Verfahrensbeschreibung

Beim Heizelement- Stumpfschweißen werden die Stirnseiten der Kunststoffrohre (Spitzenden) mittels einem Heizelement (Schweißspiegel) auf Schweißtemperatur gebracht und die somit plastifizierten Fügeflächen – nach Entfernung des Heizelements – unter definiertem Druck zusammengefügt.

Schweißnahtvorbereitung

Die Stirnseiten der Kunststoffrohre sind vor dem Einspannen in die Schweißmaschine axial auszurichten (siehe Bild 1).

Die Längsbeweglichkeit des anzuschweißendes Kunststoffrohres ist durch geeignete Maßnahmen, wie z. B. durch verstellbare Rollenblöcke, zu gewährleisten.

Die zu verbindenden Fügeflächen sind zunächst im eingespannten Zustand mit einem Planhobel spangebend zu bearbeiten (Planhobeln). Kunststoffspäne sind aus dem Fügebereich vollständig zu entfernen und mit Reinigungsflüssigkeit zu reinigen. Keinesfalls dürfen die bearbeiteten Fügeflächen mit den Händen berührt werden.

Nach dem Bearbeiten ist die Planparallelität zu kontrollieren. Der verbleibende Spalt darf einen definierten Wert (siehe Tabelle 2) nicht überschreiten. Gleichzeitig ist zu überprüfen, ob der Versatz der Rohrenden kleiner als 10 % der Rohrwanddicke ist. Gegebenfalls sind die Wanddicken im Schweißnahtbereich spangebend anzugleichen.

Bild 1: Einspannen der Kunststoffrohre in die Schweißmaschine
Quelle: Aliaxis Deutschland GmbH, Mannheim

Rohrdurchmesser da (mm)	Maximale Spaltbreite vor dem Schweißen
≤ 355 mm	0,5 mm
400 mm bis < 630 mm	1 mm
630 mm bis < 800 mm	1,3 mm
800 mm bis ≤ 1.000 mm	1,5 mm
> 1.000 mm	2,0 mm

Tabelle: Maximale Spaltbreite vor dem Schweißen

Schweißung

Das auf Schweißtemperatur erwärmte Heizelement wird zwischen die zu schweißenden Teile gebracht und die Verbindungsflächen mit dem richtigen Angleichdruck am Heizelement beidseitig angepresst. Die Temperaturkontrolle erfolgt mit einem schnellanzeigenden Oberflächen-Temperatur-Messgerät.

Die zum Angleichen beziehungsweise Fügen erforderliche Kraft kann aus der Schweißfläche und dem spezifischen Druck errechnet werden. Üblicherweise führen die Schweißmaschinenhersteller die Werte in Tabellenform auf, da die meisten Geräte nicht mit Kraftmessung, sondern über eine Hydraulik arbeiten. Zu diesem angegebenen Druck ist der Werkstückbewegungsdruck hinzuzurechnen. Letzteres wird beeinflusst durch die Reibung der Maschinenteile und Gewichte der zu schweißenden Rohre und Formteile. Das Angleichen ist erst abgeschlossen, wenn sich am gesamten Umfang beider zu verschweißenden Teile ein entsprechender Wulst gebildet hat. Während der jetzt beginnenden Anwärmzeit wird der Anpressdruck nahe Null reduziert. Nach dem Anwärmen sind die Fügeflächen ohne Beschädigung und Verschmutzung vom Heizelement zu lösen. Die Zeit für das Lösen der Fügeflächen, das Herausnehmen des Heizelements und die Berührung der Fügeflächen miteinander wird als Umstelllzeit bezeichnet und soll so klein wie möglich gehalten werden.

Die zu schweißenden Flächen sollen bei Berührung mit einer Geschwindigkeit nahe Null zusammentreffen. Dann ist der Druck langsam zu steigern (Zeiten siehe Rohrherstellerangaben) und bis zur vollständigen Abkühlung aufrecht zu erhalten. Schroffes Abkühlen des Schweißbereichs beziehungsweise die Anwendung von Kühlmitteln ist unzulässig. Bei größeren Rohrwanddicken (etwa ab 20 mm) kann durch Abdecken des Schweißbereichs während der Abkühlzeit eine gleichmäßige Abkühlung erreicht und damit die Schweißnahtgüte beeinflusst werden. Nach dem Fügen muss auf dem gesamten Umfang ein Doppelwulst vorhanden sein. Sollte das Abarbeiten des Schweißwulstes gefordert sein, so ist dieses bevorzugt vor der vollständigen Abkühlung vorzunehmen. Bei der spangebenden Nachbearbeitung des kalten Wulstes besteht die Gefahr, dass Kerben eingebracht werden. Bei spröden Werkstoffen (wie z.B. PVC und PVDF) kann es zu Materialausbrüchen führen.


Bild 2.1: Einspannen und Ausrichten der Kunststoffrohre	Bild 2.2: Planhobeln der Stirnseiten	Bild 2.3: Sichtprüfung auf Versatz und Spaltbreite


Bild 2.4: Späne aus dem Fügebereich entfernen und reinigen	Bild 2.5: Angleichen und Durchwärmen	Bild 2.6: Umstellen, Fügen und Abkühlen unter Fügedruck

Bilder 2.1 - 2.6: Grafische Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte beim HS-Schweißverfahren
Quelle: GERODUR MPM Kunststoffverarbeitung GmbH & Co,.KG, Neustadt

Rohrwerkstoff 1	Rohrwerkstoff 2	Heizelement-Stumpfschweißen (HS) *	Heizwendel- Schweißen (HM)
PA 12	PA 12	+	+
PE-LD (PE 63)	PE-LD (PE 63)	- (nur Hausanschlussbereich)	+
PE-LD (PE 63)	PE-HD (PE 100)	-	+
PE 80	PE 80	+	+
PE 80	PE 100	+	+
PE 100	PE 100	+	+
PE-Xa	PE 80	-	+
PE-Xa	PE 100	-	+
PE-Xa	PE-Xa	-	+

*: ausschließlich Rohre mit identischer Wanddicke (SDR) schweißbar

Tabelle: Einsatz des Heizelement-Stumpfschweißverfahrens (HS) und des Heizwendel-Schweißverfahrens (HM) für unterschiedliche Kunststoffe
Quelle: Aliaxis Deutschland GmbH, Mannheim

Hinweis: Aufgrund der Größe der Tabelle wird Ihnen hier nur ein Ausschnitt der Daten angezeigt. Die vollständige Tabelle können Sie sich durch anklicken des Links anzeigen lassen.

Richtwerte für das Heizelementstumpfschweißen

Tabelle: Richtwerte für das Heizelementstumpfschweißen von Rohren und Formstücken aus PA 12 bei einer Außentemperatur von etwa 20°C und mäßiger Luftbewegung (Zwischenwerte sind zu innterpolieren)
Quelle: Evonik Resource Efficiency GmbH, Marl

Heizelement-Stumpfschweißung PA 12

Bild 3: Heizelement-Stumpfschweißung PA 12 Gasrohr mit PA 12 Stahlübergang
Quelle: Evonik Resource Efficiency GmbH, Marl

Heizelement-Stumpfschweißung

Bild 4: Heizelement-Stumpfschweißung von zwei PA 12 Gasrohren
Quelle: Evonik Resource Efficiency GmbH, Marl

Zeitlicher Ablauf eines Schweißzyklus

Bild 5: Zeitlicher Ablauf eines Schweißzyklus beim Heizelement-Stumpfschweißen mit den entsprechenden Druckstufen nach DVS 2207-1
Quelle: LyondellBasell, Frankfurt/M.

Bild 6: Außenansicht der fest verschweißten Rohrenden mittels unterschiedlicher Schweißverfharen (von li. nach re.: SIMOFUSE-Elektroschweißverfahren - Heizelement-Stumpfschweißverfahren - Heizwendel-Schweißverfahren)
Quelle: SIMONA AG, Kirn

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