DE4332775C2

DE4332775C2 - Verfahren zum Anformen einer Einsteckmuffe an einen Rohrleitungsschuß

Info

Publication number: DE4332775C2
Application number: DE19934332775
Authority: DE
Inventors: Horst Vogelsang
Original assignee: Ernst Vogelsang GmbH and Co KG
Current assignee: Ernst Vogelsang GmbH and Co KG
Priority date: 1993-09-25
Filing date: 1993-09-25
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2013-09-26
Also published as: DE4332775A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anformen einer Einsteckmuffe an einen extrusionsgeformten Rohrleitungsschuß aus einem Polyethylen-Kunststoff, der eine monoplastische Wand mit zumindest einer angeformten Einsteckmuffe aufweist. - Der Begriff monoplastisch ist analog zu monolithisch gebildet und besagt im Rahmen der Erfindung, daß es sich um einen Rohrleitungsschuß aus einem einheitlichen Polyethylen-Kunststoff handelt, wenn dieser auch, über die Länge des Rohrleitungsschusses bzw. über den Umfang verteilt, unterschiedliche Mikrostrukturen aufweist. Der Rohrleitungs schuß ist im Wege der Monoextrusion und nicht durch Coextrusion verschiedener Kunststoffe hergestellt. Die im Rahmen der Erfindung eingesetzten Polyethylen-Kunststoffe sind die für Rohrleitungen, insbesondere für erdverlegte Rohrleitungen, üblichen Polyethylen-Kunststoffe. Polyethylen- Kunststoffe bestehen aus vielen ungeordneten langen Ketten, die durch Verbindung von C-Atomen und CH₂-Gruppen gebildet sind. Die Ketten können linear oder auch verzweigt aneinan dergereiht sein. Man spricht insoweit auch von Makromolekülen Zwischen den Ketten sind schwache intermolekulare Bindungskräfte wirksam, welche die Materialeigenschaften bestimmen. Es versteht sich, daß diese Bindungskräfte besonders ausgeprägt sind, wenn einzelne Kettenstücke im Polyethylen-Verband sich sehr nahe kommen. Geordnete Bezirke dieser Art, in denen Ketten bündelartig zusammenlaufen, werden im Gegensatz zu dem sie umgebenden ungeordneten Bereich als Kristallite bezeichnet. Der ungeordnete Bereich wird auch als amorpher Bereich bezeichnet. Es versteht sich, daß bei Polyethylen-Kunststoffen außer den bereits beschrie benen Bindungskräften auch andere Zusammenhaltmechanismen wirksam sein können, zum Beispiel auch eine mehr oder weniger ausgeprägte Vernetzung. Bei sehr tiefen Temperaturen sind alle Teile der Makromoleküle gleichsam eingefroren. Durch Zufuhr thermischer Energie werden zuerst die leichter, später die schwerer beweglichen Moleküle zu Bewegungsvorgängen angeregt. Der Aggregatzustand der Kunststoffe ändert sich bei einer solchen Erwärmung zunächst kaum. Oberhalb einer bestimmten Temperatur wird jedoch die Bewegungsenergie der Makromoleküle so groß, daß der Kunststoff zu erweichen beginnt. Er geht von einem festen in einen weicheren Zustand über, der als viskoelastischer Zustand bezeichnet wird. Im viskoelastischen Zustand ist der Zusammenhalt der Makromole küle untereinander zwar bereits sehr gelockert, aber noch nicht vollständig aufgehoben. Wird die Temperatur weiter erhöht, so geht der viskoelastische Zustand in ein viskoses Fließen über. Wegen der Kristallite, die sich durch das vorstehend angedeutete Bündelungsphänomen bilden, kommt zu dem Erweichungsbereich noch der bei höheren Temperaturen liegenden Schmelzbereich der Kristallite hinzu. Die Kri stallite werden zunächst noch oberhalb des Erweichungs bereiches der amorphen Anteile zusammengehalten. Die Anzahl oder Häufigkeit der Kristallite in der Volumeneinheit be stimmt die Festigkeit. In diesem Zusammenhang ist bereits vorgeschlagen worden, durch Steuerung der Werkzeugwand temperatur den Kristallinitätsgrad teilkristalliner polymerer einzustellen, damit die Kristallinität über die gesamte Wandstärke konstant ist (DE-OS 19 38 496). Polyethylen-Kunst stoffe, die grundsätzlich in der beschriebenen Weise auf gebaut sind, zeigen wegen des beschriebenen Aufbaus und der damit zusammenhängenden Thermodynamik einen sogenannten Memory-Effekt. Darunter wird ein besonderes Schrumpfungsphänomen verstanden. Polyethylen-Kunststoffe können unterhalb des Schmelzbereiches ihre Form in Abhängigkeit von der Temperatur definiert reversibel ändern. Wenn die Verformung von Polyethylen-Kunststoffen, zum Beispiel durch Recken oder Aufweitung, im viskoelastischen Bereich erfolgt ist und der Zustand durch eine Temperatur eingefroren ist, bei der ein Molekülbewegung praktisch nicht mehr stattfindet, so werden bei nachfolgender Erwärmung die Spannungen abgebaut, der verformte Gegenstand kehrt unter Entwicklung beachtlicher Schrumpfkräfte in seine frühere Abmessung zurück.

Bei den bekannten Rohrleitungsschüssen aus Polyethylen- Kunststoff mit zumindest einer angeformten Einsteckmuffe erfolgt das Anformen der Einsteckmuffe regelmäßig im viskoelastischen oder weitgehend viskoelastischen Zustand. Das kann nach Fertigstellung der Rohrleitungsschüsse mit der angeformten Einsteckmuffe vor dem Gebrauch und im Gebrauch zu störenden Schrumpfungen führen, beispielsweise wenn die Rohrleitungsschüsse mit der angeformten Muffe gelagert werden und dabei Temperatureinflüssen ausgesetzt werden, das kann aber auch im eingebauten oder verlegten Zustand der Rohrleitungsschüsse geschehen. Die darauf beruhenden Maßänderungen stören. Die Störungen sind um so ausgeprägter, je dicker die Wand der Rohrleitungsschüsse ist. Bei Rohrleitungsschüssen mit zumindest einer angeformten Einsteckmuffe, die aus Polyvinylchlorid bestehen, läßt sich ohne Schwierigkeiten erreichen, daß die Wand der Rohrleitungsschüsse eine Wanddicke von über 4 mm, zum Beispiel von etwa 6 mm und mehr aufweisen, ohne daß störende Schrumpfungserscheinungen auftreten. Dabei besitzt die angeformte Einsteckmuffe zumeist auch die gleiche Wanddicke wie der Rohrleitungsschuß selbst, weil ein Stauchen der Muffe in axialer Richtung zum Zwecke der Vergrößerung der zunächst durch das Anformen der Einsteckmuffe reduzierten Wanddicke durchgeführt wird. Rohrleitungsschüsse mit angeformten Einsteckmuffen, die große Wanddicken aufweisen, aber aus Polyvinylchlorid bestehen, zeigen störende Schrumpfungs erscheinungen nicht. Bei entsprechenden Rohrleitungsschüssen aus einem Polyethylen-Kunststoff, die angeformte Einsteckmuffen und große Wanddicken aufweisen, treten jedoch störende Schrumpfungserscheinungen auf.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren so zu führen, daß die fertigen, mit der Einsteckmuffe versehenen Rohrleitungs schüsse frei sind von störenden Schrumpfungserscheinungen.

Zur Lösung dieses technischen Problems ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Anformen einer Einsteckmuffe an einen extrusionsgeformten monoplastischen Rohrleitungsschuß aus einem Polyethylen-Kunststoff mit den folgenden Verfahrensschritten:

a) Der Rohrleitungsschuß wird an dem Ende, an welches die Einsteckmuffe anzuformen ist, in den Erweichungsbereich erwärmt,
b) das in den Erweichungsbereich erwärmte Rohrende wird in eine Rohrmuffenform eingeführt, die einen beheizten Dorn aufweist und außen unbeheizt oder gekühlt ist,
c) dabei oder danach wird das erwärmte Ende pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch expandierend in Richtung der Formrauminnenwand der Rohrmuffenform gepreßt, wobei eine Reduzierung der Wanddicke des Rohrleitungsschusses im Einsteck muffenbereich in Kauf genommen wird,
d) das auf die Muffenweite expandierte Ende des Rohrleitungsschusses wird von der Muffenmündung her unter Vergrößerung der gemäß Merkmal c) reduzierten Wanddicke auf die durch die Rohrmuffenform vorge gebene Muffengeometrie gestaucht und dadurch sowie dabei gegen die unbeheizte oder gekühlte Formraum innenwand der Rohrmuffenform gepreßt,
e) die Temperatur des geheizten Dornes wird unter Berücksichtigung der Außentemperatur der Rohr muffenform so gewählt, daß sich in einem inneren Querschnittsbereich der Einsteckmuffenwand eine Temperatur im Schmelzbereich einstellt, die zu einer Temperatur im Erweichungsbereich an der Außenwand der Rohrmuffenform abfällt,

wobei die Haltezeit der geformten Einsteckmuffe in der Rohrmuffenform sowie die Abkühlgeschwindigkeit der angeformten Einsteckmuffe innerhalb oder außerhalb der Rohrmuffenform so gewählt werden, daß sich ein hochkristallitischer Innenquerschnittsbereich und ein schwachkristallitischer äußerer Querschnittsbereich ausbilden und der innere Querschnittsbereich eine umlaufendes kristallitisches Stützgewölbe bildet und dieses zur praktisch verformungsfreien Abstützung des schwachkristallitischen Außenbereiches bei auftretenden Schrumpfspannungen ausgelegt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann von Rohrleitungsschüssen ausgegangen werden, die nach der Extrusion und der üblichen Kalibrierung zunächst abgekühlt und gelagert sind. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die es erlaubt, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit sehr kurzen Zeiten für das Anformen der Einsteckmuffen zu arbeiten, ist dadurch gekennzeichnet, daß nach der Extrusion und Kalibrierung das noch Extrusionsrest wärme aufweisende Ende des Rohrleitungsschusses, gegebenen falls nach Zwischenerwärmung, in die Rohrmuffenform eingeführt wird. Diese Verfahrensweise erlaubt es, bei der Herstellung der Rohrleitungsschüsse mit sehr kurzen Taktzeiten zu arbeiten.

Die zahlenmäßige Parameter, die im Rahmen des erfindungs gemäßen Verfahrens beachtet werden müssen, lassen sich leicht durch Versuche ermitteln. Handelt es sich um die gebräuch lichen Polyethylen-Kunststoffe, so kommt man regelmäßig zu sehr guten Ergebnissen, wenn durch die Temperatur des geheizten Dornes muffeninnenseitig eine Temperatur von größer als 125°C und muffenaußenseitig eine Temperatur von beachtlich unter 125°c aufrechterhalten wird. Die Haltezeit der geformten Einsteckmuffe in der Rohrmuffenform soll dabei in Minuten etwa der doppelten Wanddicke der ausgeformten Einsteckmuffe in Millimetern entsprechen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Wanddicke des Rohrleitungsschusses und damit die der angeformten Muffe zum Beispiel 4 mm betragen. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren jedoch für die Herstellung von Rohrleitungsschüssen mit angeformter, praktisch schrumpfungs freier Einsteckmuffe, die eine Wanddicke von 6 mm, 8 mm und 10 mm aufweisen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß durch geeignete Temperaturführung beim expandierenden Anformen einer Einsteckmuffe an einen zuvor durch Extrudieren hergestellten Rohrleitungsschuß aus Polyethylen-Kunststoff sowie durch eine geeignete Temperaturführung bei der Abkühlung nach dem Anformen der Einsteckmuffe das beschriebene Stützgewölbe erzeugt werden kann, welches über raschenderweise durch die beschriebenen Maßnahmen so eingerichtet werden kann, daß durch nachträgliche Schrumpfungsphänomene eine störende Veränderung der Maße der angeformten Einsteckmuffe nicht mehr eintritt. Die für die Ausbildung des Stützgewölbes erforderlichen Maßnahmen lassen sich experimentell ohne Schwierigkeiten ermitteln, wobei die zahlenmäßigen Parameter nach Maßgabe der Durchmesser, der Wanddicke aber auch der besonderen, eingesetzten Polyethylen-Kunststoffe unterschiedlich sind.

Im folgenden wird zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ein nach dem beschriebenen Verfahren hergestellter Rohrleitungsschuß mit angeformter Einsteckmuffe ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Rohrleitungsschuß mit angeformter Einsteck muffe im Längsschnitt und ausschnittsweise,

Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab den Ausschnitt A aus dem Gegenstand der Fig. 1 und

Fig. 3 im Maßstab der Fig. 2 einen Querschnitt B-B durch den Gegenstand der Fig. l, ebenfalls ausschnitts weise.

Der in den Figuren dargestellte Rohrleitungsschuß 1 wurde durch Extrudieren hergestellt und besteht aus einem Polyethylen-Kunststoff. Er besitzt eine im Sinne der einleitenden Definition monoplastische Wand 2, die durch Monoextrusion hergestellt wurde. Man erkennt die angeformte Einsteckmuffe 3.

Der extrusionsgeformte Rohrleitungsschuß 1 weist eine Wanddicke von über 5 mm auf. Die angeformte Einsteckmuffe 3 weist zumindest die gleiche Wanddicke auf. Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 bis 3 und insbesondere aus der Fig. 3 entnimmt man, daß die monoplastische Wand 2 im Querschnitt einen hochkristallitischen Innenbereich 4 und einen schwachkristallitischen Außenbereich 5 aufweist. Hochkristallitisch bezeichnet die Tatsache, daß eine Vielzahl von Kristalliten sich unmittelbar oder mittelbar gegen einander abstützen. Schwachkristallitisch bedeutet, daß nur wenige Kristallite sich ausgebildet haben. Man erkennt fernerhin, daß der hochkristallitische Innenbereich 4 ein umlaufendes kristallitisches Stützgewölbe bildet. Dieses ist so ausgelegt, daß eine praktisch verformungsfreie Abstützung des schwachkristallitischen Außenbereiches 5 bei auftretenden mechanischen Schrumpfspannungen in diesem Außenbereich stattfindet.

Die Wand der Einsteckmuffe 3 besitzt im übrigen eine Stauch textur, weil beim Anformen der Einsteckmuffe 3 nicht nur eine Aufweitung, sondern auch ein Stauchen durchgeführt worden ist. Die Wanddicke mag über 6 mm oder auch über 10 mm liegen. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung besitzt die Einsteckmuffe 3 einen Bereich mit einer eingeformten umlaufenden Aufnahmenut 6 für einen eingelegten Dichtungsring 7 und eine sogenannte Abdichtungskammer 8, an der die Abdichtungslippe 9 des Dichtungsringes 7 anliegt. Auch dieser Bereich des Rohrleitungsschusses 1 und der Einsteckmuffe 3 ist als Stützgewölbe ausgeführt.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, das Verfahren so zu führen, daß nach Anformung der Einsteckmuffe und Abkühlung noch eine Restschrumpffähigkeit bleibt. Der Restschrumpf kann durch eine dem Tempern in der Metallurgie ähnliche Wärmebehandlung ausgelöst werden. Danach ist die Einsteckmuffe bezüglich der Maße thermofixiert. Es versteht sich, daß die Restschrumpf reduzierung beim Anformen der Einsteckmuffe zugegeben wird. Im Rahmen der Erfindung liegt es fernerhin, das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Rohrleitungsschuß zu praktizieren, der innenseitig und/oder außenseitig eine weitere Kunststoffschicht anderer Funktion aufweist.

Claims

1. Verfahren zum Anformen einer Einsteckmuffe an einen extrusionsgeformten, monoplastischen Rohrleitungsschuß aus einem Polyethylen-Kunststoff mit den folgenden Verfahrensschritten:

wobei die Haltezeit der geformten Einsteckmuffe in der Rohrmuffenform sowie die Abkühlgeschwindigkeit der angeformten Einsteckmuffe innerhalb oder außerhalb der Rohrmuffenform so gewählt werden, daß sich ein hochkristallitischer Innenquerschnittsbereich und ein schwachkristallitischer äußerer Querschnittsbereich ausbilden und der innere Querschnittsbereich eine umlaufendes kristallitisches Stützgewölbe bildet, welches zur praktisch verformungsfreien Abstützung des schwachkristallinen Außenbereiches bei auftretenden mechanischen Schrumpf spannungen ausgelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der nach der Extrusion und Kalibrierung abgekühlte Rohrleitungsschuß an dem Ende, an welches die Einsteckmuffe anzuformen ist, in den Erweichungs bereich erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach der Extrusion und Kalibrierung das noch Extrusionsrestwärme aufweisende Ende des Rohrleitungsschusses, gegebenenfalls nach Zwischen erwärmung, in die Rohrmuffenform eingeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei durch die Temperatur des geheizten Dornes muffeninnenseitig eine Temperatur größer als 125°C und muffenaußenseitig eine Temperatur von beachtlich unter 125°C aufrechterhalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Haltezeit der geformten Einsteckmuffe in der Rohrmuffenform in Minuten etwa der doppelten Wanddicke der ausgeformten Einsteckmuffe in Millimetern entspricht.