DE4342302C1 - Zugfeste Rohrverbindung sowie Werkzeug und Verfahren zur Herstellung einer zugfesten Rohrverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine zugfeste Rohrver­ bindung mit einer Muffe aus Kunststoff wie Polyethylen oder Polypropylen, mit einem darin angeordneten Dichtring für das Spitzende eines in die Muffe einzusetzenden, gleichfalls aus solchem Kunst­ stoff bestehenden Rohres sowie mit einem sich an wenigstens einer Muffenschulter entgegen der Rohrauszugsrichtung ab­ stützenden, am Rohr angreifenden und dieses in der Muffe zugfest sichernden, geschlitzten Haltering.

Eine derartige Rohrverbindung, von der die Erfindung ausgeht, ist aus der DE 35 19 671 C1 bekannt. Der zur zug­ festen Halterung des Rohres in der Muffe dienende ge­ schlitzte Ring ist ein üblicher Sprengring bzw. Seegering. Nachdem er in die Muffe eingeführt worden ist, läßt er sich mit einem von außen durch einen Wanddurchbruch der Muffe eingeführten Betätigungswerkzeug spreizen, so daß daraufhin das Spitzende des anzuschließenden Rohres durch den ge­ spreizten Sprengring hindurch in die Muffe eingeführt wer­ den kann. Sodann wird das Sprengringbetätigungswerkzeug ab­ genommen, so daß der Sprengring, der sich an einer muf­ feninneren Schulter abstützt, in eine Umfangsnut des anzu­ schließenden Rohres eingreifen kann.

Die Rohrverbindung entsprechend der DE 35 19 671 C1 hat sich als außerordentlich zuverlässig erwiesen, insbe­ sondere dann, wenn das anzuschließende Rohr ein Metallrohr ist. Wegen der Kerbwirkung der Rohr-Umfangsnut zur Aufnahme des Sprengrings eignet sich die vorbekannte Rohrverbindung weniger für relativ dünnwandige Kunststoffrohre.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Rohrverbin­ dung der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art in geschickter Weise so weiterzubilden, daß sie sich in besonderer Weise für Kunststoffrohre eignet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Haltering als Elek­ troschweißring ausgebildet ist mit mindestens einem nahe seiner Innenwandung eingebetteten Widerstandsheizdraht zur stoffschlüssigen Verbindung nach Art des "Heizwendelschweißens" mit dem Mantel des Rohres.

Die Erfindung beschreitet damit einen in mancherlei Hinsicht von der vorbekannten Rohranverbindung abweichenden Lösungsweg. Zwar ist auch der hier verwendete Haltering ein geschlitzter Ring, doch wirkt er nicht als Spreng- bzw. Spreizring, sondern als Spannring. Auch führt er nicht zu einer rein formschlüssigen Verbindung mit dem Rohr, sondern zu einer stoffschlüssigen Verbindung durch Verschweißen seines Kunststoffes mit dem Kunststoffmaterial des Rohres.

Hinsichtlich der Verbindung zwischen Haltering und Rohr tritt eine effiziente Wirkungsumkehr ein, denn diese Verbindung schwächt nicht - wie die bisherige - das einzu­ schiebende Rohr, sondern sie verstärkt es. Gerade in dem empfindlichen zugfesten Abstützbereich wird das Rohr durch die erfindungsgemäß im Innern der Muffe hergestellte Schweißverbindung erheblich stabilisiert und gefestigt.

Elektroschweißverbindungen verfügen normalerweise über geschlossenwandige Muffen, die innenmantelnah mit spulen- oder wendelförmig angeordneten Widerstandsheizdrähten aus­ gerüstet sind (vgl. z. B. EP 0 465 419 A1). Da dies bei einem geschlitzten Elek­ troschweißring nicht möglich ist, ist entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß wenig­ stens ein Widerstandsdraht, ausgehend von seinem schlitz­ nahen Eintritt bis zum - ebenfalls schlitznahen - Austritt innenumfänglich des Elektroschweißrings mäanderförmig zwischen den Schlitzrändern hin- und herver­ laufend angeordnet ist.

Vorzugsweise ist zur Aufnahme des Elektroschweißrings in der Muffe eine nutartige Aufnahme vorgesehen, in der der Elektroschweißring axialfest, jedoch dreh­ bar gehalten ist. Dabei sollte die Schlitzweite des Elek­ troschweißrings so bemessen sein, daß er sich im gespannten Zustand durch die Muffenöffnung in die Muffe einsetzen läßt.

Daß der Elektroschweißring kein in sich geschlossen­ wandiger Ring ist, sondern ein geschlitzter Ring, hat also mehrere Vorteile. Er gestattet ein einfaches Einbringen in die innerhalb der Muffe für ihn vorgesehene Aufnahme. Im ungespannten Zustand kann sein Innendurchmesser gegenüber dem Rohraußendurchmesser vergrößert sein, so daß sich das Rohr besonders leicht durch den Elektroschweißring in die Muffe einführen läßt. Weiterhin gestattet der Schlitz das feste Anspannen des Halterings an den Rohrmantel während des Verschweißvorgangs.

Zur Erleichterung des Verschweißens des Elek­ troschweißrings mit dem Rohr ist der Elektroschweißring schlitznah mit Angriffsflächen für ein Werkzeug zum Spannen des Elektroschweißrings gegen den Mantel des Rohres verse­ hen, und vorteilhafterweise besitzt die Muffe wenigstens einen Wanddurchbruch für eine Heizdrahtanschlußverbindung mit einer Spannungsquelle und/oder für den Angriff des Spannwerkzeugs.

Die neuartige Rohrverbindung erschließt den Weg für ein neues Verfahren zur Herstellung einer zugfesten Rohr­ verbindung nach dem Oberbegriff des Anspruches 10. Die Be­ sonderheit des Verfahrens besteht in den Verfahrensschrit­ ten:

• a. das Rohr wird durch den in der Muffe positionier­ ten, als Elektroschweißring ausgebildeten Haltering bis zur bestimmungsgemäßen Endlage in die Muffe eingeschoben, und
• b. der Elektroschweißring wird schlitzverengend gegen den Mantel des Rohres gespannt, mit Schweißspannung ver­ sorgt, und solange gespannt gehalten, bis er mit dem Rohr verschweißt ist.

Dies führt weiter zu einem speziellen, äußerst vor­ teilhaften Werkzeug zur Herstellung einer zugfesten Rohr­ verbindung nach dem Oberbegriff des Anspruches 7. Dieses Werkzeug ist dadurch gekennzeichnet, daß es als mindestens zwei Spannschenkel aufweisendes Spannwerkzeug ausgebildet ist, die mittels einer Hebelanordnung aufeinanderzuspannbar sind und jeweils eine Anschlußklemme für ein Stromkabel so­ wie einen Kontakt zur Beaufschlagung der Enden des Wider­ standsheizdrahts des Elektroschweißrings aufweisen. Dabei können die Kontakte an dem ihnen jeweils zugeordneten Spannschenkel gelenkig angeschlossen sein. Im übrigen kann eine Parallelführung zwischen den Kontakten vorgesehen sein, um die Schwenkbewegung der Spannschenkel auszuglei­ chen, während der Ring gegen das Rohr gespannt wird.

Weitere Vorteile sowie Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Beschreibung unter Be­ zugnahme auf die Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine Rohrverbindung vor ihrer Fertigstellung,

Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend der Schnittangabe A-B der Fig. 1,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung der ferti­ gen Rohrverbindung mit einer Schnittführung entspre­ chend der Schnittangabe A-B in Fig. 4,

Fig. 4 einen Querschnitt durch Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt ähnlich Fig. 4 mit zusätzlich an­ gesetztem Werkzeug zur Herstellung der Rohrverbin­ dung,

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X aus Fig. 5 und

Fig. 7 einen Schnitt entsprechend der Schnittangabe A-B in Fig. 6.

Eine Rohrverbindung umfaßt eine Muffe 10 sowie ein Rohr 11, die jeweils aus Kunststoff bestehen, und zwar vor­ nehmlich aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), je­ denfalls aus einem thermoplastischen Kunststoff. Zur Ab­ dichtung des in die Muffe eintauchenden Spitzendes des Roh­ res 11 dient eine bekannte Ringlippendichtung 12, die in einer nicht näher bezeichneten Aufnahmenut der Muffe 10 einliegt.

Um eine solche Rohrverbindung zugfest zu gestalten, nachdem das Rohr 11 bis zur bestimmungsgemäßen Posi­ tion in die Muffe eingeschoben ist, wird nach dem Erfin­ dungsprinzip innerhalb der Muffe eine Schweißverbindung hergestellt. Diese umfaßt neben dem Rohr 11 einen Elek­ troschweißring 13 als wesentlichen Bestandteil. Er besteht ebenfalls aus Kunststoff, und zwar vorzugsweise aus demsel­ ben Kunststoff wie das Rohr 11. Der Elektroschweißring 13 weist einen, seinen Mantel insgesamt durchsetzenden Schlitz 14 auf, der von den beiden Schlitzrändern 15 und 16 be­ grenzt wird. In Fig. 2 ist die Schlitzweite beim ungespann­ ten und unbelasteten Elektroschweißring 13 dargestellt. Da­ bei ist der Innendurchmesser 17 des Elektroschweißrings 13 größer als der Außendurchmesser 18 des Rohres 11.

Nahe seinem Innenmantel ist in den Werkstoff des Elek­ troschweißrings 13 mindestens ein Widerstandsheizdraht 19 eingebettet. Man kann sich den Verlauf dieses Widerstands­ heizdrahtes 19 etwa so vorstellen, daß er bei 20 eine von außen zugängliche Kontaktstelle aufweist oder ausbildet, von dort aus nahe der Innenumfangsfläche 17 bis in die Nähe des Schlitzrandes 16 verläuft, dort umkehrt, parallel zu­ rück verläuft bis kurz vor den Schlitzrand 15 und so wei­ ter, bis sein zweites Ende bei 21 einen von außen zugängli­ chen Kontakt oder Anschluß ausbildet. Demzufolge wäre ein solcher Verlauf des Widerstandsheizdrahtes 19 etwa als mäanderförmig von einem Schlitzrandbereich des Eingangs bis zum anderen Schlitzrandbereich seines Ausgangs zu bezeichnen.

Der Elektroschweißring 13 dient dazu, mit dem durch ihn hindurch und in die Muffe 10 bis zur bestimmungsgemäßen Position eingeschobenen Rohr 11 eine stoffschlüssige Ver­ schweißung einzugehen.

Dies geschieht folgendermaßen:
Zunächst wird der geschlitzte Elektroschweißring 13 durch Annähern seiner Schlitzränder 15 und 16 gegeneinander zusammengespannt, so daß er durch die Muffenmündung 22 in die Muffe eingesetzt werden kann, in der zu seiner Aufnahme eine Ringnut 23 ausgebildet ist. Beim Ausführungsbeispiel weist die Ringnut 23 zwei axial zueinander weisende Flanken auf, von denen die mit 24 bezeichnete Flanke im Hinblick auf die Zugfestigkeit der Rohrverbindung die entscheidende ist. Im übrigen ist daran gedacht, daß der Elektroschweiß­ ring 13 durchaus mit einem gewissen Spiel in der Umfangsnut 23 einliegt, damit er und das später mit ihm fest verbun­ dene Rohr 11 relativ zur Muffe 10 um die Längsachse L des Systems noch verdrehbar ist.

Das Rohr 11 wird nun mit seinem Spitzende durch den Elektroschweißring 13 hindurch und in die Muffe 10 einge­ schoben bis in seine bestimmungsgemäße Endlage, die beim Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet ist, daß das Stirnende des Rohres 11 an eine muffeninnenseitige Schulter stößt (siehe bei 25). In dieser Position wird nun die Schweißung wie folgt hergestellt:
Der Elektroschweißring 13 wird unter Verkleinerung seines Innendurchmessers 17 zusammengespannt und somit fest an den Mantel des Rohres 11 angepreßt. Dann wird sein wenigstens einer Widerstandsheizdraht 19 an eine Spannungsquelle ange­ schlossen, wobei der Strom das Aufheizen des Drahtes be­ wirkt und das Anschmelzen der Grenzflächen von Elek­ troschweißring 13 sowie Rohr 11. Es findet eine innige Ma­ terialverschweißung statt, die zu einem völlig homogenen, festen Sitz des Elektroschweißrings 13 auf dem Rohr 11 führt. Es entsteht dann die in den Fig. 3 und 4 darge­ stellte axialfeste Rohrverbindung.

Um den Elektroschweißring 13 leicht und mit einfachen Mitteln in der zuvor beschriebenen Weise gegen das Rohr 11 spannen zu können, weist er an seiner Außenseite und je­ weils schlitzrandnah Werkzeugangriffsflächen 26 und 27 auf, die im übrigen mit den Kontaktstellen 20 und 21 aus Fig. 2 übereinstimmen. Diese Werkzeugangriffsflächen 26 und 27 sind radial von außen dadurch zugänglich, daß die Muffe einen Wanddurchbruch 28 aufweist. Dieser dient zum Durch­ griff, und die Werkzeugangriffsflächen 26 und 27 zum An­ griff eines insgesamt mit 29 bezeichneten Spannwerkzeugs. Das Werkzeug 29 arbeitet zangenartig und besitzt zwei Spannschenkel 30 und 31 sowie Betätigungshebel 32 und 33, die über ein gemeinsames Gelenk 34 verbunden sind. Im knie­ artigen Übergang zwischen dem Hebel 33 und dem Schenkel 31 ist bei 35 eine Gewindestange 36 angelenkt, die eine bei 37 am Hebel 32 angelenkte Mutter durchgreift und am freien Ende eine Handkurbel 38 aufweist. Je nach Drehrichtung der Handkurbel 38 verringert man den Abstand zwischen den Punk­ ten 35 und 37 bzw. vergrößert ihn und erreicht damit entwe­ der das Zusammenführen der Enden der Werkzeugschenkel 30 und 31 oder deren Rückstellung voneinander weg.

Am Ende der Schenkel 30 und 31 sind an Gelenkachsen 39 und 40 Backen 41 und 42 schwenkbar gelagert und mittels ei­ nes starr an der Backe 42 angebrachten und das Werkzeug 41 gleitend durchgreifenden Führungsstift 43 parallel gehal­ ten. Die freien Enden der Backen 41 und 42 bilden Kontakt­ stifte 44 und 45 aus zur Kontaktierung der Kontaktenden 46 und 47 des wenigstens einen Widerstandsheizdrahtes 19 im Elektroschweißring 13. Auf der gegenüberliegenden Seite sind die Backen 41 und 42 zu Anschlußklemmen 48 ausgebildet bzw. sind solche daran angeordnet. Sie dienen zum elektri­ schen Anschluß der beiden erforderlichen Spannung führenden Stromleiter 49 und 50. Das Spannwerkzeug 29 bildet also zugleich einen steckbaren Spannungsanschluß aus. Dabei ist es selbstverständlich, daß im Bereich des Gelenks 34 die dort zusammengeführten Werkzeugteile elektrisch voneinander isoliert sind.

Nun ist es ohne weiteres verständlich, auf welch ein­ fache Weise die Schweißverbindung innerhalb der Muffe her­ zustellen ist, nachdem das Rohr 11 seine bestimmungsgemäße Position entsprechend Fig. 3 eingenommen hat. Das Werkzeug 29 wird etwa radial durch die Muffenausnehmung 28 zugeführt und mit den Kontaktgriffen 44 und 45 in die entsprechenden Aufnahmen 26 und 27 des Elektroschweißrings 13 eingesteckt. Bevor die zum Aufheizen des Widerstandsheizdrahtes 19 er­ forderliche Spannung angelegt wird, werden die Spannschen­ kel 30 und 31 aufeinanderzubewegt durch entsprechende Dre­ hung der Handkurbel 38 mit der Folge, daß der geschlitzte Elektroschweißring 13 immer fester auf den Mantel des Roh­ res 11 gespannt wird. Die Arbeits-Spannstellung wird so­ lange eingehalten, bis die hergestellte Schweißverbindung belastbar ist. Danach kann das Werkzeug 29 abgenommen wer­ den.

Claims (10)

1. Zugfeste Rohrverbindung mit einer Muffe aus Kunststoff wie Polyethylen oder Po­ lypropylen, mit einem darin angeordneten Dichtring für das Spitzende eines in die Muffe einzusetzenden, gleichfalls aus solchem Kunststoff bestehenden Rohres sowie mit einem sich an wenigstens einer Muffenschulter entgegen der Rohrauszugsrichtung abstützenden, am Rohr angreifenden und dieses in der Muffe zugfest sichernden, geschlitzten Haltering, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering als Elektroschweißring (13) ausgebildet ist mit mindestens ei­ nem nahe seiner Innenwandung eingebetteten Widerstandsheiz­ draht (19) zur stoffschlüssigen Verbindung nach Art des "Heizwendelschweißens" mit dem Mantel des Rohres (11).

2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der wenigstens eine Widerstandsdraht (19), ausgehend von seinem schlitznahen Eintritt bis zum - eben­ falls schlitznahen - Austritt innenumfänglich des Elek­ troschweißrings (13) mäanderförmig zwischen den Schlitzrändern (15, 16) hin- und herverlaufend angeord­ net ist.

3. Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Aufnahme des Elektroschweißrings (13) in der Muffe (10) eine nutartige Aufnahme (23) vorgesehen ist, in der der Elektroschweißring (13) axialfest, jedoch ggf. drehbar gehalten ist.

4. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzweite des Elek­ troschweißrings (13) so bemessen ist, daß er sich im ge­ spannten Zustand durch die Muffenwandung (22) in die Muffe (10) einführen läßt.

5. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektroschweißring schlitz­ nah mit Angriffsflächen (26, 27) für ein Werkzeug (29) zum Spannen des Elektroschweißrings (13) gegen den Mantel des Rohres (11) versehen ist.

6. Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Muffe (10) wenigstens einen Wand­ durchbruch (28) für eine Heizdraht-Anschlußverbindung mit einer Spannungsquelle und/oder für den Angriff des Spann­ werkzeugs (29) aufweist.

7. Werkzeug zur Herstellung einer zugfesten Rohrver­ bindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei der Haltering als Elektroschweißring ausgebildet ist und durch einen Wanddurchbruch in der Muffe von außen zugängliche, schlitznah angeordnete Angriffsflächen für ein zangenarti­ ges Werkzeug aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (29) als mindestens zwei Spannschenkel (30, 31) aufweisendes Spannwerkzeug ausgebildet ist, die mittels ei­ ner Hebelanordnung (32, 33, 34) aufeinanderzuspannbar sind und jeweils eine Anschlußklemme (48) für ein Stromkabel (49, 50) sowie einen Kontakt (44, 45) zur Beaufschlagung von Anschlüssen (46, 47) des Widerstandsheizdrahts (19) des Elektroschweißrings (13) aufweisen.

8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (44, 45) an dem ihnen jeweils zugeordneten Spannschenkel (30; 31) gelenkig angeschlossen sind.

9. Werkzeug nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Parallelführung (43) zwischen den Kontakten (44, 45).

10. Verfahren zur Herstellung einer zugfesten Rohrver­ bindung zwischen einer Muffe aus Kunststoff wie Polyethy­ len oder Polypropylen und dem Spitzende eines in die Muffe eingreifenden Rohres aus solchem Kunststoff, und mit einem zeitlich vor dem Einstecken des Rohres in die Muffe raumfest in der Muffe zu plazierenden, geschlitzten Halte­ ring, der die zugfeste Verbindung zwischen Rohr und Muffe herstellt, gekennzeichnet durch folgende Verfah­ rensschritte:

• a. das Rohr wird durch den in der Muffe positionier­ ten, als Elektroschweißring ausgebildeten Haltering bis zur bestimmungsgemäßen Endlage in die Muffe eingeführt, und
• b. der Elektroschweißring wird schlitzverengend gegen den Mantel des Rohres gespannt, mit Schweißspannung ver­ sorgt, und solange gespannt gehalten, bis er mit dem Rohr verschweißt ist.