DE4307704A1 - Verfahren zum Verschweißen von aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Rohrstücken - Google Patents

Verfahren zum Verschweißen von aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Rohrstücken

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DE4307704A1
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pipe sections
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pipe
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Ralph-Peter Dr Hegler
Wilhelm Hegler
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1.
In der Nachrichtentechnik werden vorwiegend extrudierte Vollwandrohre aus Polyäthylen eingesetzt, die also ähnlich Gas- oder Wasserrohren aus­ gebildet sind. Diese Rohre werden vielfach durch Schweiß-Muffen medien­ dicht, d. h. flüssigkeits- und gasdicht, miteinander verbunden. Da diese Rohre lediglich eine Schutzfunktion für die von ihnen aufgenommenen Ka­ bel wahrnehmen, könnte ein sogenanntes Wellrohr die gleiche Funktion zu­ mindest kostengünstiger erfüllen, da ein solches Wellrohr aufgrund seiner Wellrohrgeometrie bei gleicher Ringsteifigkeit mit 40 bis 60% weniger Ma­ terial hergestellt werden kann. Es kommt hinzu, daß ein solches Wellrohr für den Einsatz als Kabelschutzrohr in der Nachrichtentechnik besonders geeignet ist, da in Richtung seiner Achse das Kabel nur jeweils an den inneren Rohrabschnitten zur Anlage kommt. Die beim Einziehen eines Ka­ bels oder eines Lichtwellenleiters auftretenden Reibungskräfte sind um etwa 30% niedriger als bei Vollwandrohren, so daß die Länge der Rohr­ stücke größer gemacht werden kann, was wiederum zu einer Reduktion der Zahl der zu erzeugenden Schweißverbindung führt.
Eine mit Sicherheit mediendichte Verschweißung solcher Wellrohre ist bis heute nicht bekannt, da deren Wanddicken relativ gering sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsge­ mäßen Art zu schaffen, durch das eine mediendichte Verbindung von Rohrstücken aus Wellrohr ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeich­ nungsteil des Anspruches 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäßen Maßnah­ men wird erreicht, daß eine mechanisch steife und flächige Verschweißung zwischen den jeweils ein freies Endes eines jeden Rohrstückes bildenden äußeren Rohrabschnitten und zumindest dem Außenring oder dem Innenring der Schweiß-Muffe erzeugt wird. Der Innenring der Schweiß-Muffe steht nicht über die inneren Rohrabschnitte radial nach innen in das Wellrohr vor, so daß auch im Bereich der Schweißverbindung keine Hindernisstelle für das Einziehen von Kabeln oder Lichtwellenleitern geschaffen wird. Die zum Teil erfinderischen Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 ein Wellrohr im Teil-Längsschnitt,
Fig. 2 zwei aus einem Wellrohr gebildete Rohrstücke mit einer Schweiß- Muffe vor dem Zusammenfügen,
Fig. 3 die Rohrstücke und die Schweiß-Muffe nach Fig. 2 nach dem Zu­ sammenschieben zu Beginn des Heizens und Zusammenpressens,
Fig. 4 die Rohrstücke und die Schweiß-Muffe nach den Fig. 2 und 3 am Ende des Heizens und des Zusammenpressens,
Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform einer Schweiß-Muffe,
Fig. 6 ein Rohrstück mit einer Schweiß-Muffe und einer von dieser geson­ derten elektrischen Widerstandsheizung und
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform einer Schweiß-Muffe.
In Fig. 1 ist ein Teilausschnitt eines sogenannten Wellrohres 1 darge­ stellt, also eines aus schweißfähigem Kunststoff, beispielsweise Polyäthy­ len, Polypropylen od. dgl. bestehenden Rohres. Es weist eine Mittel- Längs-Achse auf, konzentrisch zu der das Wellrohr 1 mit gewellten Ab­ schnitten 3 versehen ist. Diese weisen konzentrisch zur Achse 2 verlau­ fende, im wesentlichen kreiszylindrische innere Rohrabschnitte 4 und ebenfalls konzentrisch zur Achse 2 verlaufende im wesentlichen kreiszylin­ drisch ausgebildete äußere Rohrbereiche 5 auf. Ein innerer Rohrabschnitt 4 ist mit den benachbarten äußeren Rohrbereichen 5 jeweils über angenä­ hert radial zur Achse 2 verlaufende Flanken 6 bzw. 7 verbunden. Zwi­ schen einem äußeren Rohrbereich 5 und den sich an diesen anschließenden Flanken 6, 7 ist ein - von der Achse 2 aus gesehen - radial nach außen gegenüber den inneren Rohrabschnitten 4 zurückgesetzter Hohlraum 8 aus­ gebildet. Das gesamte Wellrohr 1 wird endlos als Schlauch extrudiert und auf endlos umlaufenden Kalibriereinrichtungen nach dem sogenannten Va­ kuumverfahren oder dem sogenannten Blasverfahren oder Vakuum-Blas-Ver­ fahren in die gewellte Form gebracht. Derartige Kalibriervorrichtungen sind beispielsweise aus den deutschen Patenten 1 203 940 und 1 211 789 (entspr. GB-PS 971 021) bekannt.
Da die Rohre endlos hergestellt werden, aber nicht endlos transportiert werden können und da zum Einziehen von Kabeln in derartige Rohre die Länge eines Rohrstückes begrenzt ist, muß das endlose Wellrohr 1 durch­ trennt werden. Dies geschieht in der Weise, daß es mittels Messern 9 bei­ derseits eines inneren Rohrabschnittes 4 und der sich hieran anschließen­ den Flanken 6, 7 mit Schnitten 10, 11 durchtrennt wird, so daß - wie Fig. 2 entnehmbar ist - die entstehenden Rohrstücke 12, 13 an ihren frei­ en Enden kreiszylindrisch äußere Rohrabschnitte 5a mit radial zur Achse verlaufenden Stirnflächen 14, 15 aufweisen, die - bei miteinander fluch­ tender Anordnung der Rohrstücke 12, 13 - bündig gegeneinander anliegen, also gleichen Innendurchmesser d und gleichen Außendurchmesser D auf­ weisen.
Zum Verbinden zweier solcher Rohrstücke 12, 13 ist bei dem Ausführungs­ beispiel nach den Fig. 2 bis 4 eine Schweiß-Muffe 16 vorgesehen, die aus einem etwa zylindrischen Innenring 17 und einem diesen mit Abstand um­ gebenden ebenfalls etwa zylindrischen Außenring 18 besteht, die wiederum mittels eines Mittelsteges 19 einstückig miteinander verbunden sind. Die Schweiß-Muffe 16 besteht aus dem gleichen Material wie das Wellrohr 1, beispielsweise also aus Polyäthylen. Zwischen dem Außenring 18 und dem Innenring 17 sind zwei zu den Stirnseiten 20, 21 hin offene ringförmige Ausnehmungen 22, 23 gebildet, die zum Mittelsteg 19 hin leicht verjüngt ausgebildet sind. Im Bereich zwischen dem Mittelsteg 19 und der jeweili­ gen Stirnseite 20 bzw. 21 ist ihr größter Durchmesser D und ihr kleinster Durchmesser d, so daß bei einem Einschieben der beiden Rohrstücke 12, 13 mit ihren die Stirnflächen 14, 15 aufweisenden äußeren Rohrabschnitten 5a in die Ausnehmungen 22, 23 diese in die in Fig. 3 dargestellte Posi­ tion kommen, in der die Stirnflächen 14, 15 noch Abstand zum Mittelsteg 19 aufweisen.
Im Außenring 18 der Schweiß-Muffe 16 ist eine elektrische Widerstandshei­ zung 24 angebracht, die über Anschlußleitungen 25 mit einer Stromquelle verbindbar ist. Beim Erhitzen dieser Widerstandsheizung 24 wird der Werkstoff des Außenrings 18 und teilweise der Mittelsteg 19 geschmolzen. Außerdem werden die in den Ausnehmungen 22, 23 befindlichen, mit dem Außenring 18 sich berührenden Bereiche der in den Ausnehmungen 22, 23 befindlichen Teile der äußeren Rohrabschnitte 5a plastifiziert. Der In­ nenring 17 der Schweiß-Muffe 16 wird dagegen nicht plastifiziert. Da während des Heiz- und Plastifizier- bzw. Schmelz-Vorganges die beiden Rohrstücke 12, 13 entsprechend den Druckrichtungspfeilen 26, 27 aufeinan­ derzu gedrückt werden, werden die in den Ausnehmungen 22, 23 befindli­ chen äußeren Rohrabschnitte 5a vollständig in diese hineingepreßt und hierbei derart verformt, daß sie über die volle Länge a der Ausnehmun­ gen 22, 23 in diese eindringen, bis ihre - nunmehr verformten - Stirnflä­ chen 14, 15 gegen den Mittelsteg 19 anliegen und ebenfalls mit diesem verschweißt werden, wie Fig. 4 entnehmbar ist. Fig. 4 ist auch entnehm­ bar, daß die mit der Schweiß-Muffe 16 verschweißten äußeren Rohrab­ schnitte 5a außerhalb der Schweiß-Muffe 16 am Übergang zur jeweils benachbarten Flanke 6 bzw. 7 einen leicht gestauchten Abschnitt 28 auf­ weisen. Nach Erreichen der in Fig. 4 dargestellten Verbindung der beiden Rohrstücke 12, 13 mit der Schweiß-Muffe 16 wird der Strom abgeschaltet, so daß der plastifizierte Kunststoff in dieser Position erstarrt, wodurch eine mediendichte, also eine flüssigkeits- und gasdichte Verschweißung der beiden Rohrstücke 12, 13 erreicht wird. Da der Innenring 17 der Schweiß-Muffe 16 nicht erhitzt wird, wird er unter dem Schweißdruck in Richtung der Druckrichtungspfeile 26, 27 nicht verformt. Wie insbesondere Fig. 4 entnehmbar ist, ragt der Innenring 17 radial nicht nach innen über den inneren Rohrabschnitt 4 vor.
Die in Fig. 5 dargestellte Schweiß-Muffe 16′ unterscheidet sich von der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten nur dadurch, daß im Innenring 17′ eine allseitig in diesen eingebettete ringförmige Einlage 29, beispielsweise aus Metall, angeordnet ist, durch die die Steifigkeit des Innenringes 17′ und damit der Schweiß-Muffe 16′ insgesamt während der Temperaturbelastung, d. h. während der Verschweißung, erhöht wird. Im Vergleich zu der Aus­ gestaltung nach den Fig. 2 bis 4 ist diese Steifigkeit höher, obwohl dort aufgrund der Nicht-Beheizung des Innenringes 17 auch schon eine erhebli­ che Steifigkeit erhalten bleibt.
Bei der Ausgestaltung nach Fig. 6 ist die Schweiß-Muffe 16′′ nicht mit einer Widerstandsheizung versehen, d. h. auch ihr Außenring 18′′ besteht nur aus dem Werkstoff des Wellrohres 1. Es ist eine elektrische Wider­ standsheizung 30 für jedes Rohrstück vorgesehen, von denen nur ein Rohrstück 12 dargestellt ist. Diese elektrische Widerstandsheizung 30 ist durch ein aus Widerstandsdrähten bestehendes Heizband 31 gebildet, das U-förmig umgebogen ist, wie Fig. 6 entnehmbar ist. Es kann so auch über die Stirnfläche 14 des Rohrstückes 12 auf dessen äußeren Rohrabschnitt 5a geschoben werden. Dieser wird zusammen mit der elektrischen Wider­ standsheizung 30 in die ringförmige Ausnehmung 22′′ der Schweiß-Muffe 16′′ geschoben, deren Außenring 18′′ einen Ausschnitt 32 für die An­ schlußleitungen 33 der Widerstandsheizung 30 aufweist. Wie Fig. 6 ent­ nehmbar ist, ist auch der anderen ringförmigen Ausnehmung 23′′ ein ent­ sprechender Ausschnitt 32 zugeordnet. Der größte Durchmesser D′′ und der kleinste zugeordnete Durchmesser d′′ jeweils im mittleren Bereich jeder Ausnehmung 22′′ bzw. 23′′ ist etwas größer bzw. etwas kleiner als der entsprechende Durchmesser D bzw. d des äußeren Rohrabschnittes 5a′ da dieser noch vergrößert bzw. verkleinert wird durch die elektrische Wi­ derstandsheizung 30. Bei dieser Ausgestaltung werden die aneinander zur Anlage kommenden Flächenbereiche des äußeren Rohrabschnittes 5a und der die Ausnehmung 22′′ bzw. 23′′′ begrenzenden Wandabschnitte der Schweiß-Muffe 16′′ unmittelbar durch die Widerstandsheizung 30 plasti­ fiziert. Die Steifigkeit der Schweiß-Muffe 16′′ bleibt hierbei dadurch erhalten, daß der äußere Bereich des Außenrings 18′′ und der innere Be­ reich des Innenrings 17′′ nicht oder nur geringfügig erwärmt und damit nicht plastifiziert werden.
Es kann vorkommen, daß bereits ein Rohr, das aus Rohrstücken 12, 13 besteht, die durch eine Schweiß-Muffe 16 oder 16′ oder 16′′ miteinander verbunden sind, an Stellen eingezogen oder verlegt wird, wo der Außen­ ring 18, 18′′ der Schweiß-Muffe 16, 16′, 16′′ nicht über die gewellten Abschnitte 3 vorstehen darf. In einem solchen Fall muß dieser Außenring 18 bzw. 18′′ nach dem Schweißvorgang abgeschält werden. Damit in einem solchen Fall trotzdem eine zufriedenstellende Verschweißung erreicht wird, kann die Verschweißung entsprechend Fig. 6 erfolgen. Da in diesem Fall auch der Innenring 17′′ mit dem äußeren Rohrabschnitt 5a verschweißt ist, kann der Außenring 18′′ nach Herstellung der Schweißung abgeschält werden. Es kann aber auch eine Schweiß-Muffe 16′′′ nach Fig. 7 verwen­ det werden, die sich von der Schweiß-Muffe 16 nach den Fig. 2 bis 4 nur dadurch unterscheidet, daß die elektrische Widerstandsheizung 24′′′ im Innenring 17′′′ ausgebildet ist, während im Außenring 18′′′ keine solche Heizung angeordnet ist. In diesem Fall übernimmt der Außenring 18′′′ die Funktion, der Schweiß-Muffe 16′′′ während des Schweißvorganges die not­ wendige Steifigkeit zu geben. Dieser Außenring 18′′′ wird dann nach dem Schweißvorgang abgeschält.

Claims (7)

1. Verfahren zum Verschweißen von jeweils zwei aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Rohrstücken (12, 13) von Wellrohren (1) die aus gewellten Abschnitten (3) mit in Richtung einer Mittel-Längs-Achse (2) abwechselnd aufeinanderfolgende inneren Rohrabschnitten (4) und äußeren Rohrbereichen (5) und diese jeweils miteinander verbindenden im wesent­ lichen radialen Flanken (6, 7) bestehen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
  • - es werden zwei Rohrstücke (12, 13) eingesetzt, die in einem zylindri­ schen äußeren Rohrabschnitt (5a) mit jeweils einer Stirnfläche (14, 15) enden,
  • - die Rohrstücke (12, 13) werden mit ihren äußeren Rohrabschnitten (5a) in ringförmige Ausnehmungen (22, 23; 22′′, 23′′) einer Schweiß-Muffe (16, 16′, 16′′, 16′′′) aus thermoplastischem Kunststoff geschoben, wobei die Schweiß-Muffe (16, 16′, 16′′, 16′′′) jeden von ihr aufgenommenen äußeren Rohrabschnitt (5a) mittels eines Außenrings (18, 18′′, 18′′′) und eines Innenrings (17, 17′, 17′′, 17′′′) teilweise umgibt,
  • - der Außenring (18, 18′′, 18′′′) und/oder der Innenring (17, 17′, 17′′, 17′′′) einerseits und der äußere Rohrabschnitt (5a) andererseits werden mindestens in dem jeweils einander benachbarten Bereich plastifiziert,
  • - während des Plastifizierens werden die Rohrstücke (12, 13) in Richtung der miteinander fluchtenden Achsen (2) aufeinanderzu gedrückt, bis die ringförmigen Ausnehmungen (22, 23; 22′′, 23′′) zumindest im wesentli­ chen mit den plastisch verformten äußeren Rohrabschnitten (5a) gefüllt sind und
  • - der elektrische Strom wird abgeschaltet, und die äußeren Rohrabschnitte (5a) werden mit der Schweiß-Muffe (16, 16′, 16′′, 16′′′) durch Abküh­ len verbunden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schweiß-Muffe (16, 16′, 16′′, 16′′′) eingesetzt wird, deren Innenring (17, 17′, 17′′, 17′′′) und deren Außenring (18, 18′′, 18′′′) durch einen die beiden Ausnehmungen (22, 23; 22′′, 23′′) voneinander trennenden Mittel­ steg (19) miteinander verbunden sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schweiß-Muffe (16, 16′) eingesetzt wird, in deren Außenring (18) eine elektrische Widerstandsheizung (24) angeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schweiß-Muffe (16′′′) eingesetzt wird, in deren Innenring (17′′′) eine elektrische Widerstandsheizung (24′′′) angeordnet ist.
5. Verfahren nach einem der der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Schweiß-Muffe (16′) eingesetzt wird, deren Innenring (17′) mit einer Versteifungs-Einlage (29) versehen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Schweiß-Muffe (16′′) gesonderte Widerstandsheizung (30) einge­ setzt wird, die auf einen in die jeweilige Ausnehmung (22′′, 23′′) ein­ zuführenden äußeren Rohrabschnitt (5a) aufgesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Schweiß-Muffen (16, 16′, 16′′, 16′′′) eingesetzt werden, deren ring­ förmige Ausnehmungen (22, 23; 22′′, 23′′) sich von Stirnseiten (20, 21) der Schweiß-Muffe (16, 16′, 16′′, 16′′′) zum Mittelsteg (19) hin leicht verjüngen.
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