DE10164515C1 - Verfahren zum Verschweißen zweier Hohlkörper - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Verschweißen zweier mit Öffnungen versehener, dünnwandiger Hohlkörper (1, 2) zur Erzielung einer dichten Durchgangsverbindung zwischen den Innenräumen der Hohlkörper beschrieben. Hierbei ist mindestens einer der Hohlkörper als Rohr oder Schlauch ausgebildet, dessen eines Ende mit der eine Öffnung umgebenden Wand des anderen Hohlkörpers verschweißt wird. Hierzu werden die zu verschweißenden Flächen der Hohlkörper nach einer Erwärmung über die Schmelztemperatur des Materials der Hohlkörper durch Druck zusammengefügt. Vor dem Erwärmen des zu verschweißenden Endes des mindestens einen Rohres oder Schlauches wird eine Hülse aus einem Material mit höherer Schmelztemperatur als der des Materials des Rohres oder Schlauches in dieses/diesen so eingesteckt, daß diese bündig enden. Es wird eine solche Hülse (3, 4) verwendet, daß deren Außenseite zumindest bereichsweise mit der Innenwand des Rohres oder Schlauches in Berührung ist und der sich hieraus ergebende Widerstand beim Einstecken der Hülse sowie zum Halten der eingesteckten Hülse überwiegend am in Einsteckrichtung vorderen Ende der Hülse auftritt. Vorzugsweise wird eine Hülse verwendet, deren Durchmesser am in Einsteckrichtung vorderen Ende vergrößert ist, wobei die Hülse einen sich vom in Einsteckrichtung vorderen Ende aus zum hinteren Ende hin kontinuierlich abnehmenden Durchmesser oder am in Einsteckrichtung vorderen Ende eine ringförmige Außenwulst aufweisen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Zum endseitigen Verschweißen von Kunststoffrohren o­ der -schläuchen miteinander wird in der DE 41 13 408 A1 das sogenannte Stumpfschweißen beschrieben, bei dem die zu verschweißenden Enden gegen geheizte Spie­ gel gepreßt werden, bis sie ausreichend erweicht sind. Anschließend werden diese Enden unter Druck zu­ sammengepreßt, so daß nach dem Erkalten eine feste Schweißverbindung erhalten wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß sich sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite der Rohrenden eine in ihrer Größe vom Preßdruck, der Spiegeltemperatur und der Dauer des Andrückens an den Spiegel abhängige Wulst bildet, die den freien Querschnitt im Bereich der Verbindung verringert.

Dieser Nachteil kann durch das ebenfalls aus der DE 41 13 408 A1 bekannte Muffen­ schweißen vermieden werden, bei dem eine die Rohren­ den umgebende Muffe mit diesen verschweißt wird und so die Verbindung herstellt. Hierzu werden die Muffe und die Rohrenden bis zum Erweichen erwärmt und die Rohrenden werden bis zu einem Anschlag in die Muffe gesteckt und beim Abkühlen mit dieser verschweißt. Dieser Vorgang muß sehr sorgfältig durchgeführt wer­ den, damit die Rohrenden nicht zu weit in die Muffe geschoben werden, denn dann wird das Material zusam­ mengequetscht und verengt den Innendurchmesser. Mon­ tageanleitungen schreiben daher vor, daß die Ein­ stecktiefe auf der Rohraußenseite markiert wird. Au­ ßerdem sind zwei getrennte Schweißvorgänge erforder­ lich. Nachteilig kann auch die Erweiterung des Durch­ messers durch die Muffen sein. Die Muffen müssen eine Wandstärke haben, die mindestens der der Rohre ent­ spricht.

Mit Innenhülsen, die vor dem Erwärmen in die Rohren­ den eingesteckt werden und beim Erwärmen plan auf dem Heizspiegel aufliegen und dann beim Zusammenfügen plan an der Gegenhülse anliegen, könnte ebenfalls der Innenquerschnitt an der Verbindungsstelle freigehal­ ten werden. Derartige Innenhülsen werden jedoch aus folgenden Gründen nicht eingesetzt. Die Hülsen müssen einerseits eine starke Reibung mit der Rohrinnenwand haben, damit sie beim Zusammenfügen von dem erweich­ ten Material nicht in das Rohr hineingeschoben wer­ den, wodurch ihre Sperrwirkung entfiele. Andererseits darf die Reibungskraft auch nicht zu groß sein, weil dann eine optimale Dosierung der Anpreßkraft beim Er­ wärmen und Zusammenfügen nicht möglich wäre. Ein wei­ teres Problem ist, daß alle Kunststoffrohre eine To­ leranz auch im Innendurchmesser haben, wodurch eine genaue Anpassung des Außendurchmessers der Hülse un­ möglich wird. Auch ist das Einstecken zylindrischer Hülsen mit relativ festem Sitz sehr mühsam, da hier­ für erhebliche Kräfte erforderlich sind, die mit der Einstecktiefe stark zunehmen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verschweißen zweier mit Öffnungen versehener, dünnwandiger Hohlkörper zur Erzielung ei­ ner dichten Durchgangsverbindung zwischen den Innen­ räumen der Hohlkörper, wobei mindestens einer der Hohlkörper als Rohr oder Schlauch ausgebildet ist, dessen eines Ende mit der eine Öffnung umgebende Wand des anderen Hohlkörpers verschweißt wird, derart, daß die zu verschweißenden Flächen der Hohlkörper nach einer Erwärmung über die Schmelztemperatur des Mate­ rials der Hohlkörper durch Druck zusammengefügt wer­ den, anzugeben, das nur einen Schweißvorgang erfor­ dert, sicher das Eindringen von erweichtem Kunst­ stoffmaterial in das Rohrinnere verhindert und keine Erweiterung des Außendurchmessers an den Verbindungs­ stellen zur Folge hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 11 Vorteil­ hafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dadurch, daß vor dem Erwärmen am zu verschweißenden Ende des mindestens einen Rohres oder Schlauches eine Hülse aus einem Material mit höherer Schmelztempera­ tur als der des Materials des Rohres oder Schlauches in dieses/diesen so eingesteckt wird, daß diese bün­ dig enden, wobei eine Hülse verwendet wird, deren Au­ ßenseite zumindest bereichsweise mit der Innenwand des Rohres oder Schlauches in Berührung ist und der sich hieraus ergebende Widerstand beim Einstecken der Hülse sowie zum Halten der eingesteckten Hülse überwiegend am in Einsteckrichtung vorderen En­ de der Hülse auftritt, findet beim Einstecken der Hülse eine Reibung nur zwischen dem vorderen Teil der Hülse und dem Rohr statt, so daß die Kraft zum Ein­ stecken der Hülse während des Einsteckens nicht zu­ nimmt, wodurch hierfür nur eine relativ geringe Kraft erforderlich ist. Dennoch wird die Reibungskraft zum Halten der Hülse während des Zusammenfügens der Roh­ renden nicht verringert, denn diese Kraft tritt ohne­ hin nur dort auf, wo das Material der Rohrenden nicht erweicht ist, d. h. im Bereich des in Einsteckrichtung vorderen Endes der Hülse. Dort, wo das Kunststoffma­ terial der Rohrenden erweicht ist, kann dieses die Hülse in deren Längsrichtung nicht mehr halten. Es ist auf diese Weise möglich, die Kraft zum Einstecken der Hülse und auch die Kraft gegen eine Verschiebung der Hülse beim Zusammenfügen der Rohrenden relativ genau vorzugeben.

Es wird vorzugsweise eine Hülse verwendet, die am in Einsteckrichtung vorderen Ende eine ringförmige Au­ ßenwulst aufweist oder einen sich vom in Einsteck­ richtung vorderen Ende aus zum hinteren Ende hin kon­ tinuierlichen abnehmenden Durchmesser aufweist.

Um Toleranzen des Innendurchmessers der Rohre auszu­ gleichen, sind die Hülsen vorteilhaft zumindest am in Einsteckrichtung vorderen Ende in radialer Richtung federnd ausgebildet. Damit wird erreicht, daß unab­ hängig vom Innendurchmesser der Rohre innerhalb des­ sen Toleranzbereichs die Hülsen mit annähernd glei­ cher Kraft gegen die Rohrinnenwand drücken, so daß auch die Einsteckkraft und die Haltekraft beim Zusam­ menfügen weitgehend unabhängig vom Rohrinnendurchmes­ ser sind.

Die Federung des vorderen Teils der Hülse wird zweck­ mäßig dadurch erreicht, daß die Hülse mindestens ei­ nen sich über einen Teil ihrer Länge erstreckenden, von dem in Einsteckrichtung vorderen Ende ausgehenden Längsschlitz aufweist, der eine Anpassung des Hülsen­ außendurchmessers an den Rohrinnendurchmesser zuläßt.

Die Federung ermöglicht auch ein einfacheres Einfüh­ ren der Hülse in das Rohrende.

Die Federung des vorderen Teils der Hülse kann auch dadurch erhalten werden, daß die Einsteckrichtung vordere Kante der Hülse schräg zu deren Längsachse verläuft.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Fi­ guren dargestellten Ausführungsbeispielen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Vorgang des Verschweißens zweier aufein­ anderstoßender Rohrenden gleichen Durchmes­ sers,

Fig. 2 eine Ansicht einer sowie einen Querschnitt durch eine Hülse, und

Fig. 3 den Vorgang des Verschweißens zweier aufein­ anderstoßender Rohrenden gleichen Durchmes­ sers, bei dem die beim Zusammenfügen gebilde­ te Außenwulst abgeschnitten wird.

In Fig. 1 sind zwei endseitig miteinander zu verbin­ dende Rohre 1 und 2 aus Kunststoff mit gleichem In­ nen- und Außendurchmesser dargestellt. In der ersten Stufe nach Fig. 1a werden die beiden Rohre 1 und 2 so zueinander positioniert, daß ihre Achsen zusammenfal­ len und ihre miteinander zu verschweißenden Enden sich in einem vorgegebenen Abstand gegenüberstehen. In jedes der beiden Rohrenden ist eine Hülse 3 bzw. 4 aus einem Kunststoff, der einen höheren Schmelzpunkt als der Kunststoff der Rohre 1 und 2 hat, einge­ steckt. Die Hülsen 3 und 4 liegen im Reibschluß an der Innenwand der Rohre 1 und 2 an und enden bündig mit der jeweiligen Stirnfläche des zugehörigen Rohres 1 bzw. 2.

Wie Fig. 1b zeigt, wird in der nächsten Stufe ein Heizelement 5 zwischen die sich gegenüberliegenden Rohrenden gebracht und diese werden dann gegen das Heizelement 5 gedrückt. Hierdurch erweicht der Kunst­ stoff der Rohre 1 und 2 an deren Enden, jedoch nicht der der Hülsen 3 und 4. Durch das Andrücken der Rohre 1 und 2 an das Heizelement 5 entsteht eine Außenwulst aus dem erweichten Material, nicht jedoch eine Innen­ wulst, da diese durch die Hülsen 3 und 4 verhindert wird. Die Reibkraft, welche die Hülsen 3 und 4 in ih­ rer Lage in den Rohren 1 und 2 hält, ist so groß, daß einerseits das erweichte Material die Hülsen 3 und 4 nicht zurückschieben kann, daß andererseits die Hül­ sen 3 und 4 jedoch bei der Bildung der Außenwulst durch den Anpreßdruck an das Heizelement 5 zurückge­ schoben werden. Auf diese Weise liegt die Stirnfläche der Hülse 3 und 4 fest am Heizelement 5 an, so daß die Bildung einer Innenwulst wirksam verhindert wird.

Wenn die Rohrenden ausreichend erweicht sind, werden, wie Fig. 1c zeigt, das Heizelement 5 zurückgezogen und die Rohrenden gegeneinander gedrückt. Dabei lie­ gen auch die Hülsen 3 und 4 aneinander an und verhin­ dern ein Eindringen von erweichtem Rohrmaterial in das Rohrinnere. Die Hülsen 3 und 4 können hierbei auch durch den aufeinander ausgeübten Druck innerhalb der Rohre 1 und 2 verschoben werden, ohne jedoch ih­ ren gegenseitigen Kontakt zu verlieren. Nach dem Er­ kalten des Rohrmaterials besteht eine feste und dich­ te Verbindung zwischen den beiden Rohren 1 und 2.

Fig. 2a zeigt eine Ansicht der Hülse 3 und Fig. 2b zeigt einen Querschnitt durch diese im Bereich von Schlitzen 6. Die Hülse 3 hat auf der Seite, die zu­ erst in das Rohr 1 eingesteckt wird, einen größeren Durchmesser (x + a) als auf der Seite, die bündig mit dem Rohrende abschließt (Durchmesser x). Die Durch­ messervergrößerung kann stetig oder auch stufenförmig erfolgen, wobei eine stufenförmige Erweiterung vor­ zugsweise als Außenwulst am in Einsteckrichtung vor­ deren Ende ausgebildet ist. Beim Einstecken der Hülse 3 ist somit nur deren vorderer Teil mit der Rohrin­ nenwand in Berührung, so daß auch mit zunehmender Einstecktiefe die hierfür erforderliche Kraft nicht ansteigt und somit im Wesentlichen konstant bleibt. Weiterhin weist die Hülse 3 von dem in Einsteckrich­ tung vorderen Ende ausgehend die sich über einen Teil ihrer Länge erstreckenden Schlitze 6 auf. Die Schlit­ ze 6 ermöglichen ein Zusammendrücken der Hülse 3 im vorderen Bereich, so daß eine Anpassung des Hülsen­ durchmessers an Toleranzen des Rohrinnendurchmessers möglich ist. Dabei ist die Hülse 3 so nachgiebig, daß ihre Anpreßkraft an die Rohrinnenwand über den Tole­ ranzbereich weitgehend unverändert ist. Damit sind auch die Einsteckkraft und die Haltekraft der Hülse 3 im Rohr 1 weitgehend unabhängig von den Schwankungen des Innendurchmessers des Rohres 1.

Die Haltekraft gegen Verschiebungen der Hülse 3 wird durch die Erwärmung des Rohrendes nicht beeinträch­ tigt, da in dem in Einsteckrichtung vorderen Bereich der eingesteckten Hülse, in welchem der Kontakt zwi­ schen Hülse 3 und Rohrinnenwand erfolgt, das Rohrma­ terial nicht erweicht, und in dem hinteren Bereich, in welchem das Material erweicht, ohnehin kein Kon­ takt besteht.

Die Federung im vorderen Bereich der Hülse 3 kann auch durch nur einen oder durch mehr als zwei Schlit­ ze 6 erhalten werden. Es ist auch möglich, anstelle der Schlitze eine schräg verlaufende Vorderkante der Hülse vorzusehen, so daß die Spitze der Hülse leicht ausgelenkt werden kann.

Zur Erhöhung der Reibkraft zwischen Hülse und Rohrin­ nenwand kann die Außenfläche der Hülse zumindest in dem Kontaktbereich mit der Rohrinnenwand angerauht sein.

Fig. 3 zeigt ebenfalls den Vorgang des Verschweißens zweier Rohrenden, wobei Fig. 3a die Stufe darstellt, in welcher die mit den Hülsen 3 und 4 bestückten Roh­ renden gegen das Heizelement 5 gedrückt werden. Die Rohre 1 und 2 werden jeweils von einem bewegbaren Rohrhalter 7 bzw. 8 gehalten. Die Rohrhalter 7, 8 um­ spannen das jeweilige Rohr 1 bzw. 2 und bewirken eine Bewegung des Rohres 1 bzw. 2 in dessen Längsrichtung. Auf den einander zugewandten Seiten sind die Rohrhal­ ter 7 und 8 jeweils mit einem Messer 9 bzw. 10 mit einer ringförmigen Schneide sowie mindestens zwei in Rohrlängsrichtung wirkenden Schneiden versehen.

Nach dem Entfernen des Heizelements 5 werden die Roh­ renden mittels der Rohrhalter 7 und 8 zusammenge­ drückt, wie Fig. 3b zeigt. Hierbei wird die bereits bei der Erwärmung gebildete Außenwulst an den Rohren­ den noch vergrößert. Beim weiteren Zusammendrücken der Rohrenden schieben sich die ringförmigen Schnei­ den der Messer 9 und 10 zwischen die Rohraußenflächen und die Außenwulst, so daß diese von den Rohrenden getrennt wird. Gleichzeitig zerteilen die in Längs­ richtung wirkenden Schneiden die Wulst in mindestens zwei Ringsegmente, so daß diese herunterfallen kön­ nen. Dieser Vorgang ist aus Fig. 3c ersichtlich. An der Rohrverbindung wird somit eine glatte Außenfläche erhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur für die Verbindung zweier Rohrenden verwendbar, sondern bei­ spielsweise auch zur Verbindung einer eine Öffnung aufweisenden Fläche mit einem senkrecht auf diese aufgesetzten Rohrende, wobei die Rohrmündung und die Öffnung in der Fläche übereinander liegen. Vor dem Verschweißen werden das mit einer Innenhülse versehe­ ne Rohrende und der Umgebungsbereich der Öffnung er­ wärmt, bevor diese zusammengefügt werden und ver­ schweißen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Hülse beim Zusammenfügen soweit aus dem Rohrende heraus­ ragt, wie der Tiefe der Öffnung entspricht, so daß eine Verengung der Öffnung durch erweichtes Material verhindert wird. Auch ist es zweckmäßig, die Öffnung bereits während des Erwärmens vor einer Verengung zu schützen, beispielsweise durch einen Heizspiegel mit einem unbeheizten Dorn, der die Öffnung freihält.

Kapillarrohrmatten für Heiz- oder Kühlzwecke bestehen aus mattenförmig angeordneten Kapillarrohren, die an ihren offenen Enden jeweils mit einem sogenannten Stammrohr mit größerem Durchmesser für die Zu- und Abführung eines Heiz- oder Kühlmediums verbunden sind. Die Kapillarrohre sind senkrecht auf die Außen­ fläche der Stammrohre aufgesetzt. Wenn zwei Stammroh­ re in der in Fig. 1 bzw. Fig. 3 gezeigten Weise mit­ einander verbunden werden, können die Schlitze 6 in den Hülsen 3 bzw. 4 so angeordnet werden, daß die na­ he an den Enden der Stammrohre von diesen abzweigen­ den Kapillarrohre in den Schlitzen münden, so daß es möglich ist, trotz Verwendung der Innenhülsen Kapil­ larrohre auch in den Endbereichen der Stammrohre an diese anzuschließen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Verschweißen zweier mit Öffnungen versehener, dünnwandiger Hohlkörper (1, 2) zur Erzielung einer dichten Durchgangsverbindung zwischen den Innenräumen der Hohlkörper (1, 2), wobei mindestens einer der Hohlkörper (1, 2) als Rohr oder Schlauch ausgebildet ist, dessen eines Ende mit der eine Öffnung umgebenden Wand des anderen Hohlkörpers (1, 2) verschweißt wird, derart, dass die zu verschweißenden Flächen der Hohlkörper (1, 2) nach einer Erwärmung über die Schmelztemperatur des Materials der Hohlkörper (1, 2) durch Druck zusammengefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erwärmen am zu verschweißenden Ende des mindestens einen Rohres (1, 2) oder Schlau­ ches eine Hülse (3, 4) aus einem Material mit höherer Schmelztemperatur als der des Materials des Rohres (1, 2) oder Schlauches in die­ ses/diesen so eingesteckt wird, dass diese bün­ dig enden, wobei eine Hülse (3, 4) verwendet wird, deren Außenseite zumindest bereichsweise mit der Innenwand des Rohres (1, 2) oder Schlau­ ches in Berührung ist und der sich hieraus erge­ bende Widerstand beim Einstecken der Hülse (3, 4) sowie zum Halten der eingesteckten Hülse (3, 4) überwiegend am in Einsteckrichtung vorderen Ende der Hülse (3, 4) auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass eine Hülse (3, 4) verwendet wird, de­ ren Durchmesser am in Einsteckrichtung vorderen Ende vergrößert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Hülse (3, 4) einen sich vom in Einsteckrichtung vorderen Ende aus zum hinteren Ende hin kontinuierlich abnehmenden Durchmesser aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Hülse am in Einsteckrichtung vor­ deren Ende eine ringförmige Außenwulst aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, dass die Hülse (3, 4) zu­ mindest am in Einsteckrichtung vorderen Ende in radialer Richtung federnd ausgebildet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, dass die Hülse (3, 4) mindestens einen sich über einen Teil ihrer Länge erstreckenden, von dem in Einsteckrichtung vorderen Ende ausgehen­ den Längsschlitz (6) aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, dass die in Einsteckrichtung vordere Kante der Hülse schräg zu deren Längsachse verläuft.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, dass die mit der Rohrin­ nenwand in Berührung gelangende Außenfläche der Hülse angerauht ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, dass die beim Zusammenfü­ gen der Enden zweier rohr- oder schlauchförmiger Hohlkörper (1, 2) gebildete ringförmige Außen­ wulst aus dem Material der Hohlkörper (1, 2) durch ein ringförmiges Messer (9, 10) abgetrennt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, dass die abgetrennte Außenwulst durch min­ destens zwei in Längsrichtung der Hohlkörper (1, 2) verlaufende Messer (9, 10) in mehrere Ring­ segmente zerteilt wird.

11. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine der Hohl­ körper als Rohr oder Schlauch ausgebildet ist, das/der mit einem offenen Ende senkrecht auf ei­ ne eine Öffnung enthaltende Fläche des anderen Hohlkörpers aufgesetzt und mit diesem ver­ schweißt wird, dass vor dem Erwärmen am zu ver­ schweißenden Ende des Rohres oder Schlauches ei­ ne Hülse aus einem Material mit höherer Schmelz­ temperatur als der des Materials des Rohres oder Schlauches in dieses/diesen so eingesteckt wird, dass die in den einen Hohlkörper eingesteckte Hülse so weit aus dessen Stirnseite herausragt, dass sie eine Verengung der Öffnung im anderen Hohlkörper verhindert, wobei eine Hülse verwen­ det wird, deren Außenseite zumindest bereichs­ weise mit der Innenwand des Rohres oder Schlau­ ches in Berührung ist und der sich hieraus erge­ bende Widerstand beim Einstecken der Hülse sowie zum Halten der eingesteckten Hülse überwiegend am in Einsteckrichtung vorderen Ende der Hülse auftritt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, dass die Öffnung im anderen Hohlkörper wäh­ rend der Erwärmung von dessen zu verschweißender Fläche vor einer Verengung geschützt wird.