DE1291109B

DE1291109B - Verfahren zum Verschweissen von Kunststoffrohren und nach dem Verfahren ausgebildete Schweissverbindung

Info

Publication number: DE1291109B
Application number: DED44930A
Authority: DE
Inventors: Gathmann Wilhelm
Original assignee: Deutsche Tecalemit GmbH
Current assignee: Deutsche Tecalemit GmbH
Priority date: 1964-07-14
Filing date: 1964-07-14
Publication date: 1969-03-20
Also published as: FR1473009A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen von Kunststoffrohren und auf eine nach dem Verfahren ausgebildete Schweißverbindung, und zwar insbesondere zur Verbindung von Rohren geringen Durchmessers und geringer Wandstärke.
Es sind schon verschiedene Methoden bekannt, um Rohre, vorzugsweise Kunststoffrohre, miteinander mit Hilfe von die Rohrenden übergreifenden Verbindungsstücken zu verbinden. Beispielsweise hat man die Verbindung im Wege der Verklebung mit Hilfe geeigneter Lösungsmittel versucht; diese Methode besitzt den Nachteil, daß sie keine ausreichend dichtende Verbindung darstellt, wenn die Kunststoffrohre mit hohen Drücken beaufschlagt werden; außerdem ist auch eine ausreichende Sicherheit gegen Zugbeanspruchung nicht gewährleistet, auch eine sofortige Belastung der Verbindung ist nicht möglich. Eine andere Methode besteht in der Verschweißung der zu verbindenden Rohrteile mittels einer Heißluftpistole, durch die die zu verschweißende Stellung von außen auf den Erweichungspunkt erhitzt werden. Bei dieser Methode muß mit größter Sorgfalt gearbeitet werden, um die erforderlichen Temperaturen in bestimmter Breite und Tiefe genau einzuhalten. Das Verfahren ist zeitraubend und gewährleistet nicht die Erreichung der erforderlichen Festigkeit bei Kunststoffrohren, die großen Innendrücken unterworfen sind; sehr schwierig ist die Anwendung dieser Methode bei dünnwandigen Rohren, da die Gefahr einer nachteiligen Beeinflussung des Gefüges besteht.
Man hat auch schon vorgeschlagen, die Trennstellen der Kunststoffteile an heißen Metallteilen zu erhitzen und die Verbindung durch nachträgliches Ineinanderschieben zu erreichen, wobei eine Verschweißung der ineinandergeschobenen Teile erfolgen soll. Auch hierbei ist allergrößte Sorgfalt erforderlich, um die notwendigen Temperaturen genau zu erreichen; diese Methode ist ebenfalls zeitraubend und gewährleistet keine ausreichende Festigkeit in der Schweißzone, außerdem besteht bei dünnwandigen Rohren die Gefahr einer nachteiligen Gefügebeeinflussung. Man hat auch schon vorgeschlagen, die miteinander zu verbindenden Teile durch gegenseitige Drehung bis zur Erweichungstemperatur zu erhitzen und verschweißen zu lassen.
Eine derartige Methode ist nur bei kleinen Teilen möglich; die Verschweißung langer Rohre ist wegen der Unhandlichkeit nicht durchführbar; außerdem können Winkelstücke nicht mit Rohren vereinigt werden. Auch dieses Verfahren bietet die gleichen Nachteile wie die vorgenannten.
Ein weiteres bekanntes Verfahren arbeitet mit elektrischer Erhitzung eines Widerstandsdrahtes. Hierbei wird in einem der zu verbindenden Teile eine Drahtwendel eingespritzt, die von außen durch elektrischen Strom erhitzt wird. Durch die Erhitzung der Drahtwendel wird das Material der zu verschweißenden Teile an den Trennflächen erweicht und verschweißt.
Hierbei ist eine Doppelwendel erforderlich, deren beide Enden nach außen herausgeführt sind, um an eine Stromquelle angeschlossen zu werden. Diese Wendeln sind dem Korrosionsangriff von außen ausgesetzt. Eine Dichtigkeit zwischen den verbundenen Teilen läßt sich hierbei nur dann erreichen, wenn die Schweißzonen der benachbarten Drähte ineinander übergehen. Ist dies nicht der Fall, so besteht zwischen den Drähten ein schraubenlinienförmiger Bereich, in dem die beiden Drähte nicht miteinander verbunden sind, wodurch sich bei Kunststoffleitungen, die unter hohem Druck stehen, eine Leckstelle ergibt. Wenn zuverlässige Dichtigkeit und hohe Festigkeit der Verbindungsstelle erreicht werden soll, ist diese Verbindungsart, insbesondere bei Rohren kleineren Durchmessers, nicht geeignet.
Es ist auch schon bekannt, miteinander zu verbindende Rohre auf elektroinduktivem Wege zu verschweißen; hier hat man zunächst die stirnseitige Verschweißung vorgeschlagen, bei der ein Metallring oder Metalldraht verwendet wird, der an der Stirnfläche des Rohres anliegt und aus einer auf den zu verschweißenden Kunststoff abgestimmten Metallegierung besteht. Die Metalleinlage wird durch eine Induktionsspule erhitzt und geschmolzen. Nach Erreichen der Schmelztemperatur des Metalls und des Kunststoffes werden die Rohrenden gegeneinandergepreßt, so daß das geschmolzene Metall herausgedrückt wird und die geschmolzenen Stirnflächen fest miteinander verbunden werden. Dieses Verfahren läßt sich nicht für Rohre mit kleinen Durchmessern und hohen Drücken anwenden, da durch die stirnseitige Verschweißung eine für die Belastbarkeit des Rohres nachteilige Gefügeänderung eintritt. Auch die Beseitigung des geschmolzenen Metalls macht Schwierigkeiten, da etwaige Rückstände die Dichtigkeit in Frage stellen. In keinem Fall läßt sich diese Methode bei dünnwandigen Rohren anwenden, bei denen aus naheliegenden Gründen eine stirnseitige Verschweißung wegen der geringen Wandstärke nicht möglich ist. Es ist auch schon bekannt, bei der Verschweißung von Kunststoffrohren die Rohrenden übergreifende Verbindungsstücke vorzusehen, zwischen denen eine in sich geschlossene metallische Einlage angeordnet ist, in der zur Erzeugung der Schweißtemperatur ein Induktionsstoß von geeigneter Frequenz erzeugt wird. Die bekannte metallische Einlage ist hierbei als Ring ausgebildet. Da der Ring auf der Oberfläche des Rohres aufliegt, besteht zwischen Rohr und Verbindungsteil ein nach außen offener beiderseitiger, der Wandstärke des Ringes entsprechender Luftspalt, der durch den verflüssigten Kunststoff beim Schweißvorgang überbrückt werden muß, wobei die Luft zu einem Abbau des Kunststoffes, insbesondere der Polyamide, führt und sich somit nachteilig auswirkt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sich an den Kanten des Ringes nur schmale Schweißzonen bilden können, so daß die derart'verbundenen Rohre''nur über eine bestimmte Zugfestigkeit verfügen und auch bei hohen Drücken im Rohrinneren keine ausreichend sichere Dichtwirkung aufweisen. Wenn die bekannten Ring;e mit Durchbrechungen versehen werden, ergibt sich wohl eine gewisse Erhöhung der Zugfestigkeit, jedoch wird die Dichtwirkung bei hohen Drücken praktisch nicht vergrößert, da nur die schmalen Schweißzonen an den Ringkante in sich geschlossene Schweißzonen bilden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Verschweißung insbesondere dünnwandiger Rohre zu erreichen, die sowohl hinsichtlich der Zugfestigkeit als auch hinsichtlich der Dichtigkeit bei hohen Zugbeanspruchungen und hohen Innendrücken eine befriedigende feste und dichte Verbindung gewährleistet. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die metallische Einlage bündig mit der inneren Oberfläche des übergreifenden Verbindungsstückes in dessen Innenwand eingebettet wird und das Innenteil luftspaltlos in das übergreifende Teil eingeschoben wird und daß die Länge der Einlage ein Mehrfaches des Umfanges des zu verschweißenden Rohres beträgt.
Durch die bündige Einbettung der Einlage in der Innenwandung des Verbindungsteiles wird ein Luftspalt zwischen Rohr und Verbindungsteil vermieden, so daß beim Schweißvorgang die durch Anwesenheit von Luft gegebenen Nachteile vermieden sind, da sich das Verbindungsteil luftspaltlos über das Rohr schieben läßt. Gleichzeitig entsteht eine doppelte geschlossene Verbindungszone, deren Länge ein Vielfaches des Rohrumfanges beträgt, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Zugfestigkeit und auch der Dichtigkeit der Schweißverbindung führt, die allen auftretenden Beanspruchungen genügt.
Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß die metallische Einlage unter Vorspannung in das Muffenmaterial eingebettet wird, sich in dem verflüssigten Kunststoffmaterial radial zusammenzieht und in der Rohroberfläche verankert. Bei Erwärmung tritt die Einlage zufolge ihrer Zusammenziehung zum Teil in die Rohroberfläche ein, wodurch eine optimale Verschweißung gewährleistet ist.
Weitere Merkmale ergeben sich aus den anderen Unteransprüchen.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung des als Einlage dienenden Drahtes wird eine ausreichende breite, durch die Windungsbreite des Drahtes bedingte Schweißzone geschaffen, die auch maximalen Anforderungen an Festigkeit und Dichtigkeit genügt.
Zur Erzielung einer einwandfreien Schweißverbindung und als Korrosionsschutz der nach innen freiliegenden Einlage ist es vorteilhaft, die Einlage mit einer beispielsweise im Wirbelsinterverfahren aufgebrachten Kunststoffumhüllung zu versehen, Die Zeichnungen zeigen verschiedene Ausführungsformen der zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Metalleinlagen, und es bedeutet A b b. 1 Darstellung einer bekannten ringförmigen Metalleinlage im Schnitt, Abt. 2 Darstellung eines erfindungsgemäßen, in Windungen verlaufenden Metalldrahtes als Einlage, A b b. 3 Darstellung eines Drahtes gemäß Ab b. 2 mit abgewandelter Windungsform, A b b. 4 Darstellung eines Drahtes gemäß Abt. 2 in weiterer Abwandlung der Windungsform, Ab b. 5 Darstellung einer Schweißverbindung, bei der zwei Rohre mit einer die metallischen Einlagen enthaltenden Verbindungsmuffe verschweißt sind, A b b. 6 Darstellung eines T-förmigen Verbindungsstückes mit eingespritzten metallischen Einlagen, A b b. 7 Darstellung eines Verbindungsstückes mit einer aus mehreren nebeneinanderliegenden gewundenen Drähten bestehenden metallischen Einlage, A b b. 8 abgewandelte Darstellung gemäß A b b. 7, A b b. 9 eine einseitige Muffe für Stoßverbindungen und Reparaturzwecke mit einem Wellring als metallische Einlage, dessen Wellen senkrecht zur Achse stehen.
Die A b b. 1 zeigt eine bekannte metallische, in sich geschlossene Einlage 1, die aus einem ringförmigen Körper besteht. Bei dieser Einlage 1 ergeben sich an den Ringkanten 2 und 3 in sich geschlossene Zonen, in denen die zu vereinigenden Körper miteinander verschweißt sind. Die Breite der Schweißzone ist ver- hältnismäßig gering; damit ist auch die Festigkeit und die Dichtigkeit der Schweiß verbindung begrenzt. Bei der erfindungsgemäßen Schweiß verbindung wird gemäß A b b. 2 ein gewundener Draht 4 verwendet.
Die Verschweißungszone ist hierbei durch die gestrichelten Linien 5 dargestellt.
Bei der Ausführungsform gemäß A b b. 3 ist der Draht 6 in Windungen geführt, deren Schenkel einander parallel gerichtet sind und sich in einem solchen Abstand voneinander befinden, daß eine in sich geschlossene, durch die gestrichelten Linien gegebene Verschweißungszone 7 ergibt, deren Breite größer ist als die Länge der Windungen des Drahtes 6. Diese Verschweißungszone gewährleistet bei absoluter Dichtigkeit eine hohe Belastbarkeit in Zugrichtung.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform gemäß A b b. 4 ist der Draht 8 in Windungen geführt, die in ihrem Scheitelbereich 9 achsparallel verlaufen und in ihrem mittleren Bereich 10 schräggerichtet angeordnet sind, so daß sich eine Verschweißungszone besonders großer Breite ergibt, wie sie für hohe Zugbeanspruchungen notwendig ist.
Die Querschnittsform des verwendeten Drahtes kann rund sein; er kann jedoch auch abgeflacht sein, um eine möglichst kleine radiale Erstreckung der Erweichungszone in dem Draht zu erreichen.
Das Verhältnis der Länge zur Breite kann z. B.
1 : 2 bis 1 : 3 sein, wobei die Breite selbstverständlich parallel zur Achsrichtung der Verbindung liegt.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß sich zufolge der Verwendung einer geschlossenen Metalleinlage auch eine geschlossene Verschweißungszone ereichen läßt, die eine absolute Dichtigkeit der Schweißverbindung gewährleistet, wobei durch entsprechende Formgebung und Verwendung eines in Windungen sich erstreckenden Drahtes oder eines geeigneten Lochblechstreifens auch die jeweils gewünschte Breite der Verschweißzone und damit die erforderliche Festigkeit erreicht werden kann. Hierbei ist die Temperatur in der in sich geschlossenen Metalleinlage während des Induktionsstromes überall gleich groß, so daß eine vollkommen gleichmäßige Verschweißung zwangläufig erhalten wird.
Die Abt. 5 zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schweißverbindung, bei der die beiden dünnwandigen Kunststoffrohre 11 und 12 durch ein Verbindungsstück 13 miteinander verschweißt sind. In dem Verbindungsstück 13 sind die in sich geschlossenen, aus Draht bestehenden Metalleinlagen 14, 15 eingebettet; sie werden während des Spritzens des Verbindungsstückes 13 auf dem Spritzdorn, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, gehalten. Dieser Spritzdorn verläuft leicht konisch nach außen; es werden zwei Spritzdorne verwendet, von denen der eine die Einlage 14, der andere die Einlage 15 auf sich aufnimmt.
Zufolge der Konizität werden die Einlagen 14 und 15 auf dem nicht dargestellten, nach außen schwach konisch sich erweiternden Spritzdorn gehalten. Um bei Rohrverbindungen, bei denen auf Dichtigkeit besonderen Wert gelegt wird, eine Verschweißung auch an den Stirnflächen der beiden zu verbindenden Rohre 11 und 12 zu erreichen, ist in der Mitte des Verbindungsstückes 13 ein Ring 16 eingespritzt, an dem die Stirnflächen der Rohre 11 und 12 zur Anlage kommen. Bei Erzeugung eines Induktionsstromes gleichzeitig in den Einlagen 14, 15 und 16 erfolgt also eine gleichzeitige Verschweißung der Rohre 11 und 12 je mit dem Verbindungsstück 13 und eine Verschweißung der Stirnseiten der Rohre 11 und 12 durch die Einlage 16.
Die A b b. 6 zeigt ein T-förmiges Verbindungsstück, in dem in der vorbeschriebenen Weise die Metalleinlagen 18, 19, 20 eingespritzt sind. Auch hier kann durch die Einlagen 16 eine zusätzliche Verschweißung der Rohrstirnflächen erfolgen.
Die A b b. 7 und 8 zeigen Teile eines Verbindungsstückes 21, in dem in sich geschlossene Einlagen angeordnet sind. Bei der A b b. 7 bestehen diese Einlagen aus mehreren nebeneinanderliegenden, in sich geschlossenen, gewellten Drahtringen, z. B. 22, 23, 24, die, wie die A b b. 7 zeigt, ineinandergreifen. Bei der A b b. 8 sind zwei in sich geschlossene, gewellte Drahtringe 25 und 26 in das Verbindungsstück 21 so eingespritzt, daß sie sich einmal mit ihren Windungsscheiteln annähernd berühren und mit den angrenzenden Windungsscheiteln den größtmöglichen Abstand aufweisen, so daß bei der Verschweißung sowohl nach Abt. 7 als auch nach Abt. 8 eine geschlossene Schweißzone großer Breite entsteht.
Die Abb. 9 zeigt eine einseitige Muffe 27, wie sie für Stoßverbindungen und Reparaturzwecke erforderlich ist. In die Muffe ist die Einlage 28 zur Verbindung mit dem Rohr und auf der Stirnfläche der Muffe die Einlage 29 zur Verbindung mit einer Gegenmuffe eingespritzt. Die stirnseitige Einlage 29 kann aus einem Wellring, dessen Wellen senkrecht zur Achse der Muffe angeordnet sind (linke Darstellung der A b b. 9), oder aus einem scheibenförmigen Ring (rechte Darstellung der Ab b. 9) bestehen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Verschweißen von Kunststoffrohren mit die Rohrenden übergreifenden Verbindungsstücken und einer in sich geschlossenen metallischen Einlage, in der zur Erzeugung der Schweißtemperatur ein Induktionsstrom von geeigneter Schwingungsfrequenz erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Einlage bündig mit der inneren Oberfläche des übergreifenden Verbindungsstückes in dessen Innenwand eingebettet wird und das Innenteil luftspaltlos in das übergreifende Teil eingeschoben wird und daß die Länge der Einlage ein Mehrfaches des Umfanges des zu verschweißenden Rohres beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Einlage unter Vorspannung in das Muffenmaterial eingebettet wird, sich in dem verflüssigten Kunststoffmaterial radial zusammenzieht und in der Rohroberfläche verankert.
3. Schweißverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Einlage aus einem Draht von ovalem Querschnitt besteht, um beim Spritzen des übergreifenden Verbindungsstückes den Fließwiderstand des Kunststoffes herabzusetzen und Lufteinschlüsse zu vermeiden.
4. Schweißverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht wellenlinienförmig gebogen ist.
5. Schweißverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gebogene Draht schräggerichtete Schenkel aufweist.
6. Schweißverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gebogene Draht achsparallele Schenkel besitzt.
7. Schweißverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel des gebogenen Drahtes im Bereich ihrer Biegungsscheitel achsparallel und in der Mitte zwischen den Biegungsscheiteln schräg zur Rohrachse verlaufen.
8. Schweißverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der gebogenen Drähte so angeordnet sind, daß die einen Windungsscheitel wie ein Geflecht ineinandergreifen und die angrenzenden Windungsscheitel den größtmöglichen Abstand aufweisen.