DE69709872T2

DE69709872T2 - Elektroschweisskupplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69709872T2
Application number: DE69709872T
Authority: DE
Inventors: John Dickinson; Jaakko Jarvenkyla; Franz-Josef Riesselmann
Original assignee: Uponor Innovation AB
Current assignee: Uponor Innovation AB
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: DE69709872D1; GB2314597A; GB9624073D0

Description

Diese Erfindung betrifft Elektroschweißkupplungsvorrichtungen und insbesondere eine Elektroschweißkupplungsvorrichtung, die zur Verwendung mit einer weiten Vielfalt von Kunststoffrohren geeignet ist.
Zum Transport von Fluida, insbesondere Gasen und Flüssigkeiten, durch Rohrleitungen hindurch werden zunehmend Kunststoffrohre verwendet. Beispiele für üblicherweise verwendete Kunststoffmaterialien für derartige Rohre sind Polyethylen und Polyvinylchlorid. Die Eigenschaften dieser Materialien können z. B. durch Ausrichtung und Vernetzung etwas verbessert werden; es ist jedoch technisch und praktisch unmöglich, den Druckwiderstand des Rohrs auf mehr als 15 bis 20 bar zu erhöhen. Obwohl derartige thermoplastische Materialien für Anwendungsfälle mit niedrigem Druck und Umgebungstemperaturen geeignet sind, war es somit für die Verwendung höherer Drücke und Temperaturen erforderlich, mehrschichtige Verbundrohre zu entwickeln, bei denen die Kunststoffrohre z. B. durclh eine Metall- oder Glasfaserschicht oder eine andere Schicht mit hoher axialer Festigkeit verstärkt sind, oder bei denen eine Schicht aus geschäumtem Kunststoffmaterial für Wärmeisolierungszwecke vorgesehen ist.
Das Verbinden von Kunststoffrohren mittels Elektroschweißkupplungsvorrichtungen ist weithin bekannt, und typische Elektroschweißkupplungsvorrichtung sind z. B. beschrieben in DE 20 15 682 A1, DE 32 26 575 C1, DE 33 07 161 A1, DE 94 O1 401 U1, EP 0 076 460 B1 und EP 0 115 623 B1. Die gesamten Offenbarungen sämtlicher vorstehend genannter früherer Patente werden hiermit für sämtliche Zwecke in die vorliegende Anmeldung einbezogen.
Bei Versuchen, herkömmliche in Reihe angeordnete Elektroschweißkupplungsvorrichtungen für das Verbinden mehrschichtiger Verbundrohre zu verwenden, wurde man mit Problemen konfrontiert. Beispielsweise verbleibt, das mit einer herkömmlichen Elektroschweißkupplungsvorrichtung nur die äußere Fläche eines Kunststoffrohrs durch Schmelzen befestigt wird, die geschnittene Endfläche des Rohrs ungeschützt. Obwohl dies bei einfachen homogenen Kunststoffrohren normalerweise kein Problem ist, können bei mehrschichtigen Verbundrohren die Verstärkungs- und/oder Wärmeisolationsschichten an dem Rohrende dem im Rohr befindlichen Fluid ausgesetzt werden, was eine Entlaminierung, Eine Korrosion der Metallschichten und/oder eine Zerstörung der Schaumisolierung verursacht. Zudem wird, falls mehrschichtige Verbundrohre nur an der Außenseite mittels einer Fusionsverbindung befestigt werden, die Tragfunktion nur von dieser Schicht übernommen. Da die Außenschicht normalerweise relativ dünn ist und die Adhäsion an den anderen Schichten begrenzt ist, kann eine derartige Verbindung höhere Belastungen nicht über eine längere Zeitdauer hinweg aushalten.
Beispielsweise können bestimmte mehrschichtige Verbundrohre, die auf eine besondere Leistungsfähigkeit hinsichtlich ihrer Axialstärke hin konzipiert sind, aufgrund des Vorhandenseins von Verstärkungsschichten und vernetzter und/oder ausgerichteter thermoplastischer Schichten durch Elektroschweißverfahren nicht derart verbunden werden, dass eine Verbindung mit vergleichbaren Axialstärke-Eigenschaften gebildet wird. Dies ist der Fall, weil die für die äußeren Schichten dieser Rohre verwendeten Materialien in dieser Hinsicht oft eine schlechtere Qualität haben, da bei der Wahl der Materialien normalerweise nur die Reißfestigkeit, die Rissausbreitungseigenschaften und die UV- Stabilisierung in Betracht gezogen werden. Die äußere Schicht dieser Rohre ist zudem oft sehr dünn, was ebenfalls zu einer niedrigen Axialstärke beiträgt. Ein spezielles Problem wird ferner bei Mehrschichtrohren verursacht, bei denen die unter der äußeren Schicht des Rohrs liegende Schicht aus Schaum besteht; wie z. B. in WO-A-9701429 beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hiermit für sämtliche Zwecke in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird. Diese Struktur weist seht schlechte Zugfestigkeits-Eigenschaften auf.
Versuche zur Lösung dieser Probleme waren weithin erfolglos. In DE 4444 914 ist eine Elektroschweißkupplungsvorrichtung für ein mehrschichtiges Verbundrohr gezeigt, bei der eine ringförmige End-Schutzvorrichtung für die einander angrenzenden Rohrenden vorgesehen ist. Diese jedoch bietet keine Abdichtung gegen das Rohrende, und es besteht immer noch die Gefahr von Fluid-Lecks, was zu den oben angegebenen Problemen führt. In DE 44 47 237 ist eine Elektroschweißkupplungsvorrichtung für hochdichte Polyethlyen-Rohre beschrieben, bei der die Rohrenden in ringförmige Räume eingeführt werden, die an ihren Innen- und Außenflächen mit Elektroschweißwicklungen versehen sind. Bei einer derartigen Kupplungsvorrichtung ist es jedoch schwierig, zu verhindern, dass geschmolzenes Material aus dem Ringraum heraus extrudiert wird, so dass ein Leerraum verbleibt und die erzeugten hohen Temperaturen bei einigen Typen mehrschichtiger Verbundrohre, z. B. den in der Finnischen Patentanmeldung Nr. 955960 beschriebenen Typen, ein Kollabieren der Schaumisolierung verursachen können.
In der Japanischen Patentanmeldung Nr. 63191709 (Veröffentlichungsnr. 02042295A) wird ein Verbindungskörper für ein Verbundrohr beschrieben, der äußere und innere Zylinder aufweist, die einen Spalt für die Einführung des Rohrs definieren. An dem Körper ist eine Befestigungsmut ausgebildet, die an eine Befestigungsring drückt, der am Ende des Körpers angeordnet ist. Eine in den äußeren und inneren Enden des Zylinders angeordnete Wärmeerzeugungssubstanz wird dahingehend aktiviert, dass sie die äußeren und inneren Zylinder und das Verbundrohr miteinander verschweißt und den schmelzbaren Ring anschweißt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine für ein Kunststoffrohr vorgesehene Elektroschweißkupplungsvorrichtung geschaffen, die versehen ist mit einer hohlen, röhrenförmigen Einfassung mit einem Körper, mit dem ein Ende des Kunststoffrohrs verbindbar ist, wobei der Körper mindestens eine umfangsmäßig verlaufende Innenwand und mindestens eine konzentrisch zu dieser umfangsmäßig verlaufende Außenwand aufweist, wobei die Innen- und Außenwände einen Ringraum zur Aufnahme des Endes des Kunststoffrohrs bilden und ferner thermoplastisches Material mindestens in ihren an den Ringraum angrenzenden Bereichen aufweisen, mit mindestens einem elektrischen Heizelement zum Heizen des thermoplastischen Materials der Innen- und Außenwände, das an jeder der mindestens einen Innenwand und der mindestens einen Außenwand in deren an den Ringraum angrenzenden Bereichen angeordnet ist oder in die Wand eingebettet ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizelemente der Innen- und Außenwände des Körpers der Kupplungsvorrichtung in einer Axialrichtung zueinander versetzt sind.
Die Elektroschweißkupplungsvorrichtung ist vorzugsweise mit einer Verstärkung in dem Bereich ihrer mindestens einen Innenwand versehen.
Die elekarischen Heizelemente weisen vorzugsweise jeweils serpentinenartige elektrische Heizkonduktoren auf, die derart bewegbar sind, dass sie den Strom geschmolzenen Kunststoffs aufnehmen und dadurch während des Schweißens die Bildung von Hohlräumen im wesentlichen verhindern.
Vorzugsweise sind Vorriclhtungen vorgesehen, um die Enden des Kunststoffrohrs, die während des Schweißens in dem Ringraum aufgenommen sind, zu greifen oder Lateraldruck auf diese auszuüben.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines Kunststoffrohrs unter Verwendung einer Elektroschweißkupplungsvorrichtung mit einer hohlen, röhrenförmigen Einfassung mit einem Körper, mit dem ein Ende des Kunststoffrohrs verbindbar ist, wobei der Körper mindestens eine umfangsmäßig verlaufende Innenwand und mindestens eine konzentrisch zu dieser umfangsmäßig verlaufende Außenwand aufweist, wobei die Innen- und Außenwände einen Ringraum zur Aufnahme des Endes des Kunststoffrohrs bilden und thermoplastisches Material mindestens in ihren an den Ringraum angrenzenden Bereichen aufweisen, mit mindestens einem elekitrischen Heizelement zum Heizen des thermoplastischen Materials der Innen- und Außenwände, das an jeder der mindestens einen Innenwand und der mindestens einen Außenwand in deren an den Ringraum angrenzenden Bereichen angeordnet ist oder in die Wand eingebettet ist, wobei der Körper mit einem ringförmigen Spreizteil versehen ist, das von einem geschlossenen Ende des Raums in den Ringraum hineinragt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:
Drücken des Kunststoffrohrs in den Ringraum der hohlen, röhrenförmigen Einfassung derart, dass das ringförmige Spreizteil in die Endwand des Kunststoffrohrs eindringt und dabei eine Spreizwirkung auf die Endwand ausübt; und Aktivieren der Heizelemente zum Schmelzen des thermoplastischen Materials zum Ausbilden einer Fusionsverbindung mit dem Kunststoffrohr.
Die Erfindung umfasst ferner eine mittels einer Elektroschweißkupplungsvorrichtung oder einem Verfahren gemäß der Erfindung ausgebildete Kunststoffrohrverbindung.
Bei der Elektroschweißkupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung weist die hohle rohrförmige Einfassung einen Körper auf, der vorzugsweise eine zylindrische umfangsmäßige Innenwand sowie eine mit dieser konzentrische umfangsmäßige Außenwand hat. Der Körper der Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist mit mindestens einem Paar derartiger Wände versehen. Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Elektroschweißkupplungsvorrichtung, die als z. B. Konnektor ausgebildet ist, weist zwei Paare derartiger Wände auf. Zwischen einer jeweiligen Innenwand und einer jeweiligen Außenwand existiert ein Ringraum, der in der Axialrichtung offen ist und dahingehend funktioniert, dass er das Ende des anzuschließenden Kunststoffrohrs aufnimmt. In jede Innenwand sowie in jede Außenwand ist mindestens ein elektrisches Heizelement eingebettet, das, wenn es Strom führt, das Material der Wände in deren an den Ringraum angrenzenden Bereichen bis zum Schmelzen erwärmt. Dadurch wird erreicht, dass das Ende des anzuschließenden Kunststoffrohrs, das in den Ringraum eingeführt worden ist, solange erwärmt wird, bis ein Schmelzeffekt sowohl an seiner Innenseite als auch an seiner Außenseite eintritt, wobei nach dem Aushärten die Verschweißung des Kunststoffrohrs mit dem Verbindungskörper der Elektroschweißkupplungsvorrichtung sowohl radial nach außen hin als auch radial nach innen hin erfolgt ist.
Bei der Erfindung kann der Körper der Elektroschweißkupplungsvorrichtung vollständig aus thermoplastischem Material bestehen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass nur diejenigen Bereiche des Körpers, die sich nahe dem Ringraum befinden, aus thermoplastischem Material gebildet werden. Insbesondere hat dasjenige thermoplastische Material des Körpers, in das die elektrischen Heizelemente eingebettet sind, einen niedrigeren Schmelzpunkt als die übrigen Bereiche des Körpers.
Vorzugsweise haben die Innen- und die Außenwände im wesentlichen die gleiche Axiallänge. Somit liegen die Wände des Körpers über im wesentlichen identische Axialbereiche hinweg sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite des Kunststoffrohrs an.
Zweckmäßigerweise ist der Ringraum des Körpers durch ein Einsatzteil aus thermoplastischem Material gebildet, das zwischen den Innen- und Außenwänden angeordnet ist und an oder in dem die elektrischen Heizelemente angeordnet: sind. Die elektrischen Heizelemente selbst können durch Spritzguß von dem Material des Einführungsteils umgeben sein, oder sie sind auf andere Weise an oder in dem Einführungsteil befestigt. Die gleichen Vorkehrungen gelten entsprechend für den Fall, dass der Körper vollständig aus Kunststoffmaterial besteht, in das die elektrischen Heizelemente eingebettet sind. Auch hier kann um die Heizelemente herum das Kunststoffmaterial für den Körper mittels Spritzguß angeordnet sein.
Die hohe rohrförmige Einfassung kann einen Kunststoff = oder einen Metallkörper aufweisen oder sie kann aus einer Verbundstruktur mit Kunststoff und Verstärkungsschichten bestehen. Die Verstärkung kann z. B. eine Hülle oder ein Gitter aufweisen, die bzw. das aus Metallmaterialien gebildet ist, oder sie kann Verstärkungsfasern aufweisen. Bei der Herstellung einer mit Verstärkungsfasern verstärkten hohlen oder röhrenförmigen Einfassung können die Verstärkungsfasern auf eine Vorform gewickelt werden und später mit einer Kunststoff-Außenhaut versehen werden. Alternativ kann die Faserverstärkung eine dreidimensionale Vorform, die die Form der Verstärkung aufrechterhält, und verschweißte kunststoffbeschichtete Fasern aufweisen. Die Vorform kann in einem Form-Hohlraum platziert werden, und die Räume oder Zwischenbereiche der Vorform können z. B. durch Spritzguß mit einem Kunststoff- Matrixmaterial gefüllt werden, um eine ausgerichtete röhrenförmige Einfassung zu bilden, wie in WO-A-9710941 beschrieben.
Die röhrenförmige Einfassung kann einen einstückigen Körper aufweisen, oder sie kann zwei oder mehr hohle Teile aufweisen, die separat installiert und verbunden werden können. Die hohlen Körper-Teile können mit einem Gewinde versehen sein, damit sie zusammengeschraubt werden können, oder sie können miteinander zusammenwirkende ringförmige Vorsprünge oder Vertiefungen aufweisen, mittels derer sie durch Drucksitz oder Schnappsitz verbunden - - werden können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Einfassung ein erstes Hohlkörperteil, das das mindestens eine umfangsmäßige Innenwandteil des Körpers aufweist, und ein zweites Hohlkörperteil auf, das das mindestens Eine umfangsmäßige Außenwandteil des Körpers aufweist. Beim Zusammenfügen kann das erste (innere) Hohlteil innerhalb des zweiten(äußeren) Hohlteils platziert werden, und es kann eine geeignete Verbindung hergestellt werden, um die beiden Hohlteile aneinander zu befestigen und den Ringraum zur Aufnahme der Enden des Kunststoffrohrs zu erzeugen. Alternativ können die Hohlteile nacheinander an dem Rohr installiert werden, wobei normalerweise das innere Hohlteil als erstes installiert wird.
Die Bemessungen der Einfassung - werden selbstverständlich weithin durch den Außendurchmesser und die Wanddicke des Rohrs oder der Rohre, die miteinander verbunden werden sollen, und durch die Länge der erforderlichen Schweißnaht bestimmt; vorzugsweise jedoch ist der Ringraum derart ausgebildet, dass er eine enge Passung bildet und den Abmessungen des Rohrendes eng konform ist, und - wie im folgenden noch detailliert beschrieben wird - kann er bei einigen Ausführungsformen sogar eine Breite haben, die etwas kleiner ist als die Dicke der Rohrwand.
Obwohl dazu normalerweise kein Anlass vorliegt, besteht die Möglichkeit, die Elektroschweißkupplungsvorrichtung der Erfindung mit Rohren zu verwenden, deren Enden im Durchmesser aufgeweitet worden sind, z. B. gemäß EP-A- 736719.
Die Elektroschweißkupplungsvorrichtung kann einen Konnektor aufweisen, mit dem ein Rohr mittels der Aktion eines elektrischen Heizelements, bei dem es sich um ein Widerstands- oder ein Induktionsheizelement handelt, an eine andere Komponente geschweißt oder "gelötet" werden kann. Die Elektroschweißkupplungsvorrichtung kann beispielsweise elektrische Leiterelemente, z. B. Metallwicklungen, Ringe, Metall-Netzstrukturen oder andere geeignet geformte elektrisch leitende Teile aufweisen, die an einer Schicht schmelzbaren thermoplastischen Polymermaterials, die sich in den Bereichen der den Ringraum bildenden Innen- und Außenwände befindet, angeordnet oder darin eingebettet ist. Die elektrischen Leiterelemente können aktiviert werden, indem z. B. ein elektrischer Strom durch sie hindurchgeschickt wird, oder durch induktives Heizen, um das aneinander anliegende thermoplastische Material zum Schmelzen zu bringen und eine Fusionsverbindung zwischen der Lnnen- und der Außenfläche des Kunststoffrohrs herzustellen.
Die elektrischen Heizelemente der Elektroschweißkupplungsvorrichtung können helische Wicklungen aufweisen; vorzugsweise jedoch werden die elektrischen Heizelemente wie oben erwähnt aus serpentinenartigen Wicklungen aus Draht mit elektrischem Widerstand gebildet, oder aus einer ähnlichen Anordnung, die den Heizelementen ein problemloses Verändern ihres Durchmessers ermögliclht, um jegliche Spalte zwischen den Wänden des Ringraums und den Außenflächen des Kunststoffrohrs aufzunehmen, um eine Leerraumbildung zu minimlieren. Wenn die elektrischen Heizelemente serpentinenartige Wicklungen aufweisen, ist die Konfiguration derart beschaffen, dass die Heizleiter Längsabschnitte aufweisen, die einander parallel sind und durch Verbindungsabschnitte miteinander verbunden sind, wobei die Längsabschnitte paralleh zur Axialerstreckung des Ringraums verlaufen. Alternativ können die Heizelemente auch als helische Heizleiter ausgebildet sein. Schließlich ist es auch möglich, die Heileiter in Form leitender Käfige auszubilden, die mehrere in der Axialerstreckung des Verbindungskörpers verlaufende Heizdrähte aufweisen und an ihren Endflächen mit Verbindungsleitern versehen sind.
Bei bestimmten Ausführungsformen ist es auch möglich, sowohl Heizelemente mit elektrischem Widerstand als auch induktive Heizelemente zu verwenden. In solchen Fällen kann z. B. das Heizungselement, das an der Außenwand angeordnet ist oder in diese eingebettet ist, ein elektrisches Widerstandselement sein, und das Heizelement, das an der Innenwand angeordnet ist oder in diese eingebettet ist, kann ein induktives Heizelement sein, oder umgekehrt. Wenn das- induktive Heizelement in die Innenwand eingebettet ist, kann dadurch e- - - benfalls eine Verstärkungsschicht gebildet werden, wie im folgenden detaillierter beschrieben wird. Wenn sowohl Heizelemente mit elektrischem Widerstand als auch induktive Heizelemente verwendet werden, brauchen diese nicht notwendigerweise gleichzeitig aktiviert zu werden. Der Ausdruck "induktives Heizelement" schließt die Curie-Punkt-Heizelemente gemäß der Beschreibung in EP-A0 480 053 ein, deren gesamte Offenbarung hiermit für sämtliche Zwecke in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.
Das schweißbare thermoplastische Polymermaterial der Elektroschweißkupplungsvorrichtung kann beispielsweise aufweisen: ein Polyolefin, z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen und höhere olefinische Polymere; Copolymere von Ethylen, Propylen und Butylen miteinander und mit anderen ungesättigten Monomeren; Vinylhalidpolymere, z. B. Polyvinylchlorid; olefinisch ungesättigte aromatische Polymere wie etwa Polystyrol und Styrolcopolymere; und Polyme-. re und Copolymere von /inylmonomeren wie etwa Ethylenvinylacetatcopolymere, Polycarbonat und ähnliche Materialien. Polyethylen ist das bevorzugte Polymermaterial, insbesondere wenn mehrschichtige Verbundrohre mit äußeren und inneren Polyethylenflächen miteinander verbunden werden sollen.\ Falls gewünscht, kann das schweißbare thermoplastische Polymermaterial ein modifiziertes Polyolefinmaterial aufweisen, z. B. ein anhydrid-modifiziertes Polyethylen, oder das Material kann ein Vernetzungsmittel aufweisen, das während des Fusionsverbindungsschritts oder nach diesem derart reagiert, dass es das Pollymermaterial und möglicherweise die angrenzende Oberfläche des Rohrs vernetzt. Modifizierte Polyolefine sind besonders zweckmäßig zum Verbinden von Polyolefin-Flächen unterschiedlicher Zusammensetzung. Zu den geeigneten modifizierten Polyolefinmaterialien gehören z. B. Alphaolefinpolymere und -copolymere, die bis zu 10 Gewichts-% einer olefinisch ungesättigten Carbonsäure oder eines Anhydrids derselben aufweist, wie z. B. Acrylsäure, Maleinsäure, Itakonsäure und Sukzinsäure oder deren Anhydride, wie Copolymer- oder Propfcopolymer-Bestandteile.
Falls gewünscht, kann das schweißbare thermoplastische Polymermaterial einen oder mehrere Füllstoffe aufweisen, und es kann z. B. Füllstoffe aufweisen, die reagieren und hohe Temperaturen erreichen können, wenn sie Lnfrarotstrahlung oder elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt werden; beispielsweise Edelstahlfasern gemäß der Beschreibung in PCT/EP96/02801. Die Verwendung derartiger Füllstoffe zum Unterstützen oder anstelle der oben beschriebenen Schmelzmittel ist als weiterer Aspekt in die Erfindung einbezogen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Heizelemente der Innen- und Außenwände des Körpers der Kupplungsvorrichtung in einer axialen Richtung relativ zueinander versetzt, um zu gewährleisten, das adäquates Material verfügbar ist, um strömen und die Schweißbereiche um die Heizbereiche herum füllen zu können. Wenn die Heizelemente der Elektroschweißkupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung axial versetzt sind, sind sie vorzugsweise derart angeordnet, dass das innere Heizelement an dem geschlossenen Ende des Ringraums platziert ist und das äußere Heizelement mit einem Abstand von dem geschlossenen Ende und derart platziert ist, dass es mit dem inneren Heizelement nicht axial überlappt. Dies bietet die Möglichkeit, dass das an dem inneren Heizelement gelegene Ende des Kunststoffrohrs beim Elektroschweißen leicht "einknickt", derart, dass das geschmolzene Material zum Unterstützen der inneren Schweißung von der Außenseite des Rohrs nahe zu dem Ende des Rohrs absinken kann, während das geschmolzene Material zum Stützen der äußeren Schweißung von der Bohrung des Rohrs zu dem Bereich des äußeren Heizelements eingezogen werden kann.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Körper des Elektroschweißtells derart geformt sein, dass die den Ringraum begrenzenden Wände leicht konisch sind, und einen Durchmesser aufweisen, der sich mit zunehmendem Abstand von dem offenen Ende des Körpers vergrößert. Dieses Merkmal kann besonders zweckmäßig in Kombination mit den bereits beschriebenen versetzten Heizelementen sein, wobei ein Profil gebildet wird, das dem "Knicken" des Endes des Kunststoffrohrs entgegenwirkt und eine Durchmesserreduzierung des Rohrs begrenzt.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung wird zumindest während des Elektroschweißvorgangs eine Greifkraft und/oder ein Lateraldruck auf das Ende des Kunststoffrohrs ausgeübt. Ohne sich durch eine bestimmte Theorie beschränken lassen zu wollen, nimmt man an, dass die Aktion des Greifens der Enden des Kunststoffrohrs verhindert, dass ein durch die Expansion geschmolzenen Materials innerhalb des Ringraums erzeugter Innendruck geschmolzenes thermoplastisches Material aus dem Ende der Elektroschweißkupplungsvorrichtung heraus extrudiert, so dass Hohlräume zurückbleiben und die Qualität der Verbindung beeinträchtigt wird. Auf ähnliche Weise dient ein Lateraldruck, der auf die Rohroberflächen am Ende des Rohrs aufgebracht wird, dazu, die Rohroberflächen in engem Kontakt mit den den Ringraum in der Kupplungsvorrichtung bildenden Innen- und Außenwänden zu haften, so dass die Gefahr der Entstehung von Hohlräumen reduziert wird.
Wenn eine Elektroschweißkupplungsvorrichtung mit einer Greifvorrichtung versehen ist, kann diese z. B. eine Reihe von zwei oder mehr Zähnen aufweisen, die radial um den Ringraum herum angeordnet sind und leicht in den Ringraum hineinragen, so dass sie bei Benutzung in der Lage sind, die Außen- und/oder Innenflächen des Kunststoffrohrs zu kontaktieren und zu greifen. Die Zähne der Greifvorrichtung können bei Bedarf so scharf ausgebildet sein, dass sie eine Außenoberflächenschicht des Kunststoffrohrs durchdringen, und, wenn ein melhrschichtiges Kunststoffrohr angeschlossen werden soll, können die Zähne derart eindringen, dass sie die Verstärkungsschicht des Verbundrohrs kontaktieren, um die Verbindung mit dem Rohr zu verbessern.
Die Greifvorrichtung kann auch in anderer Form vorgesehen sein; beispielweise können die Zähne durch aufgerauhte Flächen der Wände ersetzt werden, oder die Greifvorrichtung könnte einen elastischen geteilten Ring oder ein ähnliches Bauteil aufweisen. Die Zähne oder anderen Greifelemente können vorzugsweise bei der Schmelztemperatur des schmelzbaren thermoplastischen Polymermaterials schmelzend angeformt werden.
Bei denjenigen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen während des Schweißens ein Lateraldruck auf die Rohroberflächen an den Enden des Kunststoffrohrs aufgebracht wird, kann dies auf verschiedene Arten erzielt werden. Bei einem ersten Verfahren gemäß der Erfindung ist die Breite des Ringraums etwas kleiner als die Dicke der Kunststoffrohrwand, und die Kunststoffrohrwand wird zusammengedrückt oder der Ringraum wird erweitert, damit das Kunststoffrohr in dem Ringraum aufgenommen werden kann.
Die Breite des Ringraums kann z. B. von 100% bis zu 95% der Dicke der Kunststoffrohrwand betragen. Wenn die Zusammendrück- oder Erweiterungskräfte aufgehoben werden, befindet sich das Kunststoffrohr in engem Passsitz in dem Ringraum, und die umfangsmäßigen Innen- und Außenwände des Körpers der Kupplungsvorrichtung üben Lateraldruck auf das Kunststoffrohr aus.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Körper der Elektroschweißkupplungsvorrichtung ein inneres und ein äußeres Teil auf, die beim Zusammenfügen den Ringraum zur Aufnahme des Endes des Kunststoffrohrs bilden. Die Relativbemessungen der inneren und äußeren Körper-Teile können auch derart vorgesehen sein, das beim Aufsetzen des Körpers der Elektroschweißkupplungsvorrichtung um die Enden des Kunststoffrohrs die umfangsmäßigen Innen- und Außenwände des Ringraums Lateraldruck auf einen Endbereich des Kunststoffrohrs ausgeübt wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass Rohre unterschiedlicher Durchmesser, jedoch gleichen Außendurchmessers verbunden werden können, indem je nach Eignung nur eines der inneren und äußeren Teile ersetzt wird. Dadurch kann die Teilebevorratung reduziert werden, und es können Kosten eingespart werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Körper der Elektroschweißkupplungsvorrichtung mit einem ringförmigen Spreizteil versehen werden, das in den Ringraum hineinragt, und zwar von dessen geschlossenem Ende her, so dass, wenn das Kunststoffrohr in den Ringraum geschoben wird, das ringförmige Spreizteil in die Endwand des Kunststoffrohrs eindringt und eine Spreizwirkung auf diese ausübt. Das Spreizteil zwingt dadurch die Innen- und Außenflächen des Kunststoffrohrs in Kontakt mit den Innen- und Außenwänden des Ringraums des Kupplungsteils, die ihrerseits Lateraldruck auf das Ende des Kunststoffrohrs ausüben.
Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass das Material der hohlen röhrenförmigen Einfassung, die die umfangsmäßige Außenwand des Ringraums aufweist, aus einem wärmerückstellbaren Material gebildet wird, z. B. einem erweiterten vernetzten thermoplastischen Material, so dass beim Erwärmen die erweiterte umfangsmäßige Außenwand einen kleineren Durchmesser annimmt, die Breite des Ringraums reduziert und Lateraldruck auf den von ihr aufgenommenen Endbereich des Kunststoffrohrs ausübt.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann es bevorzugt werden, die umfangsmäßigen Innenwände der hohlen röhrenförmigen Einfassung aus einem relativ starren Material herzustellen oder sie mit einer Verstärkungsschicht zu versehen, so dass, wenn die umfangsmäßige Innenwand in das Rohr gedrückt wird, sie darin einen engen Passsitz einnimmt und sogar die Bohrung des Kunststoffrohrs leicht aufweiten kann. Dies kann gewährleisten, dass eine adäquate Zufuhr thermoplastischen Materials verfügbar ist, um den Schmelzbereich um das innere Heizelement zu füllen. Die Verstärkung kann ferner der Innenwand Stabilität verleihen, wenn das Material der Innenwand, das das elektrische Heizelement umgibt, erwärmt wird.
In ähnlicher Weise kann das Material der umfangsmäßigen Außenwand des Verbindungskörpers aus einem Material gebildet werden, das leicht flexibel ist, so dass es auswärts über das Rohrende aufgeweitet werden kann, um in engen Kontakt mit der Außenfläche des Kunststoffrohrs zu gelangen, nachdem das Rohr in den Ringraum gedrückt worden ist.
In manchen Fällen ist es wünschenswert, dass die Elektroschweißkupplungsvorrichtung über eine Verbindung hinweg elektrische Kontinuität erzeugt, insbesondere zwischen den verstärkenden Metallschichten der beiden miteinander zu verbindenden Verbundrohre. Derartige Rohre sind in der bereits erwähnten WO-A-9701429 beschrieben. Die Elektroschweißkupplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine besonders einfache Weise des Aufrechterhaltens einer elektrischen Kontinuität, und dies ist ein bevorzugter und weiterer Aspekt der Erfindung. Elektrische Kontinuität kann z. B. erzeugt werden, indem die Heizelemente vor oder nach dem Schweißen mit den benachbarten Enden der elektrisch leitenden Schichten der Rohre verbunden werden. Jede Elektroschweißwicklung kann z. B. mit einem Anschluss oder mehreren Anschlüssen versehen sein, die entweder direkt oder durch mechanische Greifvorrichtungen mit den Verstärkungs-Metallschichten verbunden ist. Somit wird die elektrische Kontinuität durch die Anschlüsse oder durch die mechanischen Greifvorrichtung erzeugt, die in der Lage ist, in jede Oxidschicht auf der Verstärkungs-Metallschicht einzudringen und diese zu durchstechen, und somit durch die Elektroschweißwicklungen zu der Metallschicht an dem anderen anzuschließenden Verbundrohr vorzudringen. Es können auch andere Verfahren der Erzeugung elektrischer Kontinuität vorgesehen sein; beispielsweise können mechanische Greifvorrichtungen vorgesehen sein, die direkt verbunden sind oder durch die röhrenförmige Einfassung verbunden sind, falls die Einfassung aus einem leitenden Material gebildet ist. Im folgenden werden, jedoch nur im Sinne von Beispielen, bestimmte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben:
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Elektroschweißkupplungsvorrichtung, die als Konnektor konfiguriert ist;
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die beiden inneren elektrischen Heizelemente, die im nicht aufgewickelten Zustand gezeigt sind;
Fig. 3 zeigt, teilweise in seitlicher Schnittansicht, eine zweite Elektroschweißkupplungsvorrichtung und Rohrverbindung gemäß der Erfindung, bei der die Kunststoffrohrenden zusammengedrückt werden, bevor sie in der Elektroschweißkupplungsvorrichtung aufgenommen werden;
Fig. 4 zeigt, teilweise in seitlicher Schnittansicht, eine dritte Elektroschweißkupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei die Fusionsverbindung mit Spreizvorrichtungen zum Eindringen in die Wand des Kunststoffrohrs versehen ist;
Fig. 5 zeigt eine seitlich geschnittene Teilansicht einer weiteren Elektroschweißkupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung und ihre Anwendung zum Verbinden von Kunststoffrohren mit homogener Wand;
Fig. 6 zeigt in seitlicher Schnittansicht die Kupplungsvorrichtung gemäß Fig. 5 nach der Elektroschweißung;
Fig. 7 zeigt eine seitliche geschnittene Teilansicht eine weitere Ausführungsform einer Elektroschweißkupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung, bei der der Körper in zwei Teilen ausgebildet ist, die miteinander verbunden werden;
Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht einer Elektroschweißkupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung, die mit Greifvorrichtungen versehen ist;
Fig. 9 zeigt eine geschnittene Teilansicht einer Verbindung, die durch die erfindungsgemäße Elektroschweißkupplungsvorrichtung mit einer Vorrichtung zum Aufrechterhalten der elektrischen Kontinuität über die Verbindung hinweg gebildet ist; und
Fig. 10 zeigt eine geschnittene Teilansicht einer Verbindung, die durch eine weitere erfindungsgemäße Elektroschweißkupplungsvorrichtung mit Greifvorrichtungen und einer konischen Innenwand gebildet ist.
Fig. 1, auf die zuerst eingegangen wird, zeigt im Längsschnitt einen Schweißkonnektor oder eine Schweißhülse 12, wobei die Kunststoffrohre entweder Rohre, die über ihre gesamte Wanddicke aus Kunststoff bestehen, oder Kunststoff-/Metall-Verbundrohre sind, bei denen eine Metall-Zwischenschicht zwischen zwei Kunststoffschichten angeordnet ist. Die Schweißkupplungsvorrichtung 10 weist einen röhrenförmigen Verbindungskörper 14 aus Kunststoff auf. Der Verbindungskörper 14 weist einen massiven zentralen Ringabschnitt 16 auf, von dem sich eine zylindrische Innenwand 18 und eine zylindrische Außenwand 20, die parallel und konzentrisch zu dieser verläuft, an beiden Seiten in beiden axialen Richtungen erstrecken. Zwischen einer jeweiligen Innenwand 19 und einer jeweiligen Außenwand 20 ist ein Ringraum 22 ausgebildet, der zu einem der Enden 24 des Verbindungskörpers 14 hin offen ist.
In den an den Ringräumen gelegenen Bereichen der Wände 18 und 20 sind elektrische Heizelemente 26,28 in das Kunststoffmaterial des Verbindungskörper 14 eingebettet. Vcwzugsweise ist jedes der elektrischen Heizelemente 26,28 als serpentinenartiges Heizband oder serpentinenartiger Heizdraht 30 konfiguriert, dessen Verbindungsenden radial auswärts durch den Verbindungskörper 14 geführt sind. Die Heizbänder 30 der Heizelemente 26, die in die Innenwände 18 eingebettet sind, sind in Fig. 2 im nicht gewickelten Zustand gezeigt. Diese Heizbänder 30 weisen axial erweiterte Längsabschnitte 34 auf, die über umfangsmäßig erweiterte Verbindungsabschnitte 36 verbunden sind.
Gemäß Fig. 1 werden die Enden des Kunststoffrohrs 12 in die Ringräume 32 eingeführt. Durch Applizieren einer elektrischen Spannung an die Verbindungsenden 32 der Heizbänder 30 der elektrischen Heizelemente 26 und 28 fließt elektrischer Strom durch die Heizbänder 30, wobei dieser Strom zu einer Heizvorrichtung für das thermoplastische Material des Verbindungskörpers 14 in dem nahe dem Ringraum gelegenen Bereich gelangt. Ferner heizen die Heizbänder 30 intern und extern die Enden der Kunststoffrohre 12, die ebenfalls in den Ringräumen 2 : 2 aufgenommen sind. Als Ergebnis der Plastifizierung des Materials des Verbindungskörpers 14 und des Kunststoffrohrs 12 wird eine enge Verbindung zwischen diesen beiden Elementen hergestellt, so dass nach dem Abkühlen eine zuverlässige Fusionsverbindung der Verbindungskörpers 12 und der Kunststoffrohre 12 entsteht. In die Innenwand 18 des Verbindungskörpers 14 ist ein 'Verstärkungseinsatz 38 integriert, der insbesondere als durclhgehende Hülse aus Metall, thermoplastisch härtendes Kunststoffmaterial oder Kunststoffmaterial mit einem Schmelzpunkt ausgebildet ist, der beträchtlich höher ist als derjenige des durch die Heizelemente plastifizierbaren · Kunststoffmaterials. Dadurch wird verhindert, dass die Innenwand 18, die den Durchlass 40 des Verbindungskörpers 18 begrenzt, in erwärmten Zustand kollabiert. In dem nahe dem Durchlass gelegenen Bereich der Innenwand 18 ist der Verstärkungseinsatz 38 in das Material der Wand eingebettet.
Die als nächstes zu erläuternde Fig. 3 zeigt eine generell mit 51 gekennzeichnete Elektroschweißkupplungsvorrichtung, die einen Körper-Teil 52 mit einer ' äußeren Umfangswand 53 und einer inneren Umfangswand 54 aufweist, welche einen Ringraum 55 definieren. Die Innen- und Außenwände 53, 54 werden durch einen Mittelabschnitt 56 verbunden und in gegenseitigem Abstand gehalten.
An den Außen- bzw. Innenflächen des Ringraums 55 sind mit elektrischem Widerstand ausgebildete Heizwicklungen 57 und 58 angeordnet, die in die Wände 53 bzw. 54 eingebettet sind. Die miteinander zu verbindenden Rohre 59 und 60 sind als mehrschichtige Verbundkonstruktion ausgebildet und weisen äußere und innere Kunststoffhautflächen 61 und 62 und einen Kern aus geschäumtem Kunststoff auf.
Bei Benutzung werden die Wanddicken der Rohre 59 und 60 an ihren Enden mittels einer (nicht gezeigten) Kompressionsvorrichtung zusammengedrückt, so dass die Dicke an einem Endabschnitt 64 ein Einführen des Endabschnitts in einen Ringraum 55 der Elektroschweißkupplungsvorrichtung 51 erlaubt. Nachdem die Kunststoffrohre 59, 60 in die Ringräume 55 der Elektroschweißkupplungsvorrichtung 51 eingetreten sind, besteht die Tendenz, dass sich die Rohrwand elastisch auf ihre ursprüngliche Dicke aufweitet. Dadurch beschränken die inneren und äußeren Umfangswände des Ringraums 55 die Aufweitung und üben somit einen Lateraldruck auf die Innen- und Außenflächen der thermoplastischen Rohre aus. Dieser Lateraldruck wird während des Elektroschweißens aufrechterhalten, und nachdem die elektrischen Heizelemente 57, 58 aktiviert, worden sind und die Wände 53, 54 mit den Kunststoffrohr- Oberflächen 61, 62 verschweißt worden sind, ist erkennbar, dass Hohlräume in dem Ringraum 55, die durch unzureichenden Kontakt zwischen den Schweißflächen und mangelnder Befüllung mit Schmelzmaterial verursacht werden könnten, beträchtlich minimiert sind.
Die nun zu erläuternde Fig. 4 zeigt eine generell mit 70 gekennzeichnete dritte Ausführungsform einer Elektroschweißkupplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kupplungsvorrichtung gleicht im wesentlichen derjenigen gemäß Fig. 3, außer dass die Kupplungsvorrichtung 70 mit ringförmigen Spreizvornichtungen 71, 72 versehen ist, die in die Ringraume 73 hineinragen. Die rindförmigen Spreizvorrichtungen 71, 72 weisen einen konischen Abschnitt und eine scharfe Spitze T4 auf, um die Endwände 75 der mehrschichtigen Verbundrohre 76 und 77 zu durchdringen.
Bei Benutzung werden die mehrschichtigen Verbundrohre 76 und 77 in die Ringräume 73 der Elektroschweißkupplungsvorrichtung 70 gedrückt, bis die scharfen Spitzen der Spreizvorrichtungen die Endwände 75 kontaktieren. Die Rohre 76, 77 werden dann in die Kupplungsvorrichtung 70 hineingeschoben, bis die Endwände 75 an die geschlossenen Enden der Ringräume 73 anstoßen. An diesem Punkt sind die Spreizvorrichtungen 71, 72 in die Endwände 75 der Rohre Eingedrungen und haben mittels eines Keileffekts die Rohre in Druckkontakt mit den Außen- und Innenwänden 78, 79 der Ringräume 73 gezwungen. Dann werden die Heizwicklungen 80,81 aktiviert, um die Kupplungsvorrichtungi mit den Rohren 76, 77 zu verschweißen. Wiederum wird durch Aufrechterhalten von Druck auf die Außen- und Innenflächen der Rohre 76, 77 das · Auftreten von Hohlräumen während des Elektroschweißens beträchtlich minimiert.
Die nun zu erläuternde Fig. 5 zeigt eine Teilansicht einer generell mit 90 bezeichnelten Elektroschweißkupplungsvorrichtung, bei der die Elektroschweißelemente 91, 92 in bezug auf das zu verbindende Kunststoffrohr 93 in der Axialrichtung versetzt oder auf Lücke angeordnet sind. Wie gezeigt, ist das Rohr 93 homogen ausgebildet, und die Rohrwand kann extrudiertes hochdichtes Polyethylen aufweisen. Die Kupplungsvorrichtung weist äußere und innere umfangsmäßige Wände 94, 95 auf, die wie gezeigt ungleiche Längen haben, obwohl dies nicht unbedingt notwendig ist. Die Innenwand 95 ist mit einer Verstärkungsschicht 95 aus einer Metall-Netzstruktur versehen.
Die elektrischen Heizelemente 91, 92 können aus Heizdrähten mit elektrischem Widerstand in Form von helischen Wicklungen oder serpentinenartigen Schleifen bestehen, wie in der eingefügten Zeichnung gezeigt ist.
Der Effekt des Elektroschweißens unter Verwendung der Kupplungsvorrichtung gemäß Fig. 5 ist in Fig. 6 gezeigt, in der die Verformung des Rohrs 93 beträchtlich vergrößert worden ist, um das zugrundliegende Prinzip zu veranschaulichen. Es ist ersichtlich, dass der Abschnitt 98 des Rohrs unter der durch das elektrische Heizelement 92 erzeugten Wärme eingesunken ist und dadurch - den Schweißbereich um das elektrische Heizelement 92 füllt, so dass ein breiter Fusionsverbindungsbereich gebildet wird. In dem Teil 99 des Rohrs 93 ist unter dem Einfluss der durch das elektrische Heizelement 91 erzeugten Wärme geschmolzenes Material aus der Rohrbohrung gezogen worden, so dass es den Schweißbereich um das elektrische Heizelement 91 füllt, um eine ausgezeichneten Fusionsverbindung zu bilden.
In den nun zu erläuternden Fig. 7 und 8 ist eine generell mit 100 gekennzeichnete weitere Ausführungsform einer Schweißkupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung gezeigt. Die Kupplungsvorrichtung weist ein äußeres Körper-Teil 101 undl ein inneres Körper-Teil 102 auf, die in gegenseitigem Abstand angeordnet und durch einen zentralen Verbindungsbereich 103 miteinander verbunden sind. Die Verbindung ist schematisch gezeigt; sie kann eine Schraubverbindung, eine Druck-Passverbindung oder eine Schnapp-Passverbindung aufweisen. Falls gewünscht, kann das innere Teil 102 mit einem Metall- Verstärkungsteil 109 versehen sein.
Bei Benutzung können düe äußeren und inneren Teile 101, 102 entweder im voraus zusammengefügt und das mehrschichtige Verbundrohr 104 darin eingeführt werden, oder das innere Teil 102 kann zuerst in das Rohr 104 eingeführt und das äußere Teil 101 darübergeschoben werden. Es besteht die Möglichkeit, das innere Teil 102 eng in das Rohr 104 einzupassen, so dass das Teil Druck auf die Innenwand des Rohrs ausübt, und durch das äußere Teil 101 elastischen Druck auf die Außenfläche des Rohrs 104 auszuüben, z. B. falls der Innendurchmesser des äußeren Teils 101 etwas kleiner ist als der Außendurchmesser des Rohrs 104.
Die Verbindung der Schweißwicklungen 105, 106, 107 und 108 ist in der eingefügten Zeichnung schematisch gezeigt.
Die zusammengefügte Fusionsverbindung ist in Fig. 9 gezeigt. Die Konstruktion bietet einen guten Druckkontakt zwischen den äußeren und den inneren Teilen 101, 102 und dem mehrschichtigen Verbund-Kunststoffrohr 104, so dass eine gui:e Fusionsverbindung erzielt wird.
Gemäß der nun zu erläuternden Fig. 9 weist die Elektroschweißkupplungsvorrichtung 110 eine Innenwand 111 und eine Außenwand 112 auf, die einen Ringraum 113 definieren. In den Ringraum ragen von der Innen- bzw. der Außenwand ringförmige Zähne 114, 115 hinein. Wenn ein Rohrende 16 in den Ringraum 113 eingeführt wird, ergreifen die Zähne 114, 115 das Rohr und wirken einem Abziehen des Rohrs aus der Kupplungsvorrichtung entgegen. Wie gezeigt, sind die Zähne 114, 115 aus Metallringen gebildet, jedoch können auch andere Materialien verwendet werden. Nach dem Einführen des Rohrendes 116 werden die Heizelemente 117, 118 aktiviert, und die Fusionsverbindung ist vollständig.
Die Elekaroschweißkupplungsvorrichtung 120 gemäß Fig. 10 weist eine Innenwand 121 und eine Außenwand 122 auf, die einen Ringraum 123 definieren. Die Innenwand ist mit einem Abstufungsbereich 124 zu dem geschlossenen Ende des Ringraums 123 hin versehen. An der Außenwand 122 ist ein elektrisches Heizelement 125 positioniert, das mit einem identischen Element 126 auf der anderen Seite der Kupplungsvorrichtung elektrisch verbunden ist.
Die Innenwand ist ferner mit einem Heizelement 127 versehen, das sich um den abgestuften Bereich 124 erstreckt und mit einem elektrischen Kontakt 128 verbunden ist. Der Kontakt 128 ist mit einem identischen Kontakt auf der anderen Seite der Kupplungsvorrichtung verbunden. Die Elektroschweißkupplungsvorrichtung ist geeignet für das Verbinden von mehrschichtigen Verbundrohren, die eine gewisse Komplexität aufweisen. Wie gezeigt, weist das Rohr 130 bei Betrachtung von der Außenseite zur Innenseite hin eine äußere leitende Schlicht 131, eine dicke Schaumstoffschicht 132, einen Aluminiumschicht 133, eine dünne Schaumschicht 134 und eine PEX-Schicht 135 mit hoher axialer Stärke auf. Das Rohr wird vorbereitet, indem ein Abschnitt der Schichten 134, 135 derart zurückgeschnitten wird, dass eine Länge der Aluminiumschicht 133 freigelegt wird, die der Stufe 124 entspricht. Wenn das Rohrende 130 in den Ringraum 133 eingeführt wird, kontaktiert die Leitende Schicht 131 das elektrische Heizelement 125, und die Länge 136 der Aluminiumschicht kontaktiert den elektrischen Kontakt 128. Auf diese Weise wird die elektrische Leitfähigkeit von der leitenden Schicht 131 zu dem Element 126 über das Element 125, und von der Aluminiumschicht 133 zu dem Kontakt 129 über den Kontakt 128 aufrechterhalten. Das Element 126 und der Kontakt 129 können selbstverständlich mit einem (nicht gezeigten) weiteren Rohrende verbunden werden, das in der gleichen Weise wie das Rohrende 130 vorbereitet worden ist.
Nach dem Einführen des Rohrendes 130 in den Ringraum 123 werden die Elemente 125 und 127 entweder gleichzeitig oder nacheinander aktiviert, um die Kupplungsvorrichtung mit dem Rohrende 130 zu verschweißen.
Gemäß der nun zu erläuternden Fig. 11 weist die Elektroschweißkupplungsvorrichtung 140 eine äußere zylindrische Wand 141 und eine innere zylindrische Wand 142 auf, die einen Ringraum 143 definieren. Die Innen- und Außenwände sind mit Heizelementen 144 bzw. 145 versehen. Die Außenwand 141 ist ferner an ihrem freien Ende mit einer Greifvorrichtung 146 versehen, die eine Gewindemutter 147 aufweist, welche auf einem (nicht gezeigten) Gewinde an der Außenwand 141 festgezogen werden kann und auf den Kompressions-O- Ring 148 drückt.
Die Kupplungsvorrichtung 140 ist besonders zweckmäßig zum Verbinden von Schaumstoffrohren, und wie gezeigt kann ein Schaumstoffrohr 150 in den Ringraum 143 eingeführt werden, bis es an der konischen Innenwand 141 anliegt. Durch eine weitere Vorbewegung des Rohrs 150 wird sein unterer Endabschnitt 151 zusammengedrückt, bis das Rohr an der Endwand 152 des Ringraums 143 anschlägt. Die Greifvorrichtung 146 wird dann angezogen, so dass die Gewindemutter 14T den O-Ring 148 zusammendrückt, der seinerseits eine Greifkralt auf die Rohr-Außenfläche 153 ausübt. Nachdem das Rohr voll eingeführt worden ist, werden die Heizelemente 144 und 145 entweder nacheinander oder gleichzeitig aktiviert, um die Elektroschweißkupplungsvorrichtung 140 mit dem Rohr 150 zu verschweißen.

Claims

1. Elektroschweißkupplungsvorrichtung (90) für ein Kunststoffrohr (93), mit einer hohlen, röhrenförmigen Einfassung mit einem Körper, mit dem ein Ende des Kunststoffrohrs verbindbar ist, wobei der Körper mindestens eine umfangsmäßig verlaufende Innenwand (95) und mindestens eine konzentrisch zu dieser umfangsmäßig verlaufende Außenwand (94) aufweist, wobei die Innen- und Außenwände einen Ringraum zur Aufnahme des Endes des Kunststoffrohrs bilden und ferner thermoplastisches Material mindestens in ihren an den Ringraum angrenzenden Bereichen aufweisen, mit mindestens einem elektrischen Heizelement (91, 92) zum Heizen des thermoplastischen Materials der Innen- und Außenwände, das an jeder der mindestens einen Innenwand und der mindestens einen Außenwand in deren an den Ringraum angrenzenden Bereichen angeordnet ist oder in die Wand eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente der Innen- und Außenwände des Körpers der Kupplungsvorrichtung in einer Axialrichtung zueinander versetzt sind.

2. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das innere Heizelement an dem geschlossenen Ende des Ringraums angeordnet ist und das äußere Heizelement mit einem Abstand von dem geschlossenen Ende derart angeordnet ist, dass es sich nicht mit dem inneren Heizelement axial überlappt.

3. Elelktroschweißkupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die röhrenförmige Einfassung einen einstückigen Körper aufweist.

4. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die röhrenförmige Einfassung zwei oder mehr hohle Körperteile (101, 102) aufweist, die separat installierbar und verbindbar sind.

5. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Einfassung einen ersten hohlen Körperteil (102), der die mindestens eine umfangsmäßig verlaufende Innenwand des Körpers aufweist, und einen zweiten hohlen Körperteil (101) hat, der die mindestens eine umfangsmäßig verlaufende Außenwand des Körpers aufweist.

6. Elektroschweißkupplrungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Ringraum durch ein Kunststoff-Einsatzteil gebildet ist, das zwischen den Innenwand und der Außenwand angeordnet ist und an oder in dem das elektrische Heizelement bzw. die elektrischen Heizelemente angeordnet sind.

7. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Kunststoffmaterial des Körpers, in den die elektrischen Heizelemente eingebettet sind, einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das Material oder die Materialien, aus denen der übrige Bereich des Körpers besteht.

8. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Körper eine Verstärkung (96) im Bereich seiner mindestens einen Innenwand aufweist.

9. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Verstärkung eine perforierte oder nichtperforierte Metallhülse (96) aufweist und/oder ein wärmehärtbares Kunststoffmaterial aufweist.

10. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Heizelemente Elektrowiderstands-Heizelemente oder Induktionsheizelemente aufweisen.

11. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die elektrischen Heizelemente aus Serpentinenspulen (912") aus elektrisch widerstandsfähigem Draht ausgebildet sind.

12. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das thermoplastische Material Polyethlyen aufweist.

13. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Vorrichtungen (114, 115) vorgesehen sind, um das Ende des bei der Fusion in dem Ringraum aufgenommenen Kunststoffrohrs zu greifen oder lateralen Druck auf dieses auszuüben.

14. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Greifvorrichtungen eine Reihe von zwei oder mehr schmelzbaren Zähnen (114, 115) aufweisen, die radial um den Ringraum angeordnet sind und in den Ringraum hineinragen, derart, dass sie bei Verwendung in der Lage sind, die Außen- und/oder Innenflächen des Kunststoffrohrs zu kontaktieren und zugreifen.

15. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Breite des Ringraums etwas kleiner ist als die Dicke der Kunststoffrohr-Wand.

16. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Körper der Elektroschweißkupplungsvorrichtung ein inneres und ein äußeres Kcirperteil aufweist, die zur Bildung des zur Aufnähme des Endes des Kunststoffrohrs vorgesehenen Ringraums zusammengefügt sind, und bei der die Relativbemessungen der inneren und äußeren Körperteile derart ausgelegt sind, dass beim Anordnen des Körpers der Elektroschweißkupplungsvorrichtung um das Ende des Kunststoffrohrs die umfangsmäßigen Innen- und Außenwände des Ringraums Lateraldruck auf einen Endbereich des Kunststoffrohrs ausüben.

17. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Material der hohlen röhrenförmigen Einfassung, die die umfangsmäßig verlaufende Außenwand des Ringraums aufweist, aus einem wärmerückstellbaren Material gebildet ist.

18. Elektroschweißkupplungsvorrichtung (70) für ein Kunststoffrohr, mit einer hohlen, röhrenförmigen Einfassung mit einem Körper, mit dem ein Ende des Kunststoffrohrs verbindbar ist, wobei der Körper mindestens eine umfangsmäßig verlaufende Innenwand (79) und mindestens eine konzentrisch zu dieser umfangsmäßig verlaufende Außenwand (78) aufweist, wobei die Innen- und Außenwände einen Ringraum (73) zur Aufnahme dea Endes des Kunststoffrohrs bilden und ferner thermoplastisches Mate1 rial mindestens in ihren an den Ringraum angrenzenden Bereichen aufweisen, mit mindestens einem elektrischen Heizelement (80,81) zum Heizen des thermoplastischen Materials der Innen- und Außenwände, das an jeder der mindestens einen Innenwand und der mindestens einen Außenwand in deren an den Ringraum angrenzenden Bereichen angeordnet ist oder in die Wand eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper mit einem ringförmigen Spreizteil (71, 72) versehen ist, das von einem geschlossenen Ende (75) des Raums in den Ringraum derart hineinragt, dass bei Benutzung, wenn das Kunststoffrohr in den Ringraum hineingedrückt wird, das ringförmige Spreizteil in die Endwand des Kunststoffrohrs eindringt und dabei eine Spreizwirkung auf die Endwand ausübt.

19. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach Anspruch 18, mit den zusätzlichen Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 17.

20. Elektroschweißkupplungsvorrichtung (120) für ein Kunststoffrohr, mit einer hohlen, röhrenförmigen Einfassung mit einem Körper, mit dem ein Ende des Kunststoffrohrs (130) verbindbar ist, wobei der Körper mindestens eine umfangsmäßig verlaufende Innenwand (121) und mindestens eine konzentrisch zu dieser umfangsmäßig verlaufende Außenwand (122) aufweist, wobei die Innen- und Außenwände einen Ringraum (123) zur Aufnahme des Endes des Kunststoffrohrs bilden und ferner thermoplastisches Material mindestens in ihren an den Ringraum angrenzenden Bereichen aufweisen, mit mindestens einem elektrischen Heizelement (125, 126) zum Heizen des thermoplastischen Materials der Innen- und Außenwände, das an jeder der mindestens einen Innenwand und der mindestens einen Außenwand in deren an den Ringraum angrenzenden Bereichen angeordnet ist oder in die Wand eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung zum Verbinden mehrwandiger Composite-Rohre mit elektrisch leitenden Schichten (131, 133) in der Lage ist, und dass die Kupplungsvorrichtung mit Kontaktvorrichtungen (125, 126, 128, 129) zum Kontaktieren elektrisch leitender Schichten (131, 133) der mehrwandigen Composite-Rohre versehen ist, wobei die Kontaktvorrichtungen zwecks Erzeugen elektrischer Kontinuität über die gesamte Verbindung hinweg geschaltet sind.

21. Elektroschweißkupplungsvorrichtung nach Anspruch 20, mit den zusätzlichen Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 19.

22. Verfahren zum Verbinden eines Kunststoffrohrs (76, 77, 150) unter Verwendung einer Elektroschweißkupplungsvorrichtung (70,140) mit einer hohlen, röhrenförmigen Einfassung mit einem Körper, mit dem ein Ende des Kunststoffrohrs verbindbar ist, wobei der Körper mindestens eine umfangsmäßig verlaufende Innenwand (79, 142) und mindestens eine konzentrisch zu dieser umfangsmäßig verlaufende Außenwand aufweist, wobei die Innen- und Außenwände einen Ringraum (73, 143) zur Aufnahme des Endes des Kunststoffrohrs bilden und thermoplastisches Material mindestens in ihren an den Ringraum angrenzenden Bereichen aufweisen, mit mindestens einem elektrischen Heizelement (80,81, 144) zum Heizen des thermoplastischen Materials der Innen- und Außenwände, das an jeder der mindestens einen Innenwand und der mindestens einen Außenwand in deren an den Ringraum angrenzenden Bereichen angeordnet ist oder in die Wand eingebettet ist, wobei der Körper mit einem ringförmigen Spreizteil (71, 72, 142) versehen ist, das von einem geschlossenen Ende (152) des Raums in den Ringraum hineinragt, mit den folgenden Schritten:

Drücken des Kunststoffrohrs (76, 77) in den Ringraum (73, 143) der hohlen, röhrenförmigen Einfassung derart, dass das ringförmige Spreizteil (71, 72, 142) in die Endwand des Kunststoffrohrs eindringt und dabei eine Spreizwirkung auf die Endwand ausübt; und

Aktivieren der Heizelemente (80,81) zum Schmelzen des thermoplastischen Materials zum Ausbilden einer Fusionsverbindung mit dem Kunststoffrohr.

23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem während des Schmelzens durch die Kupplungsvorrichtung (51) eine Greifkraft und/oder ein Lateraldruck auf das Ende des Kunststoffrohrs (59, 60) ausgeübt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, bei dem die hohle, röhrenförmige Einfassung (100) einen ersten hohlen Körperteil (102), der die mindestens eine umfangsmäßig verlaufende Innenwand des Körpers aufweist, und einen zweiten hohlen Körperteil (101) hat, der die mindestens eine umfangsmäßig verlaufende Außenwand des Körpers aufweist, und bei dem die hohlen Teile aufeinanderfolgend an dem Kunststoffrohr installiert sind.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem die Breite des Ringraums etwas kleiner ist als die Dicke der Wand des Kunststoffrohrs (59, 60) und die Kunststoffrohr-Wand zusammengedrückt wird oder der Ringraum gedehnt wird, um die Aufnahme des Kunststoffrohr-Endes (64) in dem Ringraum zu ermöglichen.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, bei dem ein innerer Kcirperteil (102) und ein äußerer Körperteil (102) zusammengefügt werden, um den Ringraum zur Aufnahme des Endes des Kunststoffrohrs (104) zu bilden, wobei die Relativbemessungen der inneren und äußeren Körperteile derart ausgelegt sind, dass beim Anordnen des Körpers der Elektroschweißkuepllungsvorrichtung (100) um das Ende des Kunststoffrohrs die umfangsmäßigen Innen- und Außenwände des Ringraums Lateraldruck auf einen Endbereich des Kunststoffrohrs ausüben.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, bei dem das Material der hohlen röhrenförmigen Einfassung, die die umfangsmäßig verlaufende Außenwand des Ringraums aufweist, aus einem wärmerückstellbaren Material gebildet ist, und bei dem das Ende des Kunststoffrohrs in dem Ringraum angeordnet wird und das wärmerückstellbare Material erwärmt wird, um die Umfangswand derart rückzustellen, dass diese einen kleineren Durchmesser hat, wodurch die Breite des Ringraums reduziert wird und Lateraldruck auf den von ihm aufgenommen Endbereich des Kunststoffrohrs ausgeübt wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, bei dem die umfangsmäßig verlaufende Innenwand (142) der hohlen, röhrenförmigen Einfassung (1410) in das Rohr (150) gedrückt wird.