DE2854618C2 - Verfahren und Anordnung zum Verschweißen von Kunststoffbauteilen - Google Patents

Verfahren und Anordnung zum Verschweißen von Kunststoffbauteilen

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DE2854618C2
DE2854618C2 DE2854618A DE2854618A DE2854618C2 DE 2854618 C2 DE2854618 C2 DE 2854618C2 DE 2854618 A DE2854618 A DE 2854618A DE 2854618 A DE2854618 A DE 2854618A DE 2854618 C2 DE2854618 C2 DE 2854618C2
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    • B29C66/8182—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the thermal insulating constructional aspects
    • B29C66/81821—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the thermal insulating constructional aspects of the welding jaws
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen der unter Bildung eines Ringspaltes ineinanderliegenden Enden koaxialer, rohrförmiger Bauteile aus thermoplastischem Kunststoff, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.
Ein solches Verfahren und eine solche Anordnung sind durch die DE-OS 20 15 682 bekannt.
Aus dieser Druckschrift ist es bekannt, bei zwei ineinandergesteckten Kunststoffrohren das Ende eines dieser Rohre muffenartig aufzuweiten, so daß es zürn anderen Rohr hin einen Ringspalt bildet. In diesen Ringspalt wird ein an seiner Oberfläche beheizbarer Ring eingelegt, der aus einem gebogenen, ursprünglich geraden Kunststoffstreifen gebildet ist, über dessen Außenseite ein elektrischer Widerstandsheizdraht gewickelt ist.
Nach dem Einsetzen des so gewonnenen Kunststoffringes in die Ringnut wird der Widerstandsheizdraht an eine Stromquelle angeschlossen, wodurch er erwärmt wird, so daß er die benachbarten Kunststoffoberflächen zum Schmelzen bringt
jener Teil der Muffe des einen Rohres, der den Ringspalt begrenzt, wurde so geformt, daß er nach seiner Erwärmung seine ursprüngliche Lage wieder einzunehmen trachtet, also radial zu schrumpfen trachtet. Dieser Vorgang soll durch jene Wärme verursacht werden, die zur Beheizung des Kunststoffringes auf dessen Oberfläehe aufgebracht wird. Durch den Schrumpfvorgang der Muffe wird daher die gesamte Schweißstelle zu einem Zeitpunkt, zu welchem die aneinander angrenzenden Kunststofflächen auf Schweißtemperatur gebracht sind, radial zusammengedrückt, so daß die für einen ordnungsgemäßen Schweißvorgang erforderliche Anpressung erzeugt wird.
Während des Schweißvorganges schmilzt der Ring seinerseits nur an jenen Oberflächen, an welchen er mit der benachbarten Innen- oder Außenoberfläche der Bauteile in Berührung steht Daher setzt der beheizbare Kunststoffring den radial einwärts gerichteten, die Anpressung bewirkenden Kräften der schrumpfenden Muffe einen gewissen Widerstand entgegen, so daß die Anpressung zwischen der Außenoberfläche des innenliegenden Bauteils und dem Kunststoffring kleiner ist als zwischen diesem und der Innenoberfläche der Muffe. Ferner muß, um die >4uffe zum Schrumpfen zu veranlassen, diese ingesamt erwärmt werden, so daß hierzu eine wesentlich höhere Wärmemenge erforderlich ist, als sie für den eigentlichen Schweißvorgang benötigt wird.
Die beschriebenen Probleme verstärken sich beim Zusammenschweißen rohrförmiger Bauteile mit großem Durchmesser noch merklich, da jene Wärmcmenge, die zum Schrumpfen der Muffe erforderlich ist. besonders hoch ist, da bei großen Rohren höhere Toleranzen auftreten, die durch das Schrumpfen der Muffe überwunden werden müssen, und da schließlich bei Rohren mit großem Durchmesser, die ihrerseits wescnt-Hch steifer sind als solche mit kleinem Durchmesser, die Anforderungen an die Festigkeit der Schweißstelle besonders hoch sind, um deren zuverlässige Abdichtung zu gewährleisten.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt somit der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß beim Schweißen von Rohren mit großem Durchmesser mit geringem Wärmeaufwand eine erhöhte Abdichtung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.
Hierbei ist erfindungsgemäß der Kunststoffring nicht, wie beim eingangs genannten Stand der Technik, aus einem ringartig zusammengebogenen Kunststoffstreifen gebildet, sondern als tatsächlich geschlossener Ring geformt, der aus einem orientierten Kunststoff besteht, der trotz einer gewissen Verformung seine Orientierung durch erneute Erwärmung wiedergewinnen kann.
Erfindungsgemäß wird der Querschnitt des Kunst-Stoffringes bezüglich dessen Achse auf eine solche Weise zusammengedrückt, daß dieses Maß der Zusammendrückung durch die Erwärmung des Ringes reversibel ist.
Der auf solche Weise reversibel verformie, an seiner Oberfläche beheizbare Ring ist nun so bemessen, daß er in den Ringspait einlegbar ist. Nach Erwärmen des Ringes trachtet dieser, seine ursprüngliche Form wiederzugewinnen. Hierbei weitet sich sein Querschnitt in — in
bezug auf seine Achse — radialen Richtungen auf, so daß der erfindungsgemäße Kunslstoffring nicht nur gegen die Innenoberfläche des äußeren Bauteils, sondern auch gegen die Außenoberfläche des inneren Bauteils so kräftig anliegt, daß er die für die Schweißung erforderliehe Anpressung in beiden Schweißbereichen zuverlässig herstellt.
Da außerdem die Masse des Kunststoffringes wesentlich geringer i?t als jene des Wandmaterials dsr Muffe, genügt ein wesentlich geringerer Wärmeaufwand als beim Stand der Technik, um die Rückgewinnung der ursprünglichen Form des Ringes vo'l zu erreichen.
Wegen der niedrigeren, erforderlichen Wärmemenge zum Erreichen der angestrebten Anpressung ist bei gewissen Kunststoffen auch die Gefahr der thermischen Schädigung des Kunststoffes in der Schweißstelle selbst stark verringert.
Es ist zwar bereits bekannt (DE-OS 27 24 981), einen geschlossen, beheizbaren Kunststoffring herzustellen, der in eine Ringnut der eingangs genannten Art einlegbar ist, um die Enden rohrförmiger Teile miteinander zu verschweißen, doch der bekannte Kunststoliring wird von innen heraus erwärmt und weist außerdem nicht vor dem Einsetzen in seine Ringnut die erfindungsgemäß verhandene reversible Vorverformung auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung sind besonders gut geeignet, um Leitungsenden mit großen Durchmessern zu verschweißen, beispielsweise die Leitungsendungen von Fernheizrohren mit Durchmessern von 800m.
Gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung wird zusätzlich eine Schweißstelle geschaffen, die eine gewisse Flexibilität aufweist, so daß bei Belastung der Schweißstelle es nicht, wie bei dem eingangs genannten Stand der Technik zur Rissebildung und somit zu Undichtigkeit kommen kann.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und zur Erläuterung von Einzelheiten der Erfindung wird nachfolgend ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch zwei Rohre an deren Enden, die einander zugeordnet und miteinander verschweißt sind,
F i g. 2 eine vereinfachte Ansicht von Teilen der An-Ordnung, die der Erzeugung der notwendigen Anpressung während des Schweißvorganges dienen, und
F i g. 3 einen Abschnitt der Teile der F i g. 2, der sich nach erneuter Wärmezufuhr frei in seinen ursprünglichen Ausgangszustand zurückverformt hat.
F i g. 1 zeigt das eine Ende eines zylindrischen Rohres 1 aus einem schweißbaren thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise nicht vernetztem Polyethylen. Das Rohr soll an dem gezeigten Ende eine Hülse aufweisen, die mit einem Rohr oder einer Leitung 2 aus einem schweißbaren thermoplastischen Material verschweißt werden soll. Der Durchmesser des Rohres 1 ist größer als jener des Rohres 2. Zwischen den einander zugeordneten Enden der Rohre 1 und 2 ist auf diese Weise ein Ringspalt 3 gebildet, In diesen ist eine Schweißhülse 4 bO eingelegt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Schweißhülse 4 von einem Materialstreifen mit U-förmigem Querschnitt und aus einem Material gebildet, das durch Wärmezufuhr zum Schmelzen gebracht werden kann, beispielsweise aus nicht vernetztem Polyethylen. Der ursprünglich flache Streifen ist an zwei Stellen umgefaltet, um zwei Schenkel 5,6 einer ringförmigen Rinne zu bilden, deren von den Schenkeln 5, 6 umgrenzter Raum mit 7 bezeichnet isL Der Schenkel 5 liegt an der Innenseite 8 des Rohres 1 an, während der andere Schenkel 6 an der Außenseite des Rohres 2 anliegt. Die mittlere Länge der Schweißhülse 4 entspricht der vollen mittleren Länge des Ringspaltes 3.
Durch Wärmezufuhr werden die beiden Schenkel 5,6 sowie die an diese angrenzenden Flächen der Rohre 1,2 zum Schmelzen gebracht und so miteinander verbunden. Auf diese Weise sind die beiden Rohre i, 2 über den Boden 9 der Rinne miteinander verschweißt, der so den Ringspalt abdichtet. Die Hülse 4 ist aufgrund ihrer Form und ihrer Materialbeschaffenheit so elastisch, daß gewünschte Relativbewegungen zwischen den Rohren 1,2 in radialer und/oder axialer Richtung von dem als Wand wirkenden Rinnenboden 9 aufgenommen werden.
Im Raum 7 ist eine Vorrichtung angeordnet, die Druck und Wärme erzeugt und zumindest die mit den Rohren 1, 2 in Verbindung stehenden Teile der Hülse mit jener Wärme und jenem Druck versieht, die zum Verschweißen der Hülse mit den bohren erforderlich sind. Bei der dargestellten Lösung enthält diese Vorrichtung einen geschlossenen Ring 10 aus einem ringförmig verformten Rohr mit einem ursprünglich im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt (F i g. 3). Dieser Kunststoffrip.ji aus vernetztem Kunststoff, etwa Polyethylen, ist durch an sich bekannte Mittel so verformt, daß sein Querschnitt gemäß F i g. 1 etwa elliptisch ist Die Verformung des Kunststoffringes 10 kann in jener Weise erfolgen, daß er bei Wärmezufuhr aus ursprünglich kreisförmigem Querschnitt in den verformten Querschnitt verformt wird und dann bei anhaltendem Deformationsdruck zum Abkühlen gebracht wird. Wird der auf diese Weise verformte Ring nun erneut erwärmt, so hat er aufgrund seiner durch die Verformung nicht gestörten Orientierung das Bestreben, in seine ursprüngliche Kreisringforrn zurückzukehren.
Bei der dargestellten Lösung ist der Kunststoff ring 10 aus seiner im Querschnitt ursprünglichtn Kr^isform heraus so weit zur Ellipse abgeplattet, daß er zusammen mit der Schweißhülse ohne weiteres in den Ringraum 3 zw .sehen den Rohren 1, 2 eingeführt werden kann. Um die Schenkel 5, 6 der Schweißhülse 4 mit den Wänden der Rohre 1, 2 verschweißen zu könneir, liegen die Schenkel 5,6 an den Rohren 1.2 an und die notwendige Schweißtemperatur wird dadurch erzeugt, daß auf den Ring 10 eine Heizwicklung 11 aufgebracht ist, die mit ihren Anschlußklemmen 12, 13 (F i g. 2) an eine Stromquelle anschließbar ist. Die Wicklung 11 sollte so lose um den Kunststoffring herumgeführt sein, daß dieser seinen Querschnitt ändern kann, ohne daß die Wicklung reißt.
Der Kunststoffring 19 liegt relativ gut gegen unerwün::.hie Wärmeabstrahlung geschützt im Raum 7 und hat eine relativ geringe Masse, so daß das Schmelzen der zum Schmelzen bestimmten Teile der Schweißhülse 4 durch das Aufheizen des Ringes 10 zum Dehnen in Richtung auf seine ursprüngliche Kontur rasch und mit relativ geringem Energieverbrauch erfolgt. Sobald der Kunststotfring 10 beginnt, seine ursprüngliche Kontur wieder anzunehmen, werden die Schenkel 5 und 6 der Schweißhülse 4 gegen die Rohre 1,2 angepreßt, um eine feste und dichte Verschweißung zu ergeben, die Relativbewegungen zwischen den miteinander verschweißten Rohren aufzunehmen vermag.
Der die notwendige Anpressung erzeugende Kunststoffring muß nicht zwingend ein aus einem Rohr gebogener Ring sein, sondern er kann beispielsweise auch aus einer massiven Stange gebildet sein, deren unver-
formter Querschnitt quadratisch ist. Dieser Querschnitt ist jedoch reversibel zusammengedrückt, bevor der Kunststoffring in den Ringspalt eingeführt werden kann.
Die Temperatur kann der Schweißhülse zu deren Schmelzen sowie der den Anpreßdruck erzeugenden Vorrichtung auch induktiv zugeführt werden, wobei dann beispielsweise eine Metallfolie zwischen dem Kunststoffring und der Schweißhülse angeordnet ist. Die Schweißhülse kann auch als Schlauch ausgebildet to sein, der den die Anpressung ergebenden Kunststoff ring umgibt. Dieser Schlauch kann auch als Schicht mit einer ausreichenden Schichtdicke auf dem Kunststoffring angeordnet sein.
Wird der vernetzte Kunststoff im Schweißbereich zwischen der Schweißhülse und dem Rohr 1 bzw. dem Rohr 2 angeordnet, so kann die Schweißhülse beispielsweise mit einem Peroxid imprägniert sein, das die nötige Brückenbildung bewirkt, wenn dss M?.t?ri?.l dieser Schweißhülse zum Schmelzen gebracht wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Verschweißen der unter Bildung eines Ringspaltes ineinander liegenden Enden koaxialer, rohrförmiger Bauteile aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem ein an seiner Oberfläche beheizbarer Kunststoffring in den Ringspalt eingelegt und der Kunststoffring erwärmt wird, bis die dem Kunststoffring zugewandten Oberflächen der Bauteile auf Schweißtemperatur erwärmt sind, und bei dem eines der Kunststoffteile vor dem Einlegen reversibel so verformt und beim Erwärmen dann rückverformt wird, daß zwischen den Kunststoffteilen die für den Schweißvorgang erforderliche gegenseitige Anpressung eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffring reversibel verformt wird, so daß er sich bei seiner Rückverformung gegen die ihm zugewandten Oberflächen der Bauteile anpreßt
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit zwei rohrförmigen Bauteilen aus thermoplastischem Material, wobei der Innendurchmesser des Endes des ersten Bauteils größer ist als der Außendurchmesser des Endes des zweiten Bauteils, und mit einem an seiner Oberfläche beheizbaren Kunststoffring, wobei der Kunststoffring in den Ringspalt an den Enden der beiden Bauteile einlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der reversibel vorverformte Kunststoffring (10) einen bezüglich seiner Achse radial zusammengedrückten Querschnitt aufweist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rinyspalt (3) ein Streifen mit U-förmigem Querschnitt eingele^ ι ist, dessen Schenkel (S, 6) am Innendurchmesser des ersten Bauteils
(1) und am Außendurchmesser des zweiten Bauteils
(2) anliegen, und daß der Kunststoffring (10) zwischen den Schenkeln (5,6) angeordnet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffring (10) in einem Schlauch angeordnet ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kunststoffringes (10) rohrförmig ist.
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