da der Ringspalt der Heizeinrichtung in seinen lichten Abmessungen wenigstens geringfügig über der Querschnittsfläche des Rohres liegen muss, damit ein leichtes Einschieben des Rohrendes in den Ringspalt möglich ist.
In einem Beispielsfall war bei der Bearbeitung eines Rohres der NW 100 die Rohrwandstärke im
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Ausgangsfall 10 mm. Während des Vorstauchvorganges wurde dieser Querschnitt auf Grund der Aus- legung des Ringspaltes in der Heizeinrichtung auf 12,5 mm erhöht. Die Vorstauchung gemäss der
Erfindung bewirkt jedoch dabei nicht nur diese Erhöhung der Wandstärke, sondern gleichzeitig die Beibehaltung der für den Aufmuffvorgang erforderlichen Länge der aufgewärmten Zone des Rohr- endes mit allseitiger und durchgehender Wandstärkenerhöhung der angegebenen Grössenordnung.
Das angewärmte vorgestauchte Rohrende, das sich im Beispielsfall auf einer Temperatur um 130. C befand, wurde danach aus dem Ringspaltofen so entnommen, dass weder eine Beeinträchtigung der Kontur noch der erzielten Wandverdickung eintrat. Das Rohrende wurde unmittelbar danach in eine Stauchvorrichtung eingebracht, wie sie beispielsweise in der DE-PS Nr. 1257413 beschrieben ist. Es ist sehr wesentlich, dass diese Stauchvorrichtung auf die gleiche Temperatur aufgeheizt ist, wie sie das aufgeheizte Rohrende besitzt, um eine Abschreckung des aufgeheizten Rohrumfangs und damit eine negative Verfestigung von Aussenwandbereichen des Rohres zu vermeiden.
Nach der Verbringung des aufgeheizten Rohrendes in die Endform durch die aufgeheizte Muff- einrichtung, wobei unter Angreifen der zweiten Stauchkraft die Muffe mit Umfangssicke ausgeformt wird, erfolgt die Entnahme des endgestauchten Rohrendes durch Öffnen des Werkzeuges und Abziehen der ausgeformten Muffe vom Werkzeugdorn. Vor dem Öffnen des Werkzeuges kann bereits ein indirekter Kühlvorgang einsetzen, derart, dass die Heizkanäle des Werkzeuges durch Beschickung mit einem Kühlmedium die endgestauchte Muffe oberflächlich abkühlen. Dieser Kühlvorgang ist vorteilhaft so lange aufrechtzuerhalten, bis die gekühlte Innen- und Aussenhaut im aufgewärmten Muffenbereich dick genug ist, um die Muffe beim Abziehen vom Werkzeugdorn formstabil zu halten.
Unmittelbar nach dem Abziehen des Rohrendes mit der angeformten Muffe empfiehlt sich eine direkte Nachkühlung, z. B. durch Aufsprühen von Kühlmedium auf die erwärmten inneren und äusseren Umfangsflächen des Rohrendes. Auf diese Weise wird vermieden, dass die Wärme aus dem Mittelbereich der Rohrwandung die abgekühlte Randzone wieder erwärmt und dadurch einen Rückschrumpf des erwärmten Endbereiches des Rohres bewirkt.