DE3901929A1 - Verfahren und vorrichtung zum verschweissen von kunststoffrohren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum verschweissen von kunststoffrohren

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen von Kunststoffrohren, insbesondere für Fußbodenheizungen gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.
Derartige Kunststoffrohre werden z. B. mäanderförmig auf dem Fußboden einer Wohnung verlegt und dann in Estrich eingebettet. Die angelieferten Längen der Kunststoffrohre reichen jedoch in den meisten Fällen nicht aus, so daß mehrere Teilstücke von Rohren zu einem kompletten Heizungssystem verbunden werden müssen.
Derartige Kunststoffrohre können aus einem Polypropylen­ copolymerisat bestehen. Diese Rohre sind problemlos über Kunststoffmuffen, in die die Enden zweier Rohre eingeschoben werden, zu verschweißen. Es existieren aber auch Kunststoffrohre aus vernetztem Polyäthylen, die nicht verschweißbar sind, und daher mit einer auf­ wendigen und der Korrosion unterworfenen Klemmschraub­ verbindung zusammengefügt werden müssen.
Ein Problem bei der Betreibung von aus diesen Kunst­ stoffrohren gefertigten Fußbodenheizungen besteht aber in der Sauerstoffdiffusion von außen in das Rohr. Daher ist der Hersteller der Rohre nun verpflichtet, die Rohre mit einer Sperrschicht gegen die Sauerstoff­ diffusion zu versehen.
In der Regel wird ein aus Polypropylencopolymerisat bestehendes Rohr mit einer derartigen Sperrschicht aus Äthylenvinylalkoholcopolymerisat versehen, die über einen Haftvermittler, der in der Regel ein Äthylen­ copolymerisat ist, mit dem Rohrgrundkörper verbunden wird.
Das Sperrschichtmaterial hat aber die unangenehme Eigen­ schaft, nicht verschweißbar zu sein. Um nun doch eine Verschweißung der Rohrenden in einer Kunststoffmuffe durchführen zu können, muß die Sperrschicht auf der Länge, die später in der Kunststoffmuffe festsitzen soll, wieder entfernt werden. Das geschah bisher mit Hilfe von Schälmaschinen. Diese Methode hat aber den Nachteil, daß durch das Schälen Rillen oder Kerben auf dem freigelegten Rohrgrundkörper zurückbleiben. Beim anschließenden Verschweißen kommt es daher zu Lufteinschlüssen im Verschweißbereich, die eine aus­ reichende Dichtigkeit der Verbindungsstelle verhindern. Darüber hinaus ist das Schälverfahren bei z. B. ovalen Rohren mit Schwierigkeiten verbunden.
Eine andere Methode könnte darin gesehen werden, die Sperrschicht mit Hilfe eines Lösungsmittels zu ent­ fernen. Ein solches Lösungsmittel existiert jedoch bisher nicht.
Daher wird bei einem weiteren bekannten Verfahren ein Ende eines Kunststoffrohres in eine aufheizbare Schweißmuffe aus Metall eingedrückt, wodurch die als Sauerstoffsperre dienende Schicht vom Rohrende weggeschoben und die Oberfläche des Rohrgrundkörpers aufgeschmolzen wird und gleichzeitig eine Kunststoff­ muffe auf einen aufheizbaren metallischen Schweißdorn aufgeschoben wird, wobei die innere Oberfläche der Kunststoffmuffe aufgeschmolzen wird, wonach das Kunststoffrohr aus der Schweißmuffe herausgezogen und die Kunststoffmuffe vom Schweißdorn abgezogen wird und das Ende des Kunststoffrohres in die Kunst­ stoffmuffe eingedrückt und mit dieser verschweißt wird. Dieser Vorgang wird dann mit der bereits aufge­ schweißten Kunststoffmuffe und einem zweiten Kunst­ stoffrohr wiederholt. So entsteht zwar eine exakt dichte Muffenschweißverbindung, unabhängig von der Querschnittsgeometrie der Kunststoffrohre.
Beim Einführen des Kunststoffrohrendes in die Schweiß­ muffe und beim Aufschmelzvorgang geschieht es jedoch, daß sich das weichwerdende Rohrende nach innen ver­ formt und es somit im Extremfall zu einem Verschluß des Rohres kommt. Darüber hinaus bietet diese Form der Schweißverbindung nicht die Gewähr, daß die aus der Kunststoffmuffe hervortretenden Kunststoffrohre beim Verlegen nicht abknicken.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu führen, daß die entstehende Schweißverbindung für das durch die Kunststoffrohre strömende Heizmedium einen ungestörten Strömungsquerschnitt sowie eine verbesserte Stabilität aufweist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit Hilfe des Merkmals des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
Eine erfindungsgemäße Schweißverbindung ist durch die Ansprüche 3 bis 5 gegeben.
Die der inneren Umfangsform des jeweiligen Kunststoff­ rohres angepaßte Metallhülse verhindert in sicherer und einfacher Weise den Rohrverschluß beim Aufschmelz­ vorgang. Obwohl die metallische Hülse den Kunststoff­ rohrquerschnitt geringfügig verengt, ist eine bemer­ kenswerte Störung des Heizmedienflusses durch diese als verlorene Schalung ausgebildete Hülse nicht zu gewärtigen. Durch den absolut dichten Luftverschluß unterliegt die metallische Hülse keiner nennenswerten Korrosion. Darüber hinaus kann die Hülse aus Edelstahl bestehen.
Um zu verhindern, daß die Hülse beim Schweißvorgang oder auch später bei der Verlegung des Rohres ver­ rutscht, schlägt der Anspruch 2 vor, die Hülse mit einem umgebörtelten Rand zu versehen, der an der Stirnseite des Rohres anliegt. Nachdem die beiden Rohrenden in der Kunststoffmuffe verschweißt sind und die Enden der Kunststoffrohre einen Abstand voneinander aufweisen, weist die Verbindung im Kunststoffmuffenbe­ reich eine ausreichende Elastizität auf. Dadurch, daß die metallischen Hülsen über den jeweiligen Randbe­ reich der Kunststoffmuffe hinausragen, wird gerade dieser knickgefährdete Bereich durch die metallischen Hülsen verstärkt.
Die Ansprüche 4 und 5 geben beispielhaft zwei bevor­ zugte Rohrquerschnittsformen an. Die Erfindung ist jedoch auf diese Querschnittsformen nicht beschränkt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt und näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ein Kunststoffrohr im Längsschnitt und in ab­ gebrochener Darstellung;
Fig. 2 im Längsschnitt eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens gemäß der Erfindung und
Fig. 3 ein Rohrende im Längsschnitt mit eingeschobener Stützhülse.
In der Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Kunst­ stoffrohres (1) dargestellt. Der Kunststoffrohrgrund­ körper ist mit dem Bezugszeichen (2) versehen und be­ steht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Polypropylencopolymerisat. Auf die Außenfläche des Rohrgrundkörpers (2) ist eine Haftvermittlerschicht (3) aufgetragen, die aus einem Äthylencopolymerisat besteht. Dieser Haftvermittler (3) sorgt dafür, daß eine Sperr­ schicht (4) gegen Sauerstoffdiffusion auf dem Rohrgrund­ körper (2) haftet. Die Sperrschicht besteht aus einem Äthylenvinylalkoholcopolymerisat.
In der Fig. 2 ist eine allgemein bekannte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt und mit dem Bezugszeichen (5) versehen. Die Vorrichtung (5) be­ steht aus einer ebenen vertikal aufgestellten Metallplatte (6), die mit Hilfe eines angeschweißten Fußes (7) auf dem Untergrund, z. B. einem Tisch befestigt wird. Auf der in der Zeichnung linken Seite ist auf die Seiten­ fläche der Metallplatte (6) eine aus Metall bestehende Schweißmuffe (8) aufgeschweißt. Die innere Umrißlinie der Muffe (8) korrespondiert mit der äußeren Umriß­ linie des zu verschweißenden Kunststoffrohres (1). Sie kann daher einen kreisförmigen, einen ovalen aber auch jeden anderen Querschnitt haben. Es ist jedoch wichtig, daß die innere Querschnittsfläche der Muffe (8) gering­ fügig kleiner ist als die äußere Querschnittsfläche des Rohres (1). Auf der der Schweißmuffe (8) entgegenge­ setzten Seitenfläche der Metallplatte (6) ist ein metallischer Schweißdorn (9) aufgeschweißt, dessen Querschnittsfläche mit der inneren Querschnitts­ fläche einer Kunststoffmuffe (10) korrespondiert. Sie kann demnach ebenfalls kreisförmig, oval oder anders geformt sein, je nach dem, welcher Rohrquer­ schnitt vorliegt. Die Rückwand (11) der Schweißmuffe (8) sowie der Flansch (12) des Schweißdorns (9) dienen als Anschlagflächen für einerseits das Rohrende und andererseits die Muffenstirnfläche.
Die Heizplatte (6), sowie die Schweißmuffe (8) und der Schweißdorn (9) werden mit Hilfe einer nicht darge­ stellten Heizung auf eine Temperatur gebracht, die der Schmelztemperatur des Rohrgrundkörpermaterials bzw. des Muffenmaterials entspricht bzw. etwas darüber liegt. In die enge Öffnung der Schweißmuffe (8) wird nun das Kunststoffrohr (1) eingeführt, wozu ein ge­ wisser Druck notwendig ist. Der innere Rand der Schweiß­ muffe (8) schiebt das sich von dem Grundkörper (2) des Kunststoffrohres (1) ablösende Material der Sperrschicht (4) vom Rohrende weg. Das Sperrschichtmaterial baut sich dabei wulstförmig vor dem vorderen Rand der Schweißmuffe (8) auf. Innerhalb der Schweißmuffe (8) wird nun die Oberfläche des Rohrgrundkörpers (2) auf­ geschmolzen. Auf der anderen Seite der Vorrichtung (5) wird auf den Schweißdorn (9) die Kunststoffmuffe (10) aufgeschoben. In dieser Stellung wird die innere Ober­ fläche der Kunststoffmuffe (10) ebenfalls aufge­ schmolzen. Nach etwa 3 bis 6 Sekunden wird das Kunststoffrohr aus der Schweißmuffe (8) herausgezogen und die Kunststoffmuffe (10) vom Schweißdorn (9) ab­ gezogen. Das aufgeschmolzene Ende des Rohres (1) wird nun unverzüglich in die aufgeschmolzene Seite der Kunststoffmuffe (10) eingeschoben, wo das Rohr mit der Kunststoffmuffe (10) verschweißt wird. Danach wird die Kusntstoffmuffe (10) mit dem darin ver­ schweißten Kunststoffrohr (1) oder das gesamte Schweiß­ gerät so um 180 Grad gedreht, daß das noch freie Ende der Kunststoffmuffe (10) auf den Schweißdorn (9) aufge­ schoben werden kann, wobei zuvor das Ende eines zweiten Kunststoffrohres (1) in die Schweißmuffe (8) eingeführt und von der Sperrschicht befreit worden ist. Nach dem Aufschmelzvorgang wird dann das Ende des zweiten Rohres (1) in das noch freie Ende der Kunststoffmuffe (10) ein­ geschoben, bis das Ende des zweiten Rohres mit Abstand zum Ende des ersten Rohres fest in der Kunststoffmuffe (10) verschweißt ist.
Um zu verhindern, daß beim Entfernen der Sperrschicht (4) und beim Aufschmelzen der Oberfläche des Grund­ körpers (2) des Rohres (1) sich das Kunststoffmaterial nach innen verbiegt und so zu einem Rohrverschluß führt, wird vor dem Einführen des Kunststoffrohres (1) in die Schweißmuffe (8) in das Ende des Kunststoffrohres (1) eine metallische Hülse (13) eingesteckt. Der nach außen weisende Rand der Hülse (13) ist zu einem Ringflansch (14) umgebördelt, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Schweißmuffe (8) sein muß. Um Abschabun­ gen zu vermeiden, sollte er etwas kleiner als der Durch­ messer des Schweißdornes (9) sein. Dieser Ringflansch (14) liegt an der Stirnfläche des Rohrendes an. Wird nun das so präparierte Ende des Rohres (1) in die Schweißmuffe (8) eingeschoben, ist ein Umbiegen des weichwerdenden Rohrmaterials nach innen ausgeschlossen und somit auch ein Rohrverschluß. Die Hülsen (13) verbleiben nach der Schweißung als "verlorene Schalung" in der Rohrver­ bindung. Wie sich aus der Fig. 3 ergibt, ist die axiale Länge der metallischen Hülse (13) so bemessen, daß ihr ins Rohr (1) weisender Rand über den Rand der Hülse (10) vorsteht. Hierdurch ist besonders die Über­ gangsstelle von Kunststoffhülse (10) zum Rohr (1) gegen Abknicken gesichert.

Claims (5)

1. Verfahren zum Verschweißen von Kunststoff­ rohren, insbesondere für Fußbodenheizungen, wobei die Rohre aus einem Polypropylencopoly­ merisatgrundkörper bestehen, auf dessen äußerer Oberfläche eine Schicht als Haftver­ mittler für eine weitere Schicht als Sauer­ stoffsperre aufgebracht ist, wobei ein Ende eines Kunststoffrohres in eine auf­ heizbare Schweißmuffe aus Metall eingedrückt wird, wodurch die als Sauerstoffsperre dienende Schicht vom Rohrende weggeschoben und die Oberfläche des Rohrgrundkörpers aufge­ schmolzen wird und gleichzeitig eine Kunst­ stoffmuffe auf einen aufheizbaren metalli­ schen Schweißdorn aufgeschoben wird, wo­ durch die innere Oberfläche der Kunst­ stoffmuffe aufgeschmolzen wird, das Kunst­ stoffrohr aus der Schweißmuffe herausge­ zogen und die Kunststoffmuffe vom Schweiß­ dorn abgezogen wird, das Ende des Kunststoff­ rohres in die Kunststoffmuffe eingedrückt und mit dieser verschweißt wird, wonach der Vorgang mit der Kunststoffmuffe und einem zweiten Kunststoffrohr wiederholt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ein­ schieben des Rohrendes in die Schweißmuffe (8) in das Rohrende eine metallische Hülse (13) eingeschoben wird, deren Umfangsform dem inneren Umfang des Kunststoffrohres (1) angepaßt ist, wodurch die Rohrgeometrie maßgerecht stabilisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hülse (13) mit einem umge­ börtelten Rand (14) versehen ist, der an der Rohrstirnfläche anliegt und daß die Hülse (13) eine axiale Länge aufweist, so daß der im Kunststoffrohr (1) steckende Rand der Hülse (13) über den korrespondierenden Rand der aufgeschweißten Kunststoffmuffe (10) hinausreicht und daß der Außendurch­ messer des Randes (14) kleiner ist als der Durchmesser des Schweißdornes (9).
3. Schweißverbindung von Kunststoffrohren nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden zweier Kunst­ stoffrohrteilstücke (1) mit Abstand vonein­ ander in der Kunststoffmuffe (10) angeordnet sind und in jedem Kunststoffrohrteilstück eine metallische Hülse (13) vorgesehen ist, die mit einem umgebörtelten Rand (14) ver­ sehen ist, der an der Rohrstirnfläche an­ liegt.
4. Schweißverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffrohre (1) und die metallischen Hülsen (13) einen kreis­ förmigen Querschnitt aufweisen.
5. Schweißverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffrohre (1) und die metallischen Hülsen (13) im Quer­ schnitt oval ausgebildet sind.
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