DE4214279C2 - Verbindungselement zum Verschweißen von Rohren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement zum Verschweißen von Rohren und/oder Fittings und Anschlußteilen aus Kunststoff. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Verbinden eines Rohrendes mit einem muffenar­ tigen Element unter Verwendung eines Verbindungselementes sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungs­ elementes der genannten Art.

Aus dem Stand der Technik sind Installationssysteme bekannt, welche aus Kunststoffteilen bestehen, welche miteinander verschweißt werden. Ein sehr häufig verwendeter Werkstoff ist hierbei Polypropylen. Dieser Werkstoff ermöglicht insbe­ sondere eine korrosionsfreie, saubere, rationelle und wirt­ schaftliche Herstellung von Installationen für Trinkwasser, Warmwasser, Kaltwasser sowie für Heizungsanlagen. Es ist hierbei sowohl möglich, die Installationssysteme bei Neubau­ ten, als auch bei der Ergänzung oder Reparatur bestehender Installationen zu verwenden.

Bei den bisher verwendeten Verbindungsverfahren werden Schweißgeräte verwendet, mit Hilfe derer die beiden zu ver­ bindenden Elemente erwärmt werden. Das Schweißgerät wird so­ mit beispielsweise zwischen die Muffe und das Rohr gescho­ ben, wobei ein Ansatz in die Ausnehmung der Muffe eindringt, während ein anderer Ansatz das Rohrende umschließt. Durch elektrische Beheizung werden die Kunststoffelemente erwärmt und nach einer ausreichenden Erwärmungszeit in der gewünsch­ ten Position zusammengeschoben und in dieser Position gehal­ ten, bis eine Abkühlung eintritt und dadurch der Schweißvor­ gang beendet ist.

Die beschriebene Vorgehensweise erweist sich bei der übli­ chen Montage von Installationen, insbesondere bei Installa­ tionen mit geringeren Nenndurchmessern als praktikabel und zuverlässig, da die Rohre, Muffen oder Fittings in ausrei­ chender Weise gehandhabt werden können. Hierbei ist es ins­ besondere erforderlich, nach dem Erwärmen der Muffe und des Rohrendes diese in die gewünschte Position zu bringen und in dieser Position zu halten. Spätere Korrekturen sind nicht mehr möglich, so daß sich der Nachteil ergibt, daß bei kom­ pliziert auszurichtenden Geometrien, beispielsweise bei rechtwinkligen Übergängen sehr hohe Anforderungen an die Durchführung des eigentlichen Schweißvorganges gestellt werden müssen.

Bei der beschriebenen Vorgehensweise ergeben sich systembe­ dingt verstärkt Schwierigkeiten, je größer der Nenndurchmes­ ser der zu verschweißenden Installationsteile und damit de­ ren Gewicht ist. Es ist offensichtlich, daß beispielsweise bei einer Überkopfmontage eines Rohres mit einem großen Durchmesser erhebliche Gewichte zu lagern sind und die Be­ dienungspersonen erhebliche Kräfte aufbringen müssen, um während des Heizvorganges die Elemente gegen das Heizgerät zu halten und nachfolgend das Rohr und die Muffe bzw. die beiden zu verbindenden Elemente ineinander zu schieben und in dieser Stellung bis zur Abkühlung zu fixieren.

Das bekannte Schweißverfahren kann weiterhin dann auf Pro­ bleme stoßen, wenn die Schweißverbindung in Bereichen durch­ zuführen ist, welche sehr schlecht zugänglich sind. Es ist dann vielfach nicht möglich, das Schweißgerät einzusetzen und/oder nach der Erwärmung die Teile in der gewünschten Po­ sition zu fixieren.

Zur Lösung der oben beschriebenen Probleme wurden gerade Muffen entwickelt, welche als sogenannte "Elektroschweiß­ muffen" bekannt sind. Diese Muffen dienen zum Verbinden zweier miteinander fluchtender Rohrenden, es handelt sich somit um gerade ausgebildete Muffen. Die Muffen weisen in ihrer Wandung eine Heizdraht-Wicklung auf, welche zum Zwecke des Schweißens mit einer externen Stromquelle verbindbar ist. Theoretisch ergibt sich somit die Möglichkeit, die bei­ den zu verbindenden Rohrenden in die Muffe einzuschieben und in gewünschter Weise zu fixieren. Durch den nachfolgenden Schweißvorgang erfolgt dann eine Verschweißung des jeweili­ gen Rohrendes mit der Muffe. Es sind somit zwei Schweißzonen vorhanden, nämlich eine Schweißzone zwischen dem ersten Rohrende und der Muffe und eine zweite Schweißzone zwischen der Muffe und dem zweiten Rohrende.

Die beschriebenen Elektroschweißmuffen zeichnen sich durch den gravierenden Nachteil aus, daß sie nur eine zueinander fluchtende Verbindung zweier Rohrenden ermöglichen. Die Ver­ bindung eines Rohres mit einem T-Stück, einem Winkelstück oder einem Bogenstück ist somit ebensowenig möglich, wie die Verschweißung mit sonstigen Fittings, beispielsweise Über­ gangsstücken, welche ein metallisches Gewinde aufweisen, Ab­ sperrventilen oder ähnlichem. Da die Herstellung einer Elek­ troschweißmuffe der beschriebenen Art sehr aufwendig ist, verbietet es sich, sämtliche verfügbaren Fittings oder An­ schlußstücke als "Elektroschweißfittings" oder "Elektro­ schweiß-Anschlußteile" auszugestalten. Dieses scheidet auch hinsichtlich der Lagerhaltungskosten aus, da der Installa­ tionsbetrieb nicht zusätzlich zu der großen Anzahl von be­ reits am Lager befindlichen Fittings und Anschlußteilen die­ se auch in Form von Elektroschweißteilen bevorraten kann.

Ein weiterer, wesentlicher Nachteil der Elektroschweißmuffen besteht darin, daß die zu verschweißenden Elemente, bedingt durch die stets auftretenden Fertigungstoleranzen nicht fest ineinander sitzen, sondern ein gewisses Spiel aufweisen.

Hierdurch kann während des Schweißvorganges ein Ringspalt auftreten, welcher zu einer Undichtigkeit der Schweißver­ bindung führt.

Die DE-AS 10 71 433 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden von Rohren aus thermoplastischen Kunststoffen, bei welchen zwischen die zu verbindenden Teile eine Schweißmuffe aus thermoplastischem Kunststoff mit eingebetteten Heizdrahtwindungen eingelegt wird. Es ist somit möglich, zwei beliebige Rohrelemente mittels der Schweißmuffe miteinander zu verbinden. Bei der bekannten Schweißmuffe erweist es sich als nachteilig, daß diese schlecht handhabbar ist, da die Gefahr besteht, daß die Schweißmuffe in ungewünschter Weise zwischen die zu verbindenden Rohre rutscht, so daß keine ausreichende Verschweißung gewährleistet ist. Weiterhin sind die vorgeschlagenen Anschlußstellen der Heizdrahtwindungen ungünstig angeordnet, so daß sich im praktischen Betrieb erhebliche Handhabungsprobleme ergeben.

Die JP-A2-190 695 beschreibt eine Hülse zum Verschweißen von Rohren aus einem Polymermaterial, welche der Hülse gemäß der DE-AS 10 71 433 ähnelt. Der Unterschied liegt lediglich darin, daß die gesamte Hülse konisch ausgebildet ist.

Aus der DE-OS 28 23 455 ist ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kunststoff-Schweißmuffe vorbekannt, bei welchem eine in üblicher Weise aufgebaute spezielle Schweißmuffe erzeugt wird. Hierbei wird eine elektrische Wicklung auf einen Trägerkörper aufgebracht, auf welchem wiederum ein Muffenaußenteil 7 aufgesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungse­ lement der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet und insbesondere leicht und betriebssicher anwendbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Verbindungselement zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. Der wichtigste Vorteil besteht darin, daß das Verbindungselement, da es die Form einer dünnwandigen, rohrförmigen Hülse aufweist, bei jeder gewünschten Verschweißung von Installationselementen, bei­ spielsweise eines Rohres mit einer Muffe oder einem Fitting verwendbar ist. Die Kosten für die Herstellung des Verbin­ dungselementes sind ausgesprochen gering, verglichen mit den am Markt befindlichen Elektroschweißmuffen, da letztere, da sie ein Funktionselement des Installationssystemes sind, hinsichtlich der Wandstärke und der Festigkeit ausreichend dimensioniert werden müssen. Demgegenüber kann die erfin­ dungsgemäße Hülse eine sehr dünne Wandstärke aufweisen und somit mit einem geringen Materialaufwand hergestellt werden. Dies erleichtert auch die Handhabung, da das zusätzliche Ge­ wicht ausgesprochen gering ist.

Ein weiterer, wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verbindungselementes besteht darin, daß dieses die Elektro­ verschweißung zweier Installationselemente ermöglicht, ohne daß diese speziell zu diesem Zwecke abgeändert werden müß­ ten. Das Verbindungselement kann somit zur Verbindung belie­ biger Bauelemente, beispielsweise Rohre, Fittings und/oder Anschlußteile verwendet werden. Es lassen sich somit die üb­ licherweise am Lager vorhandenen Bauelemente verschweißen, zusätzliche Aufwendungen zur Lagerhaltung spezieller Teile entfallen vollständig.

Das erfindungsgemäße Verbindungselement kann in üblicher Weise an bestehende Fremdstromquellen angeschlossen werden, es ist somit universell einsatzfähig und bedarf keiner wei­ teren speziellen Anschlußgeräte.

Bevorzugterweise ist das Verbindungselement aus dem gleichen Werkstoff wie die zu verbindenden Werkstoffe gefertigt, bei­ spielsweise aus Polypropylen. Es erfolgt somit eine innige Verschweißung zwischen dem Rohr und der Muffe unter Zwi­ schenlegung einer dünnen Schicht aus dem Hülsen-Material des Verbindungselementes.

Das erwärmbare Element ist bevorzugterweise in Form einer Heizdrahtwicklung ausgebildet, es ist jedoch auch möglich, dieses in Form eines metallischen Zwischenelementes auszu­ gestalten, welches mittels Wirbelstrom erwärmbar wäre. Zu­ sätzlich sind weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten denkbar.

Besonders günstig ist es, wenn das Verbindungselement eine konische Außenwandung und/oder eine konische Innenwandung aufweist. Durch konische Zurichtung des Rohrendes bzw. der Bohrung der Muffe erfolgt somit ein fester Sitz, so daß kein Ringspalt vorhanden ist.

Sowohl bei der konischen als auch bei der zylindrischen Aus­ gestaltung der Hülse ist es besonders günstig, daß die In­ stallation vormontiert werden kann. Somit können die einzel­ nen Rohre, Abzweigelemente, Fittings usw. lagegenau ausge­ richtet und positioniert werden, bevor der eigentliche Schweißvorgang durchgeführt wird. Dies erweist sich insbe­ sondere bei T-Stücken, Winkelstücken oder ähnlichem als be­ sonders vorteilhaft, da eine exakte Ausrichtung auch nach dem Schweißvorgang vorliegt. Dies ist bei den bisher verwen­ deten Schweißgeräten, bei welchen die zu verbindenden Enden vorgewärmt und anschließend zusammengefügt wurden, nicht ge­ währleistet.

Da erfindungsgemäß das Verbindungselement lediglich zwischen das Rohr und die Muffe zwischengelegt wird, ergeben sich keinerlei Schwierigkeiten hinsichtlich des geforderten Prüf­ druckes, da, im Gegensatz zu den bekannten Elektroschweiß­ muffen das Verbindungselement nicht als Installationselement eingesetzt wird, welches dem vollen Systemdruck ausgesetzt ist.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß das Verbindungselement mit einem Flansch versehen ist, dieser kann beispielsweise die Anschlüsse für den Heiz­ draht lagern. Zusätzlich kann die Innenwandung des Verbin­ dungselementes an dem dem Flansch gegenüberliegenden Ende einen Anschlagflansch aufweisen, so daß stets eine korrekte Montage des Verbindungselementes vor dem Schweißen sicherge­ stellt wird.

Aus der beschriebenen konischen Ausgestaltung des Rohrendes und der Bohrung der Muffe ergibt sich noch ein wesentlicher weiterer Vorteil. Da Kunststoffelemente üblicherweise eine korrodierte Oberflächenschicht haben, welche den Schweißvor­ gang beeinflussen kann, ist es vorteilhaft, durch das koni­ sche Zurichten des Rohrendes und der Bohrung, beispielsweise durch Schälen, Aufbohren oder ähnliches, diese korrodierte oder oxidierte Oberflächenschicht zu entfernen.

Bezüglich des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemä­ ßen Verbindungselementes wird die der Erfindung zugrundelie­ gende Aufgabe dadurch gelöst, daß zunächst eine Hülse mit dem äußeren Flansch und dem inneren Anschlagflansch herge­ stellt wird, beispielsweise durch Spritzen. Diese Hülse weist eine dünne Wanddicke auf, auf welche nachfolgend die Heizdrahtwicklung aufgebracht wird, beispielsweise durch bi­ filares Auflegen. Nachfolgend wird die Heizdrahtwicklung in einem Spritzvorgang unter Verstärkung der Wanddicke der Hül­ se in weiteres Material eingebettet, so daß sich die ge­ wünschte End-Wanddicke des Verbindungselementes ergibt. Die­ ses Einspritzen kann vor oder nach der Herstellung der In­ stallationsanschlüsse erfolgen.

Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Verfahren zum Verbinden eines Rohrendes mit einem muffenartigen Element unter Ver­ wendung des erfindungsgemäßen Verbindungselementes geschaf­ fen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß das Ver­ bindungselement in das muffenartige Element eingesetzt wird, daß das Rohrende in das Verbindungselement einschoben wird und daß ein Schweißstrom über eine vorgegebene Zeitdauer durch den Heizdraht geleitet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ausgesprochen einfach durchzuführen und erfordert von der Bedienungsmannschaft keine speziellen Kenntnisse. Da das Verbindungselement vor dem Schweißen vollständig montierbar ist, können sämtliche Bauelemente exakt ausgerichtet werden, insbesondere durch gegenseitiges Verdrehen, so daß sich die Position von Win­ kelstücken, T-Stücken oder Armaturen exakt vorbestimmen läßt.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verbindungselementes kann zusätzlich und/oder in Kombination mit dem bekannten Schweißverfahren erfolgen, so daß, beispielsweise aus Ko­ stengründen das Verbindungselement nur dann eingesetzt wer­ den braucht, wenn seine Verwendung aus technischer und öko­ nomischer Sicht sinnvoll ist. Zusätzlich können sonstige Schweißverbindungen auf herkömmliche Weise unter Verwendung der üblichen Schweißgeräte ausgeführt werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungs­ beispieles in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verbindungselementes in Zuordnung zu einem Rohrende und einer Muffe, und

Fig. 2 eine Seiten-Schnittansicht der Anordnung gemäß Fig. 1 in fertig montiertem Zustand.

Bei der gezeigten Anordnung ist der Endbereich eines Rohres 2 konisch abgeschält worden, beispielsweise in einem Winkel von zwei Grad. In gleicher Weise ist eine Innenöffnung 10 eines Fittings oder einer Muffe 3 konisch erweitert worden, beispielsweise ebenfalls mit einem Winkel von zwei Grad.

Erfindungsgemäß ist ein Verbindungselement 1 vorgesehen, welches in Form einer dünnwandigen Hülse ausgebildet ist, in deren Wandung ein Heizdraht 4 eingelegt ist, welcher mit An­ schlüssen 8 verbunden ist. Die Hülse weist einen Flansch 7 auf, welcher den maximalen Einschub in die erweiterte Innen­ öffnung der Muffe 3 begrenzt. An dem dem Flansch 7 gegen­ überliegenden Endbereich weist das Verbindungselement 1 ei­ nen Anschlagflansch 9 auf, welcher den maximalen Einschub des Rohrendes 2 begrenzt. Eine Außenwandung 5 des Verbin­ dungselementes 1 ist, ebenso wie eine Innenwandung 6 konisch ausgebildet, um einen passenden Sitz zu der Muffe 3 bzw. dem Rohr 2 zu ermöglichen.

Die Fig. 1 zeigt die zu verschweißenden Teile im nicht mon­ tierten Zustand, insbesondere um die Ausgestaltung des Ver­ bindungselementes 1 zu erläutern. Demgegenüber zeigt die Fig. 2 den fertig montierten, jedoch noch nicht verschweiß­ ten Zustand, in welchem das Verbindungselement 1 in die Muf­ fe 3 eingesetzt und das Rohr 2 in das Verbindungselement 1 eingeschoben ist. Da alle drei Teile aus dem gleichen Mate­ rial bestehen, ergibt sich, daß bei einer Erwärmung des Heizdrahtes 4 eine direkte Verschweißung der Muffe 3 mit dem Rohr 2 erfolgt.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmög­ lichkeiten. Es ist dem Fachmann insbesondere freigestellt, die Dimensionierung des Verbindungsstückes 1 in geeigneter Weise zu wählen. Weiterhin kann der Fachmann bei der Montage wählen, ob zuerst das Verbindungsstück 1 in die Muffe 3 ein­ geschoben oder dieses zuerst auf das Rohr 2 aufzustecken ist. Weiterhin kann es günstig sein, das Verbindungselement 1 beispielsweise an den Fittings oder Muffen vorzumontieren, um die Anzahl der auf einer Baustelle zu handhabenden Teile zu verringern. Dieses Vormontieren kann beispielsweise durch Einstecken, Einkleben oder Anschweißen des Verbindungsele­ mentes an der Muffe erfolgen.

Claims (6)

1. Verbindungselement zum Verschweißen von Rohren (2) und/oder Fittings (3) und Anschlußteilen aus Kunst­ stoff, wobei das Verbindungselement (1) in Form einer dünnwandigen, rohrförmigen Hülse ausgebildet ist, in deren Wandung zumindest ein erwärmbares Element eingebettet ist und welche am Verbindungsbereich zwischen den zu verschweißenden Elementen zwischenlegbar und mit diesen verschweißbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (1) mit einem Flansch (7) versehen ist, welcher Anschlüsse (8) für den Heizdraht (4) lagert, und daß an der Innenwandung (6) an dem dem Flansch (7) gegenüberliegenden Ende des Verbindungselementes (1) ein Anschlagflansch (9) ausgebildet ist.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (1) aus dem gleichen Werkstoff wie die zu verbindenden Elemente gefertigt ist.

3. Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erwärmbare Element in Form einer Heizdrahtwicklung (4) ausgebildet ist.

4. Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erwärmbare Element in Form eines mittels Wirbelstrom erwärmbaren Elementes ausgebildet ist.

5. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (1) eine konische Außenwandung (5) aufweist.

6. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (1) eine konische Innenwandung (6) aufweist.