DE19543083C2 - Verfahren zum Verbinden aus schweißfähigem Kunststoff bestehender Wellrohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden aus schweißfähigem Kunststoff bestehender Wellrohre.

Wellrohre oder Verbundrohre werden in bestimmten Einsatzgebieten nur mit geringem Druck belastet, z. B. als Schutzrohre für Elektroleitungen oder als Abwasserrohre. In diesem Fall muß eine Verbindung lediglich me­ diumsdicht sein. Die Verbindung von Wellrohren und/oder Verbundrohren mit bekannten Elektroschweißmuffen herzustellen, wäre insbesondere bei großen Rohrquerschnitten sehr kostenaufwendig.

Aus JP 6-213 385 A ist es bekannt, an ein Wellrohr, das einen Wandaus­ schnitt aufweist, ein Abzweigungsstück anzufügen. Dieses Abzweigungs­ stück weist ein sattelförmiges, also halbzylindrisches Paßstück auf, dessen Innenprofil dem Außenprofil des Wellrohres angepaßt ist. Zwischen die gewellte Außenfläche des Rohres und die in gleicher Weise gewellte Innen­ fläche des Sattels wird ein elektrischer Heizdraht gelegt und mit Strom be­ aufschlagt, so daß der Sattel und die Außenwand des Wellrohres miteinan­ der verschweißt werden.

Aus DE 42 24 680 A1 ist ein Verfahren zum Verschweißen von Wellroh­ ren bekannt, bei denen es sich nur um Wellrohre mit parallel zueinander verlaufenden Wellenbergen und Wellentälern handeln darf. Die miteinan­ der zu verbindenden Rohre werden jeweils axial in der Mitte eines Wel­ lenteils geschnitten. Anschließend wird ein aus einem Kunststoffring aus schweißfähigem Material bestehendes Schweißelement zwischen die beiden einander gegenüberliegenden Wellenberge der beiden Rohre gesteckt. Dieses Schweißelement weist an einem Teil seiner Flanken und an seiner Außenseite eine Heizwicklung auf. Das Verschweißen der Rohre erfolgt unter Erhitzen der Heizwicklung und unter axialem Zusammendrücken der beiden Rohre. Das Schweißelement wird mit den beiden benachbarten Flanken der beiden benachbarten Wellenberge verschweißt, wodurch ins­ gesamt eine Verbindung der beiden Rohre erreicht wird.

Aus EP 0 002 959 A2 ist es bekannt, Wellrohre, und zwar wiederum nur Wellrohre mit zueinander parallelen, ringförmig ausgebildeten Wellenber­ gen und Wellentälern, mittels einer Hülse aus wärme-schrumpffähigem Material miteinander zu verbinden. Durch den Schrumpfprozeß legt sich diese Hülse in die Wellentäler, wodurch eine Verbindung der beiden Rohre miteinander erreicht wird. Um eine dichte Verbindung zu erreichen, kann an der Innenseite der Hülse aus wärme-schrumpffähigem Material ein ring­ förmiger Abschnitt aus verhältnismäßig weichem Material angebracht sein, der als Dichtung dient. Zusätzlich können in benachbarten Wellentälern noch weitere Dichtringe angeordnet werden. Um die Verbindung zwischen der Hülse aus wärme-schrumpffähigem Material und den beiden Rohren noch zu verbessern, kann zusätzlich Kunststoff eingesetzt werden. Da die Hülse aus schrumpffähigem Material verhältnismäßig weich, also empfind­ lich ist kann zusätzlich noch eine Zusatz-Hülse aus härterem Material dar­ über geschoben werden.

In der DE 43 07 704 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem die Rohre mit ihren freien Stirnseiten in Ringnuten einer zwischen ihnen angeordne­ ten Schweißmuffe eingeschoben und mit dieser in üblicher Weise durch thermisches Schweißen verbunden worden sind. Die Schweißmuffenbreite ist im Vergleich zum Rohrdurchmesser sehr klein und die Verschweißung erfolgt nur auf einer relativ kurzen axialen Länge, die bei jedem der beiden Rohre der Tiefe der Ringnut entspricht. Die elektrische Widerstands­ schweißung wird ferner dadurch erschwert, daß nicht genügend Bauraum vorhanden ist.

Bei mediendurchströmten Rohren ist weiterhin von Nachteil, daß der in­ nenliegende Teil der Schweißmuffe zu einer Veränderung des Innenquer­ schnitts an der Schweißstelle führt. Im Einzelfall kann ferner von Nachteil sein, daß durch die zwischengesetzte Schweißmuffe die Ganghöhe der Wellen an der Verbindungsstelle vergrößert wird. Von gravierendem Nachteil ist die Tatsache, daß sich Rohre mit schraubenförmigem Wellen­ profil nicht oder nur bei komplizierter Ausbildung der Ringnuten ver­ schweißen lassen.

In der DE 41 29 855 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem Ver­ bundrohre bzw. Rippenrohre miteinander verbünden werden. Dabei wird ein Schweißring zwischen den Rohrenden eingelegt und anschließend eine Muffe über beide Rohre geschoben. Die Muffe dient zum Zentrieren der Rohre. An dem Schweißring ist eine elektrische Widerstandsheizung ange­ ordnet. Auch hier ist nur eine kleine effektive Schweißbreite vorhanden und lassen sich Rohre mit Schraubenprofil nicht verschweißen. Zudem sind beide bekannten Verfahren nur für jeweils ganz spezielle Rohrarten an­ wendbar.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Verbinden von Wellrohren und/oder Verbundrohren zu schaffen, das zu einer sicheren Schweißverbindung führt und bei beliebigen Rohrformen und unterschiedlichen Rohrdimensionen anwendbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Der we­ sentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, daß zum Verbinden der Rohre eine einfache Elektro-Heizmatte mit Heizdrahtwicklung eingesetzt werden kann, die eine gleichmäßige Wärmeabgabe über den gesamten Umfang ge­ währleistet und bei der die Schweißtemperatur leicht zu steuern ist. Der Einsatz einer solchen Heizmatte wird erfindungsgemäß dadurch möglich, daß die durch das Wellenprofil gegebenen Unregelmäßigkeiten in der Kontur des Rohrs durch die Füllkerne ausgeglichen werden, die außenseitig eine regelmäßige Auflagefläche für die Heizmatte bilden. Dadurch ist ein vollflächiger Wärmeübergang von der Heizmatte auf die Füllkerne ge­ währleistet. Nach dem Verschweißen entsteht eine radial- und axialfeste Verbindung der Rohre. Die Heizmatte kann problemlos von einem End­ losmaterial auf Wunschmaß abgelängt werden; die Elektroanschlüsse kön­ nen vor Ort hergestellt werden. Während Schweißmuffen bzw. Schweiß­ ringe, die in der Regel als Spritzgußteile ausgebildet sind, entsprechend dem Querschnitt der zu verschweißenden Rohre vorgefertigt und auf Lager gehalten werden müssen, benötigt die Erfindung als Schweißhilfe kein spe­ ziell angepaßtes Teil. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch solche Wellrohre problemlos miteinander verbunden werden, bei denen das Wellenprofil schraubenförmig verläuft. Die Festigkeit der Schweißverbin­ dung läßt sich in einfacher Weise durch die axiale Länge der Heizmatte bzw. die Anzahl der Füllkerne dem jeweiligen Bedarfsfall anpassen.

Eine Verfahrensvariante zeichnet sich dadurch aus, daß auf der Heizmatte eine diese und die Rohre zumindest während des Schweißens positionie­ rende Manschette angeordnet wird.

Mit der Manschette, die als starres Bauteil in Form einer Überschubhülse auf die Rohrenden bzw. die Heizmatte aufgeschoben oder aber als Band aufgewickelt werden kann, können die Rohrenden kraft- und/oder form­ schlüssig für den Schweißvorgang positioniert werden. Ferner kann sie durch entsprechende Vorspannung zur Ausübung des notwendigen Schweißdrucks dienen. Auch werden Toleranzunterschiede ausgeglichen. Schließlich entfallen unhandliche Muffen oder sonstige Hilfsmittel für den Schweißvorgang.

Die Manschette kann nach dem Schweißen entfernt und wieder verwendet werden. Stattdessen ist es aber auch möglich, die Manschette aus Kunst­ stoff auszubilden und mit der Heizmatte unter Bildung eines integralen Be­ standteils der Verbindung zu verschweißen.

Um eine gas- und/oder flüssigkeitsdichte Verbindung zu erhalten, zeichnet sich eine weitere Verfahrensvariante dadurch aus, daß die Füllkerne so ausgebildet und in den Wellentälern der zu verbindenden Rohre angeordnet werden, daß die der Rohrachse abgekehrten Außenflächen der Füllkerne mit den Scheiteln der Wellenberge der Rohre in einer gemeinsamen Zylin­ derfläche liegen.

Bei diesem Verfahren werden also nicht nur die Füllkerne untereinander über die Heizmatte miteinander verbunden, was bereits zu einer axial- und radialfesten Verbindung führt, sondern das Wellrohr mit seinen Wellenber­ gen in die Schweißung einbezogen. Damit ist die Verbindung auch flüssig­ keits- und gasdicht.

Vorzugsweise wird die Heizmatte mit ihrer Heizdrahtwicklung derart aus­ gerichtet, daß sich die einzelnen Wicklungen im wesentlichen in Längs­ richtung der Rohre erstrecken.

Dadurch ist nicht nur eine gleichmäßige Wärmeverteilung gewährleistet, sondern ist die Heizmatte in Umfangsrichtung besonders flexibel, paßt sich also auch kleinsten Krümmungsradien bei kleinen Rohrdurchmessern pro­ blemlos an.

Wie schon angedeutet, läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren insbe­ sondere auch bei Kunststoffrohren mit einem schraubenförmigen Wellen­ profil anwenden. Dies geschieht in besonders vorteilhafterweise dadurch, daß die Füllkerne durch eine einzige Schraubenwendel ausgebildet werden, die vor dem Verschweißen zunächst auf das Ende des einen Rohrs voll­ ständig aufgedreht und nach Positionierung des zweiten Rohrs teilweise auf dieses unter Überbrücken der Verbindungsstelle zurückgedreht wird.

Die Füllkerne werden also durch ein einziges Bauteil gebildet, das Axial- und Radialkräfte aufnehmen kann. Damit werden die Rohrenden nach dem Aufdrehen der Schraubenwendel auf die Schraubengänge der Rohre auto­ matisch korrekt positioniert, zentriert und gesichert, insbesondere ist es möglich, die Rohrenden fest gegeneinander zu verpressen.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Verbindung zweier schraubenförmiger Wellrohre im Längsschnitt;

Fig. 2 eine Verbindung zweier parallel gewellter Wellrohre, oben einen Längsschnitt und unten eine Draufsicht;

Fig. 3 eine Verbindung von zweischichtigen Verbundrohren (Wellrohr mit Innenrohr) im Halblängsschnitt und

Fig. 4 eine Verbindung von dreischichtigen Verbundrohren (Wellrohr mit Innen- und Außenrohr) im Halblängsschnitt.

In Fig. 1 ist eine Verbindung zweier schraubenförmiger Wellrohre 1 und 2 dargestellt. Die Wellrohre 1 und 2 bestehen aus einem schweißfähigen Kunststoff. Die Well­ rohre weisen umfangsseitig Wellenberge 6 und Wellentäler 7 auf, welche bezüglich der Rohrlängsachse 5 schrauben­ förmig angeordnet sind. Beide Rohre 1 und 2 weisen senk­ recht zur Rohrlängsachse 5 Trennflächen auf, die jeweils eine Stirnfläche 3 und 4 bilden. Beide Wellrohre sind an ihren Stirnflächen 3 und 4 in Anlage zusammengehalten. In den Wellentälern 7 sind als Füllkörper 8 Ringe radial eingelegt und zwar derart, daß beiderseits der Stirn­ flächen jeweils gleich viele Ringe auf jedem Rohr 1 und 2 angeordnet sind. Sie füllen das Volumen der Wellentäler 7 bis zu den Scheiteln der Wellenberge aus. Dadurch ent­ steht eine geschlossene Auflagefläche 9 für eine Heizmat­ te 10.

Die Füllkerne 8 sind entweder geschlitzt, zweigeteilt oder Teil einer einzigen Schraubenwendel, um sie in die Vertiefungen 7 einlegen oder auf den Schraubengang der Rohre aufdrehen zu können. Sie sind aus einem schweißfä­ higen Kunststoff hergestellt.

Aus Fig. 2 ist eine Verbindung zweier parallel gewellter Wellrohre 1 und 2 ersichtlich. Auch hier werden umfangs­ seitig Füllkerne 8 in die Wellentäler 7 eingelegt, damit sie zusammen mit den Scheiteln der Wellenberge 6 eine geschlossene Auflagefläche 9 bilden. Anschließend wird eine Heizmatte 10 um die Verbindungsstelle gelegt.

Die Heizmatte 10 weist einen elektrischen Widerstands­ draht 11 auf, mittels dessen die Füllerkerne 8 und die Wellenberge 6 mit der Heizmatte 10 verschweißt werden. Der Widerstandsdraht ist mäanderförmig zu einem beliebig langen Streifen bzw. Band gewickelt. Er ist mit einem thermoplastischen Kunststoff umhüllt.

Zum Erstellen einer Verbindung wird zunächst der Rohr­ außendurchmesser der Rohre 1 und 2 ermittelt. Danach wird von einem endlosen Heizmattenband ein Stück mit der entsprechenden Länge abgetrennt. Über die geschlossene Auflagefläche 9 wird nun das Band bzw. die Heizmatte umfangsseitig gelegt. Die Breite der Heizmatte kann unterschiedlich groß sein.

Um einen ausreichenden Schweißdruck auf die Schweißstelle aufzubringen und beide Wellrohre 1 und 2 während des Schweißvorgangs zu fixieren, wird eine hülsen- oder bandförmige Manschette 12 über die Heizmatte 10 gelegt. Die Manschette 12 besteht aus einem schweißbaren Kunst­ stoff. Sie wird durch die Heizmatte 10 mit dieser ver­ schweißt. Die Manschette 12 kann auch aus einem metal­ lischen Werkstoff bestehen. In diesem Fall wird sie nicht mitverschweißt. Sie ist dann abnehmbar ausgebildet, z. B. aus zwei axialen Halbschalen. Es ist auch möglich, die Manschette mit einem weiteren abnehmbaren Sicherheitsband während des Schweißvorgangs zu fixieren.

Durch die mäanderförmige Ausgestaltung der Heizdrahtwick­ lung 11 ist die Heizmatte 10 radial nachgiebig. Sie wird deshalb durch den Druck der Manschette 12 an die ge­ schlossene Auflagefläche 9 angedrückt.

Nach Anlegen der Heizmatte 10 an eine Stromquelle wird sie mit den Scheiteln der Wellenberge 6, der Auflage­ fläche 9 der Füllkerne 8 und gegebenenfalls der Manschet­ te 12 aus thermoplastischen Kunststoff elektrothermisch verschweißt.

Die Schweißverbindung weist eine hohe Zugfestigkeit auf, weil die einzelnen Drähte der Widerstandsheizung in Längsrichtung liegen. Der Widerstandsdraht besteht aus Kupfer, kann aber auch aus einem anderen Werkstoff, z. B. einer Widerstandslegierung, bestehen. Dadurch kann man die Zugfestigkeit weiter erhöhen.

In Fig. 3 und 4 sind weitere Rohrverbindungen bei anderer Ausführung der Rohre gezeigt. Fig. 2 zeigt die Enden von zwei zweischichtigen Verbundrohren 1 und 2. Die Verbundrohre 1 und 2 bestehen aus einem glatten Innenrohr 13 und einem mit diesem fest verbundenen Wellrohr 14. Auch hier werden Füllkerne 8 eingelegt, um gemeinsam mit den Scheiteln der Wellenberge 6 eine geschlossene Aufla­ gefläche 9 für eine Heizmatte 10 zu erhalten

Fig. 4 zeigt eine Verbindung von zwei dreischichtigen Verbundrohren 1 und 2. Dabei ist das Wellrohr 14 jeweils mit einem glatten Innenrohr 13 und Außenrohr 15 fest verbunden. Durch die Außenrohre 15 ist bereits eine geschlossene Auflagefläche 9 für eine Heizmatte 10 vor­ handen. Füllelemente sind bei dieser Art von Verbundroh­ ren zum Verschweißen beider Rohre nicht nötig.

Claims (8)

1. Verfahren zum Verbinden aus schweißfähigem Kunststoff bestehender Wellrohre (1, 2), die mit senkrecht zur Rohrlängsachse (5) verlaufenden Stirnflächen (3, 4) an einer Verbindungsstelle aneinander liegen und die abwechselnd Wellentäler (7) und Wellenberge (6) mit Scheiteln aufweisen, mit folgenden Verfahrensschritten:

• - beiderseits der Verbindungsstelle der zu verbindenden Wellrohre (1, 2) werden in die Wellentäler (7) Füllkerne (8) aus schweißfähigem Kunst­ stoff zur Bildung einer Auflagefläche (9) am Außenumfang der Wellrohre (1, 2) eingelegt,
• - auf die Auflagefläche (9) aller Füllkerne (8) und auf die diesen zugeord­ neten Scheitel der Wellenberge (6) wird eine diese umfassende Elektro- Heizmatte (10) aus mit schweißfähigem Kunststoff umhülltem Wider­ standsdraht (11) aufgelegt,
• - die Elektro-Heizmatte (10) wird mit Strom beaufschlagt und
• - es wird Schweißdruck von außen auf die Elektro-Heizmatte (10) ausgeübt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Heizmatte (10) eine diese und die Rohre (1, 2) zumindest während des Schweißens positionierende Manschette (12) angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Man­ schette (12) nach dem Schweißen entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Man­ schette (12) aus Kunststoff besteht und mit der Heizmatte (10) unter Bil­ dung eines integralen Bestandteils der Verbindung verschweißt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkerne (8) so ausgebildet und in den Wellentälern (7) der zu verbindenden Rohre (1, 2) angeordnet werden, daß die der Rohrachse (5) abgekehrten Außenflächen der Füllkerne mit den Scheiteln der Wellenber­ ge (6) der Rohre in einer gemeinsamen Zylinderfläche liegen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Füllkerne (8) in wenigstens jeweils zwei benachbarte Wellentäler (7) beiderseits der Verbindungsstelle (3, 4) eingelegt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmatte (10) mit ihrer Heizdrahtwicklung (11) derart ausgerich­ tet wird, daß sich die einzelnen Wicklungen im wesentlichen in Längs­ richtung der Rohre (1, 2) erstrecken.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffrohre (1, 2) mit einem schraubenförmigen Wellenprofil ein­ gesetzt werden und daß als Füllkerne (8) eine einzige Schraubenwendel eingesetzt wird, die vor dem Verschweißen zunächst auf das Ende des ei­ nen Rohrs (1) vollständig aufgedreht und nach Positionierung des zweiten Rohrs (2) teilweise auf dieses unter Überbrücken der Verbindungsteile (3, 4) zurückgedreht wird.