DE2724981A1

DE2724981A1 - Schweissverfahren zur verbindung von kunststoffrohren und verbindungsteil fuer kunststoffrohrverbindungen

Info

Publication number: DE2724981A1
Application number: DE19772724981
Authority: DE
Inventors: Noel Lippera
Original assignee: Pont a Mousson SA
Current assignee: Pont a Mousson SA
Priority date: 1976-06-03
Filing date: 1977-06-02
Publication date: 1977-12-15
Also published as: CH614154A5; FR2353381A1; FR2353381B1; DE2724981C3; GB1577650A; BE855336A; US4176274A; US4266997A; DE2724981B2; IT1083294B

Description

Pont-a-Mousson S.A., 91 Ave. de la Liberation, F-54000 Nancy

Frankreich

Schweißverfahren zur Verbindung von Kunststoffrohren und Verbindungsteil für Kunststoffrohrverbindungen

Die Erfindung bezieht sich auf Schweißverbindungen bei Kunststoffrohren durch elektrisches Widerstandsschweißen.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Rohrverbindungen aus thermoplastischen Kunststoffmaterialien, wie z.B. Polypropylen und Polyäthylen, in dem ein Verbindungsteil aus dem gleichen Material mit elektrischem Heizwiderstand dazwischengeschaltet wird, wobei dasVerbindungsteil sich an Ort und Stelle als Dichtungsgarnitur anpasst.

Setzt man den elektrischen Widerstand unter eine Spannung von einigen Volt, so bewirkt dies ein gleichzeitiges Schmelzen des.Einsteckendes des einen Rohres sowie der Einfassung oder Muffe des anderen Rohres. Man erhält auf diese Weise eine homogene Schweißung.

Es ist einsichtig, daß man in den Fällen, wo die Rohre mit Muffen

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versehen sind, eine Manschette oder Hülse mit zwei Einfassungen oder Muffen verwendet.

Um die bereits erwähnte homogene Schweißung zu erhalten, ist es erforderlich, für eine symmetrische Wärmezufuhr am Einsteckende und am Muffenende zu sorgen.

Nun werden die bekannten Verbindungsteile zur Durchführung einer derartigen Schweißung dadurch hergestellt, daß man ein Kunststoffmaterial um einen elektrischen Widerstand injiziert, der die Form einer bifilaren wendeiförmigen Wicklung besitz^ und somit wie eine Dichtung innen eingelassen wird.

Derartige Verbindungsteile sind aber aufgrund ihrer geringen Dicke schwer herzustellen. Tatsächlich ist es so, daß ihre Dicke durch den ringförmigen Raum begrenzt ist, der zwischen dem Einsteckende des einen Rohres und der Muffe des anderen Rohres oder einer Hülse zur Verfügung steht, wobei die miteinander zu verbindenden Rohrelemente im allgemeinen einen bescheidenen Nominaldurchmesser aufweisen, der zwischen 50 mm und 150 mm schwanken kann und selten über 200 mm liegt, wobei eine Schichtdicke einige Millimeter nicht überschreitet.

Es ist somit schwierig, den elektrischen Widerstand perfekt und koaxial in dem eingespritzten Kunststoffmaterial einzulassen, so daß die Windungen der Wicklung des Widerstandes äquidistant liegen, um einen Kontakt zu vermeiden, der zu einem Kurzschluß führen kann. Ferner ist es schwierig, diesen Widerstand gleichmäßig mit Kunststoffmaterial zu ummanteln und Asymmetrien und Unregelmäßigkeiten bei seiner endgütligen Anbringung im Inneren des Verbindungsteiles zu vermeiden. Infolgedessen sind auf derartige Weise hergestellte Verbindungen gelegentlich mit dem Nachteil behaftet, daß die zu verbindenden Rohrenden unregelmäßig beheizt werden.

Aus diesem Grunde hat man bereits -daran gedacht, das Problem der

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Ummantelung eines elektrischen Widerstandes durch Einspritzung dadurch zu unterdrücken, daß man den Widerstand außen auf ein provisorisches Trägerverbindungsteil aufwickelt, indem man diesen Widerstand mit Hilfe seines provisorischen Trägers an der Innenoberfläche der Muffe einführt und schließlich diesen Träger durch Deformation zurückzieht.

Auf diese Weise kommt man zu Einfassungen oder Muffen, die mit einem regelmäßig angeordneten und gut zentrierten elektrischen Heizwiderstand versehen sind, aber man löst nicht das Problem der Anpassung an die vorhandenen Rohrelemente an Ort und Stelle einer Dichtungsgarnitur ohne Modifizierung der zu verbindenden Enden.

Man hat auch schon versucht, wendeiförmige Wicklungen aus aneinanderstoßenden Windungen aus mit Kunststoff ummantelten elektrischen Drähten herzustellen, die direkt zwischen die zu verbindenden Rohrenden dazwischengesetzt werden, nachdem die Kunststoffhüllen der Windungen untereinander verschweißt sind. Es gelingt aber nicht, die Windungen aneinanderstoßend zu halten. Während man glaubt, daß man sie trotzdem aneinanderstoßend halten kann, haben sie die Neigung, difi sie es nicht mehr sind, wenn man die erhaltende, ummantelte Wicklung zwischen die zu verbindenen Enden einführt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben,das die genannten Schwierigkeiten beseitigt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man den elektrischen Heizwiderstand vorher auf einen rohrförmigen, aus Kunststoff bestehenden Träger aufwickelt, der an das eine der zu verbindenden Rohrenden anpassbar ist, und daß man den rohrförmigen Träger und den Widerstand mit einer ebenfalls rohrförmigen Hülle ummantelt, die an das Innere des anderen anzuschließenden Rohrendes anpassbar ist, so daß der Heizwiderstand koaxial zu den beiden miteinander zu verbindenden Rohrelementen angeordnet ist, wobei eine Wand zwischen den Widerstand und die jeweiligen Rohrenden zwischen-

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geschaltet ist. /

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verbindungsteil zur Verwendung bei einem derartigen Verfahren, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß es zwei aufeinandergesteckte komplementäre Ringe aufweist, wobei der eine innere Ring der Träger ist, auf dem der elektrische bifilare Widerstand aufgewickelt ist, während der andere äußere Ring einen Mantel oder eine Hülle bildet und den elektrischen Widerstand überdeckt.

Mit einer derartigen Anordnung wird erreicht, daß der elektrische Widerstand in regelmäßiger Weise von Kunststoffmaterial umgeben und perfekt ausgerichtet oder zentriert gegenüber den beiden Ringen und gegenüber den Rohrenden angeordnet ist, zwischen denen das aus den beiden Ringen bestehende Verbindungsteil zwischengeschaltet ist. Darüber hinaus kann das hergestellte Verbindungsta.1 zwischen die bereits bestehenden Rohre leinen te zwischengeschaltet werden, und zwar am Ort und an Stelle einer Dichtungsgarnitur, ohne die miteinander zu verbindenden Enden zu verändern.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der dazugehörigen Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung im Schnitt eines Tragringes des erfindungsgemäßen Verbindungsteiles in freiem Zustand;

Fig. 2 eine entsprechende Außenansicht des Tragringes zur Erläuterung des bifilaren Widerstandes;

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung im Schnitt der Ring-ümmantelung in freiem Zustand;

Fig. 4 eine den Fig. 1 und 3 entsprechende Darstellung im Schnitt des zusammengesetzten erfindungsgemäßen Ver-

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bindungsteiles, wie es durch das Zusammenstecken der Ringe nach Fig. 1 und 3 entsteht;

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung im Schnitt einer Verbildung aus zwei Rohrelementen unter Verwendung des Verbindungsteiles nach Fig. 4, wobei in der oberen Halbansicht der Zustand der Teile vor dem Durchfließen des elektrischen Stromes und in der unteren Halbansicht die miteinander verschweißten Teile nach dem Durchfließen des elektrischen Stromes wiedergegegeben sind; und in

Fig. 6 eine Darstellung, teilweise im Schnitt, der Verbindung gemäß Fig. 5 in einem Maßstab, der kleiner gewählt ist und der Realität etwas näher kommt, und zwar im Hinblick auf die jeweiligen Dicken der miteinander verbundenen Rohrenden, des sie trennenden Ringraumes und der Ringe des zusammengesetzten Verbindungsteiles.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4 ist das erfindungsgemäße Verbindungsteil R in einer von den exakten Proportionen abweichenden Weise dargestellt, insbesondere hinsichtlich seiner Dicken, um die Klarheit der Zeichnung zu unterstützen und infolgedessen das Verständnis zu erleichtern.

Das Verbindungsteil R weist einen inneren Tragring 1 mit der Achse X-X aus thermoplastischem Kunststoffmaterial auf, z.B. aus Polypropylen oder Polyäthylen (vgl. Fig. 1 und 2). Der Tragring 1 hat einen Innendurchmesser, der dem Außendurchmesser eines Einsteckendes eines anzuschließenden Rohres entspricht.

Der Tragring 1 ist durch Spritzgießen mit einer kreisförmigen Schulter 2 hergestellt, die am Ende nach außen vorsteht. Das andere Ende des Tragringes 1 ist vorzugsweise bei 3 abgeschrägt.

Der Tragring 1 ist an seinem Umfang mit zwei Sätzen von wendel-

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förmigen Nuten 4a und 4b mit gleichen Wicklungsschritten versehen. Die Nuten 4a und 4b können bei der Formung mit hergestellt oder durch Nachbearbeitung erzeugt werden.

In der Nähe der Schulter 2 sind zwei parallele Kehlen 5 und 6 längs einer Mantelfläche des Tragringes 1 ausgehöhlt, die durch die Schulter 2 hindurchgehen und einerseits an der Endkante der Schulter 2 und andererseits jeweils in einer der Nuten 4a bzw. 4b münden.

Eine weitere, ebenfalls parallel zur Achse verlaufende Kehle 7 bildet eine Verbindung zwischen zwei aufeinander folgenden Nuten 4a und 4b in der Nähe des Endes mit der Abschrägung 3 des Tragringes 1. Ein elektrischer bifilarer Widerstand 8 (vgl. Fig. 2) ist am Boden der Nuten 4a und 4b aufgewickelt, geht durch die Kehlen 5, 6 und 7 hindurch und weist zwei freie Enden 9 auf. Ausgehend von einem freien Ende 9 und der Kehle 5 folgt der Widerstand 8 der wendeiförmigen Bahn der Nuten 4a, bildet dann eine in die axiale Kehle 7 eingesetzte Schlinge oder Schleife 10, kreuzt einen halben Schritt einer Wicklung und läuft dann durch die Nuten 4b hindurch, die er durch die Kehle als zweites freies Ende 9 verläßt.

Bei dem elektrischen Widerstand 8 handelt es sich um einen Metalldraht, beispielsweise aus einer Chrom-Nickel-Legierung, vorzugsweise mit einem Durchmesser, der etwas geringer als die Tiefe der Nuten 4a und 4b'und die Kehlen 5, 6 und 7 ist, damit er sich unterhalb der abgeglichenen Stellung der zylindrischen Oberfläche des Tragringes 1 befindet.

Ferner ist das erfindungsgemäße Verbindungsteil R mit einem Ringmantel oder einer Hülse 11 (vgl. Fig. 3) versehen, die mit ihrem Durchmesser und ihrer Länge dem Durchmesser und der Länge des Tragringes 1 entspricht und deren Dicke ungefähr ebenso groß wie diejenige des Tragringes 1 und die gegenüber dem Tragring 1

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vorspringende Schulter 2 ist. Der Ringmantel 11 hat einen Innendurchmesser, der ebenso groß wie der Außendurchmesser des Tragringes 1 ist, und einen Außendurchmesser, der ebenso groß wie der Innendurchmesser der Einfassung oder Muffe des einen anzuschließenden Rohre ist. Der Ringmantel 11 ist an seinem abgeschrägten Ende 12 mit einer Innenschulter 13 versehen, die gegenüber dem Hohlraum nach innen vorsteht. Der Ringmantel oder die Hülse 11 besteht aus dem gleichen Material wie der Tragring 1.

Das Verbindungsteil R (vgl. Fig. 4) wird dadurch hergestellt, daß der Tragring 1 ins Innere des Ringmantels 11 hineingesteckt wird. Der Tragring 1 stößt mit seinem abgeschrägten Ende 3 gegen die Innenschulter 13 des Ringmantels 11, während seine äußere Schulter 2 gegen die Außenkante des Ringmantels 11 zur Anlage kommt.

Bei einem derart angeordneten Verbindungsteil R ist der bifilare Widerstand 8 vollständig und perfekt von allen Seiten mit Kunststoffmaterial umgeben und perfekt bezüglich der Achse X-X ausgerichtet und somit in der Lage, die Wärmemenge gleichmäßig in die beiden zentripetalen bzw. zentrifugalen Richtungen zu verteilen, wenn er unter Spannung gesetzt ist.

Um zwei Rohrelemente aus Kunststoffmaterial miteinander zu verbinden, die aus dem gleichen thermoplastischen Material wie die beiden Ringe 1 und 11 bestehen, z.B. ein Rohrelement 14 mit einem Einsteckende und ein Rohrelement 15 mit einem Muffenende, geht man folgendermaßen vor (vgl. Fig. 5):

In die Einfassung oder Muffe des Rohrelementes 15 wird das Verbindungsteil R koaxial eingesetzt, was einerseits durch die Abschrägung 12 am Ringmantel 11 und andererseits durch die entsprechenden Durchmesser, nämlich den Innendurchmesser der Muffe und den Außendurchmesser des Ringmantels 11, erleichtert Wird. Anschließend wird das Einsteckende 14 des anderen anzuschließenden

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Rohres in den Sitz eingeführt, der durch den Hohlraum des Tragringes 1 und die Innenschulter 13 gebildet wird, gegen den das Einsteckende 14 zur Anlage kommt, wie es in der oberen Halbansicht in Fig. 5 dargestellt ist.

Bei einer anderen Ausführungsform kann selbstverständlich zunächst das Verbindungsteil R auf das Einsteckende 14 aufstecken und anschließend das das Verbindungsteil R tragende Einsteckende

14 in das Muffenende 15 einsetzen.

Daraufhin werden die beiden freien Enden 9 des bifilaren Widerstandes 8 an eine elekrtische Stromquelle mit einigen Volt Spannung angeschlossen. Der Widerstand 8 heizt und lässt das ihn umgebende Kunststoffmaterial schmelzen, und zwar auf der einen Seite den Tragring 1 und das Einsteckende 14 sowie auf der anderen Seite den Ringmantel 11 und das Muffenende 15. Die Wände der beiden Ringen 1 und 11 verschweißen miteinander und mit den Wänden der Enden 14 und 15, wie es in der unteren Halbansicht in Fig. 5 angedeutet ist.

Um von der geringen Wärmeleitfähigkeit des verwendeten thermoplastischen Kunststoffmateriales und dem Wärmegradienten zu profitieren, der in-folgedessen zwischen dem Heizwiderstand und den benachbarten zu erweichenden Wänden besteht, erhöht man die Temperatur des Heizwiderstandes 8 auf den maximal möglichen Wert, so daß es möglich ist, die am nächsten liegenden Wände bis in die Nähe der Wände der miteinander zu verbindenden Rohrenden 14 und 15 zu erweichen, ohne das Äußere der beiden Rohrenden 14 und

15 zu schmelzen.

Aus Fig. 6 erkennt man die gleiche Schweißverbindung, in der die Dicken der Wände etwas wirklichkeitsnäher als vorher dargestellt sind, wo der Ringraum E ebenso groß wie die Dicke G der jeweiligen anzuschließenden Rohrenden ist. Man erkennt, daß die Wände der Ringe 1 und 11 des Verbindungsteiles R relativ dünn sind.

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Ausführungsbeispiel: '

Bei einem Widerstandsdraht 8 aus Chrom-Nickel mit einem Durchmesser von 0,85 mm, der einen Längenwiderstand von 2,2 Ohm/m aufweist und an eine Spannung von einigen Volt angeschlossen ist, wird für einen Zeitraum von 60 Sekunden eine Leistung von ungefähr 12 bis 15 Watt pro Gramm Verbindungsteil R abgegeben.

Wenn das Kunststoffmaterial Polypropylen ist, das ab 175°C schmilzt, kann man den elektrischen Widerstand 8 bis auf 200⁰C aufheizen.

Wenn das Kunststoffmaterial Polyäthylen ist, das unterhalb von 150⁰C schmilzt, müssen die Ringe 1 und 11 des Verbindungsteiles R und die miteinander zu verbindenden Enden 14 und 15 wesentlich dicker sein als bei der Verwendung von Polypropylen, wie es in Fig. 6 dargestellt ist.

Mit dem oben beschriebenen neuen Verfahren wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Rohrenden 14 und 15 von üblicher, standardisierter Bauart ohne Modifizierung miteinander verbunden werden kännen, und zwar in gleicher Weise durch Zwischenschaltung eines erfindungsgemäßen elektrisch beheizbaren Schweißverbindungsteiles R wie durch Zwischenschaltung einer Dichtungsgarnitur.

Bei dem aus den beiden Ringen 1 und 11 bestehenden, oben beschriebenen Verbindungsteil R ist der elektrische bifilare Widerstand in dem die beiden miteinander zu verbindenden Rohrenden trennenden Ringraum in der regelmäßigsten und am besten ausgerichteten Weise angeordnet, um eine gleichförmige und symmetrische Beheizung sowohl in zentripetaler als auch in zentrifugaler Richtung zu gewährleisten.

Das oben beschriebene Verfahren sowie das oben angegebene Verbindungsteil eignen sich mithin in vorteilhafter Weise für die

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Montage, Verbindung und Verschweißung von Rohren aus Kunststoff material für Leitungen im Hause und zu industriellen Zwecken bei der Beseitigung von Abwässern und Regenwasser sowie zum Transport von industriellen Fluiden.

- Patentansprüche: -

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Claims

Η·πμ 1, 8000 MOndwn 40, Frelllgrathstrae· It IM-I ■-_ B kl U^k. Elienecher StraB· 17 poetiaA.140 Clpnng. R. M. Banr »«.-Am., sewer Hat-Am». HemMiNi-TreMepoM DIdI.-PIWS. EdUaiXl ΒβΙΖίβΓ Fernsprecher: 36 3011 Fernsprecher: S1013 ~ ' 36 3012 81014 Dlpl.-lng. W. Herrmann-Trentepohl »»« Telegrammanschrltt: Telegramrnanschrlft: Bahrpatente Herne PATENTANWÄLTE Babetzpat MOnchen Telex 0622*663 Telex 5215360 Γ Π2724981 Bankkonto: ·* ' '^" Bayerische Vereinsbank MOnchen »52267 Dresdner Bank AQ Herne 7-520 Postscheckkonto Dortmund 566 68-467 Ref.: M 05 886 B-ag In der Antwort bitte angeben Zuschritt bitte nach: München Schweißverfahren zur Verbindung von Kunststoffrohren und Verbindungsteil für Kunststoffrohrverbindungen Patentansprüche

1.) Schweißverfahren zur Verbindung von Kunststoffrohren mit einem Einsteckende bzw. einem Muffenende unter Verwendung eines elektrischen Heizwiderstandes, der zwischen die beiden Rohrenden zwischengeschaltet und mit Kunststoffmaterial umgeben ist, dadurch gekennzeichnet , daß auf das eine der beiden Rohrenden eine Garnitur aufgesteckt wird, die aus einem Verbindungsteil aus Kunststoffmaterial besteht und den elektrischen Heizwiderstand enthält, daß das andere Rohrende auf das erste, mit dem Verbindungsteil versehene Rohrende aufgesteckt wird, wobei die beiden freien Enden des elektrischen Heizwiderstandes ausgehend von der freien Endkante der Garnitur, die sich am Muffeneingang befindet, axial frei gelassen werden.

2. Verbindungsteil zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus zwei überlagerten komplementären Ringen, von denen

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der eine innere Ring mit Nuten versehen ist und den elektrischen Heizwiderstand am Boden der Nut enthält, dadurch g ekennzeichnet , daß der Außenring in Form eines Mantels oder einer Hülse (11) des Verbindungsteiles (R) einen zylindrischen und glatten Einsteckhohlraum mit einem Innendurchmesser aufweist, der ebenso groß wie der Außendurchmesser des Innenringes (1) ist.

3. Verbindungsteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der innere Tragring (1) zwei Serien von wendeiförmigen Nuten (4a, 4b) mit gleicher Schrittweite der wendeiförmigen Wicklung sowie parallel zur Mantelfläche verlaufende Kehlen (5, 6, 7) aufweist, in die ein elektrischer bifilarer Widerstand eingesetzt und an ihrem Boden angeordnet ist, ohne mit der Oberfläche abzuschließen, wobei der Widerstand eine kontinuierliche Wicklung mit zwei außerhalb einer Endkante des Tragringes (1) und des Verbindungsteiles (R) vorstehenden freien Enden bildet.

4. Verbindungsteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die das Verbindungsteil bildenden Ringe (1, 11) eine nach außen vorstehende Schulter (2) bzw. eine nach innen vorstehende Schulter (13) als Anschläge der Ringe für den ineinandergesteckten Zustand der beiden Ringe aufweisen, wobei die Innenschulter (13) ferner als Anschlag zwischen den beiden miteinaüer zu verbindenden Rohrelementen (14, 15)dient.

5. Schweißverbindung zwischen zwei Rohrelementen aus Kunststoffmaterial mit einem Einsteckende, einem Muffenende und einem dazwischen angeordneten elektrischen Heizwiderstand, dadurch gekennzeichnet , daß ein Verbindungsteil (R) gemäß Anspruch 2 in dem Ringraum zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Rohrenden angeordnet ist, das gleichermaßen an das Innere des Muffenendes und das Einsteckende angepasst ist.

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