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Verfahren zum Verbinden zweier Rohrenden aus
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Metall (Zusatz zum Patent (Patentanmeldung P 28 49 057.5 vom 11.
November 1978)) Das Hauptpatent bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden zweier
Rohrenden aus Metall, bei dem die Rohrenden beidseitig in eine Verbindungshulse
aus Metall eingeschoben und durch Verringerung des Durchmessers der Verbindungshülse
in ihr befestigt werden.
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Die Erfindung nach dem Hauptpatent besteht bei einem derartigen Verfahren
darin, daß eine Verbindungshülse, deren Innendurchmesser geringfUgig kleiner als
der Außendurchmesser der zu verbindenden Rohrenden ist, durch Erwärmung auf einen
Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Rohrenden aufgeweitet wird,
daß danach die Rohrenden in die VerbindungshUlse eingeschoben werden und daß durch
anschließende Abkühlung die Verbindungshülse auf die eingeschobenen Rohrenden
unter
Erzeugung einer Ringspannung aufgeschrumpft wird, wobei die durch die Durchmesserdifferenzen
zwischen Rohrenden und Verbindungshülse und die Ringspannung hervorgerufenen Verformungen
innerhalb des elastischen Bereichs des Rohrwerkstoffs gehalten werden. Hierdurch
wird erreicht, daß für die Herstellung der Verbindung keinerlei zusätzliche Bauteile
benötigt werden. Es genügt ein einfacher Erwärmungsvorgang für die Verbindungshülse
und ein einfacher Einschubvorgang für die Rohrenden, nach deren Durchführung der
Abkühlvorgang zur gewünschten sicheren Verbindung führt. Auch ist eine derart hergestellte
Verbindung durch erneute Erwärmung der Verbindungshülse wieder lösbar.
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Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach dem
Hauptpatent weiter auszugestalten, um seinen Anwendungsbereich zu erweitern und
insbesondere das Verfahren anwendbar zu machen auf die Verbindung von wenigstens
auf ihrer Außenwandung mit einem thermoplastischen Kunststoff beschichteten Rohrenden.
Dies wird nach der Erfindung ausgehend vom Verfahrensprinzip der Erfindung nach
dem Hauptpatent dadurch erreicht, daß vor dem Einschieben der Rohrenden in die Innenwandung
der Verbindungshülse auf dem Umfang verteilt Ausnehmungen derart eingebracht werden,
daß die Verbindungshülse nach dem Einschieben der Rohrenden und nach dem Abkühlungsvorgang
nur mit ihren auf der Innenwandung verbliebenen Wandungsvorsprüngen auf der Außenwandung
der Rohrenden aufliegt. Die Verteilung der Ausnehmungen auf der Innenwandung der
Verbindungshülse sowie ihre jeweilige Gestaltung kann dem jeweiligen Anwendungsfall
entsprechend gewählt werden. Das Verfahren nach der Erfindung ist ganz besonders
geeignet zum Verbinden von solchen Rohrenden, die wenigstens auf ihrer Außenwandung
mit einem thermoplastischen Kunststoff beschichtet sind. In einem solchen Anwendungsfall
wird der Innendurchmesser der Verbindungshülse im Verhältnis zum Außendurchmesser
des Metallkerns der Rohrenden derart bemessen, daß die zum Aufweiten der Verbindungshülse
erforderliche Erwärmungstemperatur oberhalb der Schmelztempera-
tur
der Kunststoffbeschichtung, jedoch unterhalb der Verbrennungstemperatur der Kunststoffbeschichtung
liegt. Es wird die Hülse erfindungsgemäß erwärmt, bis sich die Rohrenden gegebenenfalls
einschließlich ihrer Kunststoffbeschichtung in die erwärmte Verbindungshülse einschieben.
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lassen. Dabei schmilzt die Beschichtung, und es kann etwaige überschüssige
Beschichtung von der Verbindungshülse zurückgeschoben werden. Bei der anschließenden
Abkühlung der Verbindungshülse dringen die neben den Ausnehmungen verbliebenen Wandungsvorsprünge
auf ihrer Innenwandung in die verbliebene Restbeschichtung der Rohrenden ein, wobei
der verdrängte Beschichtungskunststoff in die Ausnehmungen ausweicht. Bei weiterer
Abkühlung der Verbindungshülse schrumpft diese mit den neben den Ausnehmungen verbliebenen
Wandungsabschnitten auf den Metallkern der Rohrenden auf. Dabei kann je nach der
Beschaffenheit der verwendeten Werkstoffe, insbesondere des Beschichtungskunststoffs,
und nach der Bemessung der Verbindungshülse und der Rohrenden auch eine Restbeschichtung
zwischen den Wandungsvorsprüngen und den Metallkernen der Rohrenden verbleiben.
Nach Erstarren des Beschichtungskunststoffs ergibt sich der zusätzliche Effekt einer
Verkrallung dieser Wandungsvorsprünge der Verbindungshülse in der Beschichtung sowie
eine zusätzliche Abdichtung innerhalb des Verbindungsspalts sowie auch eine zusätzliche
Füllung eventuell noch vorhandener Kapillaren. Die Verbindung ist in höchstem Maß
dicht und fest und, wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, benötigt
zu ihrer festen und dichten Erstellung keinerlei zusätzliche Bauteile in der Verbindung
selbst.
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Auch bei nicht kunststoffbeschichteten Rohrenden kann diese weitere
Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung vorteilhaft sein, wenn die jeweiligen
Anwendungsfälle eine derartige Auflage der Verbindungshülse mit den Wandungsvorsprüngen
au'f den Rohrenden als zweckmäßig erscheinen läßt. Bei allen Anwendungsfällen ist
es möglich, auch nur einen Teil der Innenwandung der Verbindungshülse mit derartigen
Ausnehmungen und damit Wandungsvorsprünge#'4ersehen# um wiederum für den je-
der
Kunststoffbeschichtungen vermeiden. Zweckmäßig wird in weiterer Ausgestaltung der-Erfindung
eine Verbindungshülse aus Zink-Druckguß verwendet. Diese Verbindungshülse bringt
außer dem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Rohrenden aus Stahl den zusätzlichen
Vorteil mit sich, daß der Werkstoff der Verbindungshülse in der elektrochemischen
Spannungsreihe einen hinsichtlich der Korrosionswirkung günstigen Platz gegenüber
dem Stahl aufweist.
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Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels
erläutert, das auch in der Zeichnung dargestellt ist, die einen Längsschnitt durch
eine mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellte Rohrverbindung zeigt, allerdings
zur Vereinfachung der Darstellung lediglich mit einem einzigen in die Verbindungshülse
eingeschobenen Rohrende. In der oberen Hälfte der Zeichnung ist die Verbindungshülse
im noch erwärmten und auf das Rohrende aufgeschobenen Zustand dargestellt, die untere
Hälfte der Zeichnung zeigt die endgültige Rohrverbindung. Als Ausführungsbeispiel
ist in der Zeichnung die Verbindung von allseitig mit einem thermoplastischen Kunststoff
beschichteten Rohrenden wiedergegeben.
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Zu verbinden sind zwei allseitig mit thermoplastischem Kunststoff
beschichtete Rohrenden, von denen lediglich das Rohrende 1 mit seiner Kunststoffbeschichtung
2 dargestellt ist.
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Die Verbindungshülse 3 ist auf ihrer Innenwandung mit umlaufenden
Ringnuten 4 versehen, so daß zwischen den Ringnuten innere Wandungsvorsprünge 5
gebildet sind.
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Besteht der Metallkern 1a des Rohrendes 1 aus Stahl, so wird zweckmäßig
eine Verbindungshülse 3 aus Zink-Druckguß verwendet.
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Die Verbindungshülse 3 ist mit einem Innendurchmesser versehen, der
geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Metallkerns 1a des Rohrendes 1
ist. Um die
weiligen Anwendungsfall einerseits eine weitestgehend
durchgehende Anlage der Innenwandung und andererseits eine Anlage der Vorsprünge
zu erreichen. Auch bei kunststoffbeschichteten Rohrenden kann die Gestaltung der
Ausnehmungen und damit der Wandungsvorsprünge der Verbindungshülse den Jeweiligen
Werkstoffen und Jeweiligen Wandstärken angepaßt werden.
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Die für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung erforderlichen
Abstimmungen der Durchmesser der Rohrenden, gegebenenfalls einschließlich ihrer
Beschichtung, und der Verbindungshülse werden nach den Jeweiligen Anwendungsparametern
und insbesondere nach den Werkstoffeigenschaften von Rohrenden und Verbindungshülse,
deren Oberflächenbeschaffenheit sowie nach der jeweils gewünschten Dichtheit oder
Festigkeit gewählt, wobei etwaige Toleranzfelder von Verbindungshülse und Rohrenden
einschließlich ihrer Beschichtungen zu berücksichtigen sind.
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Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung werden die Ausnehmungen
als Ringnuten in die Innenwandung der Verbindungshülse eingebracht. Derartige Ringnuten
und die verbleibenden ringförmigen Wandungsvorsprünge sind besonders für die Verbindung
kunststoffbeschichteter Rohrenden geeignet. Die Ringnuten nehmen beim Aufschieben
der Verbindungshülse auf die Rohrenden Beschichtungskunststoff auf, während sich
nach der Abkühlung die verbleibenden ringförmigen Wandungsvorsprünge auf dem Metallkern
der Rohrenden festsetzen. Insgesamt ergibt sich die zusätzliche Wirkung einer Labyrinthdichtung.
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Es ist ferner vorteilhaft, wenn eine Verbindungshülse mit einem höheren
Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Rohrenden verwendet wird. Hierdurch wird erleichtert,
beim Erwärmen der Verbindungshülse in Temperaturbereichen zu bleiben, die eine übermäßige
Erwärmung
Rohrenden, in der Zeichnung das Rohrende 1, in die Verbindungshülse
3 einschieben zu können, wird die Verbindungshülse 3 durch Erwärmung auf einen Innendurchmesser
größer als der Außendurchmesser des Metallkerns 1a des Rohrendes 1 und auch des
nicht dargestellten weiteren Rohrendes aufgeweitet. Danach werden die Rohrenden
in die Verbindungshülse eingeschoben, und zwar in die in der oberen Hälfte der Zeichnung
dargestellte Lage. Wie die Zeichnung zeigt, wird dabei die überschüssige Beschichtung
2 geschmolzen und auf das verbleibende Rohrende zurückgeschoben, wie bei.6 in der
Zeichnung angedeutet ist. Dabei können auch bereits Anteile der Kunststoffbeschichtung
in die Ringnuten 4 des aufgeschobenen Bereichs eindringen. Durch Abkühlen der so
zusammengesetzten Verbindung wird die Verbindungshülse 3 auf die Rohrenden, in der
Zeichnung also auf das Rohrende 1, unter Erzeugung einer Ringspannung aufgeschrumpft.
Dabei werden die durch die Differenzen in den hier betrachteten Durchmessern der
Rohrenden einerseits und der Verbindungshülse andererseits und durch die Ringspannung
hervorgerufenen Verformungen, die in der unteren Hälfte der Zeichnung zur Verdeutlichung
übertrieben dargestellt sind, innerhalb des elastischen Bereichs des Werkstoffs
des Metallkerns 1a des Rohrendes 1 bzw. des weiteren Rohrendes gehalten.
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Bei der Abkühlung der Verbindungshülse 3 dringen die Wandungsvorsprünge
5 in die Restbeschichtung 2a des Rohrendes ein, wobei der verdrängte Beschichtungskunststoff
in die Ringnuten 4 ausweicht. Bei weiterer Abkühlung schrumpft die Verbindungshülse
3 mit ihren Wandungsvorsprüngen 5 auf dem Metallkern 1a des Rohrendes 1 auf, bis
die in der unteren Hälfte der Zeichnung dargestellte elastische Verformung erreicht
ist. Zusätzlich zu diesem Schrumpfeffekt wird ein zusätzlicher Effekt einer Verkrallung
der Wandungsvorsprünge 5 der Verbin-
dungshülse 3 in der verdrängten
Kunststoffmasse in den Ringnuten 4 erreicht. Auch etwaige vorhandene Kapillaren
werden dabei vom Kunststoff gefüllt.
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Es ist in Jedem Fall zweckmäßig, den Werkstoff der Verbindungshülse
3 derart zu wählen, daß ein höherer Wärmeausdehnungskoeffizient als der des Metallkerns
la des Rohrendes 1 besteht. Anstelle der in der Zeichnung dargestellten Anordnung,
Bemessung und Verteilung der Ringnuten 4 können auch für den jeweiligen Anwendungsfall
andere Anordnungen, Verteilungen und Bemessungen gewählt werden, insbesondere auch
im Hinblick auf die Jeweils verwendete Kunststoffbeschichtung der Rohrenden.
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Ferner ist es möglich, auch andere Ausnehmungen bzw.
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Wandungsvorsprünge zu wählen und dabei die Verteilung über den Innenumfang
der Verbindungshülse nach dem Jeweiligen Anwendungsfall zu gestalten, wobei auch
ein Abschnitt der Innenwandung der Verbindungshülse ringförmig ohne Jede Ausnehmung
verbleiben kann, insbesondere bei Anwendung des beschriebenen Verfahrens auf unbeschichtete
Metallrohrenden.
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Zwischen Wandungsvorsprüngen 5 und den Metallkernen 1a der Rohrenden
1 kann eine Kunststoffrestbeschichtung verbleiben. Dies hängt von den verschiedenen
Parametern der Bemessungen und der Werkstoffe ab, z.B. vom Schmelzpunkt der thermoplastischen
Beschichtung, vom Werkstoff von Verbindungshülse und Rohrenden, von der Größe der
tragenden Flächen, von der Durchmesserdifferenz zwischen Verbindungshülse und Rohrenden
und dergleichen.
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