DE69921187T2 - Verfahren zum herstellen einer anordnung zur verbindung von doppelwandigen kunststoffrohren - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zum Verbinden doppelwandiger Kunststoffrohre, die auch als Leichtrohre bezeichnet werden, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Die Wände von Leichtrohren sind dadurch gekennzeichnet, dass sie spezielle Konstruktionen zur Gewichtseinsparung ohne Einbußen bei der Festigkeit des Rohrs aufweisen. Rohre dieser Art können mit massiven Wandenden hergestellt werden, die durch Warmverformung zu einem entsprechenden Zapfenende und einer Muffe ausgebildet sein können, die mittels eines Dichtungsrings verbunden werden können. Alternativ können ein Dichtungsring, der in einer Nut im doppelwandigen Teil der Rohrwand angeordnet ist, und eine spezielle Muffe-Hülse verwendet werden. Diese Muffe-Hülse kann an das Ende des doppelwandigen Rohrs gegen die beiden äußersten Wellungsspitzen reibverschweißt werden.
• In manchen Fällen ist es wünschenswert, ein Rohr mit einem glatten, an einem Ende mit dem Leichtrohr integrierten Zapfenende und einer einfachen, an dem anderen Ende mit dem Leichtrohr integrierten Muffe-Hülse mit einer Nut für einen Dichtungsring zu haben. In dem europäischen Patent mit der Veröffentlichungsnummer 0 385 465 B1 ist eine Lösung dieser Art beschrieben, bei der das Leichtbaurohr an sich ein doppelwandiges Rohr (DW-Rohr) der gleichen grundlegenden Bauweise ist, die vorstehend beschrieben wurde. Der kennzeichnende Teil der in der Veröffentlichung dieses europäischen Patents beschriebenen Lösung besteht darin, dass die Produktionslinie für das DW-Rohr an sich, die einen Extruder mit Werkzeugen und eine dahinter gekoppelte Wellungsmaschine umfasst, in regelmäßigen Abständen ein Rohrstück produziert, das sowohl innen als auch außen glatt ist, und dass dieses glatte Rohrstück denselben Durchmesser wie die zylindrische Innenfläche des doppelwandigen Rohrs erhält. Das glatte Rohrstück wird dann etwa in der Mitte seiner Länge durchtrennt. Nach dem Durchtrennen wird das eine Ende oft abgeschrägt. Auf diese Weise erhält man ein so genanntes „Zapfenende". Das abgetrennte andere Stück des glatten Rohrabschnitts muss dann zum Ankoppeln des Zapfenendes in eine Muffe-Hülse durch Warmverformung zu einer solchen Muffe-Hülse ausgebildet werden. Die Muffe-Hülse an sich und die zugehörige Nut für den Dichtungsring werden durch bekannte Verfahren bereitgestellt, zum Beispiel durch Warmformen von Muffe-Hülsen auf Rohren aus thermoplastischen Materialien, die sowohl innen als auch außen glatt sind. Das Prinzip, das in der Veröffentlichung des europäischen Patents 0 385 465 B1 beschrieben ist, weist in der Praxis verschiedene Nachteile und Einschränkungen auf. Ein Problem ist das Erreichen einer ausreichend starken Wanddicke in dem glatten Rohrstück, damit im Zapfenende und an der Muffe-Hülse mit der Nut für den Dichtungsring eine ausreichend starke Wanddicke erzielt werden kann.
• Bei der Herstellung wird in der Praxis gewünscht, das Gewicht eines DW-Rohrs so gering wie möglich zu halten, was dem vorgesehenen Zweck eines DW-Rohrs entspricht. Im Prinzip besteht ein DW-Rohr aus zwei rohrförmigen Materialschichten, die konzentrisch bezüglich einander sind, wobei die innere Schicht den Innenteil des Rohrprofils mit einer bestimmten Dicke darstellt, während der äußere Teil durch eine spezielle Verformungstechnik die Wellungen nach außen bildet, was nach der Verformung dieselbe oder eine andere Wanddicke an der Wellungsspitze ergibt. In dem „Tal" zwischen zwei Wellungen werden die beiden Materialschichten zu einer Schicht verschmolzen und weisen daher eine Dicke auf, die in etwa der Summe der beiden Einzelschichten entspricht, die in der Praxis häufig aber etwas geringer ist, da die Stahlformblöcke in der Wellungsmaschine, die von außen die Wellungen formen, die Lagen in diesem „Tal" oft leicht zusammendrücken. Es ist schwierig, mit der bekannten Technologie zur Herstellung von DW-Rohren in dem glatten Stück des Rohrs eine ausreichend starke Wanddicke zu erreichen. Dies ist dann begründet, dass die Geschwindigkeit des Abschnitts der Wellungsmaschine, die das glatte Rohrstück verformen soll, im Vergleich zur Geschwindigkeit des Extruders, der die beiden konzentrischen Materialschichten extrudiert, was wiederum die Basis für die Innen- und die Außenwand des DW-Rohres bildet, beträchtlich verringert werden muss.
• Diese Herabsetzung der Geschwindigkeit in der Wellungsmaschine ist notwendig, weil die Summe der Dicken der Materialschichten, die das eigentliche Profil des DW-Rohrs ergibt, ansonsten bei weitem nicht ausreichen wird, um die vorgesehene Wanddicke zu erhalten, so dass die Wände des Zapfenendes und der Muffe-Hülse mit der Ringnut stark genug werden. Während der Herstellung von DW-Rohren wird zwischen diesen beiden Materialschichten, die gemäß dem Wandprofil des DW-Rohres auszuformen sind, Luft unter Überdruck vorzufinden sein.
• Bevor die beiden Materialschichten zu einem Rohrstück zusammengeschmolzen werden können, muss die Luft zwischen den Schichten abgesaugt werden. Dies führt zu einem Druckwechsel von einem Überdruck von 0,4 bis 0,5 bar zu einem Vakuum. Wenn dieser Wechsel zu schnell erfolgt, kommt es zu einem Kollabieren der inneren Schicht und zu einer schwerwiegenden Störung oder gar zu einem völligen Zusammenbrechen des Prozesses.
• Während des Formens des glatten Stücks muss die Geschwindigkeit der Wellungsmaschine, wie dies vorstehend erwähnt wurde, beträchtlich verringert werden, um eine ausreichende Wanddicke zu erhalten. Normalerweise wird dies zumindest dazu führen, dass die Normalgeschwindigkeit der Maschinenlinie zum Herstellen des doppelwandigen Rohrs verringert wird. Dies macht die Herstellung weniger wirtschaftlich. Ein weiteres Problem besteht darin, dass das glatte Rohrstück wegen der grundlegenden Konstruktion der Wellungsmaschine von zwei Sätzen äußerer, halbschaliger Stahlformblöcke zu verformen ist, die mittels bekannter Technologie von außen gegen das Rohrstück zusammenschließen und die Außenfläche des Rohrs auf die gleiche Weise verformen wie andere Formblöcke Außenwellungen formen.
• In der Praxis werden außen auf dem Rohrstück immer zwei längs verlaufende Trennlinien dort entstehen, wo die beiden Formblocksätze außen auf dem Rohrstück zusammentreffen. Diese Trennlinien werden stärker, wenn die Maschine einem Verschleiß unterliegt, wodurch in der Praxis in Kunststoffrohrleitungen leicht Leckagen auftreten, da der in der Ringnut anzuordnende Dichtungsring dort, wo die Trennlinien auftreten, nicht ausreichend gegen die Außenfläche des Zapfens abdichten wird.
• Leckagen in Kunststoffrohrleitungen, die unterirdisch verlegt sind, können für den Rohrlieferanten verheerende wirtschaftliche Folgen haben. Ein weiteres Problem bei der Konstruktion und den Herstellungsgrundsätzen gemäß der vorstehend beschriebenen europäischen Patentveröffentlichung, insbesondere in den Fällen, in denen die doppelwandigen Rohre aus Polyolefin-Kunststoffen (Polyethylen oder Polypropylen) bestehen, besteht darin, dass diese Kunststoffe sich schwer durch Warmverformung formen lassen. Daher wird es sehr schwierig sein, die Muffe-Hülse mit der Nut für den Dichtungsring durch die Art von Warmverformung, die gemäß dieser Patentveröffentlichung anzunehmen ist, mit ausreichender Genauigkeit auszubilden. Das Warmverformungsverfahren muss bei Wiedererwärmung des relevanten Teils des Rohrelements stattfinden, mit anschließender Aufdehnung dieses Teils des Rohrstück auf eine externe Formvorrichtung hin. Die Aufdehnung kann stattfinden, indem ein Spreizdorn oder eine Gummilunge etwa in der Hälfte im Innern des Rohrstücks aufweitet und das wiedererwärmte Kunststoffmaterial an die externe Formvorrichtung presst, die dadurch die Außenflächen der Hülse formt. Wenn die Muffe-Hülse mit der Nut für den Dichtungsring damit nach außen kalibriert werden, werden die Innentoleranzen der Muffe-Hülse und der Dichtungsringnut, die für die Dichtigkeit der vorzunehmenden Verbindungen entscheidend ist, oftmals nicht ausreichend genau sein.
• Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung, durch die doppelwandige Rohre ohne die vorstehend beschriebenen Nachteile hergestellt und miteinander verbunden werden können. Das Ziel an dieser Anordnung besteht darin, eine innen glatte Verbindung mit einer integrierten Schiebepassungsmuffe mit einem Dichtungsring an einem Ende des Rohrs und ein sowohl innen als auch außen glattes Zapfenende an dem anderen Ende des Rohrs zu erhalten, wobei dieses Zapfenende denselben Innendurchmesser wie das doppelwandige Rohr aufweist. Ebenso ist eine Verwendung des Zapfenendes in Verbindung mit Standard-Fittings (z.B. Bogen und Zweigrohre) gewünscht.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dieses Ziel anhand eines Verfahrens zur Herstellung einer Anordnung gemäß Anspruch 1 erreicht werden. Die Vorteile dieses Verfahrens werden in der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform erläutert. Wenn das Ziel darin besteht, ein doppelwandiges Rohr, das innen glatt und außen gewellt bzw. geriffelt ist, an einem Rohrende mit einer integrierten Schiebepassungs-Muffe-Hülse mit einem Dichtungsring und am anderen Rohrende mit einem innen und außen glatten Zapfen versehen ist und denselben Innendurchmesser wie das doppelwandige Rohr aufweist, dann wird die vorliegende Erfindung die mit der herkömmlichen Technik verbundenen Probleme lösen.
• Weitere Merkmale der Erfindung werden aus den Unteransprüchen 2 bis 4 ersichtlich.
• Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben, die einen Axialschnitt durch eine Rohrverbindung eines doppelwandigen Rohrs zeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Die Figur zeigt eine Muffe-Hülse-Komponente 1, die vorher spritzgegossen wird und danach an die beiden äußersten Wellungsspitzen bei 2 an das Ende des DW-Rohrs reibverschweißt wird.
• Die Muffe-Hülse-Komponente 1 weist in der Hülse am Muffenende 3 einen Dichtungsring 4 auf, der nach dem Verbinden gegen die Außenfläche 5 der Zapfenkomponente 6, die gemäß der Erfindung gestaltet und angeordnet ist, abdichten soll.
• Zum Verbinden mit der Muffe-Hülse-Komponente 1 ist die Zapfenkomponente 6 ausgebildet, die einen Zapfenteil 7A und einen integrierten Hülsenteil 7B umfasst. Alle Teile der zusammengesetzten Zapfenkomponente 6 mit den beiden Teilen 7A und 7B werden ebenso wie die Muffe-Hülse-Komponente 1 zuvor gegossen. Das Spritzgießen stellt eine exaktere Oberfläche und genauere Toleranzen als das Verfahren bereit, das in der Veröffentlichung des erwähnten europäischen Patents vorgesehen ist. Das Produkt und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden daher nicht die Nachteile in Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen längs verlaufenden Trennlinien auf dem Zapfenende oder durch fehlerhafte Toleranzen an den Oberflächen aufweisen, die für die Dichtwirkung des Dichtungsrings wichtig sind.
• Die Zapfenkomponente 6 ist bei 8 an die beiden äußersten Wellungsspitzen des doppelwandigen Rohrs an dem dem Hülsenende entgegengesetzten Ende des Rohrs reibverschweißt. Eine Reibschweißung dieser Art wird durch so genanntes „Rotationsschweißen" bewerkstelligt, bei dem die Zapfenkomponente 6 bezüglich des DW-Rohrs 9 schnell gedreht wird. Der mittels Reibschweißung bei 8 an die Wellungsspitzen auf dem DW-Rohr 9 zu schweißende zylindrische Innenteil 10 der Zapfenkomponente 6 weist einen Durchmesser auf, der etwas kleiner als die Wellungsspitzen 11 ist, bevor die Reibschweißung durchgeführt wird. Dadurch entsteht in der Schweißzone an den Wellungsspitzen 8 Reibungswärme, so dass der Kunststoff sowohl auf dem Rohr 9 als auch auf der Zapfenkomponente 6 an dieser Stelle schmilzt. Dadurch wird an dieser Stelle eine so genannte „Reibschweißung" bewerkstelligt, wodurch die Zapfenkomponente auf das doppelwandige Rohr 9 integriert wird.
• Die Wanddicke und die Geometrie einer durch Spritzgießen hergestellten Zapfenkomponente 6 sind vollkommen unabhängig von dem Herstellungsverfahren, mit dem das doppelwandige Leichtrohr 9 geformt wird. Das DW-Rohr 9 an sich kann daher ungehindert mit optimaler Fertigungsgeschwindigkeit hergestellt werden, und es ist nicht erforderlich, die Wanddicke der beiden Materialschichten, die das Rohr bilden, über das hinaus zu erhöhen, was notwendig ist, um dem DW-Rohr die Ringsteifigkeit zu verleihen, die es haben sollte, und die sich hauptsächlich aus den Wanddicken bei 12 (Innenteil des DW-Rohrs), 13 (Spitze der Wellung des DW-Rohrs), 14 (Dicke des DW-Rohrs in den „Tälern"), 15 (die seitlichen Flanken der Wellungen) und dem Innen- und Außendurchmesser des DW-Rohrs ergibt. Die zylindrische Innenfläche der Zapfenkomponente hat das Bezugszeichen 16. Die in der Figur gezeigte Lösung kann auch so dimensioniert sein, dass der Außendurchmesser des Zapfenteils 7A bei 5 so passt, dass das Zapfenende zum Anschluss an Muffen an Standard-Fittings (z.B. Rohrbogen und Abzweigrohre) verwendet werden könnte.
• Die Dicke des Zapfenendes kann vollkommen unabhängig von dem Herstellungsverfahren für das DW-Rohr an sich bemessen werden und hat daher keine Auswirkung hinsichtlich der Fertigungsparameter für das Rohr. Dies ist sehr wichtig, weil das DW-Rohr dann mit optimaler Fertigungsgeschwindigkeit und einer Reduzierung des Gewichts produziert werden kann, die im Vergleich zu normalen glatten Rohren mit massiven Rohrwänden so groß wie möglich ist. Ebenso ist es von großer Wichtigkeit, dass die Erfindung die Herstellung von DW-Rohren mit einem integrierten Muffe- und Zapfenende ermöglicht, das in Hinblick auf geometrische Form, Toleranzen und materialbezogene Aspekte dieselbe hohe Qualität wie Muffe- und Zapfenenden von geprüften Standard-Rohrfittings aus Spritzguss aufweist, die seit etlichen Jahren auf dem Markt gebräuchlich sind.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zum Verbinden doppelwandiger Kunststoffrohre (9) mit einem glatten Innenrohr {12) und einem gewellten bzw. geriffelten, mit dem Innenrohr integrierten Außenrohr (13), wobei die Anordnung eine Muffe-Hülse (1) mit einer zum Halten eines Rohrendes angeordneten Innenfläche sowie eine getrennt hergestellte Zapfenkomponente (5) mit einem ersten, einen Zapfen bildenden Teil (7A), der innen und außen zum Einsetzen in die Muffe-Hülse (1) glatt ist, und einem angrenzenden integrierten, eine Hülse bzw. Muffe bildenden Teil (7B) mit einer Innenseite (10) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte des Befestigens der Muffe-Hülse (1) an einem Rohrende des Außenrohrs (13) eines der Kunststoffrohre (9) und des Zusammenfügens der Innenseite (10) des integrierten, eine Hülse bzw. Muffe bildenden Teils (7B) der Zapfenkomponente (6) mit der Außenseite eines anderen Kunststoffrohrs (9) umfasst, und das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es den Schritt des festen Befestigens des integrierten, eine Hülse bzw. Muffe bildenden Teils (7B) an der Außenseite des anderen Kunststoffrohrs (9) mittels Rotationsschweißen umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Muffe-Hülse (1) an dem Rohrende des Außenrohrs (13) des einen Kunststoffrohrs (9) mittels Rotationsschweißen befestigt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das einen Zapfen bildende Teil (7A) der separat hergestellten Zapfenkomponente (6) einen Außendurchmesser hat, der den Außendurchmessern von Zapfenenden von Standard-Rohrfittings 30 entspricht.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das einen Zapfen bildende Teil (7A) der separat hergestellten Zapfenkomponente (6) einen Innendurchmesser (16) hat, der dem Innendurchmesser des Kunststoffrohrs (9) entspricht.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Muffe-Hülse (1) an ihren freien Enden mit einem nach innen gerichteten Flansch zum Aufnehmen eines Dichtungsrings (4) versehen ist.