DE60008358T2

DE60008358T2 - Plastikrohr mit muffe und verfahren zum versehen eines plastikrohres mit einer muffe

Info

Publication number: DE60008358T2
Application number: DE60008358T
Authority: DE
Inventors: Jyri Järvenkylä; Esko HIPPELÄINEN
Original assignee: Uponor Innovation AB
Current assignee: Uponor Innovation AB
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2020-04-01
Also published as: FI20000179A0; EP1166007B1; CN1170081C; US6550500B2; DE60008358D1; ATE259957T1; EP1166007A1; ES2215042T3; CN1346430A; CA2368964A1; JP2002541404A; FI112276B; AU772828B2; WO2000060271A1; US20020070551A1; AU3821900A; FI20000179A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffrohr mit einer Muffe, wobei das Rohr einen Körperbereich und an zumindest einem seiner Enden die Muffe aufweist, welche zumindest zwei Lagen umfasst.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bilden eines Kunststoffrohrs mit einer Muffe, bei dem wenigstens ein Ende eines Körperbereichs des Kunststoffrohrs zur Bildung der Muffe erwärmt und aufgeweitet wird.
US-A-3884269 offenbart ein Rohr mit unterschiedliche Orientierungen aufweisenden Lagen.
Der Muffenbereich ist typischerweise der schwächste Bereich eines Rohrs. Um die Muffe zu verstärken, lehrt das Finnische Patent 94902 eine Lösung, nach der in der Muffe eine Orientierung erzeugt wird, die von der Orientierung des übrigen Rohrs verschieden ist. Ein derartig zwangsweise orientiertes Material ist nicht immer für die Innenfläche einer Muffe geeignet. Bei einigen Kunststoffen kann beispielsweise der Lösemittelkleber Spannungsrisse in der Oberfläche auslösen, wodurch eine Klebverbindung unmöglich ist. Das Finnische Patent 945107 offenbart wiederum eine Muffe mit einem aufgeweiteten Rohrende und einer darin eingepaßten Hülse. Selbst eine derartige Lösung verbessert jedoch oftmals nicht in ausreichendem Maß die Eigenschaften der Muffe.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kunststoffrohr und ein Verfahren zu schaffen, mit welchen zumindest einige der genannten Nachteile vermieden werden können.
Das erfindungsgemäße Kunststoffrohr ist dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierung des Materials wenigstens einer Lage der Muffe von der Orientierung des Materials einer anderen Lage verschieden ist und die Orientierung des Materials wenigstens einer Lage der Muffe von der Orientierung des Materials des Körperbereichs verschieden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffrohr wenigstens zwei Lagen aufweist, und daß das Ende des Kunststoffrohrs aufgeweitet wird, um das Kunststoffrohr mit der Muffe zu versehen, wobei die Orientierung des Materials wenigstens einer Lage derselben von der Orientierung des Materials einer anderen Lage verschieden ist und die Orientierung des Materials wenigstens einer Lage von der Orientierung des Materials des Körperbereichs verschieden ist.
Es ist ein wesentlicher Gedanke der Erfindung, daß das Rohr eine Muffe mit wenigstens zwei Lagen aufweist, und daß die Orientierung von wenigstens einer Lage von der Orientierung des Körperbereichs des Rohrs abweicht. Ein weiterer wesentlicher Gedanke ist, daß die Orientierung wenigstens einer Lage der Muffe sich von der Orientierung einer anderen Lage der Muffe unterscheidet. Der einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Gedanke ist, daß die Muffe aus einem Bereich des Rohrs gebildet ist, der weiter ausgebildet ist und eine darin angeordnete Hülse aufweist. Das Rohr wird beispielsweise bei einer Temperatur aufgeweitet, welche seine Orientierung nicht wesentlich verändert, und die Orientierung der Muffe unterscheidet sich von der Orientierung des Rohrs, oder das Rohr wird bei einer Temperatur aufgeweitet, welche seine Orientierung ändert, und die Orientierung der Muffe unterscheidet sich von derjenigen des aufgeweiteten Bereichs des Rohrs. Der einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Gedanke ist, daß die Muffe aus dem Ende eines Rohrs mit wenigstens zwei Lagen gebildet ist, wobei das Ende aufgeweitet ist, so daß darin eine Muffe gebildet ist. Beispielsweise bestehen die Lagen des Rohrs aus unterschiedlichen Materialien, so daß deren Orientierungstemperaturen verschieden sind. Bevor das Ende des Rohrs aufgeweitet wird, wird das Ende auf eine Temperatur erwärmt, welche eine Orientierung im Material wenigstens einer Lage während des Aufweitens bewirkt, jedoch im wesentlichen keine Orientierung des Materials wenigstens einer Lage während des Aufweitens bewirkt. Ferner kann eine unterschiedliche Orientierung in verschiedenen Lagen erricht werden, indem beispielsweise nur eine Fläche des Ausgangsrohrs erwärmt wird. Die erwärmte Fläche erreicht eine derart hohe Temperatur, daß die durch das Ziehen bewirkte Spannung unmittelbar nachläßt und die Fläche nicht orientiert wird, sondern die innere kältere Fläche orientiert wird.
Ein bevorzugter Aufbau wird erreicht, wenn das Material durch Ziehen orientiert wird, jedoch auch Stapelfasern enthält. Im Idealfall weist die Muffe zwei Lagen auf, die durch Fasern verstärkt sind und in denen die entgegengesetzten Faserrichtungen in einem Winkel von ungefähr 50 Grad in bezug zur Achse verlaufen und Druckfestigkeit bewirken. Die dritte Lage ist mit einer axialen Verstärkung versehen, wodurch die Orientierung im Vergleich zu den anderen Lagen erschwert ist. Bei einem spannungsfesten Rohr wird die axiale Lage nur im Muffenbereich, nicht im Rohr benötigt. Schließlich wird der gesamte Aufbau mit einer thermoplastischen, faserfreien inneren und äußeren Lage bedeckt.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß die mechanische Festigkeit der Muffe genau so gut oder sogar besser ist, als der Rest des Rohres. Durch Vorsehen verschiedener Orientierungen der Muffenlagen, ist beispielsweise wenigstens eine Lage mit einer axialen Orientierung versehen, wodurch die Muffe extrem spannungsfest ist, und wenigstens eine Lage mit einer radialen Orientierung versehen, wodurch die Muffe druckbeständig ist. Andererseits kann wenigstens eine Lage orientiert sein, wodurch die mechanischen Eigenschaften und möglicherweise auch die Sperreigenschaften der Muffe verbessert werden, und wenigstens eine Lage kann im wesentlichen nicht orientiert vorgesehen sein, wodurch die chemischen Eigenschaften gut sind.
Die Orientierung des Rohrs und/oder der Muffe kann durch verschiedene Verfahren erreicht werden. Die Molekularorientierung ist betroffen, wenn sie beispielsweise durch Ziehen oder Scherwirkung (beispielsweise durch einen drehenden Dorn in einem Werkzeug) erreicht wird. Unterschiedliche Grade der Orientierung können auch erreicht werden, indem eine Lage des Rohrs und/oder die Muffe aus einem faserverstärkten Thermoplast hergestellt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft lediglich selbst-verstärkende thermoplastische Rohre und/oder mit Stapelfasern verstärkte thermoplastische Rohre. Mit durchgehenden Fasern verstärkte Kunststoffrohre sind nicht Gegenstand der Erfindung, da das Rohr nicht durch Aufweiten mit einer Muffe versehen werden kann. Hingegen gleiten Stapel fasern in Matrixkunststoff und stellen keine Probleme für das Aufweiten der Muffe dar.
In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet der Ausdruck "Muffe" den Bereich des Endes eines Rohres, der weiter als der Rest des Rohres ausgebildet ist, sei es durch Aufweiten des Rohres oder durch Vorsehen einer Hülse auf der Außenseite des Rohrs. Ferner impliziert der Ausdruck "eine Muffe mit wenigstens zwei Lagen", daß wenigstens eine Lage der Muffe ein einstückiger Teil der Wand des übrigen Rohrs ist und die Hülse die zweite Lage bilden kann, oder daß sowohl das Rohr, als auch die Muffe wenigstens zwei Lagen aufweist, so daß die Muffenlagen mit den entsprechenden Rohrlagen einstückig sind. Im letzteren Fall, bezieht sich der Ausdruck somit auf eine einstückige Rohrmuffe mit wenigstens zwei Lagen.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche zeigen:
1a, 1b und 1c schematische geschnittene Seitenansichten der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines zweiten Kunststoffrohrs mit einer erfindungsgemäßen Muffe,
3 eine schematische teilweise geschnittene Seitenansicht eines dritten Kunststoffrohrs mit einer erfindungsgemäßen Muffe.
1a zeigt eine Form, in welcher ein dreilagiges Kunststoffrohr 2 angeordnet ist. Eine Heizeinrichtung 3 zum Erwärmen des Endes des Kunststoffrohrs 2 ist in einem Muffenträger 1a in der Form 1 angeordnet. Im Kunststoffrohr 2 ist ein Aufweitungsdorn 4 angeordnet. Der Aufweitungsdorn 4 ist eine Vorrichtung, mittels welcher das Kunststoffrohr 2 mechanisch aufgeweitet werden kann. Der Aufweitungsdorn 4 kann beispielsweise aus Gummi bestehen, wodurch er sich und gleichzeitig das Kunststoffrohr 2 aufweitet, wenn Luft hinein gepumpt wird. Der Aufweitungsdorn 4 dient zum Aufweiten des Teils des Kunststoffrohrs 2, aus dem die Muffe 2e gebildet wird. Der Aufweitungsdorn 4 dient dem Aufweiten des Kunststoffrohrs 2 derart, daß es in der in 1b dargestellten Weise gegen den Muffenträger 1a der Form 1 gedrückt wird.
Die Lagen 2a bis 2c des Kunststoffrohrs 2 bestehen aus verschiedenen Materialien, um bei verschiedenen Temperaturen eine Orientierung zu bewirken. Die innere Lage 2a und die äußere Lage 2c können beispielsweise aus Polyethen PE und die mittlere Lage 2b aus vernetztem Polyethen PEX bestehen. Die Heizeinrichtung 3 dient der Erwärmung des Endes des Kunststoffrohrs 2 auf eine Temperatur über dem Kristallisationspunkt des Polyethens PE, d. h. auf beispielsweise 150°C. In diesem Fall werden die innere Lage 2a und die äußere Lage 2c, die aus Polyethen bestehen, während des Aufweitens keiner Orientierung unterzogen. Die mittlere Lage 2b wird jedoch einer radialen Orientierung unterzogen, da bei dieser Temperatur das vernetzte Polyethen PEX eine Orientierung vollzieht, da die durch das Vernetzen erzeugte Netzbondung ein Entspannen des Materials verhindert.
Infolgedessen wird das in 1c dargestellte Kunststoffrohr 2 erhalten, dessen Körperbereich 2d drei Lagen hat und mit welchem eine dreilagige einstückige Muffe 2e verbunden ist, deren innere Lage 2a und deren äußere Lage 2c nicht orientiert sind, während deren mittlere Lage 2b orientiert ist. Die orientierte mittlere Lage 2b erhöht die mechanische Festigkeit der Muffe 2e und verbessert ferner deren Sperreigenschaften. Die chemischen Eigenschaften der inneren Lage 2a und der äußeren Lage 2c sind extrem gut. Derartige Lagen widerstehen beispielsweise Lösungsmittelklebern, die bei Rohrverbindungen verwendet werden, ohne daß die Muffe 2e schrumpft oder ihre Oberfläche reißt.
Die innere Lage 2a und die äußere Lage 2c können ebenfalls beispielsweise aus modifiziertem Polyvinylchlorid PVC bestehen, wobei diese Lagen dann nicht orientiert sind. In diesem Fall kann die orientierte mittlere Lage 2b beispielsweise aus Polyvinylchlorid PVC bestehen.
Wenn ein Kunststoffrohr wie in den 1a bis 1c dargestellt mit einer Muffe versehen wird, können die Eigenschaften der Materialien in den verschiedenen Lagen falls gewünscht ebenfalls im wesentlichen die gleichen sein, wobei beispielsweise nur die Außenflächen der Ausgangsrohre erwärmt werden. In diesem Fall wird die Außenseite auf eine derart hohe Temperatur erwärmt, daß die durch das Ziehen aufgebrachte Spannung unmittelbar nachläßt, ohne daß ein Orientieren beispielsweise in der äußeren Lage 2c auftritt. Die Temperatur der inneren Lage(n) kann hierbei so niedrig sein, daß darin eine Orientierung eintritt.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes zweites Kunststoffrohr 2. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 ist die Muffe 2e durch eine Lage mit einem größeren Durchmesser als der Körperbereich 2d des Rohrs 2 und durch eine in der Muffe angeordnete Hülse 5 gebildet. Der Muffenbereich 2e des Rohrs 2 kann beispielsweise durch Erwärmen des Materials des Rohrs auf eine Temperatur, bei der sie während des Aufweitens nicht orientiert wird, und durch Aufweiten des Rohrs nach dem Erwärmen vergrößert werden. In diesem Fall ist die Hülse 5 derart orientiert, daß ihre Orientierung sich von der Orientierung des Körperbereichs 2d des Rohrs und der Orientierung der Wand des aufgeweiteten Bereichs des Rohrs unterscheidet. In der Hülse 5 kann die Orientierungsrichtung entweder radial oder axial verlaufen, oder sie kann in beide Richtungen verlaufen. Eine radiale Orientierung erhöht die Druckfestigkeit der Muffe 2e und eine axiale Orientierung erhöht die Zugfestigkeit der Muffe 2e.
Eine andere Art der Herstellung der Muffe 2e ist das Erwärmen des Kunststoffrohrs auf eine Temperatur, bei der in der Wand des Kunststoffrohrs während des Aufweitens Orientierung eintritt und das Kunststoffrohr bei dieser Temperatur aufzuweiten. Hier ist die Orientierung in der Wand des Kunststoffrohrs im Körperbereich 2d und im Muffenbereich 2e verschieden. Die Orientierung der Hülse 5 ist derart gewählt, daß sie sich von der Orientierung der Wand des Kunststoffrohrs unterscheidet, welche ein einstückiger Teil des Körperbereichs 2d der Muffe 2e ist. Die Hülse 5 kann ferner vollständig nicht-orientiert sein und die Orientierung der Hülse 5 kann gleich derjenigen des Körperbereichs 2d oder von dieser verschieden sein.
Die Hülse 5 kann auch aus dem Rohr 2 verschoben werden. Daher kann die Hülse 5 eine separat orientierte Hülse oder eine auf herkömmliche Weise spritzgegossene Hülse sein. Die Hülse 5 kann in das Rohr 2 derart geschoben werden, daß die Hülse 5 beim Einschieben das Ende des Rohrs 2 aufweitet. Andererseits kann das Rohr 2 bereits bis genau auf die Außenabmessungen der Hülse 5 auf geweitet worden sein. Ferner kann das Ende des Rohrs 2 derart aufgeweitet sein, daß es weiter als die Hülse 5 ist, und das Ende des Rohrs 2 wird auf die Hülse 5 entweder derart aufgeschrumpft, daß die potentielle Rohrorientierung wenigstens teilweise entspannt wird, oder derart, daß sie nicht entspannt wird. Die Entspannung der Orientierung kann beispielsweise entspannt werden, indem das Ende des Rohrs im Schrumpfschritt axial gezogen bleibt.
3 zeigt ein drittes erfindungsgemäßes Kunststoffrohr 2. die Außenfläche der Hülse 5 kann mit Rillen, Vorsprüngen, Schrägflächen oder dergleichen versehen sein, welche die Hülse 5 und das Rohr 2 in bezug zueinander unbeweglich halten. Die Hülse 5 ist vorzugsweise durch Spritzgießen hergestellt, wodurch die Abmessungen der Hülse 5 genau sind und wodurch das Bilden schwieriger Formen möglich ist. Die Hülse 5 kann aus einem derart starren Material gebildet sein, beispielsweise glasfaserverstärkter Kunststoff, daß das Schrumpfen des Rohrs 2 auf die Hülse 5 die Größe und die Form des Innenteils der Hülse 5 nicht wesentlich verändert. Ein zweites Rohr 6 ist in der Hülse 5 angeordnet. Ein Keilring 7 kann zwischen der Hülse 5 und dem zweiten Rohr 6 angeordnet sein. Der Keilring 7 weist eine Keilfläche 7a auf, die in Anlage an einer Keilfläche 5a der Hülse 5 vorgesehen ist. So verhindern die Keilflächen 5a und 7a eine axiale Bewegung zwischen dem zweiten Rohr 6 und der Hülse 5. Die axiale Bewegung ist verhindert, da die Keilflächen 5a und 7a eine starke radiale Reibungskraft an diese Punkte leiten, wodurch der Keilring 7 eng gegen das zweite Rohr 6 gepreßt wird.
Die Innenseite der Hülse 5 kann mit einer Dichtnut 5b versehen sein, in welche ein Dichtring 8 angeordnet werden kann, um die Dichtigkeit der Verbindung zwischen der Hülse 5 und dem zweiten Rohr 6 zu gewährleisten.
Die Hülse 5 weist ein abgeschrägtes Ende 9 auf, welches das Drücken der Hülse 5 in das Rohr 2 erleichtert. Die Orientierungsgrade und/oder Orientierungsrichtungen der Materialien des Rohrs 2 und der Hülse 5 müssen nicht gleich sein und sie können modifiziert werden, so daß sie für jede spezielle Anwendung geeignet sind. Die Orientierung kann eine Polymermolekülorientierung und auch eine Orientierung potentieller Faserverstärkung sein. Wenn die Hülse 5 hauptsächlich radialen Belastungen und Kräften ausgesetzt ist, ist die Orientierung insbesondere in Umfangsrichtung gerichtet. Wenn die Hülse 5 hauptsächlich axialen Kräften ausgesetzt ist, ist die Hauptorientierung der Hülse 5 axial. Wenn beispielsweise axiale Zugbelastung in der Hülse 5 auftritt, wenn der Keilring 7 an der Keilfläche 5a der Hülse 5 anliegt, ist die Hülse 5 vorzugsweise in axialer Richtung orientiert oder faserverstärkt, jedoch können ihre Füllstoffe und/oder Verstärkungsmittel und ihre Inhaltsstoffe verschieden sein. Das Ende des Rohrs 2 ist an der Öffnung des Rohrs 2 mit einer geflanschten zusätzlichen Verstärkung 10 versehen, welche die Umfangsfestigkeit insbesondere der Öffnung erhöht.
Die Orientierung der verschiedenen Lagen der Muffe 2e kann derart verschieden sein, daß die verschiedenen Lagen unterschiedliche Orientierungsgrade und/oder Orientierungsrichtungen aufweisen. Ferner kann die Muffe 2e mehr als zwei oder drei Lagen umfassen. Die Hülse 5 kann ebenfalls in der Muffe 23 angeordnet sein, welche wenigstens zwei Lagen aufweist und einen einstückigen Teil des Körperbereichs 2d bilden, das heißt, die Hülse 5 kann beispielsweise in der Muffe 2e der 1c angeordnet sein.

Claims

Kunststoffrohr mit einer Muffe (2e), wobei das Rohr (2) einen Körperbereich (2d) und an zumindest einem seiner Enden die Muffe (2e) aufweist, welche zumindest zwei Lagen umfasst, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierung des Materials wenigstens einer Lage der Muffe (2e) von der Orientierung des Materials einer anderen Lage verschieden ist und die Orientierung des Materials wenigstens einer Lage der Muffe (2e) von der Orientierung des Materials des Körperbereichs (2d) verschieden ist.
Kunststoffrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Lage der Muffe (2e) aus einer Hülse (5) besteht.
Kunststoffrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5) eine Orientierung aufweist.
Kunststoffrohr nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5) im Kunststoffrohr (2) angeordnet ist.
Kunststoffrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Lagen der Muffe (2e) aus einer Lage (2a bis 2c) bestehen, die ein einstückiger Teil des Körperbereichs (2d) ist, wobei die Orientierung wenigstens einer der Lagen von der Orientierung einer anderen Lage verschieden ist.
Kunststoffrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (2e) wenigstens drei Lagen (2a bis 2c) aufweist, welche ein einstückiger Teil des Körperbereichs (2d) sind.
Kunststoffrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lage (2a) und die äußere Lage (2c) aus im wesentlichen nicht orientiertem Polyethen (PE) und wenigstens eine Zwischenlage aus orientiertem vernetztem Polyethen (PEX) besteht.
Verfahren zum Bilden eines Kunststoffrohrs mit einer Muffe, bei dem wenigstens ein Ende eines Körperbereichs (2d) des Kunststoffrohrs (2) zur Bildung der Muffe (2e) erwärmt und aufgeweitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffrohr (2) wenigstens zwei Lagen (2a bis 2c) aufweist, und daß das Ende des Kunststoffrohrs (2) aufgeweitet wird, um das Kunststoffrohr mit der Muffe (2e) zu versehen, wobei die Orientierung des Materials wenigstens einer Lage derselben von der Orientierung des Materials einer anderen Lage verschieden ist und die Orientierung des Materials wenigstens einer Lage von der Orientierung des Materials des Körperbereichs (2d) verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungstemperaturen wenigstens zweier verschiedener Lagen (2a bis 2c) verschieden sind und das Ende des Kunststoffrohrs (2) auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das Material wenigstens einer Lage während des Aufweitens orientiert wird und das Material wenigstens einer Lage während des Aufweitens nicht wesentlich orientiert wird, und das Ende des Kunststoffrohrs (2) bei dieser Temperatur aufgeweitet wird, um das Kunststoffrohr mit der Muffe (2e) zu versehen, wobei die Orientierung wenigstens einer Lage von der Orientierung einer anderen Lage verschieden ist und die Orientierung wenigstens einer Lage von der Orientierung des Körperbereichs (2d) verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Fläche des Endes des Kunststoffrohrs (2) derart erwärmt wird, daß die Fläche eine derart hohe Temperatur erreicht, daß die in Verbindung mit der Fläche stehende Lage (2a bis 2c) während des Aufweitens nicht wesentlich orientiert wird, jedoch die von der erwärmten Fläche am weitesten entfernte Lage (2a bis 2c) orientiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Lage (2a bis 2c) des Kunststoffrohrs (2) aus Polye then (PE) und wenigstens eine Lage (2a bis 2c) aus vernetztem Polyethen (PEX) besteht.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffrohr (2) wenigstens drei Lagen aufweist, wobei die innere Lage (2a) und die äußere Lage (2c) aus Polyethen (PE) und wenigstens eine Zwischenlage (2b) aus vernetztem Polyethen (PEX) besteht.