DE2455503A1

DE2455503A1 - Verfahren zur verbindung von bestandteilen aus vernetzten polymeren

Info

Publication number: DE2455503A1
Application number: DE19742455503
Authority: DE
Inventors: Rutger A Roseen
Original assignee: Studsvik Energiteknik AB
Current assignee: Studsvik Energiteknik AB
Priority date: 1973-11-27
Filing date: 1974-11-23
Publication date: 1975-05-28
Also published as: FR2252191B3; SE390802B; US3972548A; GB1474929A; JPS5085678A; FR2252191A1; FI339374A; SE7316031L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von aus vernetzten Polymeren gefertigten Gegenständen, insbesondere zur Verbindung eines Rohres mit einem anderen oder eines Rohres mit einer Wand. Im vorliegenden Zusammenhang soll der Ausdruck "Wand" nicht nur eine Wand in einem Rohr, sondern auch in irgendeinem anderen Bauteil, z.B. einem Anschlußkasten, bedeuten, d.h. das Verfahren kann nicht nur zur Verbindung von zwei Rohrenden miteinander, sondern auch zur Fertigung von Rohrabschnitten, T-Stücken oder Anschlußkästen benutzt werden.

S09822/0722

Der Ausdruck "Rohr" soll hier insbesondere starre oder formhaltige Rohre, z.B. zur Führung von Flüssigkeiten oder Gasen bedeuten.

Rohre aus vernetztem Polyäthylen für Heißwasseranlagen sind in neuerer Zeit auf dem Markt erschienen. Diese Rohre haben ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich der Haltbarkeit, aber sie haben einen wesentlichen Nachteil: Anders als Rohre aus gewöhnlichem Polyäthylen, einem thermoplatisehen Material, können sie nicht schmelzen. Rohre aus vernetztem Polyäthylen können deshalb nicht geschweißt werden. Eine Hochtemperaturbehandlung führt ganz einfach zum Zusammenbruch des Polymers. Wiederum ist gegenüber anderen Polyäthylenen bisher kein wirksames Verbindungsverfahren bekannt. Um Rohre zu vereinigen, ist es deshalb notwendig gewesen, Metallkupplungsanordnungen zu verwenden, was sich jedoch als unbefriedigend herausgestellt hat. Der erhebliche Unterschied im Wärmedehnungskoeffizienten zwischen Polymer und Metall führt zum Schrumpfen und infolgedessen zu Leckstellen.

Ein mit der Anwendung vernetzter Polymerer verbundenes Hauptproblem ist ferner, daß es beim gegenwärtigen Stand der Technik unmöglich ist, Kupplungsteile aus demselben Material zu fertigen. Infolgedessen bleibt nichts anderes übrig, als Rohrabschnitte aus verschiedenen Materialarten, z.B. Metall oder besonderen Kunststoffen, zu verwenden. Die Schwierigkeit bei Benutzung von Metall ist wiederum, daß die Wärmeausdehnungskoeffizienten kraß voneinander abweichen, was wiederum Verwerfung und Leckbildung bedeutet. Ganz allgemein haben Kunststoffe einen sehr niedrigen Modul, und außerdem kriechen sie, d.h.

509822/Ö722

Klemmkupplungsanordnungen beginnen allmählich zu lecken. Ein neues Verfahren zur Verbindung und die Entwicklung neuerer und besserer Arten zur Verbindung von Kästen und Rohrabsehnitten ist ein notwendiges Erfordernis für die erfolgreiche Verwendung dieser Polymeren in Heißwasserleitungen und den Bauelementen, wie Radiatoren und Konvektoren.

Aufgabe der Erfindung ist daher,ein Verfahren zu entwickeln, mittels dessen die vorstehend genannten Mängel vermieden werden können und das viel einfacher und billiger als die bisher benutzten Methoden ist. ^

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung geht man entweder von den Enden der Rohre aus, die zu verbinden sind, wobei mindestens eines dieser Enden so deformiert wird, daß ein Rohrende in das andere eingeführt werden kann, oder in einer Wand wird eine Öffnung angebracht und die so gebildete Öffnung und/oder das Ende eines anderen Rohres deformiert, so daß dieses Rohrende in die Öffnung eingeführt werden kann. In diesen beiden Fällen wird mindestens einem der deformierten Rohrenden und/oder der deformierten Öffnung eine Gestalt gegeben, die von der im Augenblick der Vernetzung des Polymers erhaltenen Gestalt abweicht; ein Rohrende wird in das andere oder in die Öffnung je nach dem gegebenen Fall eingesetzt, um eine Verbindung zu bilden, und die Verbindungsstelle wird auf die Temperatur erhitzt, bei der das deformierte Rohr infolge des sogenannten Rückstellungseffektes bestrebt ist, auf die Gestalt zurückzukehren, die es im vernetzten Zustande besaß, so daß eine Schrumpfverbindung erhalten wird. Die Erhitzung wird ausreichend lange aufrechterhalten, um eine Verschmelzung über der Verbindungsstelle hervorzurufen.

509822/0722

Das Verfahren beruht auf der Tatsache, daß vernetzte Polymere ein Rückstellungsvermögen oder einen sogenannten Memory-Effekt besitzen, d.h. daß jenseits einer bestimmten Temperatur der kristalline Schmelzpunkt oder die Glasübergangstemperatur (Tg) je nach dem Grade der Kristallinität des Polymers das Bestreben ergeben, auf die Gestalt zurückzukehren, die sie gelegentlich des Vernetzungsprozesses hatten. Diese Gestalt oder Konfiguration stellt den Gleichgewichtszustand des Materials dar.

Das Rückstellungsvermögen oder der Memory-Effekt der vernetzten Polymeren ist an sich bekannt und früher bei weichen sogenannten Aufschrumpfhülsen von der Art angewendet worden, die besonders für die Einkapselung oder Isolierung von Bauelementen benutzt wurden und die durch scharfe Erhitzung, Expansion und "Einfrierung" des expandierten Zustandes gefertigt werden, in dem sie gehandelt werden. Die Neuheit der Erfindung besteht jedoch in der Art und Weise, in welcher der Memory-Effekt ausgewertet wird, nämlich daß man von Rohren im Gleichgewichtszustand ausgeht und einfach an der Stelle, wo die Verbindung hergestellt werden soll, mindestens eines der Rohre deformiert, so daß ihm eine Gestalt gegeben wird, die sich von der Gestalt im Gleichgewichtszustand, d.h. dem sogenannten elastischen Rückstellvermögen, unterscheidet.

Bei kristallinen Polymeren wird die Qeformierung vorzugsweise in kaltem Zustand vorgenommen, d.h. unterhalb der Temperatur, bei der das Polymer bestrebt ist, in den Gleichgewichtszustand zurückzukehren, nämlich unterhalb des kristallinen Schmelzpunktes, und aus Gründen der Einfachheit wird diese Temperatur im nachfolgenden als Erweichungspunkt bezeichnet. Das Material ist

S09822/G722

also unterhalb des Erweichungspunktes sehr flexibel, und die Dilatation oder Ausdehnung des Rohres kann beispielsweise äußerst einfach durch Benutzung eines Dornes in kaltem Zustande vorgenommen werden. Eine Deformation kann natürlich ebenso gut oberhalb des Erweichungspunktes durchgeführt werden, obgleich dies bedeutet, daß die Gestalt durch Benutzung irgendeines Trägers beibehalten werden muß, bis das Material erhärtet ist oder bis die Rohrenden zusammengefügt sind. Letztere Methode ist infolgedessen nicht so einfach, wie die Deformierungsmethode in kaltem Zustande, sie ist jedoch mit nicht kristallinen Polymeren benutzt werden, die unterhalb der Glasübergangstemperatur (Erweichungspunkt) nicht geschmeidig sind.

Die neue Gestalt bleibt erhalten,· bis die Temperatur auf den Erweichungspunkt angehoben wird, bei dem im Falle von kristallinen Polymeren die Kristallite erweichen und zu schmelzen beginnen. Beim Schmelzpunkt neigt das Material dazu, infolge des Memory-Effektes auf seine Gleichgewichtskonfiguration zurückzukehren. Der Schmelzpunkt hängt von der Polymerart und dem Vernetzungsgrad ab und kann leicht vom Fachmann ermittelt werden. Beispielshalber kann angegeben werden, daß der Schmelzpunkt von vernetztem Polyäthylen der gegenwärtig für Heißwasseranlagen benutzten Art in der Größenordnung von 120 bis 130° C liegt.

Abgesehen davon, daß das Verfahren der Erfindung bedeutend einfacher als die vorbekannten Methoden zur Verbindung starrer Rohre aus vernetzten Polymeren ist, hat sich überraschenderweise-gezeigt, daß die hergestellten Verbindungen vollständig gas- und flüssigkeitsdicht sind und daß sie ferner einen außergewöhnlichen Haltbarkeitsgrad besitzen. Diese Haltbarkeit oder

5Ό9822/0722

mit anderen Worten Festigkeit geht weit über das hinaus, was man aufgrund der Reibung zwischen den Rohrabschnitten, die miteinander verbunden worden sind, erwarten könnte. Anscheinend tritt eine Zusammenschmelzung des Materials an der Verbindungsstelle ein. Es ist deshalb wichtig, daß die Erhitzung ausreichend lange fortgesetzt werden soll, um den Eintritt einer Verschmelzung zu gestatten. Diese Zeitspanne hängt natürlich von der Polymerart ab und kann leicht vom Fachmann entsprechend der gewünschten Haltbarkeit oder Festigkeit ermittelt werden. Im allgemeinen ist die Beständigkeit kurze Zeit, nachdem das verformte Rohrende seine endgültige Lage angenommen hat, außerordentlich hoch. Es ist beispielshalber zu erwähnen, daß eine an Polyäthylenrohrverbindungen durchgeführte 10 Minuten lange Wärmebehandlung bei 160° C (einschließlich der Zeitdauer zur Wiedererlangung der ursprünglichen Gestalt) Verbindungen geliefert hat, die bis zur Streckgrenze und -sogar bis zu axialen Belastungen von mehr als 200 % zusammenhalten. Es trat keine Bruchbildung an der Verbindungsstelle auf.

Wenn die Verbindung besonders darauf eingerichtet ist, hohen Zugspannungen bei hohen Temperaturen zu widerstehen, dann ist zusätzlich zu der Wärmebehandlung eine chemische Bindung von vernetzten Polymeren zu entwickeln. Die Erscheinung der dreidimensionalen Gitterbildung in Polyäthylen ist bereits bekannt. Sie entspricht dem Vulkanisiervorgang bei Kautschuk. Das dreidimensionale Gitter kann durch Hochenergiebestrahlung oder mit Hilfe von Vernetzungsmitteln gebildet werden, die freie Radikale erzeugen, wie beispielsweise organische Peroxide. Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß das Rohr in seine Gleich-

gewichtsgestalt zurückkehrt und daß die Moleküle regelmäßige Kontakte über die Verbindungsstelle vor der Vernetzung hergestellt haben. Dies läßt sich durch Benutzung einer Hochenergiebestrahlung, beispielsweise eines Elektronenbombardements, erzielen, aber in diesem Fall ergibt sich ein erhöhter Vernetzungsgrad quer durch das Rohr, und dies kann zu einem unerwünschten Effekt führen, abgesehen davon, daß die Bestrahlungsmethode teuer ist. Es ist einfacher, ein Vernetzungsmittel, wie ein Peroxid, zu benutzen, das erst oberhalb des Erweichungspunktes des Rohres zu reagieren beginnt. Solche Eigenschaften besitzt beispielsweise Dicumylperoxid von folgender Formel:

/"•ti CTJ

^M-c-o-o-c-/y

^^=:/^ CH₃ CH₃

Dicumylperoxid beginnt bei 135° C zu zerfallen und führt dann zur Erzeugung von zwei Cumyloxyresten, deren jeder nach den folgenden Formeln in einen Acetophenon- und einen Methylrest aufbricht:

■P '^-c-o —> P y- c + CH₃

~~ CH₃ . 0 '

Der Cumyloxyrest sowie der Methylrest kann Wasserstoffatome aus Polyolefinen abspalten und so Polyolefinreste erzeugen, die sich wieder vereinigen und ein dreidimensionales Gitter ergeben. Deshalb wird die Oberfläche eines Rohrendes oder einer Hülse mit dem Vernetzungsmittel, beispielsweise Cumylperoxid, das bei etwa 32° C eine Flüssigkeit ist, behandelt, bevor die

609822/0722

oben beschriebene Wärmebehandlung durchgeführt wird. Die Behandlung kann ganz einfach dadurch erfolgen, daß man die Bestandteile in geschmolzenes Peroxid eintaucht, worauf sie abkühlen gelassen und miteinander vereinigt werden. Auf diese Weise hergestellte Verbindungen behalten weiterhin ihre volle Festigkeit selbst über den Erweichungspunkt hinaus.

Obgleich das Verfahren in der Hauptsache unter Bezugnahme auf vernetztes Polyäthylen beschrieben worden ist, beschränkt sich die Erfindung keineswegs auf dieses Material allein. Jedes vernetzte Polymer, das den Memory-Effekt zeigt, kann benutzt werden. Vorzgusweise verwendet man ein kristallines oder wenigstens teilweise kristallines Polymer. Beispiele anderer Polymerer, die außer Polyäthylen benutzt werden können, sind andere Polyolefine, wie Polypropylen oder Polyisobutylen und Polyamide (Nylon).

Das Verfahren kann mittels Maßnahmen von drei Haupttypen, nämlich mit festgelegter Hülse, loser Hülse und T-Stücken oder Anschlußkästen benutzt werden.

Bei einer Verbindung mit festliegender Hülse wird das eine Rohrende in solchem Maße ausgedehnt, daß das andere Rohrendende darin eingeführt werden kann. Stattdessen kann auch das eine Rohrende in solchem Maße geschrumpft werden, daß es in das andere nicht verformte Rohrende eingeführt werden kann. In gewissem Maße können die beiden Methoden gleichzeitig angewendet werden, d.h. das eine Rohrende kann gedehnt werden, während das andere geschrumpft wird. Um eine Schrumpfverbindung zu erzielen, ist es bei einem Innendurchmesser desjenigen Rohrendes, das über

SO9822/Q722

das andere Rohrende geschoben werden soll, notwendig, daß dieser kleiner oder höchstens gleich dem Außendurchmesser des anderen Rohrendes im Gleichgewichtszustand ist, wenn letzteres sich in seinem Gleichgewichtszustand befindet.

Um einen besonderen Verriegelungseffekt an der Verbindungsstelle zu erreichen, kann ein Ring vorzugsweise aus Metall in das Innere eines der beiden Rohrenden, die miteinander zu verbinden sind, eingeschrumpft werden, so daß sich darüber eine Wulst bildet. Demnach kann sich der Metallring im Augenblick der Herstellung der Verbindung an seiner Stelle befinden. In diesem Fall werden die beiden Rohrenden gedehnt, d.h. das Ende, in das der Ring einzupassen ist, wird ausreichend gedehnt, um den Ring darin einführen zu können, während das andere Rohrende ausreichend gedehnt wird, um es über das den Ring enthaltende gedehnte Ende überschieben zu können.

Bei Verbindungen mit loser Hülse wird mindestens ein kurzes Rohr benutzt, das über seine ganze Länge deformiert worden ist, worauf die Enden der beiden anderen Rohre in den deformierten kurzen Rohrabschnitt eingefügt oder darüber geschoben werden, so daß beide Enden stumpf gegeneinander anliegen.

Wenn man einen kurzen Rohrabschnitt mit einem Innendurchmesser benutzt, der höchstens gleich dem Außendurchmesser der beiden anderen Rohre ist - in beiden Fällen sind die Durchmesser im Gleichgewichtszustande gemeint - so wird das kurze Rohrstück, gedehnt - oder statt dessen werden die beiden anderen Rohre geschrumpft - so daß die zwei anderen Rohre darin eingeführt werden können,'

S09822/0722

Wenn andererseits ein kurzer Rohrabschnitt mit einem Innendurchmesser, der mindestens gleich dem Innendurchmesser der beiden anderen Rohre ist - in beiden Fällen sind die Gleichgewichtszustände gemeint -. benutzt wird, dann wird der kurze Rohrabschnitt geschrumpft - oder stattdessen werden die beiden anderen" Rohre gedehnt - so daß die zwei anderen Rohre übergeschobeh werden können.

Um eine noch festere Verbindung zu erreichen, ist es möglich, gleichzeitig Innen- und Außenhülsen zu benutzen.

Wenn es bei einem übergang von einem Rohr großen Durchmessers auf ein Rohr kleinen Durchmessers erwünscht ist, das engere Rohr im gedehnten Zustand über das weitere Rohr zu schieben, so ist es möglich, einen kurzen Rohrabschnitt mit einem kleineren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des kleineren Rohres und einem größeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des weiteren Rohres zu verwenden. Dieser kurze Rohrabschnitt wird unter Benutzung des Verfahrens gemäß der Erfindung zwischen dem weiteren Rohr und dem engeren Rohr eingebaut, beispielsweise indem man ihn auf das engere Rohr aufschrumpft und das weitere Rohr auf dem kurzen Rohrabschnitt selbst aufschrumpft.

Verbindungen unter Benutzung ortsfester oder loser Hülsen würden bei erster Betrachtung gewöhnlichen Schrumpfverbindungen ähnlich erscheinen. Die Unterschiede sind jedoch wesentlich. Bei einer gewöhnlichen Aufschrumpfverbindung haben Rohr und Hülse unterschiedliche Temperaturen. Bei Benutzung des Verfahrens der Erfindung ist die Temperatur in den miteinander zu verbindenden

509822/0722

Bauteilen dieselbe. Die normalen Kräfte in der Verbindungsfläche würden bei einer Schrumpfpassung zur Entlastung neigen, wenn eine Erwärmung eintritt. Im vorliegenden Fall führt jedoch eine Entspannung zu Senkrechtkräften. Hinzu kommt die Tatsache , daß offenbar eine Art von Verschmelzung eintritt, d.h. daß die Verbindung nicht nur Scherkräften, sondern auch einer erheblichen Zugkraft widerstehen kann. Dergleichen hat sich bei axial geschnittenen Verbindungen gezeigt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann, wie schon erwähnt, auch bei der Herstellung von" T-Stücken oder Anschlußkästen angewendet werden. In diesem Fall wird in einer Wand,beispielseise einer Wand eines Rohres oder eines Anschlußkastens, eine öffnung an der Stelle gemacht, wo die Verzweigungen erforderlich sind. Dann wird die Verformung durch Dehnung der öffnungen, die gebildet worden sind, und/oder durch Schrumpfung der Enden der anderen Rohre durchgeführt, so daß diese Enden in die betreffenden öffnungen eingeführt werden können. Um eine Aufschrumpfverbindung zu fertigen, ist es notwendig, eine öffnung zu machen, deren Durchmesser im Gleichgewichtszustand höchstens gleich dem Außendurchmesser (im Gleichgewichtszustand) des Rohrendes ist, das in die öffnung eingeführt werden soll. Umgekehrt kann das Rohr so gewählt werden, daß sein Außendurchmesser mindestens gleich dem Durchmesser der öffnung ist. Wenn man das Rohr, in welchem die öffnung gebildet worden ist, als Hauptrohr und das andere Rohr als Nebenrohr bezeichnet, dann kann das Nebenrohr unter rechtem Winkel zu der Längsachse des Hauptrohres oder unter einem anderen Winkel als 90° eingefügt werden. In jedem Fall kann außerdem die Mittellinie des Nebenrohres entweder die

S09822/0122

Mittellinie des Hauptrohres schneiden oder nach deren einer Seite abgesetzt sein. Der zwischen dem Nebenrohr und dem Hauptrohr eingeschlossene Winkel wird mittels des Winkels eingestellt, unter dem die öffnung in dem Hauptrohr geschnitten ist.

Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung eines T-Stückes liefert gute Haltbarkeit (Festigkeit) bei Benutzung eines Hauptrohres von relativ großer Wanddicke. Wenn die Wanddicke klein ist, dann kann das Verfahren vorzugsweise mit der Methode mit loser Hülse, wie sie früher beschrieben wurde, vereinigt werden. Im Ergebnis bedeutet dies, daß die Wanddicke an der Verzweigungsstelle erhöht wird.

Um eine bessere Verriegelung zwischen Nebenrohr und Hauptrohr zu erreichen, kann ein Metallring,"dessen Durchmesser größer als der Durchmesser der öffnung ist, in das Nebenrohr eingeschrumpft werden. Eine andere Form der Verriegelung besteht darin, daß man die Öffnung in der Rohrwand abgestuft anordnet,

man

wobei das Nebenrohr durch Benutzung einer Anstauchung, d.h. Herstellung einer erhöhten Rohrwanddicke, entsprechend abstuft. Der Vorteil dieser Maßnahme liegt darin, daß die Senkrechtkraft rings um das Rohr an der Stelle, an der es in die öffnung eintritt und Längskräften zu widerstehen hat, gesteigert werden kann.

Was die gemäß der Erfindung gefertigten T-Stücke oder Anschlußkästen betrifft, so unterliegt das Material ausschließlich Kompressionsspannungen, d.h. die Gefahr einer Kriechverformung ist minimal. Die Beständigkeit hat sich als außerordentlich hoch erwiesen.

509822/0722

Insgesamt betrachtet, bietet das. Verfahren der Erfindung wesentliche Vorteile, von denen die Einfachheit nicht der geringste ist. An Baustellen ist alles, was für Rohrverbindungsmaßnahmen nötig ist, ein Dorn und eine Heizvorrichtung, d.h. eine Lötlampe oder ein elektrischer Erhitzer. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß bei Auftreten einer Leckstelle diese einfach repariert werden kann, indem man das System entleert und die Leckstelle auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes erhitzt. Das Material hat dann das Bestreben, wiederum auf seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Versuche haben gezeigt, daß Rohrverbindungen bis zu der Streckgrenze und sogar bis zu Axialdehnungen über 200 % zusammengehalten werden. In den Verbindungen wurden keine Risse oder Bruchstellen beobachtet.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1a erläutert einen Axialschnitt durch eine Verbindung nach Art einer festliegenden Hülse. , .......

Fig. 1b zeigt einen Axialschnitt durch ,eine derartige Verbindung mit einem eingeschrumpften Metallring.

Fig. 2a erläutert einen Axialschnitt durch eine Verbindung von der Art einer losen Außenhülse.

Fig. 2b erläutert einen Axialschnitt durch eine Verbindung mit einer losen Innenhülse.

Fig. 3a ist ein Axialschnitt durch zwei T-Stückverbindungen oder eine Verbindung nach Art eines Anschlußkastens.

Fig. 3b ist ein Axialschnitt durch eine T-Stückverbindung mit einer zusätzlichen Verriegelungseinrichtung in Form eines eingeschrumpften Metallringes.

SQ9822/0722

Pig. 3c ist ein Axialschnitt durch eine T-Stückverbindung mit Verriegelung durch die Abstufungsmaßnahme.

Fig. 3d ist ein Axialschnitt durch eine T-Stückverbindung mit Verriegelung unter Benutzung sowohl eines eingeschrumpften Ringes als auch einer Abstufung.

Fig. 4 ist ein Axialschnitt durch eine Verbindung zwischen einem weiteren Rohr und einem engeren Rohr unter Benutzung einer Zwischenhülse.

Die in Fig. 1a dargestellte Verbindung weist ein Rohr 1 auf, dessen Ende 2 als ortsfeste Hülse um das Ende 3 des anderen Rohres 4 gestaltet ist. Die Verbindung·wird in folgender Weise hergestellt:

Die Rohre 1 und 4 haben dieselben Abmessungen, d.h·. dieselben Innen- und Außendurchmesser im sogenannten Gleichgewichtszustand. Das Ende 2 des Rohres 1 wird in kaltem Zustand über einem Dorn gedehnt, dessen Durchmesser großer als der Außendurchmesser des Rohfes 4 ist. Das Ende 3 des Rohres 4 wird oberhalb des Erwexchungspunktes ausreichend lange warm behandelt, daß die Kristallite schmelzen und die Wiederherstellung der Gestalt am Ende 2 beginnt, wenn die Erwärmung aufhört, nimmt das Ende 2 die in Fig. 1 gezeigte Lage ein,

Fig. 1b zeigt eine Verbindung mit einem Rohrende 5, das als feste Hülse um ein anderes Rohrende 6 gebildet ist. Innerhalb des Endes 6 befindet sich ein eingeschrumpfter Metallring 7, der in den betreffenden Rohrenden 5 und 6 die Wülste 8 und 9 hervorruft. Diese Wülste ergeben eine zusätzliche Verriegelungswirkung zwischen den Enden 5 und 6,

S09822/0722

Die Verbindung wird hergestellt, indem man entweder am Rohrende 6 mit dem eingeschrumpften Ring 7 beginnt und dann die für die Verbindung der Fig. 1a angenommene Arbeitsweise befolgt, oder indem man den Ring 7 zur gleichen Zeit einführt, wie die Rohrenden zusammengefügt werden. Im letzteren Fall geht der Verbindungsvorgang von den beiden Enden 5 und 6 .aus. Das Rohrende 5 hat einen ΙηηεηαμΓσηπιβΒΞβί:, der dem Außendurchmesser des Endes 6.entspricht, und das Ende 6 ist in kaltem Zustand über einem Dorn gedehnt worden, dessen Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des"Ringes 7. Das Rohrende 5 wird in kaltem Zustande über einem anderen Dorn von weiterem Durchmesser gedehnt, der einen solchen Durchmesser hat, daß das Rohrende 5 über das gedehnte Rohrende 6 geschoben werden kann. Der Metallring 7 wird in das Rohrende 6 eingeführt ■ und das Rohrende 5 darübergeschoben. Die Verbindungsstelle wird über den Erweichungspunkt erhitzt und die Erhitzung abgebrochen, wenn die Rohrenden 5 und 6 den in Fig. 1b dargestellten Zustand erreicht haben. Der eingeschrumpfte Ring 7 liefert die Wülste 8 und 9.

Die in Fig. 2a dargestellte Verbindung umfaßt ein Rohrende 10 mit einer schrägen Stirnfläche und ein anderes Rohrende 11 mit einer entsprechenden schrägen Stirnfläche in Anlage an der des Rohres 10. Um die Enden 10 und 11.ist eine Außenhülse 12 gezogen.

Die Verbindung wird gebildet, indem man von den beiden Rohrenden 10 und 11 ausgeht, die von derselben Größe sind, und von einem Rohr 12, dessen Innendurchmesser kleiner als der .Außendurchmesser der Rohrenden 10 und 11 ist. Dann wird das Rohr 12

6098-22/0722

über einem Dorn von einem größeren Durchmesser als der Außendurchmesser der Enden 10 und 11 gedehnt. Die Rohrenden 10 und 11 werden von beiden Seiten in das Rohr 12 eingeführt, bis ihre Stirnflächen aneinander anliegen. Wenn die Verbindungsstelle dann aufgeheizt wird, ist das Rohr 12 bestrebt, in seinen Gleichgewichtszustand zurückzukehren und bildet so eine Außenhülse rings um die Enden 10 und 11 in gas- und flüssigkeitsdichter Anlage an diesen.

Die in Fig. 2b gezeigte Verbindung umfaßt die zwei Rohrenden 13 und 14, die gerade Stirnflächen in Anlage miteinander haben, und eine Innenhülse 15.

Die Verbindung wird in ähnlicher Weise wie im Zusammenhang mit Fig. 2a beschrieben hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß man von einem Rohrabschnitt 15 mit einem Außendurchmesser ausgeht, der größer ist als der Innendurchmesser der Rohrenden und 14. Das Rohr 15 ist geschrumpft, und die Enden 13 und 14 werden darübergeschoben.

Von Fig. 3a sind Verbindungen von der Art von T-Stücken oder Anschlußkästen ersichtlich. In eine Wand eines weiteren Rohres 16 sind ein engeres Rohr 17 und ein anderes engeres Rohr 18 eingefügt. Das Rohr 18 ist in solcher Weise eingefügt, daß seine Mittellinie einen rechten Winkel mit der Mittellinie des Rohres 16 bildet, während das Rohr 17 in solcher Weise eingefügt ist, daß seine Mittellinie einen anderen Winkel als 90° mit der Mittellinie des Rohres 16 bildet. Das Rohr 16 ist außerdem durch eine Außenhülse 19 an der Einführungsstelle des Rohres 18 verstärkt.

S09822/0722

Die Verbindungen nach Fig. 3a werden hergestellt, indem man von dem Rohr 16 ausgeht, auf dem eine Außenhülse 19 in der in Verr bindung mit Fig. 2a beschriebenen Weise gebildet wird. In das Rohr 16 wird eine Öffnung eingeschnitten, deren Mittellinie einen schrägen Winkel mit der Mittellinie des Rohres 16 bildet und.deren Durchmesser etwas kleiner als der Äußendurchmesser des Rohres 17 ist. Durch die Hülse 19 und das Rohr 1(5 wird eine andere Öffnung mit etwas kleinerem Durchmesser als der Außendurchmesser des Rohres 18 und einer Mittellinie geschnitten, die die Mittellinie des Rohres 16 unter rechtem Winkel schneidet. Die Rohre 17· und 18 werden dann in die betreffenden Öffnungen eingeführt, und die Verbindungsstellen werden oberhalb des Erweichungspunktes des Materials erhitzt, bis das Rohr 16 sich in gas- und flüssigkeitsdichter Anlage an den Rohren 17 und 18 befindet. · .

Die Verbindung nach Fig. 3b umfaßt ein in das weite Rohr 21 · eingefügtes dünnes Rohr 20 und einen Metallring 22, der in das Rohr 20 eingeschrumpft ist.

Das Ende des dünnen Rohres 20 wird über einem Dorn geweitet, so daß der Metallring 22 darin eingeführt werden kann. Im weiteren Rohr 21 ist eine Öffnung eingeschnitten, deren Durchmesser kleiner als der Außendurchmesser des nicht deformierten .Rohres 20 ist.. Unter Benutzung eines Domes wird die Öffnung in dem Rohr 21 auf einen Durchmesser ausgeweitet, der den Außendurchmesser des geweiteten Rohres 20 überschreitet. Das Rohr wird in die aufgeweitete Öffnung eingeführt, bis der Metallring 22 im Inneren der Wand des Rohres 21 liegt. In der schon angegebenen Weise wird die Verbindungsstelle dann warm behandelt,

609822/0722

so daß das Ende des Rohres 20 um den Ring 22 schrumpft und das Loch im Rohr 21 um den undeformierten Teil des Rohres 20 schrumpft.

Die in Fig. 3c dargestellte Verbindung weist ein Rohr 23 auf, das mit einem abgesetzten Teil 24 in Form eines Rohrstückes aus demselben Material ausgerüstet ist. Das Rohr 23 ist in.eine abgestufte öffnung 26 in einer Wand 25 eingesetzt.

Die Verbindung wird vorzugsweise dadurch hergestellt, das man den Rohrabschnitt 24 auf das Rohr 2 3 gemäß der vorstehend beschriebenen Methode aufschrumpft und die öffnung in der Wand 25 so aufweitet, daß das Rohr 23 mit dem darauf aufgewürgten Rohrabschnitt 24 darin eingeführt werden kann. Wenn die Verbindungsstelle oberhalb des Erweichungspunktes erhitzt wird, nimmt die Verbindung die in Fig. 3c dargestellte Gestalt an.

Fig. 3d zeigt ein¹ Rohr 27 mit einem eingeschrumpften Ring 2 8 eingesetzt in eine Wand 29, die eine Stufe 30 aufweist. Die Verbindung wird in derselben Weise wie zu Fig. 3c erläutert hergestellt. Während jedoch im letzteren Fall der Rohrabschnitt 24 auf das Rohr 23 aufgeschrumpft wurde, wird im vorliegenden Fall der Ring 28 in das Rohr 27 eingeschrumpft.

Fig. 4 erläutert eine Verbindung zwischen einem engen .Rohr 31 und einem weiten Rohr 32 unter Einschaltung eines Rohrstückes oder einer Hülse 33, die ebenfalls aus vernetztem Polymer besteht.

Diese Verbindung kann auf verschiedenen Wegen hergestellt werden, wie dem Fachmann leicht verständlich ist. Beispielsweise kann das Rohr 31 zusammengepreßt und in das Rohrstück 33 einge-

S09822/0722 ■

führt und das Rohr 32 aufgeweitet und über das. Rohrstuck 33 geschoben werden, worauf die Verbindungsstelle oberhalb des Erweichungspunktes erhitzt wird.

503822/0722

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Verbindung von Rohren miteinander oder mit einer Wand/ wobei die Rohre und die Wand aus vernetzten Polymeren bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß man entweder von den Enden der Rohre, die verbunden werden sollen, ausgeht und mindestens eines dieser Enden so deformiert, daß das eine Rohrende in das andere eingeführt werden kann, oder man eine öffnung in einer Wand fertigt und die so gebildete öffnung und/oder das Ende eines Rohres deformiert, so daß dieses Rohrende in die öffnung eingeführt werden kann, wobei in jedem der beiden Fälle mindestens einem der deformierten Rohrenden und/oder der deformierten öffnung eine Gestalt gegeben wird, die von der im Augenblick der Vernetzung des Polymers erhaltenen Gestalt abweicht, daß man das eine Rohrende in das andere bzw. in die öffnung einführt und man die so entstandene Verbindungsstelle auf eine Temperatur erhitzt, bei der das deformierte Rohr bzw. die deformierte öffnung infolge des Rückstellvermögens oder sogennan-" ten Memory-Effektes bestrebt ist, auf die vorherige Gestalt im vernetzten Zustand zurückzukehren, so daß eine Schrumpfverbindung erhalten wird, wobei die Erhitzung ausreichend lange aufrechterhalten wird, um ein Zusammenschmelzen über der Verbindungsstelle zu erreichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Verbindung mit einer festliegenden Hülse, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformierung durch Ausweitung eines Rohrendes und/oder Schrumpfung des anderen Rohrendes erzeugt und das geschrumpfte Ende in das aufgeweitete Ende eingeführt wird.

509822/0722

3. Verfahren nach. Anspruch 1 zur Herstellung einer Verbindung mit einer losen Hülse unter Benutzung mindestens eines kurzen Rohres bei der Herstellung der Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß das kurze Rohr auf seiner ganzen Länge deformiert*wird und die Enden der beiden anderen Rohre in das kurze Rohr über dessen ganze Länge von beiden Seiten eingeführt oder über das kurze Rohr geschoben werden, so daß die Rohrenden stumpf gegeneinander stoßen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein kurzes Rohr mit einem Innendurchmesser, der höchstens gleich dem Außendurchmesser der beiden anderen Rohre ist, benutzt wird und das kurze Rohr so aufgeweitet wird, daß die beiden anderen Rohre darin eingeführt werden können.

5. Verfahren nach Anspruch 3,. dadurch gekennzeichnet, daß ein kurzes Rohr von einem Außendurchmesser, der mindestens gleich dem Innendurchmesser der beiden anderen Rohre ist, benutzt wird, und das kurze Rohr so geschrumpft wird, daß die beiden anderen Rohre darüber geschoben werden können.

6. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Verbindung nach Art eines T-Stückes oder eines Anschlußkastens, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformierung durch Aufweitung der in einem Rohr oder der Wand des Verbindungskastens gebildeten Öffnung durchgeführt wird und/oder das Ende des anderen Rohres so geschrumpft wird, daß das Rohrende in die Öffnung eingeführt wer-

den kann.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet^ daß die Aufweitung mittels eines Domes durchgeführt wird. - "

509822/0722

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vollständig oder teilweise aus kristallinen

. Polymeren bestehende Rohre benutzt werden, die Deformierung bei einer Temperatur unterhalb des kristallinen Schmelzpunktes des Polymers durchgeführt und die Verbindungsstelle mindestens auf -den kristallinen Schmelzpunkt erhitzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8; dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer aus vernetztem Polyäthylen besteht.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformierung in kaltem Zustande durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Verbindungsstelle mit energiereicher Strahlung bombardiert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis' 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden und/oder die Öffnung in der Wand vor der Erhitzung mit einem Vernetzungsmittel überzogen werden, das bei einer Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Polymers freie Radikale erzeugt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel aus einem Peroxid besteht.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in das betreffende andere Rohrende oder in die Öffnung einzuführende Rohrende ein Ring eingefügt wird, der einen' größeren Außendurchmesser besitzt als der Innendurchmesser des Rohres, in das er eingefügt wird, im nicht deformierten Zustande.

509822/0722

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring aus Metall besteht.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man der Öffnung in der Wand eine abgestufte Form erteilt und das Rohrende, das darin eingeführt werden soll, in entsprechender Weise abstuft..

17. Verfahren nach Anspruch 1 zur Verbindung eines weiten Rohres mit einem engen Rohr, dadurch gekennzeichnet, daß ein kurzer Rohrabschnitt mit einem Innendurchmesser höchstens gleich dem Außendurchmesser des Innenrohres und mit einem Außendurchmesser mindestens gleich dem Innendurchmesser des weiten Rohres benutzt wird und man den kurzen Rohrabschnitt und/oder das weite Rohr und/oder das enge Rohr so deformiert, daß das enge

> Rohr in den Rohrabschnitt eingeführt werden kann, und das weite Rohr über diesen geschoben wird.

509822/0722