DE202011101425U1 - Vorrichtung zum Verschweißen mindestens zweier Rohre - Google Patents

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Abstract

Rohrverschweißvorrichtung (1) zum Verschweißen zweier Rohre (4, 6), mit – einem ersten Rohrende (10) eines ersten Rohres (4) und – einem zweiten Rohrende (8) eines zweiten Rohres (6), wobei das an das zweite Rohrende angepasste erste Rohrende (10) innerhalb des zweiten Rohrendes (8) angeordnet ist, so dass sich die beiden Rohrenden (10, 8) einander überlappen, und – einem Heizelement (12), das in radialer Richtung zwischen oder in zumindest einem der beiden Rohrenden (10, 8) angeordnet ist, wobei das Material an der Außenseite des ersten Rohrendes (10) und an der Innenseite des zweiten Rohrendes (8) mittels des Heizelementes (12) aufschmelzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendruckring (2) zum Aufbringen von einem in radialer Richtung nach außen wirkenden Druck auf die einander überlappenden Rohrenden (10, 8) innerhalb des ersten Rohrendes (10) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rohrverschweißeinrichtung nach Anspruch 1.
  • Das Verschweißen mindestens zweier Rohre, insbesondere Kunststoffrohre, wird auch Elektromuffen-Verschweißung genannt. Bei einem solchen Verfahren wird ein erstes Rohrende eines ersten Rohres in ein zweites Rohrende eines zweiten Rohres eingeführt, so dass sich das erste und das zweite Rohrende überlappen. Zwischen den beiden Rohrenden oder in einem der beiden Röhrenden ist ein Heizelement angeordnet. Das Material an der Außenseite des ersten Rohrendes und an der Innenseite des zweiten Rohrendes wird mittels des Heizelementes aufgeschmelzt. Anschließend wird ein in radialer Richtung wirkender Druck auf zumindest einen Bereich der einander überlappenden Rohrenden aufgebracht, wobei sich das Material des ersten und des zweiten Rohrendes miteinander vermischen. Dieser Druck wird beispielsweise durch ein Band aufgebracht, das an der Außenseite des zweiten Rohrendes angebracht wird. Dieses Band wird zusammengezogen, wodurch ein Druck auf die Außenseite des zweiten Rohrendes aufgebracht wird, wodurch auch ein Druck auf den Bereich der einander überlappenden Rohrenden aufgebracht wird.
  • Es besteht jedoch der Nachteil, dass durch das außen angelegte Band kein über den Umfang gleichmäßig verteilter Druck aufgebracht werden kann und das Rohr sich ungleichmäßig verformt und keine runde Form mehr aufweist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Verschweißen mindestens zweier Rohre, insbesondere Kunststoffrohre, zu schaffen, bei der bzw. bei dem die Rohre durch das Aufbringen des Drucks nicht ungleichmäßig verformt werden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung sieht in vorteilhafter Weise vor, dass der Druck in radialer Richtung nach außen wirkt und der in radialer Richtung nach außen wirkende Druck als Fluid-Innendruck über den Umfang gleichmäßig verteilt auf die Innenseite des ersten Rohrendes aufgebracht wird.
  • Dies hat den Vorteil, dass die Rohrenden beim Aufbringen des Drucks nicht mehr ungleichmäßig verformt werden. Dies liegt einerseits daran, dass der Druck in radialer Richtung nach außen wirkt und andererseits daran, dass ein Fluiddruck aufgebracht wird. Dieser Fluiddruck kann gleichmäßig erhöht werden und er kann gleichmäßig verteilt über den Umfang aufgebracht werden.
  • Beim Verschweißen mindestens zweier Rohre werden folgende Schritte ausgeführt:
    • – Einführen eines ersten Rohrendes eines ersten Rohres in ein dem ersten Rohrende angepasste zweites Rohrende eines zweiten Rohres, so dass sich das erste und das zweite Rohrende einander überlappen,
    • – Aufschmelzen von Material an der Außenseite des ersten Rohrendes und an der Innenseite des zweiten Rohrendes,
    • – Aufbringen eines in radialer Richtung wirkenden Drucks auf zumindest einen Bereich der einander überlappenden Rohrenden, wobei sich das aufgeschmolzene Material des ersten und des zweiten Rohrendes miteinander vermischt.
  • Als Fluid-Innendruck kann ein pneumatischer oder ein hydraulischer Druck aufgebracht werden.
  • Nachdem das aufgeschmolzene Material des ersten und des zweiten Rohrendes vermischt worden ist, folgt eine Abkühlphase, in der das aufgeschmolzene Material abkühlt. Auch während der Abkühlphase kann Druck über den Umfang gleichmäßig verteilt auf die Innenoberfläche des ersten Rohrendes aufgebracht werden.
  • Der in radialer Richtung nach außen wirkende Druck kann gehalten oder geregelt werden.
  • Beim Aufschmelzen des Materials findet eine Volumenvergrößerung des Materials statt. Beim Abkühlen des aufgeschmolzenen Materials findet wieder eine Volumenverringerung statt. Beim Stand der Technik besteht häufig das Problem, dass durch diese Volumenverringerung Hohlräume in dem abkühlenden Material entstehen. Durch diese Hohlräume kann die Verbindung zwischen den beiden Rohren undicht sein. Der Nachteil kann bei der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst werden, dass der in radialer Richtung nach außen wirkende Druck während der Abkühlphase derart gehalten oder geregelt werden kann, dass der Volumenverringerung des aufgeschmolzenen Materials, die beim Abkühlen des Materials auftritt, entgegengewirkt wird, so dass keine Hohlräume in dem Material entstehen.
  • Es kann ein konstanter Druck gehalten werden.
  • Der Druck kann derart geregelt werden, dass der Innendurchmesser des ersten Rohrendes während der Abkühlphase konstant gehalten wird.
  • Der Druck kann in Abhängigkeit von dem Rohrdurchmesser und/oder Rohrwanddicke und/oder des Rohrmaterials des ersten und/oder des zweiten Rohrendes geregelt werden.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst ferner eine Rohrverschweißvorrichtung zum Verschweißen zweier Rohre, mit
    • – einem ersten Rohrende eines ersten Rohres und
    • – einem zweiten Rohrende eines zweiten Rohres, wobei das an das zweite Rohrende angepasste erste Rohrende innerhalb des zweiten Rohrendes angeordnet ist, so dass sich die beiden Rohrenden einander überlappen, und
    • – einem Heizelement, das in radialer Richtung zwischen oder in zumindest einem der der beiden Rohrenden angeordnet ist, wobei das Material an der Außenseite des ersten Rohrendes und an der Innenseite des zweiten Rohrendes mittels des Heizelementes aufschmelzbar ist.
  • Die Rohrverschweißvorrichtung sieht in vorteilhafter Weise vor, dass ein Innendruckring zum Aufbringen von in radialer Richtung nach außen wirkenden Druck auf die einander überlappenden Rohrenden innerhalb des ersten Rohrendes angeordnet ist.
  • Der Innendruckring weist
    • – ein ringförmiges Gehäuseelement mit einem in radialer Richtung nach außen offenen, U-förmigen Querschnitt auf, wobei
    • – konzentrisch zu dem ringförmigen Gehäuseelement und innerhalb des U-förmigen Querschnitts des ringförmigen Gehäuseelementes ein mit einem Fluid füllbares Schlauchelement angeordnet ist, das von einem elastischen Ring konzentrisch umfasst ist, wobei
    • – der elastische Ring in Bezug auf das ringförmige Gehäuseelement in radialer Richtung nach außen in Abhängigkeit von dem Füllgrad des mit einem Fluid füllbaren Schlauchelementes bewegbar ist.
  • Der in radialer Richtung nach außen wirkende Druck kann über den elastischen Ring auf die Innenseite des ersten Rohrendes und somit auf die beiden einander überlappenden Rohrenden aufbringbar sein. Die Höhe des Drucks hängt von dem Füllgrad des Schlauchelementes ab.
  • Das Schlauchelement kann mit einem Gas füllbar sein. Alternativ kann das Schlauchelement mit einer Flüssigkeit füllbar sein.
  • Der in radialer Richtung nach außen auf die einander überlappenden Rohrenden wirkende Druck kann haltbar oder über die Zeit regelbar sein.
  • Der in radialer Richtung nach außen auf die einander überlappenden Rohrenden wirkende Druck kann derart konstant haltbar oder regelbar sein, dass der beim Abkühlen des durch das Heizelement aufgeschmolzene Materials auftretenden Volumenverringerung des Materials entgegengewirkt wird, so dass keine Hohlräume im Material entstehen.
  • Der Nachteil der bisher bekannten Vorrichtungen, dass dadurch, dass beim Aufschmelzen des Materials eine Volumenvergrößerung stattfindet und beim Abkühlen des aufgeschmolzenen Materials wieder eine Volumenverringerung stattfindet, häufig Hohlräume im Material entstanden sind, kann somit gelöst werden.
  • Der in radialer Richtung nach außen auf die einander überlappenden Rohrenden wirkende Druck kann derart regelbar sein, dass der Innendurchmesser des ersten Rohrendes beim Abkühlen des durch das Heizelement aufgeschmolzene Materials konstant bleibt.
  • Der in radialer Richtung nach außen auf die einander überlappenden Rohrenden wirkende Druck kann in Abhängigkeit von dem Rohrdurchmesser und/oder der Rohrwanddicke und/oder des Rohrmaterials des ersten und/oder des zweiten Rohrendes regelbar sein.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:
  • Es zeigen schematisch
  • 1 zwei einander überlappende Rohrenden vor dem Verschweißen,
  • 2 eine Detailansicht aus 1,
  • 3 die einander überlappenden Rohrenden aus 1 bei Verschweißen,
  • 4 zwei miteinander verschweißte Rohrenden, deren Verschweißung geprüft wird.
  • 1 zeigt eine Rohrverschweißvorrichtung 1 zum Verschweißen zweier Rohre 4, 6. Diese Rohre sind vorzugsweise Kunststoffrohre, insbesondere glasfaserverstärkte Polyethylen-Rohre. Die Rohrverschweißvorrichtung 1 weist ein erstes Rohrende 10 eines ersten Rohres 4 und ein zweites Rohrende 8 eines zweiten Rohres 6 auf. Das erste Rohrende 10 ist innerhalb des zweiten Rohrendes 8 angeordnet. Die beiden Rohrenden 10, 8 überlappen einander. Der Außendurchmesser des ersten Rohrendes 10 und der Innendurchmesser des zweiten Rohrendes 8 sind derart gewählt, dass die beiden Rohrenden möglichst wenig Spiel aufweisen.
  • Zwischen den beiden Rohrenden 10, 8 oder in einem der beiden Rohrenden 10, 8 oder in beiden Rohrenden 10, 8 ist ein Heizelement 12 angeordnet. Das Heizelement 12 ist, hier nicht dargestellt, mit einer elektrischen Stromquelle verbunden. Wenn elektrischer Strom in das Heizelement 12 eingeleitet wird, heizt sich das Heizelement 12 auf und bringt das Material an der Außenseite des ersten Rohrendes 10 und an der Innenseite des zweiten Rohrendes 8 zum Schmelzen.
  • Innerhalb des ersten Rohrendes 10 ist ein Innendruckring 2 angeordnet. Der Innendruckring 2 weist ein ringförmiges Gehäuseelement 21 auf. Das ringförmige Gehäuseelement 21 weist einen in radialer Richtung nach außen offenen U-förmigen Querschnitt auf. In 1 ist der U-förmige Querschnitt zu erkennen. Das U-förmige Gehäuseelement 21 wird durch ein erstes ringförmiges Element 22 und zwei von diesem in radialer Richtung nach außen abstehenden Wandelementen 20 gebildet.
  • Konzentrisch zu und innerhalb des ring- und U-förmigen Gehäuseelementes 21 ist ein Schlauchelement 30 angeordnet. Das Schlauchelement 30 weist einen umlaufenden Hohlraum 26 auf. Der umlaufende Hohlraum 26 kann mit einem Fluid gefüllt werden. Das mit einem Fluid füllbare Schlauchelement 30 ist von einem elastischen Ring 28 konzentrisch umfasst. Wenn das Schlauchelement 30 mit einem Fluid gefüllt wird, dehnt sich das Schlauchelement 30 aus. Dadurch, dass das Schlauchelement 30 innerhalb des U-förmigen Gehäuseelementes 21 angeordnet ist, kann sich das Schlauchelement 30 in axialer Richtung nur bis zu den Wandelementen 20 ausdehnen. Somit dehnt sich das Schlauchelement 30 hauptsächlich in radialer Richtung nach außen aus. Wenn sich das Schlauchelement 30 in radialer Richtung nach außen ausdehnt, bewegt sich der elastische Ring 28 in radialer Richtung nach außen. Dabei wird der elastische Ring 28 gedehnt. Der elastische Ring 28 ist somit in Bezug auf das ringförmige Gehäuseelement 21 in radialer Richtung nach außen in Abhängigkeit von dem Füllgrad des mit einem Fluid füllbaren Schlauchelement 30 bewegbar. Je größer der Füllgrad ist, desto mehr ist das Schlauchelement 30 mit dem Fluid gefüllt.
  • Das Schlauchelement 30 kann über einen Fluidanschluss 24 mit dem Fluid gefüllt werden. Der Fluidanschluss 24 ist mit einer Fluidpumpeneinrichtung 17 verbunden. Die Fluidpumpeneinrichtung 17 ist mit einem Fluidtank 16 verbunden. Die Fluidpumpeneinrichtung 17 und der Fluidtank 16 sind innerhalb des Innendruckrings 2 angeordnet. Das Schlauchelement 30 kann mit einem oder mehreren Fluidanschlüssen 24 versehen werden.
  • Der Innendruckring 2 kann auf Rollen 14 innerhalb des ersten Rohres 4 und/oder des zweiten Rohres 6 verfahren werden. Der Außendurchmesser des Innendruckrings 2 ist, wenn das Schlauchelement 30 nicht mit einem Fluid gefüllt ist, kleiner als der Innendurchmesser des ersten Rohres 4 und des ersten Rohrendes 10.
  • Vor dem Verschweißen wird der Innendruckring 2 derart positioniert, dass er sich im Bereich der beiden überlappenden Rohrenden 8, 10 befindet. Der Innendruckring 2 kann mit Hilfe von Anschlägen positioniert werden. Dafür weist der Innendruckring 2 eine Verlängerungsstange 3 auf, die sich in eine Richtung parallel zu den Achsen des ersten und zweiten Rohres 4, 6 erstreckt. Am Ende der Verlängerungsstange 3 ist ein Element 36 angeordnet, dass orthogonal zur Verlängerungsstange 3 verläuft. Dieses Element 36 kann beispielsweise eine Platte sein. Diese Platte weist einen größeren Durchmesser als das erste Rohr 4 auf.
  • Die Länge der Verlängerungsstange 3 ist derart gewählt, dass, wenn sich der Innendruckring 2 in dem Bereich der einander überlappenden Rohrenden 8, 10 angeordnet ist, zumindest einen Teil des Elementes 36 gegen einen Anschlag 5 anstößt. Der Anschlag 5 kann ein Teil des ersten Rohres 4 sein.
  • Bei großen Rohren kann auch gar kein Anschlag vorgesehen sein. Dort wird der Innendruckring von einer Person positioniert, die in das Rohr hineingehen kann.
  • In 2 ist eine Detailansicht aus 1 dargestellt. Es ist ein Schnitt durch das ringförmige Gehäuseelement 21, den elastischen Ring 28, das Schlauchelement 30, das erste und zweite Rohr 4, 6 mit dem ersten und zweiten Rohrende 10, 8 und dem Heizelement 12 dargestellt.
  • 3 zeigt die Vorrichtung aus den 1 und 2 während des Verschweißens. Zum Verschweißen wird der Hohlraum 26 des Schlauchelementes 30, wie in 3 zu erkennen ist, mit einem Fluid gefüllt. Das Fluid kann gasförmig oder flüssig sein. Der elastische Ring 28 legt sich dann, wie in 3 zu erkennen ist, an der Innenseite des ersten Rohrelementes 10 an. Dann wird über den elastischen Ring 28 ein in radialer Richtung nach außen wirkender Druck auf die Innenseite des ersten Rohrendes 10 und somit auf beiden einander überlappenden Rohrenden 10, 8 aufgebracht. Die Höhe des Drucks ist abhängig von dem Füllgrad des Schlauchelementes 30. Je nachdem, ob das Schlauchelement 30 mit einem Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt ist, wird somit ein pneumatischer oder hydraulischer Druck über den elastischen Ring 28 auf die beiden einander überlappenden Rohrenden 10, 8 aufgebracht.
  • Es wird nun Strom in das Heizelement 12 eingeleitet und das Heizelement 12 heizt sich auf. Das erhitzte Heizelement 12 schmelzt, wie in 3 zu erkennen ist, das Material an der Außenseite des ersten Rohrendes 10 und an der Innenseite des zweiten Rohrendes 8 auf. Durch den Druck der über den elastischen Ringen 28 auf die beiden Rohrenden 10, 8 aufgebracht wird, wird das Material des ersten und des zweiten Rohrendes 10, 8 miteinander vermischt. Nachdem das Material des ersten und zweiten Rohrendes 10, 8 vermischt worden ist, folgt eine Abkühlphase, in der das aufgeschmolzene Material abkühlt. Auch während der Abkühlphase kann Druck gleichmäßig verteilt über den Umfang auf die Innenseite des ersten Rohrendes 10 über den elastischen Ring 28 aufgebracht werden. Der in radialer Richtung nach außen wirkende Druck wird während der Abkühlphase derart gehalten oder geregelt, dass der beim Abkühlen des Materials auftretenden Volumenveringerung des Materials entgegengewirkt wird. Somit wird verhindert, dass Hohlräume aufgrund der beim Abkühlen auftretenden Volumenveringerung des Materials entstehen.
  • In 4 ist ebenfalls eine Detailansicht dargestellt. Der Innendruckring 2 befindet sich in Prüfposition. In dieser Position wird geprüft, wie dicht die Verschweißung zwischen dem ersten Rohrende 10 und dem zweiten Rohrende 8 ist.
  • Der Innendruckring 2 kann ebenfalls mit Hilfe von Anschlägen in der Prüfposition positioniert werden. Dafür wird ebenfalls die Verlängerungsstange 3 und das Element 36 verwendet. Wenn sich der Innendruckring 2 in Prüfpositon befindet, stößt zumindest ein Teil des Elementes 36 gegen einen Anschlag 7 an.
  • Damit die Dichtheit geprüft werden kann, ist im elastischen Ring 28 eine umlaufende Vertiefung 32 angeordnet. Diese umlaufende Vertiefung 32 ist mit einem Fluidanschluss 18 versehen. Dieser Fluidanschluss 18 ist ebenfalls mit der Fluidpumpeneinrichtung 17 verbunden. Der Innendruckring 2 wird derart platziert, dass sich die umlaufende Vertiefung 32 im Bereich des Übergangs zwischen dem ersten Rohrende 10 und dem zweiten Rohrende 8 befindet. Das Schlauchelement 30 wird nun mit einem Fluid gefüllt bis sich der elastische Ring 28 an dem ersten und dem zweiten Rohrende 10, 8 anlegt und die Vertiefung 32 den Übergang zwischen ersten und zweiten Rohrende 10, 8 überspannt. Die Vertiefung 32 wird nun von drei Seiten durch den elastischen Ring 28 und an einer Seite durch das erste und zweite Rohrende 10, 8 begrenzt und bildet somit einen Hohlraum. Nun wird dieser Hohlraum über den Fluidanschluss 18 mit einem Fluid gefüllt bis ein gewisser Prüfdruck in diesem Hohlraum anliegt. Wenn kein Fluid bei diesem Prüfdruck entweicht, so ist die Verschweißung 34 dicht.

Claims (8)

  1. Rohrverschweißvorrichtung (1) zum Verschweißen zweier Rohre (4, 6), mit – einem ersten Rohrende (10) eines ersten Rohres (4) und – einem zweiten Rohrende (8) eines zweiten Rohres (6), wobei das an das zweite Rohrende angepasste erste Rohrende (10) innerhalb des zweiten Rohrendes (8) angeordnet ist, so dass sich die beiden Rohrenden (10, 8) einander überlappen, und – einem Heizelement (12), das in radialer Richtung zwischen oder in zumindest einem der beiden Rohrenden (10, 8) angeordnet ist, wobei das Material an der Außenseite des ersten Rohrendes (10) und an der Innenseite des zweiten Rohrendes (8) mittels des Heizelementes (12) aufschmelzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendruckring (2) zum Aufbringen von einem in radialer Richtung nach außen wirkenden Druck auf die einander überlappenden Rohrenden (10, 8) innerhalb des ersten Rohrendes (10) angeordnet ist.
  2. Rohrverschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendruckring (2) – ein ringförmiges Gehäuseelement (21) mit einem in radialer Richtung nach außen offenen, U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei – konzentrisch zu dem ringförmigen Gehäuseelement (21) und innerhalb des U-förmigen Querschnitts des ringförmigen Gehäuseelementes (21) ein mit einem Fluid füllbares Schlauchelement (30) angeordnet ist, das von einem elastischen Ring (28) konzentrisch umfasst ist, wobei – der elastische Ring (28) in Bezug auf das ringförmiges Gehäuseelement (21) in radialer Richtung nach außen in Abhängigkeit von dem Füllgrad des mit einem Fluid füllbaren Schlauchelementes (30) bewegbar ist.
  3. Rohrverschweißvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der über den elastischen Ring (28) in radialer Richtung nach außen wirkende Druck auf die Innenseite des ersten Rohrendes (10) und somit auf beiden einander überlappenden Rohrenden (10, 8) aufbringbar ist.
  4. Rohrverschweißvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Gas oder eine Flüssigkeit ist.
  5. Rohrverschweißvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der in radialer Richtung nach außen auf die einander überlappenden Rohrenden (10, 8) wirkende Druck konstant oder über die Zeit regelbar ist.
  6. Rohrverschweißvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der in radialer Richtung nach außen auf die einander überlappenden Rohrenden (10, 8) wirkende Druck derart konstant haltbar oder regelbar ist, dass der beim Abkühlen des durch das Heizelement (12) aufgeschmolzenen Materials auftretenden Volumenverringerung des Materials entgegengewirkt wird, so dass keine Hohlräume in dem Material entstehen.
  7. Rohrverschweißvorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der in radialer Richtung nach außen auf die einander überlappenden Rohrenden (10, 8) wirkende Druck derart regelbar ist, dass der Innendurchmesser des ersten Rohrendes (10) beim Abkühlen des durch das Heizelement (12) aufgeschmolzenen Materials konstant bleibt.
  8. Rohrverschweißvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in radialer Richtung nach außen auf die einander überlappenden Rohrenden (10, 8) wirkende Druck in Abhängigkeit von dem Rohrdurchmesser und/oder der Rohrwanddicke und/oder des Rohrmaterials des ersten und/oder des zweiten Rohrendes (10, 8) regelbar ist.
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