DE4224680A1 - Verfahren zum Verschweissen von rohrförmigen Teilen und ein Schweisselement zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Verschweissen von rohrförmigen Teilen und ein Schweisselement zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stirnseitigen Ver
schweißen von rohrförmigen Teilen gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1, ein Schweißelement zur Durchführung des Verfah
rens gemäß Anspruch 2 sowie eine Verwendung des Schweißelementes
gemäß Anspruch 9.
Durch die EP-0 240 732-A ist ein Verfahren zum Verschweißen
stumpfgestoßener Vollwand-Rohre aus Kunststoff bekanntgewor
den wobei durch das zwischen die Rohre gelegte Schweißelement
die gesamten Stirnflächen der zu verschweißenden Rohre er
hitzt werden, wodurch am Innenumfang der Rohre ein Schweißwulst
entsteht, der meist unerwünscht ist. Um die zu verbin
denden Rohre als auch das Schweißelement beim Schweißen
fluchtend zu halten, ist hierfür ein besonderes, auf den Außenumfang
der Rohre steckbares Sattelteil erforderlich.
Für Verbundrohre - oder auch Doppelwandrohre genannt -, welche
z. B. neuerdings für die Abwasser-Kanalisation verwendet
werden, ist das Schweißverbindungs-Verfahren gemäß der
EP-0240732-A nicht geeignet. Derartige Rohre bestehen aus
einem dünnwandigen zylindrischen Innenrohr und aus einem
gewellten, mit dem Innen-Rohr fest verbundenen Außenrohr.
Ausgehend vom aufgezeigten Stand der Technik ist es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein dafür erfor
derliches Schweißelement zu schaffen, mittels welchem eine
zentrische Schweißverbindung von rohrförmigen Teilen ohne
Entstehung von Schweißwülsten an deren Innenumfang herstell
bar ist. Insbesonders soll dieses Verfahren für die vorgängig
genannten Verbundrohre geeignet sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden
Teil des Verfahrensanspruches 1, des Anspruches 2 für ein
Schweißelement sowie dessen Verwendung gemäß Anspruch 9
gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den
davon abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den bei
liegenden Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 die Enden zweier als Verbundrohre ausgebildeter
rohrförmiger Teile mit einem Schweißelement im
Teil-Längsschnitt, vor dem Verschweißen.
Fig. 2 die Enden gemäß Fig. 1 nach dem Verschweißen.
Fig. 3 eine Teilseitenansicht des in Fig. 1 und 2 dar
gestellten Schweißelementes.
Fig. 4 eine Ausführungsvariante eines Schweißelements
im Querschnitt.
Fig. 5 eine Teilseitenansicht des in Fig. 4 darge
stellten Schweißelementes.
Fig. 6A-6C Ausführungsvarianten von Schweißverbindungen
bei Verbundrohren gemäß den Fig. 1 und 2.
Fig. 7A-7C Schweißverbindungen bei dickwandigen Rohren.
Fig. 8A-8C Schweißverbindungen bei Wellrohren.
Fig. 9A, 9B Ausführungsvarianten von Schweißelementen bei
den in Fig. 7 gezeigten Schweißverbindungen
und
Fig. 10A, 10B Ausführungsvarianten von Schweißelementen bei
den in Fig. 8 gezeigten Schweißverbindungen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen die Enden von als Verbundrohre bzw.
Wellrohre ausgebildeten rohrförmigen Teilen 1 aus Kunststoff.
Derartige Rohre bestehen jeweils aus einem durchgehenden zy
lindrischen Innen-Rohr 2 und aus einem gewellten Außen-Rohr 3
welche bei deren Herstellung fest miteinander verbunden wer
den. Das Außen-Rohr 3 weist ringförmige Wellen-Berge 4 und
Wellen-Täler 5 auf, welche im Querschnitt trapezförmig ausge
bildet und jeweils durch eine Außenwand 6 die beiden schrägen
seitlichen Wände 7 und 8 und die Innenwand 9 begrenzt sind.
Da das Ende des rohrförmigen Teiles 1 jeweils für das gegen
seitige Verbinden durch Abtrennung im Wellental gebildet wird,
entsteht ein durch das Innen-Rohr 2 und die Innenwand 9 zusam
mengesetzter Vorsprung 10 mit einer inneren Stirnfläche 11.
Zum Verschweißen des rohrförmigen Teils 1 ist ein Schweißelement
20 vorgesehen, welches aus einem ringförmigen Teil 21
aus Kunststoff mit einer an dessen Außenkontur angeordneten
Heizwicklung 22 besteht.
Das ringförmige Teil 21 ist entsprechend einem Wellental 5 im
Querschnitt trapezförmig mit zwei schrägen Seitenflächen 24
einer, einen Zentriersitz bildenden inneren Umfangsfläche 23
und einer äußeren Umfangs-Fläche 25 ausgebildet.
Die Heizwicklung 22 weist einen mäanderförmig bzw. zick-zack
förmig gewickelten und mit Kunststoff ummantelten Widerstands
draht 26 auf, deren Wicklungsstränge 27 quer zur Umfangsrich
tung des ringförmigen Teiles 21 verlaufen. (Siehe auch Fig. 3)
Die Heizwicklung 22 ist im Querschnitt U-förmig gebogen und
reicht von einer Seitenfläche 24 über die Außen-Umfangsfläche
25 bis zur anderen Seitenfläche 24 des ringförmigen
Teiles 21.
Die Umkehrenden 28 der Wicklungsstränge 27 weisen an den Sei
tenflächen 24 jeweils eine Distanz zur Innen-Umfangs-Fläche 23
auf, wodurch in dem inneren Bereich keine oder eine geringe
Aufschmelzung des Kunststoffes erfolgt.
Die beiden Schenkel 29 der U-förmigen Heizwicklung 22 liegen
jeweils in einer zu den Seitenflächen 24 nach innen versetzten
Fläche 24A an, wobei der Versatz ca. dem halben Außendurchmesser
der Kunststoff-Ummantelung des Widerstandsdrahtes 26
entspricht.
Dadurch ergibt sich gemäß Fig. 1 beim eingelegten Schweißelement
20 zwischen den Seitenflächen 24 und den Seitenwänden
7 und 8 ein Spalt 12.
Die Heizwicklung 22 besteht vorzugsweise aus zwei Wicklungs
teilen, welche zueinander parallel geschaltet den gleichen
oder annähernd gleichen ohmschen Widerstand aufweisen und
welche jeweils am halben Umfang des ringförmigen Teiles 21
angeordnet sind.
Für die Erstellung der Schweißverbindung werden die rohrför
migen Teile 11 mit ihren Vorsprüngen 10 auf das Schweißele
ment 20 gesteckt wobei durch den Zentriersitz 23 eine zueinan
der zentrische Lage der rohrförmigen Teile erreicht wird. Zwi
schen den inneren Stirnflächen 11 ergibt sich wie aus Fig. 1
ersichtlich ein Spalt 13 und zwischen dem ringförmigen Teil 2
und den rohrförmigen Teilen 1 die bereits beschriebenen Spalte
12.
Durch Stromzufuhr zu der Heizwicklung 22 wird das ringförmige
Teil 21 und die Enden der rohrförmigen Teile 1 im Bereich der
Seitenflächen 24 und der Seitenwände 7, 8 erhitzt wobei das
Kunststoffmaterial in diesen Bereichen plastifiziert wird.
Gleichzeitig wird auf die rohrförmigen Teile 1 ein gegensei
tiger axialer Druck ausgeübt, bis diese mit ihren inneren,
nicht plastifizierten Stirnflächen 11 aneinander liegen. Der
Druck wird bis zum Erkalten der plastifizierten Materials auf
recht erhalten, wodurch eine feste Schweißverbindung ohne
einen Wulst am Innenumfang der rohrförmigen Teile 1 entsteht.
(Siehe Fig. 2)
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Ausführungsvariante eines
Schweißelementes 30 mit einem ringförmigen Teil 31, welcher
allseitig mit einem mit Kunststoff ummantelten Widerstands
draht 26 zur Bildung der Heizwicklung 32 umwickelt ist.
Die Fig. 6A bis 6C zeigen die Verwendung des Schweißelementes
30 zum Verbinden von rohrförmigen Teilen 1, welche wie zu den
Fig. 1, 2 beschrieben als Verbundrohre bzw. Wellrohre mit ei
nem Innen-Rohr 2 und einem Außenrohr 3 ausgebildet sind.
Die Fig. 6B zeigt zusätzlich zum Schweißelement 30 einen in
neren Ring 33, welcher vor dem Verschweißen einen seitlichen
Spalt 12 bildet, wobei bei der in der Fig. 6C gezeigten Aus
führungsvariante ein äußerer Ring 34 verwendet wird.
Die Fig. 7A bis 7C zeigen das Verschweißen von dickwandigen
Rohren 100 mittels Schweißelementen 30a, welche eine Heiz
wicklung 32a aufweisen die entsprechend Fig. 4 und 5 durch Um
wickeln eines ringförmigen, im Querschnitt rechteckigen oder
quadratischen Teiles 31a hergestellt ist. Die Enden der Rohre
100 sind mit einer Ausnahme versehen, wodurch ein Vorsprung
101 mit einer inneren Stirnfläche 102 gebildet wird.
Vor dem Verschweißen ist zwischen den Stirnflächen 102 ein
Spalt 13 wie bereits zu den Fig. 1 und 2 beschrieben vorhan
den, wobei das Verschweißen analog erfolgt. Die Fig. 7B zeigt
die zusätzliche Verwendung eines inneren Ringes 33a und die
Fig. 7C eines äußeren Ringes 34a.
Die Fig. 9A und 9B zeigen das Verschweißen von dickwandigen
Rohren 100 entsprechend Fig. 7 mit einem Schweißelement 20a
wie es ähnlich zu den Fig. 1 bis 3 beschrieben ist. Bei der
Ausführung gemäß Fig. 9A verlaufen die Wicklungsstränge 27a
von einer Seitenfläche 24a über die äußere Umfangsfläche 25a
zur anderen Seitenfläche 24a und bei der Ausführung gemäß
Fig. 9B über die innere Umfangsfläche 23a. Der ringförmige
Teil 21a weist vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt
auf.
Im weiteren zeigen die Fig. 8A, 8B, 8C, 10A und 10B das Verschweißen
von Wellrohren 200 mit bogenförmig ausgebildeten
Wellen-Tälern 201 und Wellen-Bergen 202. Die Schweißverbindung
erfolgt in einem Wellen-Tal 201 so daß hier die Enden
ebenfalls einen Vorsprung 203 mit inneren Stirnflächen 204
bilden.
Die Schweißelemente 30C gemäß den Fig. 8A, 8B, 8C weisen
Heizwicklungen 32c gemäß den Fig. 4, 5 auf, wobei die Quer
schnitte der ringförmigen Teile 31c der Form des Wellentals 201
angepaßt sind.
Gemäß Fig. 8B wird wieder ein innerer Ring 33c und gemäß
Fig. 8C ein äußerer Ring 34c verwendet.
Bei den Ausführungsvarianten gemäß 10A und 10B werden
Schweißelemente 20C verwendet, wie sie zu den Fig. 1 bis 3
beschrieben sind aber ein, entsprechend der Form des Wellen
tals 201 im Querschnitt angepaßtes ringförmiges Teil 21C auf
weisen und die Heizwicklung 22c entsprechend gebogen ist.
Auch bei der Ausführungsvariante gemäß den Fig. 1 und 2 kann
die Heizwicklung 22 an der Innen-Umfangsfläche 23 und über
einen Teil der Seitenflächen 24, 25 des konischen ringförmigen
Teiles 21 angeordnet werden, wie dies analog zu den in den
Fig. 9B und 10B gezeigten Ausführungsvarianten dargestellt ist.
Claims (10)
1. Verfahren zum stirnseitigen Verschweißen von rohrförmigen
Teilen aus Kunststoff, deren Enden einen Vorsprung mit
einer vom Innenumfang ausgehenden Stirnfläche aufweisen,
wobei ein Schweißelement mit einer Heizwicklung zur elek
trischen Widerstandsbeheizung zwischen die Enden der rohr
förmigen Teile gelegt wird, gekennzeichnet durch folgende
Verfahrensschritte:
- - die beiden rohrförmigen Teile werden bei gleichzeitiger ge genseitiger Zentrierung mit dem Vorsprung auf das Schweißelement gesteckt, wobei zwischen den Vorsprüngen ein Spalt gebildet wird
- - durch Stromzuführung zu der Widerstandsheizung im Schweißelement wird der Kunststoff mindestens in einem Teilbereich der aneinander liegenden Flächen der rohrförmigen Teile und des Schweißelementes aufgeschmolzen wobei keine Aufschmel zung der inneren Stirnflächen erfolgt
- - während der Aufheizung werden die rohrförmigen Teile gegen einander gedrückt bis die als Festanschlag wirkenden Stirn flächen aneinander liegen
- - nach Abschaltung des Stromes werden die rohrförmigen Teile solange aneinandergehalten, bis der verschweißte Bereich durch Erkalten erstarrt ist.
2. Schweißelement zur Durchführung des Verfahrens nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen aus Kunst
stoff bestehenden ringförmigen Teil (21, 31) aufweist, wo
bei mindestens drei Umfangsseiten an der Außenkontur mit
einer Heizwicklung (22, 32) versehen sind.
3. Schweißelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizwicklung (32) durch Umwickeln der gesamten
Außenkontur mittels eines mit Kunststoff ummantelten Wi
derstandsdrahtes (26) gebildet wird.
4. Schweißelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizwicklung (22) mindestens einen mäanderförmig
bzw. zick-zack-förmig gewickelten und mit Kunststoff umman
telten Widerstandsdraht (26) aufweist, deren Wicklungs
stränge (27) quer zur Umfangsrichtung des ringförmigen Tei
les (21) von einer Seitenfläche (24) über die Außen- oder
die Innen-Umfangsflächen (25, 23) zur anderen Seitenfläche
(24) des ringförmigen Teiles (21) verlaufen.
5. Schweißelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Innenumfang (23) als Zentriersitz
(23) für die beiden zu verbindenden rohrförmigen Teile (1)
ausgebildet ist.
6. Schweißelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Umkehr-Enden (28) der Wicklungsstränge
(27) an den beiden Seitenflächen (24) jeweils mit Distanz
zu der Außen- oder Innen-Umfangs-Fläche (25, 23) des ring
förmigen Teiles (21) angeordnet sind.
7. Schweißelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Heizwicklung (22, 32) zwei Wick
lungsteile aufweist, welche zueinander parallel geschaltet
den gleichen oder annähernd gleichen ohmschen Widerstand
aufweisen und welche jeweils am halben Umfang des ring
förmigen Teiles (21, 31) angeordnet sind.
8. Schweißelement nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das ringförmige Teil (21, 31) mit zum
Innenumfang sich verkleinerndem Querschnitt trapezförmig
ausgebildet ist.
9. Verwendung des Schweißelementes gemäß einem der An
sprüche 2 bis 8, zur Verbindung von rohrförmigen Teilen
(1) welche aus einem zylindrischen Innenrohr (2) und einem
mit dessen Außenumfang fest verbundenen, in Längsrichtung
wellenförmig ausgebildeten Außenrohr (3) bestehen, wobei
die Rohrenden des Innenrohres einen Vorsprung (10) zum
Aufstecken des Schweißelementes (20, 30) bilden.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Außenrohr (3) im Längsschnitt trapezförmig ausgebil
det ist.
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