DE102007053518A1

DE102007053518A1 - Rohrverbinder für größere Dimensionen

Info

Publication number: DE102007053518A1
Application number: DE200710053518
Authority: DE
Inventors: Thomas Fehlings
Original assignee: TECE GmbH
Current assignee: TECE GmbH
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2009-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rohrverbinder für größere Dimensionen mit einem aus einem ersten Kunststoff gefertigten zylindrischen Stützkörper, der einen Nenndurchmesser aufweist, an einem vorderen Ende ausgebildet ist zum Aufschieben eines Rohres 4 und an einem hinteren Ende einen radial über den Nenndurchmesser hinausragenden Anschlag 8 für das Rohr 4 aufweist. Um einen solchen Rohrverbinder auch für größere Dimensionen bis zu einem Nenndurchmesser von 110 mm einsetzen zu können, wird vorgeschlagen, nur die äußere Mantelfläche des Stützkörpers aus einem von dem ersten Kunststoff unterschiedlichen Material herzustellen, der für einen spezifischen Einsatzzweck erforderliche Materialeigenschaften aufweist und mit einem kostengünstigen Trägermaterial zu hinterspritzen, der die Hauptgeometrie des Rohrverbinders bildet (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrverbinder mit einem aus einem ersten Kunststoff gefertigten und vorzugsweise hohlzylindrischen Stützkörper, der einen Nenndurchmesser aufweist, an einem Vorderende ausgebildet ist zum Aufschieben eines Rohres, insbesondere eines Verbundrohres umfassend mindestens zwei verschiedene Materialschichten, und an einem Hinterende einen radial über den Nenndurchmesser hinausragenden Anschlag für das Verbundrohr aufweist.
Derartige Rohrverbinder werden häufig auch als Fittings bezeichnet und können als Klemm- oder Press- oder Steckverbinder ausgebildet sein. Klemmverbinder sind Rohrverbinder, bei denen die Festigkeit der Rohrverbindungen durch ein verspanntes Klemmelement erfolgt. Die Dichtigkeit der Rohrverbindung erfolgt durch den Klemmring oder durch eine zusätzliche Dichtung, vorzugsweise einen zwischen dem Stützkörper und der Rohrinnenseite wirkenden O-Ring. Pressverbinder sind Rohrverbinder, bei denen die Rohrverbindung mittels eines Presswerkzeugs erfolgt. Entweder wird das Rohr in den Pressverbinder gesteckt und dann verpresst oder das Rohr wird auf den Stützkörper des Rohrverbinders gesteckt und verpresst. Hierbei kann die Dichtigkeit der Rohrverbindung ebenfalls mit und ohne Dichtung hergestellt werden. Steckverbinder sind Rohrverbinder, bei denen die Rohrverbindung nur durch Einstecken des Rohres erfolgt. Die Festig keit der Rohrverbindung erfolgt durch einen Klemmring, der nach Einstecken des Rohres wirksam wird. Die Dichtigkeit der Rohrverbindung erfolgt durch ein Dichtelement aus einem Elastomer.
Bei der derzeitigen Marktsituation fällt auf, dass in großen Abmessungen ab ca. 40 mm Nenndurchmesser nur äußerst selten Verbundrohre mit Fittings eingesetzt werden. In den osteuropäischen Ländern dominiert als Werkstoff zur Herstellung der Rohrverbinder Polypropylen; in den westeuropäischen Ländern wird für diese größeren Dimensionen wegen der höheren Festigkeit verstärkt Kupfer oder Stahl eingesetzt. Dieses ist dadurch begründet, dass Messing-, PVDF- oder PPSU-Fittings für Pressverbinder in großen Dimensionen aufgrund der relativ hohen Materialkosten derzeit nicht wirtschaftlich einsetzbar sind. Als Kunststoff kommt für größere Dimensionen vorzugsweise u. a. Polypropylen oder PVC-C in Frage. Dieser wird aber in Westeuropa aufgrund der aufwändigen und zeitraubenden Verbindungstechnik (durch Muffenschweißen oder Kleben) nicht mehr so stark eingesetzt wie in der Vergangenheit.
Die Erfindung beschäftigt sich somit mit der allgemeinen Frage, wie man Fittings, bei denen in den kleineren Dimensionen Messing- oder PPSU-Fittings eingesetzt werden, auch wettbewerbsfähig für die Anwendung in großen Dimensionen (bis zu 110 mm Nenndurchmesser oder größer) wettbewerbsgerecht gestalten kann.
Ein Press-Fitting für Verbundrohre aus reinem Propylen ist ungeeignet für den Bereich des Stutzens, wo das Rohr mit dem Fitting zusammentritt, weil Polypropylen zu weich ist und zum Kriechen neigt. Die Verzahnung des Stutzens kann sich daher nicht in das Innenrohr eindrücken.
Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik und der dabei auftretenden Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Fitting derart weiter zu entwickeln, dass es bei geringen Gesamtkosten gleichwohl die erhöhten Materialanforderungen für Spezialbereiche erfüllt.
Dieses wird bei einem Verbinder der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zumindest eine äußere Mantelfläche des Stützkörpers hülsenartig einen von dem ersten Kunststoff unterschiedlichen Kunststoff oder Metall aufweist, der die für einen spezifischen Einsatzzweck erforderlichen Materialeigenschaften aufweist. Der Verbinder kann als Steck-, Klemm- oder Pressverbinder ausgebildet sein. Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, im Rahmen des Spritzvorgangs eines Polypropylen-Fittings in die Spritzgussform zunächst eine Hülse aus einem Material einzusetzen, die für einen Anwendungsfall gewünschte Materialeigenschaften aufweist. Diese Materialeigenschaften können z. B. die Temperaturfestigkeit, die Härte, Kriechfestigkeit oder dergleichen betreffen.
Diese Hülse bildet nur die äußerste Mantelfläche des Stützkörpers und besteht vorzugsweise aus einem Hochleistungskunststoff oder Metall, der/das deutlich temperaturfester und/oder härter und/oder kriechfester ist als der erste Kunststoff. Als Hochleistungskunststoffe kommen insbesondere PPSU, aber auch glasfaserverstärktes Polamid (PA 6 GF50), glasfaserverstärktes Polyetheretherketon (PEEK GF 30) oder mit Glas armiertes Polyphenylensulfid (PPS GF40) zum Einsatz. Diese Hülse kann in das Werkzeug eingelegt und dann mit dem ersten Kunststoff, vorzugsweise Polypropylen, hinterspritzt werden. Diese Hülse, die z. B. aus Metall oder einem Hochleistungskunststoff, insbesondere PPSU gefertigt ist, ist vorzugsweise so dünn, dass sie nur im Pressbereich den notwendigen Halt des Verbundrohres und die sichere Position der Dichtung gewährleistet.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Verbinders wird somit eine kostengünstige Lösung für ein wirtschaftlich zu fertigendes Fitting in größeren Dimensionen bereit gestellt. Der erste Kunststoff ist aufgrund seiner sehr preisgünstigen Werkstoffeigenschaften vorzugsweise Polypropylen, kann aber auch ein anderer aus der Gruppe der temperaturbeständigen Kunststoffe sein. Polypropylen hat alle entsprechenden Zulassungen und seine Langzeitstabilität wurde erfolgreich nachgewiesen. Es hat des halb auch eine hohe Akzeptanz im Markt. Andererseits wird durch Ausbilden nur der äußeren Mantelfläche des Stützkörpers aus einem zweiten Kunststoff mit bestimmten Materialeigenschaften sicher gestellt, dass die für den Anwendungsfall notwendige Stabilität, Steifigkeit, Kriechfestigkeit, Abdichtungsstabilität oder Medienresistenz erzielt wird, ohne dass der gesamte Stützkörper aus diesem relativ teueren Material gefertigt werden muss. Beispielsweise kann die Hülse auch aus einem Kunststoff bestehen, der für die Verwendung in Verbindung mit Trinkwasser zugelassen ist.
Da die Hülse die peripherere Geometrie des in Einbaulage an der Innenseite des Rohres anliegenden Zylinderabschnitts des Rohrverbinders definiert, kann die Hülse außenseitig eine oder mehrere radial abragende Konturrippen und/oder eine Aufnahmenut für eine Dichtung, insbesondere einen O-Ring aufweisen. Zum Erzielen eines kraft- und formschlüssigen Verbunds zwischen der Hülse und dem ersten Kunststoff kann die Hülse ferner eine oder mehrere radial umlaufend Löcher oder Schlitze aufweisen.
Die vorzugsweise dünne Hülse aus Messing oder PPSU o. ä., mit einer Mantelfläche von 1–2 mm, insbesondere 1,5 mm in Abhängigkeit von dem Nenndurchmesser der Steckverbinder mit den radial umlaufenden Schlitzen kann als Standardteil für alle Fittings in einer Dimension gefertigt werden. Die Hülsen werden vor Beginn des Spritzvorgangs in das Spritzwerkzeug, z. B. in ein T-Stück oder einen Winkel eingelegt. Danach erfolgt im Spritzvorgang das Befüllen der Form mit dem ersten Kunststoff unterhalb der Hülse.
Erfindungsgemäß wird demnach auch ein Spritzgussverfahren vorgeschlagen, bei dem zunächst eine Hülse bestehend aus einem zweiten Material mit für einen Anwendungsfall erforderlichen Materialeigenschaften in die Spritzgussform eingesetzt wird und dann mit einem ersten Kunststoff, insbesondere Polypropylen hinterspritzt wird. Das vorgeschlagene Verfahren hat gegenüber dem bekannten 2-K-Spritzen den wesentlichen Vorteil, dass es auch bei kleineren Stückzahlen wirtschaftlich einsetzbar ist. Bekanntlich sind nämlich bislang bei größeren Dimensionen keine ausreichenden Stückzahlen vorgesehen, die das aufwändige 2-K-Spritzen wirtschaftlich sinnvoll erscheinen lassen. Dieser Nachteil wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung und das Verfahren vermieden. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, den erfindungsgemäßen Steckverbinder mittels der 2-K-Technologie zu fertigen.
Das fertige Produkt besteht z. B. aus einem Polypropylen-Fitting mit einer dünnen, zylindrischen Hülse aus einem Material, das die für den jeweiligen Anwendungsfall erforderlichen Materialeigenschaften aufweist, vorzugsweise Messing oder PPSU. Vorzugsweise weist diese Hülse nach außen radial abragende und axial zueinander beabstandete Rippen aus temperaturhochwertigen Material und einer radial nach innen ausgeformten Nut für einen langfristig stabilen Sitz des dichtenden O-Rings auf. Zum hinteren Ende kann die Dichtigkeit im Bereich zwischen der Zylinderhülse und dem Polypropylen durch die erhöhte Oberfläche, die Schlitzungen oder die gelochten Dünnstellen erzielt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch für die Fertigung von Steck- und Klemmverbindern einsetzen, da die Verbindungsproblematik die gleiche wie beim Press-Fitting ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die außenseitigen Konturrippen des Zylinderabschnitts bzw. Stutzens als einzelne Messing-Ringe ausgebildet sein. Es wird also kein kompletter, geschlitzter oder gelochter Zylinder gefertigt, wobei die zueinander beabstandeten Ringe über Längsstege miteinander verbunden sind, sondern die Ringe werden einzeln in die Spritzgussform eingelegt und evtl. zusätzlich ein weiterer ringförmiger Nutkörper für den O-Ring. Dieses Verfahren findet vorzugsweise bei großen Fittings Anwendung, da der Zeitaufwand und die Handarbeit für das Einlegen der vielen Teile relativ groß ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird ein preisgünstiger Kunststoff-Fitting, vorzugsweise aus Polypropylen geschaffen, der nur im Bereich der äußeren Kontaktfläche zum Verbundrohr andere Materialeigenschaften für den jeweiligen Anwendungsfall aufweist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Teil der Beschreibung entnehmen, in dem zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verbinders an Hand von zwei Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anschlussstücks; und
2 einen Längsschnitt einer zweiten Aus Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anschlussstücks; und
Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildete Anschlussstücks 2 zum Verbinden mit einem Rohr 4, welches auch als Verbundrohr mit einer inneren Kunststoffschicht, einer mittleren Metallschicht und einer äußeren Kunststoffschicht ausgebildet sein kann. Das Rohr 4 kann mittels einer nicht dargestellten Presshülse auf einen den Stützkörper bildenden Zylinderabschnitt 6 des Anschlussstücks 2 aufgepresst und so fest mit diesem verbunden werden. Dieser Zylinderabschnitt 6 stellt das vordere Ende des Anschlussstücks zum Verbinden mit dem Rohr 4 dar. Am hinteren Ende weist das Anschlussstück einen radial über den Nenndurchmesser N hinausragenden Anschlag 8 auf, gegen welchen das Rohr 4 in Einbaulage stirnflächig anliegt.
Das Anschlussstück 2 besteht aus einer nur den äußeren Anlagebereich des Zylinderabschnitts 6 bildenden Hülse 10 aus PPSU, welche sich über den gesamten Zylinderabschnitt 6 erstreckt, und einen innenseitig an Hülse 10 angespritzten Hauptkörper 12 aus Polypropylen, der das eigentliche Trägermaterial zur Bil dung der Geometrie des Anschlussstücks 2 bestehend aus dem Zylinderabschnitt 6, dem Anschlag 8 und dem in der Figur nur angedeuteten Anschlussende bildet.
Auf der Innenseite der Hülse 10 sind mehrere schwalbenschwanzartige Ausnehmungen 14 ausgebildet, in welche das Polypropylen des Hauptkörpers eingespritzt wurde und somit die PPSU-Hülse 10 form- und kraftschlüssig hintergreift.
Auf der Außenseite weist die Hülse 10 mehrere trapezförmig ausgebildete Konturrippen 16 sowie eine mittig angeordnete und etwas größere Aufnahmenut 18 für einen O-Ring 20 auf.
Bei der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anschlussstücks 2 weist der der Zylinderabschnitt 6 des Hauptkörpers 12 außenseitig eines muldenartig ausgebildete Ausnehmung auf, in welche eine PPSU-Hülse 22 so eingelassen ist, dass deren äußere Mantelfläche übergangslos mit der äußeren Mantelfläche des Hauptkörpers 12 abschließt, also nur die Konturrippen 22 über die den Nenndurchmesser N bildende äußere Mantelfläche hinausragen. Die Hülse 20 ist also übergangslos in dem Anschlussstück aufgenommen.
Axial nach vorne versetzt und damit durch einen Abschnitt des Hauptkörpers 12 getrennt von dieser muldenartigen Ausnehmung zur Aufnahme der PPSU Hülse 22 weist das Anschlussstück 2 eine umlaufende Aufnahmenut 26 zur Aufnahme eines O-Rings 28 auf. Hierdurch wird eine durch das vorzugsweise aus Polypropylen bestehende Anschlussstück 2 gebildete Trennung zwischen der Hülse 22 und dem als O-Ring 28 ausgebildeten Dichtelement erzielt zur Vermeidung eines ungewünschten Kriechens von Wasser, welches zur Undichtigkeit führen kann. Diese vollständige Trennung zwischen der vorzugsweise als Hülse 22 ausgebildeten Halteelement und dem vorzugsweise als O-Ring 28 ausgebildeten Dichtelement ist auch von Bedeutung, wenn die Hülse 22 aus einem Material besteht, das nicht in Berührung mit dem durch das Anschlussstück geleiteten Medium, z. B. Wasser, treten darf, z. B. weil das Halteelement nicht zur Verwendung mit Wasser zugelassen ist.
Die feste und unlösbare Verbindung zwischen der Hülsen 10, 22 mit dem Hauptkörper 12 kann anstelle der in den Figuren eingesetzten Schwalbenschwanzführungen zwischen Hauptkörper 12 und Hülse 10, 22 auch durch Löcher in der Hülse 10, 22 erfolgen, die auf der dem Hauptkörper zugewandten Außenseite der Hülse 10, 22 vorgesehen sind und sich beim Hinterspritzen des Hauptkörpers 12 zur Erzielung einer formschlüssigen Verbindung mit dem ersten Kunststoff des Hauptkörpers 12 befüllt werden.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen – einschließlich der Zusammenfassung – offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

2: Anschlussstück
4: Rohr
6: Zylinderabschnitt
8: Anschlag
10: Hülse
12: Hauptkörper
14: Ausnehmung
16: Konturrippe
18: Aufnahmenut
20: O-Ring
22: Hülse
24: Konturrippe
26: Aufnahmenut
28: O-Ring
N: Nenndurchmesser

Claims

Rohrverbinder mit einem aus einem ersten Kunststoff gefertigten und vorzugsweise hohlzylindrischen Stützkörper (6), der einen Nenndurchmesser (N) aufweist, an einem Vorderende ausgebildet ist zum Aufschieben eines Rohres (4), insbesondere eines Verbundrohres umfassend mindestens zwei verschiedene Materialschichten, und an einem Hinterende einen radial über den Nenndurchmesser (N) hinausragenden Anschlag (8) für das Rohr (4) aufweist, daurch gekennzeichnet, dass zumindest eine äußere Mantelfläche des Stützkörpers (6) einen von dem ersten Kunststoff unterschiedlichen Werkstoff aufweist, der für einen spezifischen Einsatzzweck erforderliche Materialeigenschaften aufweist.
Rohrverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ein Hochleistungskunststoff oder Metall ist.
Rohrverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Mantelfläche als Hülse (10, 22) ausgebildet ist.
Rohrverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (10, 22) außenseitig mindestens eine Konturrippe (16, 24) aufweist.
Rohrverbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (10, 20) auf einer Hülseninnenseite ausgebildet ist, um mit dem ersten Kunststoff beim Hinterspritzen eine besonders feste Verbindung einzugehen.
Rohrverbinder nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (10, 22) in einer Ausnehmung aufgenommen ist.
Rohrverbinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (10, 22) übergangslos aufgenommen ist.
Rohrverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (10, 22) eine zur Aufnahme einer Dichtung ausgebildete Aufnahmenut (18) aufweist.
Rohrverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (10, 22) getrennt von einem Dichtelement angeordnet ist.
Rohrverbinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement einen O-Ring (28) aufweist, der axial beabstandet ist von der Hülse (22).
Rohrverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kunststoff preiswerter ist.
Rohrverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fixierteil zur Befestigung des Rohres (4) mit diesem verbindbar ist.
Rohrverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Steck-, Klemm- oder Pressverbinder ausgebildet ist.
Spritzgussverfahren zur Herstellung eines Rohrverbinders nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zunächst eine nur eine äußere Mantelfläche eines Zylinderabschnitts (6) definierende Hülse (10) aus einem Werkstoff mit für einen Anwendungsfall erforderlichen Materialeigenschaften in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt wird und dann mit einem Kunststoff hinterspritzt wird, welches als Trägermaterial für die Hülse (10) fungiert der von dem Material der Hülse (10) abweichende Materialeigenschaften aufweist.