DE3814410A1 - Verbindungsanordnung fuer kunststoffrohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung für Kunststoffrohre aus einem vernetzten Polymeren, bestehend aus einem im Rohrinnern befindlichen Stützteil, einem auf dem Kunststoffrohr außenseitig aufliegenden Klemmteil und Mitteln zur Herstellung einer kraft- und formschlüssigen Verbindung zwischen dem Kunststoffrohr, dem Stützteil sowie dem Klemmteil, wobei Klemm- und Stützteil aus einem korrosionsbeständigen Metall wie Edelstahl, Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.

Für die Verbindung von Kunststoffrohren sind sogenannte Klemmringschraubfittinge bekannt, bei denen das Rohr zwischen einem inneren Stützteil und einem äußeren Klemmteil eingespannt ist. Bei dieser Verbindungstechnik muß das Rohrende in der Regel erwärmt und aufgeweitet werden und wird dann über das innere Stützteil geschoben. Abschließend wird der Klemmring auf das Rohrende geschoben und verschraubt. Diese Vorgehensweise erfordert viel handwerkliches Geschick, wodurch die Fehlerwahrscheinlichkeit steigt. Das für das Aufweiten erforderliche Anwärmen und Durchwärmen des Rohrendes wird mit heißen Flüssigkeiten oder der weichen Flammen eines Propangasbrenners bzw. neuerdings mit elektrischen Heizgeräten durchgeführt. Durch das Arbeiten mit einer Flamme kann es zu einer Überhitzung des Rohrendes und somit zu einer Zerstörung des Werkstoffes kommen. Darüberhinaus ist das Aufweiten von Enden von Kunststoffrohren, in deren Wandungsaufbau eine Diffusionssperre in Form einer Folie z. B. einer Metallfolie angeordnet ist, nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung für Kunststoffrohre anzugeben, die insbesondere für eine dauerhafte Verbindung für Rohre aus vernetztem Kunststoff geeignet ist, in deren Wandungsaufbau eine Diffusionssperrschicht in Form einer Folie angeordnet ist. Insbesondere soll die Verbindungsanordnung für warmgehende Leitungsrohre geeignet sein, d. h. Leitungsrohre durch die ein erwärmtes Medium mit einer Temperatur bis 120°C geleitet wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Berührungsfläche von Stützteil und Kunststoffrohr mit einem Kleber auf Ethylen-Vinylacetat-Basis beschichtet ist, dem ein Vernetzungsmittel beigegeben ist. Wesentlich für die Verklebung ist, daß der vernetzerhaltige Kleber nach einem Zusammenfügen der Teile auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Vernetzungsmittels erwärmt wird, was zweckmäßigerweise durch Erwärmen des Stützteils auf zumindest diese Temperatur erfolgt. Zusätzlich zu einer verbesserten Haftung zwischen dem Stützteil und dem Kunststoffrohr ergibt sich noch der Vorteil der Abdichtung durch den Kleber, der nach dem Erwärmen nahezu alle Hohlräume ausfüllt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, daß der Kleber die Stirnfläche des Kunststoffrohres abdichtet und damit das Eindringen von korrosionsfördernden Medien in die Wandung des Kunststoffrohres verhindert. Auch ein Eindringen von Gasen in das Rohrinnere wird hierdurch verhindert.

Mit besonderem Vorteil wird als Vernetzungsmittel ein Peroxid verwendet, welches in einer Menge von 0,5 bis 2,5%, bezogen auf die Klebermenge, beigegeben ist.

Bevorzugt werden Peroxide, deren Zersetzungstemperatur unterhalb 150°C liegen, um eine unnötige Temperaturbelastung des Kunststoffrohres zu vermeiden.

Dem zu verarbeitenden Kleber sind zwischen 30 und 70% Toluol, bezogen auf die Klebermenge beigegeben. Toluol wirkt als Lösungsmittel und verringert die Viskosität des Klebers. Auf diese Weise kann auch das Toluol leicht in die Kleberlösung eingebracht werden. Die Kleberlösung kann so leicht auf das Stützteil aufgetragen werden und nach dem Verflüchtigen des Toluols kann die Verklebung erfolgen. Die gute Haftung des Klebers mit dem vernetzten Kunststoffrohr kann damit erklärt werden, daß sich durch den Kleber, ausgelöst durch das Peroxid, bei Erwärmung eine Covernetzung des Kunststoffrohres ergibt. Eine eindeutige Theorie für die gute Haftung auf Metall, insbesondere Messing konnte aber bisher nicht gefunden werden.

Zur Verbesserung der Haftung und auch der Abdichtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß das Stützteil an seiner mit dem Kunststoffrohr in Berührung stehenden Oberfläche eine Profilierung in Form von in Umfangsrichtung verlaufenden Erhebungen oder eine Kordelung aufweist. Bei Verwendung von in Umfangsrichtung verlaufenden Erhebungen ist es sinnvoll, wenn das Klemmteil an seiner inneren Oberfläche annähernd gleichartig profiliert ist und die Erhebungen in zwischen den Erhebungen des Stützteiles gelegene Senken eindringen.

Mit besonderem Vorteil weist der Stützkörper eine Ausnehmung auf, in welcher das Ende des Kunststoffrohres befindlich ist. Die Stirnfläche des Kunststoffrohres sollte mit der Bodenfläche der Ausnehmung in Berührung stehen und es sollte auch dort eine Verklebung vorhanden sein.

Das Klemmteil ist zweckmäßigerweise als Klemmring mit angeschrägten Kanten ausgebildet, welche in Eingriff mit einer Schräge am Stützteil und einer Schräge an einer Überwurfmutter stehen. Beim Festschrauben der Überwurfmutter wird der Klemmring durch die Wirkung der Schrägen in Richtung auf das Stützteil in seinem Durchmesser verringert, d. h. das Kunststoffrohr wird zwischen Klemmring und Stützteil eingespannt. Unter einem Klemmring im Sinne der Erfindung wird ein Ring verstanden, dessen Umfangsfläche einen Trennschnitt aufweist. Der Trennschnitt verläuft vorzugsweise unter einem Winkel zur Mittelachse des Klemmringes.

Die Verspannung des Klemmringes kann alternativ auch durch Flanschteile erfolgen, die eine entsprechende Schräge aufweisen und gegeneinander verspannt sind, z.B. mittels Schraubbolzen. Bei Verwendung der Verbindungsanordnung für Kunststoffrohre mit einer Diffusionssperre im Wandungsaufbau ist eine kräftemäßig getrennte Abdichtung von Innenrohr und Außenmantel sinnvoll, d. h. der Außenmantel und die Metallfolie werden über eine bestimmte Länge abgemantelt und zwei Klemmringe verwendet und zwar einer auf dem Innenrohr und einer auf dem Außenmantel.

Die Erfindung ist an Hand der in den Fig. 1 bis 8 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist auf das Ende eines Kunststoffrohres 1, welches aus einem Innenrohr 2 aus vernetztem Polyethylen, einer auf dem Innenrohr 2 aufliegenden Aluminiumfolie 3 und einem Polyethylenaußenmantel 4 besteht, ein Fitting 5 aufgesteckt, der aus einem Stützteil 6, einem Klemmring 7 und einer Überwurfmutter 8 besteht. Der Fitting 5 besteht vorteilhafterweise aus Messing. Die mit dem Ende des Kunststoffrohres 1 in Berührung stehende Oberfläche des Stützteils 6 ist mit einem Kleber auf der Basis Ethylen­ Vinylacetat beschichtet, dem ca 2% eines Peroxides zugesetzt sind. Vor dem Aufstecken des Fittings 5 auf das Ende des Kunststoffrohres 1 werden die Fläche 6 a und die durch die Ausnehmung 9 gebildete Bodenfläche 9 a mit dem modifizierten Kleber beschichtet, der zu diesem Zweck mit ca. 70% Toluol verdünnt wurde. Nach dem Verdunsten des Toluols wird der Fitting 5 aufgesteckt und die Überwurfmutter, die mittels eines nicht näher bezeichneten Gewindes mit dem Stützteil 6 verbunden ist, in Richtung auf das Stützteil 6 geschraubt.

Der Klemmring 7 besitzt an seinen Rändern je eine Schräge 7 a und 7 b, welche in Zusammenwirkung mit der Schräge 6 b am Stützteil 6 und der Schräge 8 a auf der Überwurfmutter 8 beim Aufschrauben der Überwurfmutter 8 auf das Stützteil 6 zu einer Verspannung des Klemmringes 7 auf dem Außenmantel 4 führt. Dadurch wird die innere Oberfläche des Innenrohres 2 gegen die Fläche 6 a gepreßt. Nach dem Verspannen des Fittings 5 wird das Stützteil 6 erwärmt z. B. in nicht dargestellter Weise mit einem elektrischen Heizgerät und zwar bis zur Zersetzungstemperatur des Peroxides bzw. geringfügig darüber. Durch die Erwärmung wird der Kleber dünnflüssig, so daß er etwaige Hohlräume ausfüllt. Gleichzeitig tritt eine Aktivierung durch die thermische Zersetzung des Peroxids auf. Die Anzeige der für die Zersetzung erforderlichen Temperatur kann durch eine an sich bekannte Thermochromfarbe geschehen, die auf die Oberfläche des Stützteiles z.B. bei 10 aufgebracht ist. Die Fläche 6 a kann noch mit einer Profilierung aus nicht näher bezeichneten ringförmigen Erhebungen versehen sein.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Fläche 6 a des Stützteils 6 leicht konisch ausgebildet, d. h. das Kunststoffrohr 1 wird beim Einführen des Fittings 5 leicht aufgeweitet. Das Einspannen des Rohrendes erfolgt durch einen Konusring 11, der durch die Überwurfmutter 8 mittels eines nicht näher bezeichneten Gewindes gegen die konische Fläche 6 a gezogen wird.

Ein ähnlicher Aufbau des Fittings 5 ist in Fig. 3 dargestellt. Hier wird der Konusring 11 direkt wie bei 12 gezeigt mit dem Stützteil 6 verschraubt. Zwischen dem Konusring 11 und dem Stützteil 6 kann noch eine Dichtung 13 vorgesehen werden. Die stirnseitige Abdichtung erfolgt durch eine Stirnplatte 14, die in den Konusring 11 eingeschraubt ist. Auch hier ist eine Dichtung 15 vorgesehen. Der Konusring 11 weist an seinem entgegengesetzten Ende eine schraubenlinienförmige Profilierung 16 auf, mit welcher er auf ein schraubenlinienförmiges Metallrohr 17 aufgeschraubt ist. Das schraubenlinienförmige Metallrohr dient als Schutzrohr für das Kunststoffrohr und schafft einen Spalt 18, der zur Druck- oder Vakuumüberwachung des Rohrsystems verwendet werden kann. Derartige Rohrkonstruktionen sind bevorzugt zum Transport von umweltgefährdenden Medien geeignet. Das freie Ende des Konusringes 11 ist noch über ein nicht dargestelltes Gewinde mit einer Gewindebuchse 19 verschraubt, die gemeinsam mit dem Konusring 11 auf das Wellrohr 17 aufgeschraubt ist. Die Profilierungen des Konusringes 11 und der Schraubbuchse 19 sind mit dem Wellrohr 17 mittels eines Metallklebers verklebt. Ein Losflansch 20 dient der Verbindung zweier gleichartig vorbereiteten Rohrenden. Die Dichtigkeit der Verbindung zwischen dem Kunststoffrohr 1, dem Stützteil 6 und dem Konusring 11 kann durch eine Prüfbohrung 21 getestet werden.

In den Fig. 4 und 5 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen der Klemmring 7 durch das Zusammenspannen des Stützteils 6 und eines Flanschteils 22 verspannt wird. Hierzu weist das Stützteil 6 einen Flansch 23 auf, durch dessen Bohrungen 24 und die Bohrungen 26 im Flanschteil 22 Schraubbolzen 25 hindurchgeführt sind. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 darin, daß der Außenmantel 4 des Kunststoffrohres 1 und die Diffusionssperre 3 im Bereich des Klemmringes 7 entfernt sind. Bei beiden Ausgestaltungen ist eine große Klemmfläche vorhanden, durch welche die Flächenpressung gering gehalten ist. Die Formschlüssigkeit dieser Verbindung beruht im wesentlichen auf einer Vorspannung des Rohrmaterials und nicht allein auf einer Haftreibung. Durch das Entfernen des Außenmantels 4 und der Diffusionssperre 3 wird verhindert, daß infolge der Flächenpressung durch den Klemmring die als Diffusionssperre dienende Metallfolie 3 ausbeult.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das abgesetzte Innenrohr 2 von einem Klemmring 27 gehalten ist, der durch eine Schraube 28 verspannbar ist. Für das Innenrohr 2 ist eine Profilierung der Fläche 6 a vorgesehen. Der Außenmantel 4 und die Metallfolie 3 werden durch einen gleichartigen Klemmring 29 auf dem Stützteil 6 festgelegt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 nutzt im Prinzip die Pressung nach den Fig. 4 und 5 aus, d. h. das Innenrohr 2 ist wie bei den genannten Ausführungsbeispielen gefaßt. Für die Fassung des Außenmantels 4 ist ein weiterer Klemmring 30 ähnlich wie der Klemmring 7 für das Innenrohr 2 vorgesehen. Für das Verspannen des Klemmringes 30 ist ein weiteres Flanschteil 31 erforderlich, welches über Schraubbolzen 32 mit dem Flanschteil 22 verspannt wird. Das Verspannen des Klemmringes 30 erfolgt ebenfalls über nicht näher bezeichnete Schrägen.

Bei allen Ausführungsbeispielen wird die Fläche 6 a des Stützteils 6 und falls vorhanden, der Boden 9 a der Ausnehmung 9 mit dem Kleber nach der Lehre der Erfindung bestrichen und die Vernetzung des Klebers durchgeführt. Um eine übermäßige Flächenpressung zu vermeiden, werden die Überwurfmuttern, Schrauben oder Schraubbolzen mit Drehmomentenschlüsseln angezogen.

Die Wirksamkeit des modifizierten EVA-Klebers soll an Hand des in der Fig. 8 dargestellten Diagramms verdeutlicht werden. Auf der Ordinate ist die Schälfestigkeit in N/cm und auf der Abzisse die Zeit in Tagen aufgetragen.

Für die Versuche wurden Platten aus Messing und Edelstahl in den Abmessungen 200 mm×200 mm×2 mm und Platten aus vernetztem Polyethylen in den Abmessungen 200 mm×200 mm×1 mm hergestellt. Als Kleber wurden verwendet:

• ein Einkomponentenkleber auf Acrylatbasis
• ein Polyamidkleber (Heißschmelzkleber)
• ein Butylkleber
• sowie der modifizierte EVA-Kleber.

Aus den Klebern wurden Platten mit einer Dicke von 0,1 mm gepreßt. Diese Platten wurden zwischen den Platten aus Metall und vernetztem Polyethylen angeordnet. Die Platten wurden dann bei 10 bar miteinander verpreßt und anschließend 10 min bei 160°C und 25 bar gelagert und abschließend unter Druck abgekühlt. Aus den so hergestellten Platten wurden die Prüflinge durch Aufschneiden von 10 mm breiten Streifen hergestellt.

Nach einer Lagerung in 90° warmem Wasser wurde die Haftung des Polyethylens auf dem Metall durch Messung der Schälfestigkeit ermittelt. Für den Acrylatkleber ergab sich keine Haftung mit dem Metall. Auch der Heißschmelzkleber erbrachte keine nennenswerte Haftung.

Der Butylkleber zeigte etwas bessere Ergebnisse, die auf dem Diagramm dargestellt werden konnten. Zu Beginn lag die Schälfestigkeit bei ca 15 N/cm ging aber nach 10 bzw. 20 Tagen Wasserlagerung auf Null zurück.

Der modifizierte EVA-Kleber zeigte auf Edelstahl sehr schlechte Werte auf Messing jedoch sehr hohe Anfangswerte, die sich nach der Wasserlagerung noch verbesserten. So lag die Schälfestigkeit noch nach 200 Tagen Wasserlagerung mit 35-40 N/cm etwa doppelt so hoch wie am Anfang.

Für Versuchszwecken an Fittingen wurden Messingfittinge, d.h. die Stützteile an ihren Flächen 6 a und 9 a mit dem modifizierten EVA-Kleber, der mit 70% Toluol verdünnt war, bestrichen. Nach dem Verdunsten des Toluols war eine dünne gleichmäßige Beschichtung auf den Flächen erkennbar. Nach dem Zusammenbau der Armatur wurde auf das Stützteil 6 Wärme aufgebracht, d. h. die Kleberbeschichtung wurde auf ca 175°C erwärmt und die Vernetzung des Klebers erfolgte. Reißversuche an den Armaturen bestätigten das aus dem Diagramm erkennbare Ergebnis.

Claims (7)

1. Verbindungsanordnung für Kunststoffrohre aus einem vernetzten Polymeren bestehend aus einem im Rohrinnern befindlichen Stützteil, einem auf dem Kunststoffrohr außenseitig aufliegenden Klemmteil und Mitteln zur Herstellung einer kraft- und formschlüssigen Verbindung zwischen dem Kunststoffrohr, dem Stützteil sowie dem Klemmteil, wobei Klemm- und Stützteil aus einem korrosionsbeständigen Metall wie Edelstahl, Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche von Stützteil und Kunststoffrohr mit einem Kleber auf Ethylen-Vinylacetat-Basis beschichtet ist, dem ein Vernetzungsmittel beigegeben ist.

2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vernetzungsmittel ein Peroxid ist, welches in einer Menge von 0,5-2,5%, bezogen auf die Klebermenge, beigegeben ist.

3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu verarbeitenden Kleber zwischen 30 und 70% Toluol beigegeben sind.

4. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützteil an seiner mit dem Kunststoffrohr in Berührung stehenden Oberfläche eine Profilierung in Form von in Umfangsrichtung verlaufenden Erhebungen oder eine Kordelung aufweist.

5. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper eine Ausnehmung aufweist, in welcher das Ende des Kunststoffrohres befindlich ist.

6. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmteil ein Klemmring mit angeschrägten Kanten ist, welche in Eingriff mit einer Schräge am Stützteil und einer Schräge an einer Überwurfmutter stehen.

7. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmteil ein Klemmring mit angeschrägten Kanten ist, welche im Eingriff stehen mit jeweils einer Schräge an Flanschteilen und die Flanschteile miteinander verspannt sind.