DE2242369C3 - Verfahren und Einrichtung zum Verschweißen mindestens eines Sattelstückes mit der Mantelfläche eines Kunststoffrohres - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen mindestens eines Sattelstückes aus schweißbarem Kunststoff, insbesondere eines seitlich abstehenden Rohrstutzens, mit der Mantelfläche eines Kunststoffrohres, wobei die zu verbindenden Teile an ihren Berührungsflächen aufgeschmolzen und gegeneinandergepreßt werden.

Es ist eine Ausführungsform einer Sattelschweißanordnung bekannt, bei welcher an der Mantelfläche des Kunststoffrohres eine in ihrem Ausmaß etwa der Berührungsfläche des aufzusetzenden Sattelstückes entsprechende Fläche aufgeschmolzen wird, wobei die Fläche ihrerseits sich im wesentlichen nach der geforderten Festigkeit und Dichtheit der herzustellenden Schweißverbindung richtet. Hierbei entstehen infolge der Materialschrumpfung Zugspannungen, welche in der Randzone der Sattelfläche stellenweise in Umfangsrichtung des Rohres verlaufen, d. h. bei extrudierten Rohren quer zu der durch die Extrusion bewirkten Orientierungsrichtung des Materials bzw. parallel zur Vorspannung. An den genannten Stellen, insbesondere tangential zum Rohr am Fuß des Sattelstückes, treten deshalb hohe überlagerte Spannungen auf, welche regelmäßig zu Spannungsrissen führen, die sich im Innern der Rohrwandung ausbreiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißverbindung für Sattelstücke zu schaffen, welche weitgehend frei von gefährlichen Überlagerungsspannungen ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß an der Rohroberfläche, unabhängig von der Erstreckung des Sattelslückes bzw. der Saiteistücke in Umfangsrichtung, eine den ganzen Rohrumfang umfassende Ringzone aufgeschmolzen wird.

Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß in der Rohrwandung, wenigstens an der Oberfläche, die vorhandene Vorzugsorientierung aufgehoben wird und die Vorspannungen sich vor allem in Umfangsrichtung ausgleichen, so daß gefährliche Überlagerungen dieser Spannungen mit den durch die Schweißung entstehenden, von der Berührungsfläche ausgehenden Schrumpfspan

nungen ausbleiben.

Die Erfindung betrifft esne zwischen das Rohr und das Sauelstuck einlegbare und in der Schweißstelle verbleibende, elektrisch erhitzbare Heizmatte zur Durchführung des Verfahrens und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmatte den ganzen Rohrumfang umfaßt Die Heizmatte weist vorzugsweise eine dem Querschnitt des seitlich abstehenden Rohrstutzens entsprechende Aussparung auf.

ίο Nachstehend wird in Verbindung mit der Zeichnung die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Schweißverbindung,

F i g. 2 die zugehörige Seitenansicht, F i g.3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform,

F i g. 4 die zugehörige Seitenansicht, F i g. 5 eine perspektivische Darstellung mit ausgeschnittenem Satteistück mit einer flexiblen Heizmatte als Schweißeinrichtung.

F i g. 6 eine Heizmatte in der Abwicklung, F i g. 7 eine andere Ausführungsform einer Heizmatte in Abwicklung.

F i g. 1 und 2 zeigen ein auf ein Kunststoffrohr 2, vorzrgsweise aus einem Polyolefin, z. B. Polyäthylen, auf geschweißtes Sattelstück 1, bestehend aus Fußplatte 3 und Rohrstutzen 4. Das Sattelstück 1 kann in bekannter Weise zum Anschließen einer Abzweigleitung dienen, wobei die Wandung des Rohres 2 vom Stutzen 4 aus angebohrt wird, oder es kann mittels des Sattelstückes z. B. eine Aufhänge- oder Stützarmatur mit der Rohrleitung 2 verbunden werden.

Beim Verschweißen des Sattelstückes 1 mit dem Rohr 2 wird so vorgegangen, daß einerseits am Sattelstück die Berührungsfläche, d. h. die konkave Fläche der Fußplatte 3, und andererseits an der Rohroberfläche eine den ganzen Rohrumfang umfassende Ringzone 6 aufgeschmolzen wird. Diese Ringzone 6 ist in F i g. 1 gestrichelt angedeutet, und aus F i g. 2 ist die axiale Ausdehnung der Ringzone, welche sich vorzugsweise etwas über die Enden der Fußplatte 3 hinaus erstreckt, durch punktierte Linien 7 und 8 angegeben.

Auf Grund der den ganzen Rohrumfang umfassenden und in axialer Richtung über die Enden der Fußplatte reichenden Aufschmelzzone 6 treten nunmehr an den bisher besonders gefährdeten Stellen 5 keine oder aber nur noch unwesentliche, keine Spannungsrisse bewirkende, überlagerte Spannungen auf, so daß sich die Standzeit der nach dem beschriebenen Verfahren geschweißten Probestücke aus Hart-Polyäthylen in der L'ingzeitprüfung bei 8O⁰C im Durchschnitt um den Faktor 10 verlängert hat.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 und 4 sind an der gleichen Schweißstelle zwei getrennte Sattelstücke mit dem Rohr 2 verschweißt. Das erste Sattelstück mit dem Stutzen 4 weist eine Fußplatte 3' in Form einer sich etwa über den halben Rohrumfang erstreckenden Halbschale auf, und das zweite Sattelstück 3" ist durch eine gegenüberliegende, gleichartige Halbschale gebildet. Beide Haibschaien, durch eine sich über den gan zen Rohrumfang erstreckende, aufgeschmolzene Ringzone 6 mit dem Rohr 2 verschweißt, bilden eine in manchen Anwendungsfällen erwünschte mechanische Verstärkung des Rohrabschnittes, obschon für einen dauerhaften und dichten Anschluß eines Rohrstutzens 4 eine Fußplatte etwa vom Ausmaß gemäß F i g. 1 und 2 ausreichen würde. Auch bei diesem Beispiel ist dank der rings um das Rohr 2 aufgeschmolzenen Ringzone 6 die

Gefahr von Spannungsrissen behoben.

Die Spalten 9 und 9' sind vorzugsweise so zu bemessen, daß durch den Anpreßdruck beim Schweißen das Spiel praktisch aufgehoben wird und die beiden Halbschalen 3' und 3" an ihrer dem Rohr 2 zugekehrten Seite untereinander verbunden (verschweißt) werden. Eine Vollschweißung an dieser Stelle ist nicht erforderlich. Bei groben Roh^r- oder Schaientoleranzen können die Stoßstellen bzw. Spalten 9, 9' überlappend ausgebildet werden.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel mit »verlorener«, flächenhafter Heizeinlage dargestellt, welche nach erfolgter Schweißung im Material eingeschmolzen verbleibt. Diese Heizeinlage ist als rechteckige, flexible Heizmatte 25 ausgebildet ujvd besteht aus einem rings um das Rohr 2 gelegten näanderartig geformten Draht oder einem entsprechenden Metallband (Abwicklung nach F i g. 6). Die vorzugsweise als Steckanschlüsse ausgebildeten Enden 26 des Bandes oder Drahtes sind zum Anschluß an eine nicht dargestellte elektrische Speisequelle bestimmt. Über die Heizmatte 25 werden Sattelstücke 3', 4 und 3" gelegt (analog F i g. 3 und 4), welche z. B. mittels Spannbändern 27 zusammengespannt werden. Hierauf wird die Heizmatte 25 elektrisch auf eine Temperatur aufgeheizt, bei welcher beide Sattelstücke mit dem Rohr verschweißen. Dabei wird am Rohr wiederum eine sich über dessen vollen Umfang erstreckende Ringzone aufgeschmolzen. Die Spannbänder 27 können nach erfolgter Schweißung entfernt oder an Ort und Stelle belassen werden.

Falls für den Anschluß einer Abzweigleitung das Rohr 2 nach vollzogener Schweißung vom Rohrstutzen 4 aus angebohrt werden soll, so muß bei Verwendung einer Heizmatte nach F i g. 6 deren metallische Heizleitung durchbohrt werden. Dies ist im Falle nicht aggressiver Durchflußmedien nicht weiter störend.

Für aggressive Durchflußmedien empfiehlt sich hingegen eine Heizmatte nach F i g. 7. Bei dieser ist von der mäanderartig ausgelegten Heizleitung 30 eine zentrale Kreisfläche 31 mindestens im Ausmaß der Bohrung des Stutzens 4 ausgespart. Der elektrische Anschluß der Leitung 30 erfolgt über Stecker 32.

Die mäanderförmigen Leiter für Heizmatten nach

ίο F i g. 6 oder 7 können z. B. durch Ausstanzen aus Blech hergestellt werden, oder sie können als »gedruckte Schaltung« auf einer Kunststoffolie gebildet werden. Es kann auch das ausgestanzte Blechband oder ein entsprechend gebogener Draht in eine Folie 33 (F i g. 7) eingebettet werden. Bedingung ist, daß das Folienmaterial sich mit dem Rohr und den Sattelstücken gut verschweißen läßt.

An Stelle einer elektrischen Widerstandsheizung kann eine Aufheizung auch mittels Hochfrequenz-Energie erfolgen, wobei die Heizmatte die Sekundärwicklung eines Transformators bildet. Es können auch Kunststoffolien mit eingebettetem Metallpulver verwendet werden, welches mittels Wirbelstrom aufgeheizt wird.

Schließlich sind als Aufheizungseinrichtungen auch geeignete Heißluftgebläse verwendbar, welche mit besonders gestalteten Düsen versehen sind. Mit beispielsweise drei solchen Biasdüsen, welche um das Rohr herum verteilt angeordnet und etwa tangential gegen dieses gerichtet sind, läßt sich eine »walzenförmige« Heißluftströmung rings um das Rohr erzeugen, welches dadurch mittels Konvektion wirksam aufgeheizt wird. Auch ein Aufschmelzen der Rohroberfläche durch Strahlungsheizkörper, welche das Rohr umfassen, ist denkbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verschweißen mindestens eines Sattelstückes aus schweißbarem Kunststoff, insbesondere eines seitlich abstehenden Rohrstutzens, mit der Mantelfläche eines Kunststoffrohres, wobei die zu verbindenden Teile an ihren Berührungsflächen aufgeschmolzen und gegeneinandergepreßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rohroberfläche, unabhängig von der Ersirekkung des Sattelstückes bzw. der Sattelstucke in Umfangsrichtung, eine den ganzen Rohrumfang umfassende Ringzone aufgeschmolzen wird.

2. Zwischen das Rohr und das Sattelstück einlegbare und in der Schweißstelle verbleibende, elektrisch erhitzbare Heizmatte zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß sie den ganzen Rohrumfang umfaßt.

3. Heizmatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine dem Querschnitt des seitlich abstehenden Rohrstutzens (4) entsprechende Aussparung (31) aufweist