DE69323565T2

DE69323565T2 - Verbindung

Info

Publication number: DE69323565T2
Application number: DE69323565T
Authority: DE
Inventors: Hobab El-Sobky
Original assignee: MANCHESTER INSTITUTE OF SCIENCE, University of
Current assignee: Manchester Manchester Gb, University of
Priority date: 1992-12-19
Filing date: 1993-12-16
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2013-12-17
Also published as: US5752725A; EP0676020B1; JPH08504922A; GB9226489D0; AU704035B2; AU5705994A; DE69323565D1; JP3467274B2; ES2127914T3; EP0676020A1; WO1994015137A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbindung von zwei oder mehr Teilstücken eines durchgehenden Abschnitts wie z. B. einer Rohrleitung oder einer Welle oder eines Stabes, die alle einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben, und es betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbindung von Teilstücken, die aus Material bestehen, das bei Erhitzen weich wird oder schmilzt, wie z. B. Thermoplaste und Metalle wie Stahl oder Kupfer.
Die Erfindung kann bei Teilstücken aus Vollkörpern wie auch aus Hohlkörpern angewendet werden und ist insbesondere bei Teilstücken von hohlen Extrusionskunststofflohrleitungen anwendbar.
Es ist bekannt, zwei Rohrleitungs-Teilstücke mittels Reibschweißverfahren miteinander zu verbinden. Das Reibschweißverfahren beruht darauf, an einer Übergangsfläche zwischen Komponenten, die verschweißt werden sollen, Wärme zu erzeugen, indem zwischen diesen eine relative Bewegung hervorgerufen wird und ein entsprechender Druck auf die Übergangsfläche ausgeübt wird, um die Reibungskraft zu gewährleisten. Diese Bewegung könnte linear oder rotierend sein, und sie könnte auch schwingend oder kontinuierlich sein.
Herkömmlicherweise bewegt man eine der zu verbindenden Komponenten zu der anderen hin oder läßt sie an ihr vibrieren. Durch die Wärme, die in geeigneter Stärke durch Reibung erzeugt wird, schmilzt an der Übergangsfläche an jeder Komponente eine Oberflächenschicht. Aufgrund der weiter fortgesetzten relativen Bewegung geschieht zu einem gewissen Grad ein Vermischen dieser Schichten, und die Übergangsfläche wird fortschreitend diffundiert, wobei über die ursprüngliche Übergangsfläche hinweg ein durchgehender Materialbestand entsteht.
Die Bewegung wird sodann gestoppt und man läßt das Material abkühlen. Die Übergangsschmelzschicht wird hart und bildet eine feste Verbindung.
Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß es auf ernste Hindernisse stößt, wenn eines oder beide Teile der Verbindung zu groß, zu schwer oder bereits an einer Konstruktion befestigt sind, so daß das Drehen und das Erzeugen einer relativen Reibungsbewegung zu schwierig oder ganz unmöglich ist.
Außerdem ist bei achssymmetrischen Teilen wie z. B. runden Vollstäben, Röhren oder Rohren der Schweißprozeß darauf beschränkt, Verbindungen mit koaxialer Konfiguration zu bilden.
Wenn das Material eine molekulare oder kristalline Struktur hat, die beispielsweise während der Fertigungsphase eines Rohrs oder eines Stabes mittels rotierender Preßringe kontrolliert werden kann, dann ergibt sich ein weiterer Nachteil der bekannten, auf der Entwicklung von Wärme durch Reibung oder beliebige andere Mittel beruhenden Schweißverfahren. In manchen Fällen wird der Materialstruktur ein besonderes Ausrichtungsmuster gegeben, das in dem Material erstarrt. Dieses Muster kann beim Schweißen mit herkömmlichen Mitteln verlorengehen, reduziert oder verformt werden.
Es ist bekannt, zwei hohle Röhren, die durch Extrusion oder ein beliebiges anderes Verfahren hergestellt wurden, mittels Heizplatten-Schweißverfahren miteinander zu verbinden. Bei diesem Verfahren werden die Enden der zu verschweißenden Röhren in Kontakt mit einer elektrisch beheizten Metallplatte gebracht, wobei sich auf jeder Seite eine Röhre befindet. Der Kontakt wird gehalten, indem auf die Röhren eine zweckentsprechende axiale Kraft in Richtung der Platte ausgeübt wird. Nach relativ kurzer Zeit (einige Sekunden) schmilzt durch die Hitze der Platte eine bestimmte Menge des Röhrenmaterials. Die Platte wird sodann entfernt und die Röhren werden aneinandergedrückt. An der Übergangsfläche, die mit Schmelze benetzt ist, erfolgt der Kontakt, und es wird ein zweckentsprechender axialer Druck ausgeübt. Die beiden geschmolzenen Schichten an den jeweiligen Röhrenenden kommen in Kontakt und es findet eine Bindung statt. Ein wenig Schmelzmaterial wird in radialer Richtung herausgequetscht und bildet die bekannte Schweißraupe. Beim Abkühlen wird die Verbindung dauerhaft, und die Schweißraupe wird später mit mechanischen Mitteln entfernt.
Ein weiteres bekanntes Verfahren des Zusammenschweißens von Röhren ist ein Prozeß, der als Elektroschmelzverfahren bekannt ist. Hierbei werden die Enden der Röhren in eine speziell geformte zylindrische Muffe mit zweckentsprechendem Innendurchmesser geschoben. Die Muffe enthält eine Spule aus Draht mit elektrischem Widerstand, die sich in der Nähe von deren Innenfläche befindet und elektrische Kontakte aufweist, die mit einer äußeren Stromquelle verbunden sind. Sobald die Röhren sich in Position befinden, wird die Drahtspule aufgeheizt, indem für einen gegebenen Zeitraum ein entsprechender Strom durch sie geschickt wird. Durch diese Wärme schmilzt eine ausreichende Menge Material der Röhren und der Innenfläche der Muffe, welches miteinander verschmilzt und beim Abkühlen eine Verbindung bildet. Die Muffe bleibt in ihrer Position und wird ein Teil der Verbindung. Dieses Verfahren macht es erforderlich, die Röhren vor ihrem Einbau abzuziehen, um eine nicht kontaminierte oder oxidierte, saubere Oberfläche zu erhalten.
Bei der Wahl zwischen diesen bekannten Verfahren ist die Röhrengröße zu berücksichtigen, wobei das Heizplatten-Schweißen hauptsächlich bei größeren Röhren und das Elektroschmelzverfahren bei kleineren Röhren angewendet wird, in erster Linie aufgrund der hohen Kosten für die Herstellung einer großen Muffe.
Bei beiden Verfahren erfolgt kein Vermischen zwischen den Schmelzschichten, da nur wenig oder gar keine relative Bewegung an der Übergangsfläche stattfindet; es entsteht daher beim Heizplatten-Schweißen zwischen den Röhren eine Schweißlinie senkrecht zur Achse der Röhren, und beim Elektroschmelzverfahren entsteht auf den Übergangs-Umfangsflächen zwischen den Röhren und der Muffe ebenfalls eine Schweißlinie (bzw. -fläche).
Diese Schweißlinie ist im allgemeinen eine mögliche Schwachstelle, besonders bei faserhaltigen Kunststoffen, da die Fasern nicht über diese Schweißlinie hinweg verlaufen und der Schweißbereich daher andere und zwar schlechtere mechanische Eigenschaften aufweist als die übrige Röhre.
Bei beiden Verfahren kann in dem Schweißbereich und in seiner Nähe durch die Erwärmungs- und Schmelzphase jegliche molekulare Ausrichtung in dem Röhrenmaterial wesentlich beschädigt werden oder verlorengehen. Beim darauffolgenden Abkühlen bleiben die Moleküle in diesem Bereich in ihrem vor der Ausrichtung bestehenden natürlichen gekrümmten Zustand und - im Falle eines faserverstärkten Röhrenmaterials - ohne diese Verstärkungsfasern zurück. Jegliche Verbesserung durch molekulare oder Faserausrichtung geht so stellenweise verloren.
Diese Probleme lassen sich durch Konstruktion, Anwendungs- und Wartungsverfahren beseitigen, die im Normalfall einen hohen Sicherheitsfaktor bewirken und dafür mit erhöhtem Materialverbrauch oder sonstigen Kosten verbunden sind.
In der Schweizer Patentanmeldung Nr. 392858 ist eine Vorrichtung zur Verbindung von zwei durchgehenden Teilstücken unter Verwendung einer Muffe, die aus einem Mittelteil und einem Kragenabschnitt besteht, beschrieben. Der Kragenabschnitt und der Mittelteil sind dergestalt geformt, daß sie bündig aufeinander passen.
In der internationalen Patentanmeldung Nr. WO92/17328 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kuppeln der Enden von zwei Kunststoffrohren beschrieben, wobei um die aneinanderstoßenden Enden eine anliegende Kupplungsmuffe aus Kunststoff gedreht wird, um eine Reibschweißung auszuführen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Muffe zur Verbindung eines ersten und eines zweiten Teilstücks eines durchgehenden Abschnitts vorgesehen, die beide einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben, wobei die Muffe aufweist:
- einen Mittelteil mit einem Innendurchmesser und zwei Endabschnitte mit jeweils einem Innendurchmesser, der konisch geformt ist, so daß er von dem Mittelteil weg größer wird;
- einen ersten Kragen, der in einem ersten Endabschnitt lösbar eingreifen und an dem Mittelteil in Anschlag kommen kann, und einen zweiten Kragen, der in einem zweiten Endabschnitt lösbar eingreifen und an dem Mittelteil in Anschlag kommen kann, wobei der Mittelteil einen Muffenzwischenabschnitt bildet und der erste und der zweite Kragen geeignet sind, jeweils ein Teilstück eines durchgehenden Abschnitts aufzunehmen;
wobei die Muffe dadurch gekennzeichnet ist, daß der Innendurchmesser (D5) jedes Kragens einen Abschnitt mit zylindrischer Fläche sowie einen Abschnitt mit konischer Fläche aufweist, in dem der Innendurchmesser zu einem Ende des Kragens hin größer wird, daß der Außendurchmesser jedes Kragens konisch geformt ist, so daß er zu dem genannten einen Ende des Kragens hin größer wird, an dem er eine zylindrische Außenfläche bildet, die innerhalb des konischen Endabschnitts der Muffe auf die konisch geformte Fläche des Außendurchmessers des Kragens trifft und daß die zylindrische Außenfläche sich in einem Winkel zu dem konischen Innendurchmesser des jeweiligen Endabschnitts der Muffe befindet, so daß sich die zylindrische Außenfläche des Kragens und die konische Innenfläche des Endabschnitts in Abstand zueinander befinden.
Vorzugsweise weist die Muffe ferner zwischen dem Mittelteil und jedem Endabschnitt einen Anschlagabschnitt auf, so daß jedes Teilstück in der Muffe exakt positioniert wird. Der Anschlagabschnitt bildet auch für den Kragen einen Anschlag.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Verbindung eines ersten und eines zweiten Teilstücks eines durchgehenden Abschnitts vorgesehen, die beide einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben, wobei das Verfahren darin besteht, diese Teilstücke in die voneinander abgewandten Enden einer Muffe einzusetzen, wobei diese Muffe aus einem Mittelteil mit einem Innendurchmesser (D1) und zwei Endabschnitten mit einem Innendurchmesser, der konisch geformt ist, so daß er von dem Mittelteil weg größer wird, sowie einem ersten Kragen, der in einem ersten Endabschnitt lösbar eingreifen und an dem Mittelteil in Anschlag kommen kann, und einem zweiten Kragen, der in einem zweiten Endabschnitt lösbar eingreifen und an dem Mittelteil in Anschlag kommen kann, besteht, wobei der Mittelteil einen Muffenzwischenabschnitt bildet und der erste und der zweite Kragen geeignet sind, jeweils ein Teilstück eines durchgehenden Abschnitts aufzunehmen, wobei der Innendurchmesser jedes Kragens einen Abschnitt mit zylindrischer Fläche sowie einen Abschnitt mit konischer Fläche aufweist, in dem der Innendurchmesser zu den Enden des Kragens hin größer wird, wobei der Außendurchmesser jedes Kragens konisch geformt ist, so daß er zu dem genannten einen Ende des Kragens hin größer wird, an dem er eine zylindrische Außenfläche bildet, die innerhalb des konischen Endabschnitts der Muffe auf die konisch geformte Fläche des Außendurchmessers des Kragens tritt, und wobei die zylindrische Außenfläche sich in einem Winkel zu dem konischen Innendurchmesser des jeweiligen Endabschnitts der Muffe befindet, so daß sich die zylindrische Außenfläche des Kragens und der konische Innendurchmesser des Endabschnitts in Abstand zueinander befinden, und wobei das Verfahren ferner darin besteht, die Muffe zu drehen und dabei ein Drehen der Teilstücke zu verhindern.
Das dem zweiten Aspekt der Erfindung entsprechende Verfahren kann in Verbindung mit Teilstücken aus beliebigen Thermoplasten angewendet werden, unabhängig davon, ob dieses Material ausgerichtet ist oder nicht und ob das Material faserverstärkt ist oder nicht. Es kann auch in Verbindung mit Teilstücken aus Metallen und jeglichem sonstigen Material, das durch Hitze schmelzen oder weich werden kann, angewendet werden.
Die Erfindung wird nun nur in Form von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Muffe zeigt,
Fig. 2a und Fig. 2b schematische Darstellungen eines Kragens zeigen, der Teil einer erfindungsgemäßen Muffe ist,
Fig. 3a bis Fig. 3d schematische Darstellungen von weiteren Ausführungsformen von Kragen gemäß dieser Erfindung zeigen,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Muffen- und Kragensystems zeigt,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Gesamtanordnung mit Kragen, Muffe und Rohr vor der Durchführung des Schweißprozesses zeigt,
Fig. 6 bis Fig. 11 schematische Darstellungen von Kragen-, Muffen- und Rohranordnungen in möglichen Schweißkonfigurationen zeigen, und
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Schweißverbindung mittels einer Muffe zeigt.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird eine bekannte Muffe als Ganzes mit der Bezugszahl 100 bezeichnet. Zwei zu verbindende Teilstücke eines durchgehenden Abschnitts, in diesem Fall hohle Rohre 1 und 2, werden in die voneinander abgewandten Enden der Muffe eingeführt und festgehalten, während die Muffe 100 gedreht wird. Es wird in der Richtung der Pfeile axialer Druck ausgeübt. Durch die Reibung entstehende Schmelze beginnt an der Umfangslinie, den Punkt C zu bilden. Das Rohr könnte abgeschrägt werden, wie mit der gestrichelten Linie c-c angegeben, um den ursprünglichen Kontaktbereich zu vergrößern.
Die Muffe 100 ist aus einem ähnlichen Material wie die zu verbindenden Rohre 1, 2 oder aus einem mit diesem verträglichen Material hergestellt. Die Muffe ist im Prinzip zylinderförmig mit einem Scheibenabschnitt 4 in der Mitte, dessen Innendurchmesser D1 im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser jedes Rohrs 1, 2 ist. Außerdem hat die Muffe 100 einen Außendurchmesser D9. Der Rest der Muffe besteht aus zwei Endabschnitten 5, 6, die innen konisch geformt sind. Ihre Innendurchmesser vergrößern sich von D3 aus, wo der Mittelteil endet, bis zu D4 an jedem Ende. Der Durchmesser D3 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser D2 der Rohre 1, 2, und der Durchmesser D4 ist etwas größer als der Außendurchmesser D2 der Rohre.
Der Außendurchmesser D9 der Muffe 100 wird so gewählt, daß er größer ist als der Durchmesser D2. Die Entwicklung des Durchmessers von D2 bis D4 bildet zwischen der Innenfläche der Muffe und der Außenfläche des Rohrs einen Winkel α, wobei zwei konische Zwischenräume A und B entstehen.
Wenn die Rohre 1, 2 in die beiden Endabschnitte 5, 6 der Muffe 100 eingeführt werden, berühren sie die Muffe zuerst in C, oder, wenn die Fläche entlang A abgeschrägt wurde, entlang der Linie c-c. Der axiale Druck, der diesen Kontakt gewährleistet, bleibt aufrechterhalten, während die Muffe 100 gedreht wird. Die Rohre werden in ihrer Position festgehalten, während die Muffe von einer Drehausrüstung ergriffen wird. Die in C (oder c-c) unter Krafteinwirkung stattfindende Reibung verursacht einen Schmelzvorgang, und der axiale Druck bewirkt, daß die Schmelze nach innen und außen in die konischen Zwischenräume A und B zwischen der Muffe 100 und den Rohren 1, 2 fließt, und gewährleistet, daß der Reibkontakt erneut hergestellt wird.
Die Drehung und axiale Bewegung unter dem axialen Druck wird fortgesetzt, bis die Endflächen 7, 8 der Rohre 1, 2 auf die Endeflächen 9 bzw. 10 des inneren Scheibenabschnitts 4 treffen. Die Schmelze fließt und füllt die Zwischenräume A und B aus.
Während der Drehbewegung besteht zwischen den Oberflächen der Muffe 100 und der Rohre 1, 2 eine tangentiale Scherbelastung, die bewirkt, daß die geschmolzenen Schichten dieser Oberflächen eine gleichförmige Mischung bilden. Bei diesem Mischvorgang wird die Schweißlinie, die bei bekannten Systemen vorhanden ist, wie oben in dieser Spezifikation beschrieben, beseitigt.
Außerdem wird die Schmelzschicht einer Umkreisrotationsbewegung ausgesetzt und entwickelt in dieser Richtung eine molekulare Ausrichtung. Diese Ausrichtung bleibt in der Verbindung nach dem Abkühlen weitgehend erhalten. Dadurch erhöht sich die Festigkeit der Verbindung in diesem Bereich. Wenn die Rohre nach der Umkreislinie ausgerichtet sind oder eine Ausrichtungskomponente in Umkreisrichtung und axialer Richtung haben, wie sie z. B. mittels einer Gußform mit rotierendem Ziehdorn erzielt werden kann, dann kann die Drehrichtung der Muffe für den Schweißprozeß (d. h. im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) so gewählt werden, daß die Schweißschmelze eine molekulare Ausrichtung in der gleichen Umkreisrichtung wie die der Rohre 1, 2 aufweist.
Bei faserverstärkten Rohren wird für die Muffen gleichartiges Material mit gleicher Faserkonzentration verwendet. Durch den Mischeffekt der Scherung beim Drehen und Schmelzen überschreiten die Fasern die Grenze zwischen dem Rohrmaterial und der Muffe und nehmen auch in der oben beschriebenen Weise eine gleiche Ausrichtung ein, wodurch die Entstehung einer faserlosen Schweißzone verhindert wird.
Die dargestellten Muffen können mit einer inneren Metalleinlage geformt werden, um, besonders bei weichen Materialien, die Steifheit und Festigkeit der Muffe zu verbessern.
Zur Anwendung bei Rohren, die nicht koaxial sind oder verschiedene Größen haben, wird die Muffe mit zwei oder mehr zylindrischen Öffnungen hergestellt, deren Mittellinien in jeder gewünschten Richtung zueinander ausgerichtet werden.
Es wird nun auf Fig. 2a und Fig. 2b Bezug genommen. Hier ist ein erfindungsgemäßes Muffensystem als Ganzes mit der Bezugszahl 700 bezeichnet. Das Muffensystem 700 weist zwei Kragen 710 auf (von denen nur einer dargestellt ist), die auf beiden Seiten der Muffe 720 angeordnet sind. Der Kragen kann ebenfalls durch Formgießen oder ein Bearbeitungsverfahren aus einem ähnlichen Material wie die Rohre oder aus einem mit diesem verträglichen Material hergestellt werden. Beim Schweißen werden die Rohre (hier nicht dargestellt) und Muffen 720 in ihrer Position festgehalten, während die Kragen je nach Art der verwendeten Ausrüstung zugleich oder nur jeweils einer gedreht werden.
Die Muffe 720 weist im Mittelteil einen zweistufigen Innendurchmesser auf. Der erste Innendurchmesser dient dazu, ein Rohr 1 zu fixieren, und der zweite Innendurchmesser dient dazu, das Ende der axialen Bewegung des Kragens zu bestimmen, wenn er korrekt positioniert wird.
Die Kragen 710 haben beide einen Innendurchmesser D5, der gleich groß ist wie der Außendurchmesser D2 der Rohre 1, 2. Die Innenfläche jedes Kragens 710 erstreckt sich über eine Strecke S mit diesem Durchmesser und erweitert sich dann fortschreitend bis zu D6, der größer ist als der Außendurchmesser D2 des Rohrs 1. Die Außenfläche jedes Kragens hat einen Durchmesser D7, der größer ist als D3. Er vergrößert sich zur Öffnung hin fortschreitend bis zu dem Durchmesser D8, der kleiner ist als D4. Der Kragen weist am äußeren Ende einen Flansch 730 mit einem Durchmesser D6 auf.
Wenn jeder Kragen 710 gedreht wird, läuft der Prozeß genau wie oben beschrieben ab, und an der Innenseite und Außenseite des Kragens erfolgt ein Schweißen. Es kann auch jeder Kragen faserhaltig sein, mit einer Einlage verstärkt sein, und sein Flansch kann wie ein Zahnrad geformt sein, um den Greif und Drehvorgang der Rotationsausrüstung, die dazu verwendet wird, den Kragen zu drehen, zu verbessern. Die Zähne oder Kerben oder Nuten können sich entweder auf der Außenfläche des Flanschs oder auf der Innenfläche im Bereich der Kante befinden.
Das Schmelzen tritt an der Fläche S und C auf, und die Schmelze fließt unter der axialen Krafteinwirkung in Richtung des Drucks P in die Zwischenräume A, B, C. Der Schweißvorgang, die Schmelzbildung und die Ausrichtung der Moleküle und der Fasern erfolgen auf die gleiche Weise wie oben beschrieben.
Die Fig. 3a bis 3d zeigen verschiedene Kragenkonstruktionen und Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Muffe. Die inneren Nuten in Fig. 3c fungieren auch als Schmelzekanäle. Fig. 5 zeigt eine Gesamtanordnung der gleichartigen Rohre 1, 2, Kragen 710, 720 und Muffe 730 vor der Durchführung des Schweißprozesses.
Die Muffe 710 kann zwei verschiedene Größen und Positionen aufweisen, um Rohre mit verschiedenen Abmessungen miteinander zu verschweißen.
Die Fig. 6 bis 11 stellen verschiedene Ausführungen von Rohr-, Kragen- und Muffenanordnungen dar, die die verschiedenen Winkel zeigen, die mit Hilfe dieser Erfindung erzielt werden können.
Bezugnehmend auf Fig. 12 wird eine Vorrichtung zur Herstellung einer Schweißverbindung als Ganzes mit der Bezugszahl 1700 bezeichnet. Die Vorrichtung 1700 wird verwendet, um eine erfindungsgemäße Muffengesamtanordnung zu halten und um Kragen in einer Anordnung, die der von Fig. 6 ähnlich ist, zu drehen. Sie kann auch verwendet werden, um Rohre zu halten und die Muffen zu drehen, wenn die Rohre koaxial sind, wobei das direkte Drehen der Muffe die Schweißung gewährleistet, ohne daß ein Kragen verwendet wird, wie bezugnehmend auf Fig. 1 beschrieben wurde.
Eine Einheit kann verwendet werden, um zugleich an jedem Ende der Muffe eine Verbindung herzustellen, oder im Fall von Mehrfachverbindungen, wie in den Fig. 6 bis 11 gezeigt, an jeder Öffnung. Es können aber auch mehrere Einheiten kombiniert werden, um an jedem Ende oder an jeder Öffnung der Muffe zugleich mehr als einen Verbindungsvorgang durchzuführen.
Die Vorrichtung 1700 weist einen Rahmen auf, der aus zwei parallel angeordneten Stützen A und B besteht, die aus Stahlplatten hergestellt sind und in der Mitte eine halbkreisförmige Öffnung aufweisen, so daß die Rohre und Muffe in die Stützen gelegt werden können. Die Stützen sind in einem geeigneten Abstand voneinander an einer Basisplatte E befestigt. An jeder der Stützen A und B sitzt eine Klemmvorrichtung C bzw. D. Die Klemme C hält das rechte Rohr in einer festen Position, und die Klemme D hält die Muffe in einer festen Position.
Der Einklemmvorgang erfolgt mittels Kniehebelmechanismen T, T2, die bei Betätigung von Handgriffen P1 und P2 die Klemmbacken C1, C2 und D1, D2 bewegen. Die Bewegung des Handgriffs P1 wird über eine Reihe von Hebeln C3 bis C8, wie dargestellt, an C1, C2 übertragen. Analog wird die Bewegung des Handgriffs P2 über einen gleichen Mechanismus, der aus einem Satz von Hebeln D3 bis D8 besteht, die ebenfalls C3 bis C8 gleichen, an D1, D2 übertragen.
Die Klemmbacken C1, C2 und D1, D2 haben den gleichen Radius wie das Rohr bzw. die Muffe und haben den gleichen Mittelpunkt und gewährleisten so, daß die Muffe und das Rohr während der Bearbeitung konzentrisch zueinander bleiben.
Die Stütze A hält zwei runde, polierte Linearbewegungsführungen H1 und H2, die an einem Ende mit Schrauben S1 an ihr befestigt sind. Die Führungen H1, H2 verlaufen waagerecht durch eine zwischen A und B angeordnete, verschiebbare Stütze F hindurch, und zwar durch in F befindliche Führungslöcher R1, und verlaufen ferner durch B hindurch, und zwar durch die Führungslöcher R2.
Die Führungen H können bei R2 mit Schrauben S2 befestigt werden. Dadurch wird der anfängliche Abstand zwischen A und B nach Wunsch einstellbar, bevor diese an der Basisplatte E befestigt werden.
Die Löcher R1 sind so dimensioniert, daß die verschiebbare Stütze F an H entlang gleiten kann.
Die verschiebbare Stütze F weist eine halbkreisförmige Öffnung auf, die der der Stützen A und B gleicht. Sie weist ferner zwei Räder W1, W2 auf, die frei drehbar an zwei Stangen sitzen, die an F befestigt sind, und kann mittels Schrauben S3, S4 zur Mittellinie der Gesamtanordnung hin und von ihr weg bewegt werden.
Die Räder W können mit dem Kragen 2 in Berührung gebracht werden, indem F axial verschoben wird.
Die verschiebbare Stütze ist mit der feststehenden Stütze A an beiden Seiten des Rohrs mittels eines symmetrischen Systems von Hebeln F1 und F2 verbunden, die schwenkbar an dieser sowie an Hebeln G1 und G2 angebracht sind.
Die Hebel G1 und G2 sind an einer Verbindungsstange Q befestigt, die durch die Stütze A verläuft und um die Mittellinie X1-X2 gedreht wird.
Der Hebel P3 kann auf diese Weise G1 sowie über Q auch G2 betätigen, um die verschiebbare Platte axial zu bewegen.
Die Stütze F weist hinter der Gesamtanordung eine senkrechte Verlängerung auf, an der eine weitere Stütze J um den Mittelpunkt 02 drehbar angebracht ist.
Ein Hebel K ist an J befestigt und dient dazu, J um 02 zu drehen, um deren Winkelposition einzustellen. Ein Motor U ist mit einem Zahnrad L verbunden, das an J sitzt, so daß seine Achse 03 parallel zu der Achse des Rohrs 01 verläuft. Die Länge 02-03 ist so gewählt, daß bei einem Absenken von J mittels K das Zahnrad L in Berührung und Eingriff mit den angegossenen Zähnen des Flanschs des Kragens kommt.
Das Zahnrad L kann durch ein anderes Mittel zur Übertragung der Drehbewegung auf den Kragen oder die Muffe ersetzt werden, falls der Flansch keine angegossenen Zähne hat. Dieses Mittel könnte anstelle des Zahnrads ein Gummirad sein, das den Flansch durch Reibungskontakt ohne Schlupf antreibt.
Die Vorgehensweise besteht in den folgenden Schritten:
1. Die Muffe 1 wird mittels der Klemmbacken D1, D2 und der Betätigung des Hebels P2 in ihrer Position fixiert.
2. Der Kragen 2 wird auf das Rohr 3 geschoben, bevor das Rohr in seiner axialen Position festgeklemmt wird, und dann werden der Kragen und das Rohr in axialer Richtung zur Muffe hin bewegt, bis das Rohr in dem Mittelteil sitzt, der dafür vorgesehen ist, wie oben beschrieben.
3. Sodann wird das Rohr mittels C1, C2 und Betätigung des Hebels P1 eingespannt, wie oben beschrieben.
4. Der Kragen wird sodann auf dem Rohr in axialer Richtung zu der Muffe hin verschoben, bis er in Berührung mit dem innen konischen Endabschnitt der Muffe 100 kommt.
5. Sodann wird der Hebel K betätigt, um J abzusenken, so daß L mit dem Kragen in Eingriff kommt.
6. Sodann wird der Hebel P3 betätigt, um die verschiebbare Stütze F zum Kragen hin zu verschieben, und der Kragen wird mit den Rädern W in Berührung gebracht.
7. Auf diese Weise wird der Kragen durch den Kontakt mit der Muffe und mit den Rädern W in axialer Richtung eingezwängt. Nun wird der Motor eingeschaltet und der Kragen beginnt, sich mit der erforderlichen Geschwindigkeit zu drehen, die üblicherweise ca. 500 U/min. beträgt. Die Bewegung von P3 wird fortgesetzt, bis die Kante des Flanschs mit der Kante der Muffe in Berührung kommt, oder bis er durch andere Mittel in einer Position gestoppt wird, die vor diesem Vorgang eingestellt wurde.
Es können mechanische oder elektrische Mittel auf den Führungen H vorgesehen werden, um die axiale Positionierung der Muffe zu unterstützen und die Gleitbewegung der Stütze F zu beenden.
Die Drehbewegung wird noch einige Sekunden lang fortgeführt, wenn die axiale Endposition erreicht ist.
Der Vorgang des Schmelzens durch Reibungswärme, der viskosen Erhitzung und Ausrichtung durch Drehen der Schmelze erfolgt, wie oben beschrieben, und auf ihn folgt ein Abkühlen und Verfestigen und damit die Bildung der festen Verbindung, wie oben beschrieben.

Claims

1. Muffe (700) zur Verbindung eines ersten (1) und eines zweiten (2) Teilstücks eines durchgehenden Abschnitts, die beide einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben, wobei die Muffe aufweist:

- einen Mittelteil mit einem Innendurchmesser und zwei Endabschnitte mit jeweils einem Innendurchmesser, der konisch geformt ist, so daß er von dem Mittelteil weg größer wird;

- einen ersten Kragen (710), der in einem ersten Endabschnitt lösbar eingreifen und an dem Mittelteil in Anschlag kommen kann, und einen zweiten Kragen (710), der in einem zweiten Endabschnitt lösbar eingreifen und an dem Mittelteil in Anschlag kommen kann, wobei der Mittelteil einen Muffenzwischenabschnitt bildet und der erste und der zweite Kragen geeignet sind, jeweils ein Teilstück eines durchgehenden Abschnitts aufzunehmen;

dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (D5) jedes Kragens einen Abschnitt mit zylindrischer Fläche (S) sowie einen Abschnitt mit konischer Fläche aufweist, in dem der Innendurchmesser zu einem Ende des Kragens hin größer wird, daß der Außendurchmesser jedes Kragens konisch geformt ist, so daß er zu dem genannten einen Ende des Kragens hin größer wird, an dem er eine zylindrische Außenfläche bildet, die innerhalb des konischen Endabschnitts der Muffe auf die konisch geformte Fläche des Außendurchmessers des Kragens trifft, und daß die zylindrische Außenfläche sich in einem Winkel zu dem konischen Innendurchmesser des jeweiligen Endabschnitts der Muffe befindet, so daß sich die zylindrische Außenfläche des Kragens und die konische Innenfläche des Endabschnitts in Abstand zueinander befinden.

2. Muffe (700) nach Anspruch 1, wobei die Muffe aus einem Material hergestellt ist, das mit dem Material des ersten und zweiten Teilstücks verträglich ist.

3. Muffe (700) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zwischenmuffe ferner zwischen dem Mittelteil und jedem Endabschnitt einen Anschlagabschnitt aufweist.

4. Verfahren zur Verbindung eines ersten (1) und eines zweiten (2) Teilstücks eines durchgehenden Abschnitts, die beide einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben, wobei das Verfahren darin besteht, diese Teilstücke in die voneinander abgewandten Enden einer Muffe (700) einzusetzen, wobei diese Muffe aus einem Mittelteil mit einem Innendurchmesser (D1) und zwei Endabschnitten mit einem Innendurchmesser, der konisch geformt ist, so daß er von dem Mittelteil weg größer wird, sowie einem ersten Kragen (710), der in einem ersten Endabschnitt lösbar eingreifen und an dem Mittelteil in Anschlag kommen kann, und einem zweiten Kragen (710), der in einem zweiten Endabschnitt lösbar eingreifen und an dem Mittelteil in Anschlag kommen kann, besteht, wobei der Mittelteil einen Muffenzwischenabschnitt bildet und der erste und der zweite Kragen geeignet sind, jeweils ein Teilstück eines durchgehenden Abschnitts aufzunehmen, wobei der Innendurchmesser jedes Kragens einen Abschnitt mit zylindrischer Fläche (S) sowie einen Abschnitt mit konischer Fläche aufweist, in dem der Innendurchmesser zu den Enden des Kragens hin größer wird, wobei der Außendurchmesser jedes Kragens konisch geformt ist, so daß er zu dem genannten einen Ende des Kragens hin größer wird, an dem er eine zylindrische Außenfläche bildet, die innerhalb des konischen Endabschnitts der Muffe auf die konisch geformte Fläche des Außendurchmessers des Kragens trifft, und wobei die zylindrische Außenfläche sich in einem Winkel zu dem konischen Innendurchmesser des jeweiligen Endabschnitts der Muffe befindet, so daß sich die zylindrische Außenfläche des Kragens und der konische Innendurchmesser des Endabschnitts in Abstand zueinander befinden, und wobei das Verfahren ferner darin besteht, die Muffe zu drehen und dabei ein Drehen der Teilstücke zu verhindern.