Schweißen von Rohren mit großem Durchmesser Welding … · Due to the principle, no welding factor can be determined in the case ... for polyolefins in the DVS 2207 1 (PE) and DVS

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ZusammenfassungRohrsysteme aus polymeren Werkstoffen in großen Dimensionen werden immerhäufiger besonders in der Wasserversorgung und Abwasserentsorgung einge-setzt. Neben der Werkstoffauswahl ist die Verbindungstechnik und daraus resul-tierend, die Festigkeit der Verbindung ein wichtiger Faktor bei der Realisierungsolcher Projekte, da die Gesamtlebensdauer des Rohrsystems davon maßgeb-lich beeinflusst wird.In verschiedenen Untersuchungen wurden für die Heizelementstumpfschweiß-technik bei Großrohren mit hohen Wanddicken verschiedene Schweißparame-ter und die Festigkeit dieser Schweißnähte getestet. Die Versuchsergebnisse zei-gen eindeutig die Eignung des Heizelementstumpfschweißens für große Wand-dicken.Neben der Heizelementstumpfschweißung wird auch die Heizwendelschweißungbei Großrohren immer mehr angewendet. Prinzipbedingt kann bei diesem Schweiß-verfahren kein Schweißfaktor ermittelt werden. Zur Überprüfung der Nahtqua-lität hat sich hier der Zeitstandzugversuch nach DVS 2203-4 Beiblatt 1 bewährt.Das Warmgasextrusionsschweißen gilt bei Rohrverbindungen als Sonderverfah-ren und wird bei Sonderbauwerken und Abmessungen > 2.400 mm bevorzugtim drucklosen Bereich eingesetzt.Ergänzend zum Stand der Technik, der derzeit in Normen und Richtlinien noch nichthinreichend beschrieben ist, wird in diesem Beitrag anhand von Praxisprojektengezeigt, was beim Schweißen von Großrohren aus polyolefinen Werkstoffen zubeachten ist, und es werden nützliche Hinweise für den Praktiker gegeben.Mit der Optimierung der Schweißverfahren für große Rohrdimensionen und Rohr-wanddicken und der stetig wachsenden praktischen Erfahrung werden Rohre ausPE und PP bei diesen Anwendungen immer mehr an Bedeutung gewinnen.

SummaryPipe systems made of polymer materials in large dimensions are being utilised evermore frequently, particularly in water supply and waste water disposal. In additionto the material selection, the joining technique and, resulting from this, the strengthof the joint are important factors during the implementation of such projects sincethese influence the total service life of the pipe system to a crucial extent.In various investigations, different welding parameters and the strength of thesewelds were tested for the heated tool butt welding technique in the case of large-diameter pipes with high wall thicknesses. The test results clearly show the suit-ability of heated tool butt welding for large wall thicknesses.In addition to heated tool butt welding, sleeve welding with an incorporated elec-tric heating element is also being applied to large-diameter pipes to an increasingdegree. Due to the principle, no welding factor can be determined in the case of this welding process. Here, the tensile creep test according to DVS 2203- 4,Supplement 1 has proven to be suitable for checking the weld quality.Hot gas extrusion welding is regarded as a special process in the case of pipe jointsand is utilised for special structures and dimensions > 2,400 mm preferably in thenon-pressurised field.As a supplement to the state of the art which is not yet described adequately instandards, guidelines and technical codes at the moment, this article shows, onthe basis of practical projects, what must taken into account with regard to thewelding of large-diameter pipes made of polyolefin materials and makes usefulremarks for the practitioner.With the optimisation of the welding processes for large pipe dimensions and pipewall thicknesses and with the constantly growing practical experience, ever greatersignificance will be attached to pipes made of PE and PP in the case of these appli-cations.

Dipl.-Ing.Thomas FrankAutorenprofil: Author profile:

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1 EinleitungFür Rohrsysteme aus polyolefinen Werk-stoffen wurden in den letzten Jahrenimmer neue Anwendungsgebieteerschlossen. Der Wunsch, den Anforde-rungen für diese Anwendungen gerechtzu werden, führte zu einer ständigenWeiterentwicklung des Produktpro-gramms. Neben der damit verbundenenVerbesserung der Werkstoffe wurdeauch der Dimensionsbereich der Rohr-systeme immer weiter nach oben erwei-tert. So sind heute extrudierte Rohre mitAußendurchmessern von bis zu 2.000mm und Wanddicken von über 100 mmherstellbar. Noch größere Durchmesserund Wanddicken können im Wickelver-fahren hergestellt werden.Die Verbindung der Rohre sowie derFormteile in diesen Dimensionen ist abernoch immer eine besondere Herausfor-derung. Häufig finden sich im gängigenRegelwerk (z. B. in den DVS-Richtlinien)für diese Abmessungen keine oder kei-

1 IntroductionIn recent years, ever new areas ofapplication were opened up for pipesystems made of polyolefin materials.The wish to satisfy the requirementsfor these applications led to the con-stant refinement of the product pro-gramme. In addition to the associat-ed improvement of the materials, thedimension range of the pipe systemswas also extended ever furtherupwards. For example, extruded pipeswith outside diameters up to 2,000mm and wall thicknesses over 100 mmcan be manufactured today. Even larg-er diameters and wall thicknesses canbe manufactured in the windingprocess.

Schweißen von Rohren mit großem DurchmesserWelding of pipes with large diametersDipl.-Ing. Thomas Frank, Mörfelden-Walldorf

ne vollständigen Vorgaben, wie zum Bei-spiel Prozessparameter oder Anforde-rungen an die Verbindung.Mit diesem Beitrag soll gezeigt werden,was bei den bekannten Schweißmetho-den Heizwendelschweißen, Heizele-mentstumpfschweißen und Warmgas-extrusionsschweißen bei Großrohren zubeachten ist.Anhand von Untersuchun-gen sowie in der Praxis realisierter Pro-jekte soll darüber hinaus der Stand derTechnik dargestellt werden.

2 Beschreibung der Schweißverfahren und desStandes der TechnikDem Anwender stehen heute verschie-dene Schweißverfahren zur Verfügung,

However, the joining of the pipes andthe fittings in these dimensions is stilla particular challenge. Frequently, no orno complete stipulations, e.g. processparameters or requirements on the joint,for these dimensions can be found inthe common set of rules (e.g. in the DVStechnical codes).With this article, it is to be shown whatmust be taken into account with regardto the well-known welding methods ofsleeve welding with an incorporated elec-tric heating element, heated tool buttwelding and hot gas extrusion welding inthe case of large-diameter pipes.Further-more, the state of the art is to be illustrat-ed on the basis of investigations as wellas of projects implemented in practice.

2 Description of the welding processes and of the state of the artToday, various welding processes areavailable to the user in order to manu-

Stand der Technik State of the Art

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um hochwertige Verbindungen zwi-schen den Rohrleitungskomponentenherzustellen. Nationale und internatio-nale Normen und Richtlinien (z. B. DVS)beschreiben die einzelnen Verfahren. Sosind die Anforderungen und angewen-deten Verfahren im industriellen underdverlegten Rohrleitungsbau andereals zum Beispiel im Behälterbau oder inder Halbleiterindustrie.Für jedes dieser Anwendungsfelder sindspezielle Kenntnisse und Schweißma-schinen erforderlich. Neben Gerätenzum Schweißen von Heizwendel- undHeizelementstumpfschweißformteilenstellen die Hersteller dem Anwenderauch umfangreiches Zubehör wie Rohr-schälgeräte, Trennwerkzeuge und vie-les mehr zur Verfügung.Im erdverlegten Rohrleitungsbau undim industriellen Anlagenbau kommenbei Rohren aus PP und PE 100 – wieerwähnt – das Heizelementstumpf-schweißverfahren und das Heizwendel-schweißverfahren zum Einsatz.

2.1 Das Heizelementstumpf-schweißen (HS)Heizelementstumpfschweißungen müs-sen mit einer Schweißvorrichtung durch-geführt werden. Die zu schweißendenRohrleitungsteile werden ohne zusätz-liche Formteile stirnseitig unter vorge-gebenen Parametern (Druck, Zeit,Tem-peratur) zusammengefügt. Bei der Heiz-elementstumpfschweißung werden imVergleich zu allen anderen Schweißme-thoden die Parameter Druck, Tempera-tur und Zeit exakt definiert und könnendarüber hinaus permanent überwachtwerden.Mit dem Heizelement-Stumpfschweiß-verfahren können derzeit Rohre miteinem Außendurchmesser von 20 bis

facture high-quality joints between thepipeline components.National and inter-national standards, guidelines and tech-nical codes (e.g. DVS) describe the indi-vidual processes.Thus, the requirementsand applied processes in industrial andburied pipeline construction are differentfrom those, for example, in tank construc-tion or in the semiconductor industry.Special knowledge and weldingmachines are required for each of these

application fields. In addition to devicesfor the welding of fittings executed bymeans of sleeve welding with an incor-porated electrical heating element andheated tool butt welding, the manufac-turers also provide the user with exten-sive accessories such as pipe peelingdevices, cutting tools and much more.In the construction of buried pipelinesand in industrial plant engineering, theheated tool butt welding process andthe sleeve welding process with anincorporated electric heating elementare utilised in the case of pipes made ofPP and PE 100 (as mentioned).

2.1 Heated tool butt welding (HS)Heated tool butt welds must be execut-ed with a welding jig.Without any addi-tional fittings, the pipeline parts to bewelded are joined together on the frontside with stipulated parameters (pres-sure, time and temperature). In compar-ison with all the other welding meth-

2.000 mm verbunden werden. Die Ver-fahrensparameter sind werkstoffabhän-gig und für Polyolefine in den DVS-Richt-linien 2207-1 (PE) und 2207-11 (PP) fürWanddicken bis 70 mm (PE) bzw. 50 mm(PP) beschrieben. Der Verfahrensablaufist in Bild 2 schematisch dargestellt.Beim Heizelementstumpfschweißen hatder Schweißer bzw. die Aufsichtspersonimmer die Möglichkeit, die Schweißnahtvisuell zu kontrollieren. Die Stumpf-schweißtechnik stellt aufgrund desexakt definierten Verfahrensablaufeseine reproduzierbare und somit sehrsichere Schweißmethode dar.

2.2 Das Heizwendelschweißen(HM)Beim Heizwendelschweißen werdenRohre und Formteile mit Hilfe vonWiderstandsdrähten (Heizwendel)erwärmt und geschweißt. Die Wider-standsdrähte sind im Muffenteil desFormstückes angeordnet (Bild 3 und Bild4). Bei diesem Verfahren werden die Ver-bindungsflächen mit in der Muffe ange-ordneten Widerstandsdrähten durchelektrischen Strom auf Schweißtempe-ratur erwärmt und dadurch geschweißt.Die durch die Abkühlung erstarrendeSchmelze erzeugt dann den erforderli-chen Anpressdruck in der Fügefläche.Die Energiezufuhr erfolgt mit Hilfe einesSchweißtransformators. Das Verfahrenzeichnet sich ebenfalls durch einenhohen Automatisierungsgrad aus.Entscheidend bei der Herstellung qua-litativ hochwertiger Heizwendel-schweißverbindungen ist eine perfekteSchweißvorbereitung. Hierzu gehörenzum Beispiel das exakte Ausrichten derBauteile und das Entfernen der „Oxid-schicht“. Eine nicht vollständig bzw.unzureichend entfernte „Oxidschicht“

ods, the pressure, temperature and timeparameters in the case of heated toolbutt welding are defined exactly andcan also be monitored permanently.At present, pipes with outside diame-ters from 20 mm to 2,000 mm can bejoined with the heated tool butt weld-ing process.The process parameters arematerial-dependent and are describedfor polyolefins in the DVS 2207 1 (PE)and DVS 2207 11 (PP) technical codes

for wall thicknesses up to 70 mm (PE)and 50 mm (PP).The process sequenceis illustrated schematically on Fig. 2.In the case of heated tool butt welding,the welder or the supervisor always hasthe possibility of inspecting the weldvisually. Because of the exactly definedprocess sequence, the butt welding tech-nique constitutes a reproducible andthus very reliable welding method.

2.2 Sleeve welding with anincorporated electric heatingelement (HM)In the case of sleeve welding with anincorporated electric heating element,pipes and fittings are heated and weld-ed with the aid of resistance wires(heater spirals). The resistance wiresare arranged in the sleeve part of thefitting (Fig. 3 and Fig. 4). In the case ofthis process, the joining faces are heat-ed up to the welding temperature byelectric current with resistance wiresarranged in the sleeve and are welded

Bild 1:Heizelement-stumpfschweiß-maschine: Bau-stellengerät für große Durch-messer

Fig. 1: Heated toolbutt weldingmachine: buildingsite device forlarge diameters

Bild 2: Ablauf-schema desSchweißvor-ganges (HS-Schweißen)

Fig. 2: Sequencediagram of thewelding operati-on (HS welding)

Bild 3: Aufbaueiner Heizwen-delmuffe

Fig. 3: Structureof a heater spiral sleeve

RohrendePipe end

Mittenanschlag Centre stop Schweißdraht Welding wire

IndikatorIndicator

AnschlusssteckerConnector plug


oder eine verschmutzte Schweißober-fläche führt zu Schweißfehlern.Der Anwendungsbereich des HM-Schweißens für Druckrohrleitungenerstreckt sich heute in Europa von d 20bis d 1200 mm Außendurchmesser. Dieam Markt angebotenen Heizwendel-formteile werden permanent zu größe-ren Nennweiten hin erweitert. Für die-se Dimensionen stehen mittlerweileauch alle erforderlichen Werkzeuge (z. B. Schälgerät) zur Verfügung.In größeren Abmessungen wird diesesVerfahren in Verbindung mit der Wickel-rohrtechnologie bei Freispiegelleitun-gen und Leitungen mit geringenBetriebsdrücken (bis 3 bar) sehr erfolg-reich eingesetzt. Besonders der im Ver-gleich zum HS-Schweißen wesentlichgeringere Maschinenaufwand und dieMöglichkeit, auch bei großen Durchmes-sern im Graben zu Schweißen, sind diewesentlichen Vorteile des Verfahrens.Weitere Vorteile des Heizwendelschwei-ßens gegenüber dem Heizelement-stumpfschweißen sind der deutlichgeringere Energieverbrauch proSchweißnaht sowie die geringerenSchweißzeiten. Die Arbeitszeit verrin-gert sich gegenüber dem Heizelement-stumpfschweißen bei großen Dimensio-nen um bis zu 40 %.Wird parallel gear-beitet, was beim Heizwendelschweißenaufgrund der geringen Investitionskos-ten (ein Schweißgerät kostet wenigerals 4.000 Euro) möglich ist, reduziertsich die erforderliche Zeit nochmalserheblich, da für das eigentliche Schwei-ßen und Abkühlen kein Personal erfor-derlich ist. Die Arbeitszeit je Schweiß-naht reduziert sich dadurch noch ein-mal um bis zu 45 %.Im Gegensatz zum Heizelementstumpf-schweißen, bei dem das Heizelementwährend anderer Arbeitsschritte undPausen auf Temperatur gehalten wer-den muss, gibt es beim Heizwendel-schweißen keine Verlustleistung. Sobeträgt der tatsächliche Leistungsbe-darf je Schweißnaht beim HM-Schwei-ßen lediglich ca. 10 % dessen, was beimHS-Schweißen benötigt wird.

2.3 Das Warmgasextrusions-schweißenIm industriellen Bereich ist die Warm-gasextrusionsschweißung weit verbrei-tet. Bei der Herstellung von Behälternund Bauteilen aus Wickelrohren wirdmeistens das kontinuierliche Extrusions-

schweißverfahren gemäß DVS 2207-4angewandt. Selbstverständlich könnenauch Rohre untereinander mit diesemVerfahren verbunden werden. Zu emp-fehlen ist diese Verbindungstechnik ausKostengründen jedoch nur in Verbin-dung mit Wickelrohren, die über eineMuffen-Spitzenden-Kombination dieSchweißnahtvorbereitung deutlich ver-einfachen. Hauptvorteil des Verfahrensist, dass es die Herstellung individuel-ler Konstruktionen ermöglicht.Bei der Auslegung der Bauteile ist zubeachten, dass nur durch das kontinu-ierliche Extrusionsschweißverfahren derMindestzeitstandzug-Schweißfaktor fsvon 0,6 erreicht werden kann.

in this way. The melt solidifying due tothe cooling then generates the requiredpressing-on pressure in the joining face.The energy is supplied with the aid ofa welding transformer. The process isalso characterised by a high degree ofautomation.Perfect welding preparation is decisivefor the manufacture of high-qualityjoints by means of sleeve welding withan incorporated electric heating ele-ment. For example, this includes theexact alignment of the components andthe removal of the "oxide coat". Anincompletely or inadequately removed"oxide coat" or a soiled welding sur-face leads to welding defects.

In Europe today, the area of applicationof HM welding for pressure pipelinescovers outside diameters from d 20 mmto d 1,200 mm.The heater spiral fittingsoffered on the market are being perma-nently extended to larger nominalwidths. In the meantime, all the requiredtools (e.g. peeling device) are also avail-able for these dimensions.In larger dimensions, this process isutilised very successfully in conjunctionwith the wound pipe technology in thecase of open channels and lines with lowoperating pressures (up to 3 bar). Theessential advantages of the process are,in particular, the considerably lowermachine expenditure in comparison withHS welding and the possibility of weld-ing even large diameters in the trench.Further advantages of sleeve weldingwith an incorporated electric heating ele-ment over heated tool butt welding arethe substantially lower energy consump-tion per weld and the shorter weldingtimes. In the case of large dimensions,the working time is decreased by asmuch as 40 % compared with heatedtool butt welding. If the work is carriedout in parallel, which is possible in thecase of sleeve welding with an incorpo-rated electric heating element becauseof the low investment costs (one weld-ing device costs less than Euro 4,000),the required time is reduced consider-ably once again since no personnel isneeded for the actual welding and cool-ing. The working time per weld is thusreduced by as much as 45 % in addition.In contrast with heated tool butt weld-ing in which the heated tool must bekept at the temperature during otherwork steps and breaks, no power is lostin the case of sleeve welding with anincorporated electric heating element.For example, the actual power requiredper weld in HM welding is merelyapprox. 10 % of what is needed in thecase of HS welding.

2.3 Hot gas extrusion weldingHot gas extrusion welding is widespreadin the industrial sector. In most cases,the continuous extrusion weldingprocess according to DVS 2207-4 isapplied to the manufacture of tanks andcomponents consisting of wound pipes.Of course, pipes can also be joined toeach other with this process. However,for cost-related reasons, this joiningtechnique should be recommended only

Bild 4: PE-Großmuffe Fig. 4: Large-diameter PE sleeve

Bild 5: Heizwendelschweißen an einem Wickelrohr d 1.800 mmFig. 5: Sleeve welding with an incorporated electric heating element on a wound pipe, d 1,800 mm



Für das Schweißen der Dimensionen > 2.400 mm gibt es kaum eine Alterna-tive zum Extrusionsschweißen. Für die-se Abmessungen stehen dem AnwenderExtrusionsschweißautomaten zum kon-tinuierlichen Schweißen zur Verfügung.Diese Anlagen zeichnen sich unter ande-rem durch einen großen Masseausstoß(bis zu 8 kg/h), stufenlos regelbaren Vor-schub (Schweißgeschwindigkeit) undgleichmäßigen Fügedruck aus. DerSchweißzusatz wird über einen beheiz-ten Schlauch vom eigentlichen Extruderzum Schweißkopf geführt (Bild 6).Die zu schweißende Wanddicke im Muf-fenbereich beträgt üblicherweise min-destens 20 mm. Deshalb ist in der Pra-xis ein zweilagiges Schweißen erforder-lich, um eine ausreichende Naht-überdeckung zu erhalten. Für eine Ver-bindung DN 3.000 (ca. 9,0 m Schweiß-naht) werden ca. 3 Stunden Arbeitszeitbenötigt.

2.4 Anforderungen an dasSchweißpersonalGerade bei großen Durchmessern müs-sen die Schweißer über einen geeigne-ten Ausbildungsnachweis bzw. eineSchweißerprüfung für das anzuwenden-de Schweißverfahren verfügen.Ausbil-dungsstätten in Deutschland bieten spe-zielle Kurse für die verschiedenenSchweißverfahren mit abschließendenPrüfungen zum Schweißen von Groß-rohren an.

2.5 Schweißdatenerfassung undDokumentationGenau so wichtig wie eine fachgerech-te Ausführung der Schweißung ist dieDokumentation des Schweißprozessesund der verwendeten Bauteile bei derRohrleitungsverlegung. Dazu werdenfür durchgeführte Schweißungen Pro-tokolle erstellt, in denen neben denSchweißparametern und Bauteilen auchumfassende Daten zu Verlegefirma,Schweißer,Auftragsnummer,Witterung,Maschinentyp usw. festgehalten wer-den (z. B. Schweißprotokoll nach DVS2207-1).In der Praxis werden heute vermehrtStumpfschweißmaschinen und Heiz-wendelschweißgeräte mit automati-scher Protokollierung eingesetzt. Diesespeichern die angewendeten Schweiß-parameter und Zusatzinformationen,die entweder ausgedruckt oder archi-viert werden können.

2.6 Welches Verfahren ist fürwelchen Anwendungsfall ambesten geeignet?Jedes der zuvor beschriebenen Schweiß-verfahren hat seine Berechtigung.Vereinfacht können die Haupteinsatz-gebiete wie folgt zusammengefasstwerden:• Das WE-Schweißen wird bei sehr gro-

ßen Abmessungen und Sonderbau-werken bevorzugt eingesetzt. Auf-grund der geringen Verlegegeschwin-digkeit verliert es immer dann anBedeutung, wenn eines der beidenanderen Verfahren eingesetzt werdenkann.

• Das HM-Schweißen ist ein schnellesVerfahren und besonders bei kleine-ren Baustellen (Einrichtung der Bau-stelle,Anschaffungskosten der Gerä-te) sehr praktikabel. Für hohe Betriebs-drücke sind die Durchmesser noch ein-geschränkt. Der Preis des Formteils istin der Kalkulation zu berücksichtigen.Bei Wickelrohren hat sich diese Ver-bindungstechnik bis 2.400 mm Durch-messer bewährt.

• Das HS-Schweißen wird bis 2.000 mmRohrdurchmesser eingesetzt. Beson-ders effizient ist diese Methode imRahmen von Großprojekten, beidenen lange Abschnitte außerhalb desRohrbettes vorgefertigt werden kön-nen.

3 Einsatz der Verfahren imGroßrohrbereichDurch die Erweiterung der Schweißver-fahren zu immer größeren Durchmes-sern und Wanddicken ist der bisherdurch Untersuchungen abgesicherte

in conjunction with wound pipes whichconsiderably simplify the weld prepa-ration using a combination of a sleeveand a pointed end.The main advantageof the process is that it permits the man-ufacture of individual structures.With regard to the design of the compo-nents, it must be borne in mind that theminimum tensile creep welding factor fsof 0.6 can only be reached using the con-tinuous extrusion welding process.For the welding of dimensions > 2,400mm, there is hardly any alternative toextrusion welding. For these dimensions,automatic extrusion welding installationsfor continuous welding are available tothe user.The characteristics of these instal-lations include a high material output (upto 8 kg/h),an infinitely adjustable advance(welding speed) and a uniform joiningpressure. The welding filler material isguided from the actual extruder via aheated hose to the welding head (Fig. 6).The wall thickness to be welded in thesleeve area is usually min. 20 mm.There-fore, two-pass welding is required inpractice in order to obtain a sufficientweld coverage.A working time of aboutthree hours is needed for a DN 3,000joint (weld length: approx. 9.0 m).

2.4 Requirements on the welding personnelPrecisely in the case of large diameters,the welders must possess suitable proofof training and a welder qualification testfor the welding process to be applied.Training centres in Germany offer spe-cial courses for the various weldingprocesses with final qualification testsfor the welding of large-diameter pipes.

2.5 Welding data acquisitionand documentationThe documentation of the weldingprocess and of the components used forlaying the pipeline is just as importantas the proper execution of the welding.For this purpose, record sheets in whichnot only the welding parameters andthe components but also comprehen-sive data about the laying company, thewelder, the order number, the weatherconditions, the machine type etc. arestated (e.g. welding record sheet accord-ing to DVS 2207-1) are elaborated forexecuted welds.In practice, butt welding machines anddevices for sleeve welding with an incor-porated electric heating element andautomatic recording are being utilisedmore often today. These store theapplied welding parameters and addi-tional information which can be eitherprinted out or archived.

2.6 What process is most suit-able for what application?Each of the welding processes describedabove has its justification. The mainareas of utilisation may be summarisedin simplified terms - as follows:• WE welding is preferably utilised in

the case of very large dimensions andspecial structures. Because of the lowlaying speed, it becomes less signifi-cant whenever one of the other twoprocesses can be utilised.

• HM welding is a quick process and isvery practicable particularly for small-er building sites (setting-up of thebuilding site and procurement costsof the devices).The diameters are stillrestricted for high operating pressures.The price of the fitting must be takeninto consideration in the calculation.In the case of wound pipes, this join-ing technique has proven to be suit-able for diameters up to 2,400 mm.

• HS welding is utilised for pipe diam-eters up to 2,000 mm.This method isparticularly efficient within the frame-work of large-scale projects in whichlong sections can be prefabricatedoutside the pipe bed.

3 Utilisation of the processes inthe large-diameter pipe rangeThat range in the set of rules which hasbeen validated by means of investiga-tions until now has been left becausethe welding processes have been

Bild 6: Schweißautomat für Durchmesser bis d 3.000 mmFig 6: Automatic welding installation for diameters up to d 3,000 mm


Regelwerksbereich verlassen worden.Nur das Extrusionsschweißen kanndurchmesserunabhängig angewandtwerden. Will man die anderen beidenVerfahren jedoch auf die Großrohrtech-nologie übertragen, muss man zur Errei-chung der optimalen Fügequalität dieBesonderheiten beim HM- und HS-Schweißen beachten. Dabei soll anhandvon drei Projekt-Beispielen gezeigt wer-den, dass der bisher bekannte Stand derTechnik, der auch in den aktuellen Nor-men und Richtlinien dokumentiert ist,erfolgreich auf größere Dimensionenübertragen werden kann.

4 HS-Schweißen von PE-100-GroßrohrenDie HS-Schweißmethode hat sich seitJahrzehnten bereits bei Kunststoffroh-ren kleinerer Dimensionen bewährt. BeiGroßrohren ist sie, wenn die Maßnah-men eine Verbindung außerhalb derRohrtrasse erlauben, häufig auch diekostengünstigste Verbindungstechnik(Bild 7).Diese Technologie wurde bereits in den70er Jahren für Wanddicken bis 30 mmhinsichtlich Kurzzeit- und Langzeitfes-tigkeit untersucht. Schon 1970 wurdenvon Diedrich und Gaube erste Studiendurchgeführt.Darüber hinaus wurde 1980 von Die-drich und Kempe der Einfluss desSchmelzindexes des Werkstoffes auf dieSchweißnahtqualität untersucht undpubliziert. Die Ergebnisse dieser Unter-suchungen waren Grundlage für dieDVS-Richtlinien DVS 2207-1, DVS 2203-1, DVS 2205-1.

1980 wurde in Deutschland ein Groß-versuch durchgeführt, mit dem Ziel,Schweißparameter für die Heizelement-stumpfschweißung von PEHD-Rohrlei-tungskomponenten mit Rohrwanddi-cken bis 45 mm zu optimieren. Damitwurde ein wichtiger Meilenstein für dieAusweitung dieser Schweißtechnik fürGroßrohre gesetzt. Die Universitätenvon Aachen, Paderborn und Kasselsowie Partnerfirmen aus der einschlä-gigen Industrie (Rohstoffhersteller, Rohr-hersteller, Formteilproduzenten undSchweißmaschinenhersteller) warendamals an diesem Projekt beteiligt.Interne Forschungen bei der früherenHoechst AG in Frankfurt, bei denen derEinfluss der Heizelementtemperaturenauf die Langzeitfestigkeit von PEHD-Stumpfschweißnähten untersucht wur-den, ergaben, dass die Variation derHeizelementtemperatur zwischen 180°Cbis 250°C keine negative Auswirkungauf die Schweißeigenschaften bei demdamals verwendeten PE-80-Werkstoffhatten. Die Variation der Fügedrückevon 0,15 N/mm2 und 0,45 N/mm2 wur-de ebenfalls mit durchgehend gutenSchweißergebnissen abgeschlossen.In anderen Ländern Europas, den USAund Japan wurden ähnliche Forschungs-projekte in den vergangenen Jahrzehn-ten gestartet, um die optimalenSchweißparameter für die Heizelement-stumpfschweißung festzulegen. Bei die-sen Untersuchungen wurden die damalsverfügbaren Werkstofftypen PE 63 bzw.PE 80 verwendet.Im Folgenden wurden von den einzel-nen nationalen Normorganisationen

extended to ever larger diameters andwall thicknesses. Only extrusion weld-ing can be applied independently of thediameter. However, if the intention is totransfer the other two processes to thelarge-diameter pipe technology, it is nec-essary to pay attention to die particu-lar characteristics of HM and HS weld-ing in order to achieve the optimumjoining quality. In this respect, three proj-ect examples should serve to show thatthe state of the art which has beenknown until now and is also document-ed in the current standards, guidelinesand technical codes can be successful-ly transferred to larger dimensions.

4 HS welding of large-diameterPE 100 pipesFor decades already, the HS weldingmethod has proven to be suitable forplastic pipes with smaller dimensions.In the case of large-diameter pipes, it isalso frequently the most cost-favourablejoining technique if the measures per-mit a joint outside the pipe route (Fig. 7).In the 70s, the short-time and long-timestrengths of this technology werealready investigated for wall thickness-es up to 30 mm. As early as 1970, thefirst studies were conducted by Diedrichand Gaube.Furthermore, the influence of the meltindex of the material on the weld qual-ity was investigated and publicised byDiedrich and Kempe in 1980.The resultsof these investigations were the basisfor the DVS 2207 1, DVS 2203 1 andDVS 2205 1 technical codes.In 1980, a large-scale test was per-formed in Germany with the objectiveof optimising welding parameters forthe heated tool butt welding of PEHDpipeline components with pipe wallthicknesses up to 45 mm. Thus, animportant milestone was set for extend-ing this welding technique to large-diameter pipes. The universities inAachen, Paderborn and Kassel as wellas partner companies from the relevantindustry (raw material manufacturers,pipe manufacturers, fitting producersand welding machine manufacturers)were involved in this project at thattime.Internal research at the former HoechstAG in Frankfurt in which the influenceof the heated tool temperatures on thelong-time strength of PEHD butt welds

was investigated indicated that the vari-ation in the heated tool temperaturebetween 180°C and 250°C did not haveany negative effect on the welding prop-erties in the case of the PE 80 materialused at that time. The variation in thejoining pressures of 0.15 N/mm2 and0.45 N/mm2 was always concluded withgood welding results as well.In other countries in Europe, in the USAand in Japan, similar research projectswere started in the past decades in orderto stipulate the optimum weldingparameters for heated tool butt weld-ing.The PE 63 and PE 80 material typesavailable at that time were used duringthese investigations.The individual national standardsorganisations stipulated weldingparameters which result in a weldingparameter window as summarisedbelow (Fig. 8). Long-time investigationshave shown that all the welding param-eters within this window fulfil thedemanded long-time properties.Theseguidelines and technical codes are validfor PE 80 material types but are alsoapplied to the PE 100 material typeswhich have been utilised more oftenfor around eight years.The earlier investigations are primarilybased on the PE 80 material generationand on pipe wall thicknesses up to 45mm. In order to prove the long-timestrength of welded PE 100 pipes withwall thicknesses > 45 mm, new researchprojects were announced and imple-mented in the past years.One of these investigations was initiat-ed by Agru Kunststofftechnik GmbH inAustria in order to prove that the vari-ous welding methods could also beapplied to PE 100 materials for largewall thicknesses. For this purpose, pipeswith the dimensions of 500 mm, SDR11, were joined together according tothree different welding guidelines andtechnical codes. In detail, these were:• DVS (technical code of the German

Welding Society) / (D)• WIS (water industry guideline) / (UK)• JIS (Japanese welding guideline)The tests on the welds included the tensile creep test according to DVS2203-4. The following findings wereobtained in this respect:In the case of all the tested specimenswhich were welded according to theDVS technical code and the JIS guide-line, the fractures occurred in the notch

Bild 7: Verlegung von Großrohren Fig. 7: Laying of large-diameter pipes



Schweißparameter festgelegt, diezusammengefasst (Bild 8) ein Schweiß-parameterfenster ergeben. Langzeitun-tersuchungen haben gezeigt, dass alleSchweißparameter innerhalb diesesFensters die geforderten Langzeiteigen-schaften erfüllen. Diese Richtlinienhaben Gültigkeit für PE-80-Werkstoff-typen, werden aber auch für die seit ca.8 Jahren vermehrt eingesetzten PE-100-Werkstofftypen angewendet.Die früheren Untersuchungen basierenin erster Linie auf der Werkstoffgenera-tion PE 80 und Rohrwanddicken bis 45mm. Um die Langzeitfestigkeit von PE-100-geschweißten Rohren mit Wanddi-cken > 45 mm nachzuweisen, wurdenin den vergangenen Jahren neue For-schungsprojekte ausgeschrieben undrealisiert.Eine dieser Untersuchungen wurde vonder Agru Kunststofftechnik GmbH inÖsterreich initiiert, um die Anwendbar-keit der verschiedenen Schweißmetho-den auch für PE-100-Werkstoffe für gro-ße Wanddicken nachzuweisen. Dazuwurden Rohre der Dimension 500 mmSDR 11 nach drei verschiedenenSchweißrichtlinien zusammengefügt.Dies waren im Einzelnen:• DVS (Richtlinie des deutschen Verban-

des für Schweißen und verwandte Ver-fahren)/(D),

• WIS (Water Industry Richtlinie)/(UK),• JIS (Japanische Schweißrichtlinie).Geprüft wurden die Schweißungenunter anderem im Zeitstandzugversuchnach DVS 2203-4. Dabei wurden folgen-de Erkenntnisse gewonnen:Bei allen getesteten Proben, die nachDVS- und JIS-Richtlinie verschweißt wur-den, traten die Brüche in der Kerbe zwi-schen Wulst und ursprünglichem Mate-rial auf (Bild 9). Das heißt, die Risse wur-den an der Außenrohroberfläche imBereich des Wulstüberganges initiiert.Dieses Bruchverhalten von geschweiß-ten Verbindungen, bei denen der Bruchim ursprünglichen Material (d. h. außer-halb der Schweißnaht) auftritt, begin-nend von der Kerbe zwischen demursprünglichen Material und demSchweißwulst, steht in enger Verbin-dung mit der langsamen Rissfortbildungbzw. der Kerbempfindlichkeit des ein-gesetzten Werkstoffes.Dieser Zusammenhang lässt auch dieSchlussfolgerung zu, dass die Werkstoff-qualität einen beträchtlichen Einfluss aufdie erzielbare Langzeitschweißnahtfes-

tigkeit hat und damit die Lebensdauerdes gesamten Rohrsystems beeinflusst.Erfahrungen zeigten auch, dass bei Heiz-elementstumpfschweißungen zwischenPE 80 und PE 100 im PE-80-Teil derSchweißung Fehler auftreten, wenn dasgeschweißte Halbzeug isotrope undhomogene Eigenschaften über dergesamten Wanddicke aufweist.Ursache für dieses Phänomen ist dasschlechtere Verhalten von PE 80 gegen-über langsamem Risswachstum (nied-rigere FNCT-Standzeiten). Gerade fürRohrsysteme größerer Nennweiten istdaher der Einsatz von qualitativ hoch-wertigen PE-Typen in PE 100 mit sehrguten FNCT-Eigenschaften erforderlichund empfohlen.Mit dieser Untersuchung wurde nach-gewiesen, dass die verwendetenSchweißrichtlinien auch für PE-100-Werkstoffe und Großrohre mit erhöhtenWanddicken anwendbar sind. Lediglichbei den nach WIS geschweißten Probentraten teilweise Brüche in der Fügeebe-ne auf. Die Standzeiten lassen aber beiallen untersuchten Verfahren für eineUmgebungstemperatur von 20 °C fürdas Betriebsmedium Wasser analog zumungeschweißten Rohr eine Lebensdau-er von mindestens 100 Jahren erwarten.

4.1 Projektbeispiel:HS-Schweißen von Großrohrenaus PE 100 d 1400 auf FijiIn diesem Abschnitt soll das Heizele-mentstumpfschweißen von Großrohrenan einem in 2004 durchgeführtenObjekt in Suva/Fiji erläutert werden. Beidieser Rohrleitung handelt es sich umeine Meerauslaufleitung d 1.400 SDR26 mit einer Gesamtlänge von etwa2.000 m.Die Gesamtlänge teilt sich in eine etwa400 m lange Strecke vom Klärwerk zum

between the bead and the originalmaterial (Fig. 9). This means that thecracks were initiated on the outside pipesurface in the area of the bead inter-face.This fracture behaviour of weldedjoints in which the fracture occurs in theoriginal material (i.e. outside the weld),beginning from the notch between theoriginal material and the welding bead,is closely connected with the slow crackpropagation and the notch sensitivityof the utilised material.This connection also permits the con-clusion that the material quality has aconsiderable influence on the attain-able long-time weld strength and thusinfluences the service life of the wholepipe system.Experience also showed that, in the caseof heated tool butt welds between PE80 and PE 100, defects arise in the PE80 part of the weld if the welded semi-finished product exhibits isotropic andhomogeneous properties across theentire wall thickness.This phenomenon is caused by theworse behaviour of PE 80 with regardto slow crack growth (lower FNCT creeprupture times).Therefore, the utilisationof high-quality PE types in PE 100 withvery good FNCT properties is requiredand recommended precisely for pipesystems with larger nominal widths.With this investigation, it was proven

that the welding guidelines and techni-cal codes used are also applicable to PE100 materials and large-diameter pipeswith increased wall thicknesses. In part,fractures occurred in the joining plane,but merely in the case of the specimenswelded according to WIS. However, thecreep rupture times lead to the expec-tation of a service life of at least 100years with all the investigated process-es for an ambient temperature of 20°Cfor water as the operating medium inanalogy to the unwelded pipe.

4.1Project example: HS weldingof large-diameter pipes madeof PE 100, d 1,400 mm, in FijiThe heated tool butt welding of large-diameter pipes on an object carried outin Suva/Fiji in 2004 is to be explained inthis section. This pipeline is a sea dis-charge line, d 1,400 mm, SDR 26, witha total length of approx. 2,000 m.The total length is divided into anapprox. 400 m long section from thesewage treatment plant to the sea anda 1,600 m long section which was sunkin the sea. The individual pipe lengthsto be welded had a length of 18 m. Inaddition to standard pipes, special com-ponents (e.g. diffusors) and fittings fab-ricated from pipe were also installed.With regard to the welding of large pipedimensions (Fig. 10), the process steps

Bild 8: EmpfohleneParameter für dieHeizelementstumpf-schweißung von Rohrenaus PE 80 und PE 100(gemäß den einschlägiggültigen Schweißricht-linien)

Fig. 8: Recommendedparameters for the heated tool butt weldingof pipes made of PE 80and PE 100 (according tothe welding guidelinesand technical codes withrelevant validlity)

Bild 9: Typische Riss-bildung bei gutenstumpfgeschweißten PE-Verbindungen

Fig. 9: Typical cracking inthe case of PE jointswith good butt welding


Meer und eine 1.600 m lange Streckeauf, die im Meer abgesenkt wurde. Dieeinzelnen zu schweißenden Rohrlängenhatten eine Länge von 18 m. NebenStandardrohren wurden auch Sonder-bauteile (z. B. Diffusor) und aus Rohrgefertigte Formteile eingebaut.Beim Schweißen großer Rohrdimensio-nen (Bild 10) sind die Verfahrensschrit-te und die Grundregeln die gleichen wiebei kleinen zu schweißenden Rohren.Aufgrund der Dimensionen, derGewichte und der benötigten Leistungs-aufnahme der Geräte ist aber bereitsbeim Vorbereiten des Schweißplatzesvor Beginn der Schweißarbeiten nebenden jeweils gültigen Normen und Richt-linien besonders auf folgende Punktezu achten:• Die einzusetzende Schweißmaschi-

ne muss die benötigten Fügedrücke(Bewegungsdrücke beachten!) auf-

bringen können. Auftretende Kräftebei normaler und sachgerechterHandhabung müssen von derMaschine aufgenommen werdenkönnen.

• Die Spanneinrichtung muss ein Run-den der Rohre im zulässigen Toleranz-bereich gewährleisten.

• Der Untergrund muss bei stationärerSchweißdurchführung ausreichendbefestigt sein (Bild 11).

• Gutes Hebewerkzeug (für Rohre, ggf.Heizelement und Planhobel) muss vor-handen sein.

• Für die Dimension ausgelegte undsichere Hilfswerkzeuge wie u. a.Trenn-werkzeuge müssen vorhanden sein(z. B. geführte Umlaufkreissägen).

• Stabile Strom- und Spannungsversor-gung muss gewährleistet sein.

• Damit die Bewegungsdrücke so geringwie möglich gehalten werden und die

and the basic rules are the same asthose when small pipes are to be weld-ed.However, due to the dimensions, theweights and the required power inputof the devices, attention must be paid,already during the preparation of thewelding location before the beginningof the welding work, not only to thestandards, guidelines and technicalcodes applicable in each case but also,in particular, to the following points:• The welding machine to be utilised

must be able to apply the requiredjoining pressures (comply with themovement pressures!). The machinemust be able to accommodate anyforces arising during normal and prop-er handling.

• The clamping facility must guaranteethe rounding of the pipes in the per-missible tolerance range.

• The substrate must be stabilised suf-ficiently if the welding work is carriedout in a stationary position (Fig. 11).

• Good hoisting tools (for the pipes and,if necessary, for the heated tool andthe plane) must be available.

• Safe auxiliary tools designed for thedimensions, also including cuttingtools, must be available (e.g. guidedcirculating circular saws).

• Stable power and voltage suppliesmust be guaranteed.

• In order to keep the movement pres-sures as low as possible and to ensurethe good alignment of the pipes to bewelded, provision must be made forenough dollies or mobile pipe sup-ports.

• The material and the jigs for the clos-ing of the pipe ends during the weld-ing operation must be provided (chim-ney effect).

Bild 10: PE-100-Rohr der Dimension d 1.400 SDR 26Fig. 10: PE 100 pipe in the dimensions of d 1,400 mm, SDR 26

Bild 11: Überdachter und befestigter SchweißplatzFig. 11: Roofed and stabilised welding location

Bild 12: Einlegen der Rohre in die SchweißmaschineFig. 12: Insertion of the pipes into the welding machine

Bild 13: Blick in das Rohr mit eingesetztem PlanhobelFig. 13: View into the pipe with an inserted plane



zu schweißenden Rohre gut ausge-richtet werden können, sind ausrei-chend Rollenböcke bzw. beweglicheRohrauflagen vorzusehen.

• Material/Vorrichtungen zum Verschlie-ßen der Rohrenden während desSchweißvorgangs sind vorzuhalten(Kamineffekt).

• Der Schweißbereich ist vor ungünsti-gen Witterungseinflüssen zu schützen(Bild 11).

• Das Schweißpersonal muss für die zuverarbeitenden Nennweiten ausrei-chend Erfahrung mitbringen.

• Grundsätzlich ist zu empfehlen,Schweißproben vor Beginn der eigent-lichen Ausführung zu erstellen.

Unter Beachtungen dieser Punkte konn-te bei der Verlegung der Seeauslauflei-tung ein schneller und unproblemati-scher Baustellenablauf gewährleistetwerden.Die zu schweißenden Rohrleitungstei-le wurden zunächst auf ausgerichteteFahrwagen aufgelegt und in die Maschi-ne eingespannt. Dadurch konnte derBewegungsdruck sehr gering gehaltenwerden. Bild 12 zeigt das Einlegen derRohre in die Schweißmaschine und dasVorreinigen der Rohrenden.Nach dem Planhobeln (Bild 13) und derVersatzkontrolle beginnt der eigentli-che Schweißvorgang.Der ermittelte Bewegungsdruck derMaschine lag bei 3 bis 5 bar bei einem18 m langen Rohrstück (entspricht ca.4.000 kg). Die Umstellzeiten (Öffnen derMaschine, Heizelemententfernen undRohrenden wieder auf Berührungzusammenfahren) konnten sehr kurz(unter den Vorgaben des DVS) gehaltenwerden.Ausschlaggebend dafür war vorallem die gute Vorbereitung vor Beginnder Schweißarbeiten.Die reine Schweißzeit inklusiveAngleich-,Anwärm- (Bild 14), Umstell-und Abkühlzeit beträgt bei dieser Rohr-dimension nach DVS-Schweißparame-tern ca. 75 Minuten.Die vorgefertigten Rohrstränge hattenLängen von bis zu 400 m. Diese wurdenan Land mit Betongewichten beschwertund über ein Schienensystem ins Meerausgebracht. Das Absenken der Einzel-stränge erfolgte durch Befüllen mit Was-ser. Die Verbindung der einzelnen Rohr-stränge wurde unter Wasser mit Losfla-schen realisiert, die bereits vor dem Ein-schwimmen der Leitung an Land mon-tiert wurden.

• The welding area must be protectedfrom unfavourable weather influences(Fig. 11).

• The welding personnel must possessenough experience for the nominalwidths to be processed.

• In principle, it must be recommendedto manufacture welded specimensbefore the beginning of the actualexecution.

By paying attention to these points, itwas possible to guarantee a quick andunproblematical building site sequenceduring the laying of the sea dischargeline.The pipeline parts to be welded werefirstly placed on aligned travelling car-riages and were clamped in themachine. It was thus possible to keepthe movement pressure very low. Fig.12 shows the insertion of the pipes intothe welding machine and the prelimi-nary cleaning of the pipe ends.The actual welding operation begins

after the planing (Fig. 13) and the check-ing of the misalignment.The determined movement pressure ofthe machine was around 3 5 bar in thecase of an 18 m long pipe piece (corre-sponds to approx. 4,000 kg). It was pos-sible to keep the changeover times(open the machine, remove the heatedtool and move the pipe ends togetheronce again until they touch) very short(subject to the stipulations of DVS). Itwas primarily the good preparationbefore the beginning of the weldingwork which was decisive for this.In the case of these pipe dimensions,the pure welding time including thealignment, heating-up (Fig. 14),changeover and cooling times is approx.75 minutes according to the DVS weld-ing parameters.The prefabricated pipe trains had lengthsof up to 400 m. These were weigheddown with concrete weights on land andwere moved out into the sea via a railsystem.The individual trains were sunkby filling them with water. The individ-ual pipe trains were joined under waterwith loose flanges which had alreadybeen assembled on land before the linewas floated into position.The entire laying was completed suc-cessfully after a construction time of sixmonths.

5 HS welding of large-diameterpipes made of PPThe second practical project is the pip-ing of the spraying levels of the flue gascleaning installation at the lignite pow-er station in Grevenbroich-Neurath.Components which are made ofpolypropylene and have wall thickness-es up to 100 mm are utilised there. Untilnow, there have been no guidelines ortechnical codes applicable to such wallthicknesses either. Therefore, the com-panies involved in the project wererequested to prove the weldability ofthe pipes and pipeline components forthe demanded dimensions.For this purpose, welding parametersand testing requirements with whichtrial welds with wall thicknesses of 25mm, 50 mm, 75 mm and 100 mm wereexecuted were derived on the basis ofthe DVS set of rules. These trial weldswere subsequently examined in thetechnological bending test.The heated tool butt (Fig. 17) andextrusion welding processes were

Bild 15: FertiggestellteSchweißnaht

Fig. 15:Completed weld

Bild 14:Angleichen undAnwärmen

Fig. 14:Alignment andheating-up

Bild 16: Fertiggestellte See-auslaufleitung

Fig. 16:Completed seadischarge line

Nach einer Bauzeit von 6 Monaten wardie gesamte Verlegung erfolgreich abge-schlossen.

5 HS-Schweißen vonGroßrohren aus PPDas zweite Praxisprojekt ist die Verroh-rung der Sprühebenen der Rauchgas-reinigung des BraunkohlekraftwerksGrevenbroich-Neurath. Zum Einsatzkommen dort Bauteile aus Polypropy-len, die Wanddicken bis 100 mm auf-weisen. Für derartige Wanddicken gibtes bis dato ebenfalls keine gültigenRichtlinien. Deshalb waren die am Pro-jekt beteiligten Firmen aufgefordert, dieSchweißbarkeit der Rohre und Rohrlei-tungskomponenten für die gefordertenDimensionen nachzuweisen.Dazu wurden auf Basis des DVS-Regel-werkes Schweißparameter und Prüfan-forderungen abgeleitet, mit denen Pro-beschweißungen mit Wanddicken von25, 50, 75 und 100 mm ausgeführt wur-


den.Diese wurden anschließend im tech-nologischen Biegeversuch überprüft.Als Schweißverfahren wurden für dieHaupt- und Verteilerrohre sowie für dieFormteile das Heizelementstumpf- (Bild17) und Extrusionsschweißverfahrenangewendet.Dazu haben sich die Firmen SteulerIndustrieller Korrosionsschutz GmbH,Reinert-Ritz GmbH, Frank & Krah Wickel-rohr GmbH, Basell Polyolefine GmbH,Borealis Deutschland GmbH sowie dieHessel Ingenieurtechnik GmbH in einemindustriellen Gemeinschaftsprojektzusammengefunden.In der Richtlinie DVS 2207-11 sind der-zeit Schweißparameter für das Heizele-mentstumpfschweißen von PP-Rohrenmit Wanddicken bis 50 mm angegeben.Das Prüfen von Schweißverbindungenan Tafeln und Rohren aus thermoplas-tischen Kunststoffen ist in den Richtli-nien der DVS 2203 beschrieben. Zu dendort genannten zerstörenden Prüfver-fahren zählen unter anderem der tech-nologische Biegeversuch und der Zeit-standzugversuch.

Anforderungen an die Verbindungen inden Prüfverfahren sind in den Beiblät-tern der Richtlinie DVS 2203-1 genannt.Beiblatt 3 definiert unter anderem die geforderten Mindestbiegewege imtechnologischen Biegeversuch für ge-schweißte Probekörper aus PP mit Wand-dicken bis 30 mm.Ziel der Untersuchungen war, dieSchweißparameter für die im Projektauszuführenden Heizelementstumpf-schweißverbindungen mit Wanddicken> 50 mm zu ermitteln. Dazu wurden aufBasis der in der Richtlinie DVS 2207-11angegebenen Größen Schweißparame-ter für Wanddicken bis 100 mm erarbei-tet (Bild 18).Mit den gewählten Parametern sind Pro-beschweißungen von Rohren aus PP-Hund PP-R mit Wanddicken von 75 und100 mm hergestellt worden. Damit einVergleich mit dem DVS-Regelwerk her-gestellt werden konnte, wurden ergän-zend Rohre mit Wanddicken von 25 und50 mm mit den in der Richtlinie DVS2207-11 angegebenen Schweißpara-meter stumpfgeschweißt.

applied as the welding processes forthe main and header pipes as well asfor the fittings.To this end, Steuler Industrieller Korro-sionsschutz GmbH, Reinert-Ritz GmbH,Frank & Krah Wickelrohr GmbH, BasellPolyolefine GmbH, Borealis DeutschlandGmbH and Hessel Ingenieurtechnik

GmbH came together in a joint indus-trial project.At present, welding parameters for theheated tool butt welding of PP pipeswith wall thicknesses up to 50 mm areindicated in the DVS 2207-11 technicalcode. The testing of welded jointsbetween panels and pipes made of ther-moplastics is described in the DVS 2203technical codes.The destructive test pro-cedures specified there include the tech-nological bending test and the tensilecreep test.Requirements on the joints in the testprocedures are specified in the supple-ments to the DVS 2203-1 technical code.Amongst other parameters, Supplement3 defines the demanded minimum bend-ing paths in the technological bendingtest for welded test specimens made ofPP with wall thicknesses up to 30 mm.The objective of the investigations wasto determine the welding parameters

Bild 17: Heizelementstumpf-schweißen von zwei PP-Wickelrohrenin Anlehnung an DVS 2207-11

Bild 19: Technologischer Biegeversuch an einem geschweißten Probekörpermit einer Wanddicke von 100 mm [Quelle: Hessel Ingenieurtechnik GmbH]Fig. 19: Technological bending test on a welded test specimen with a wallthickness of 100 mm [source: Hessel Ingenieurtechnik GmbH]

Bild 20: Biegeweg von Probekörpern aus PP-R im technologischenBiegeversuch [Quelle: Grieser]Fig. 20: Bending path of test specimens made of PP R in the technologicalbending test [source: Grieser]

Bild 18: Anwärmzeiten für PP nach DVS 2207-1 für Wanddicken bis 50 mm und Extrapolations-bereich für Wanddicken bis 100 mm[Quelle: Grieser]

Fig. 18: Heating-up times for PP according to DVS 2207 1 for wall thicknesses up to 50 mm and extrapolation range for wall thicknesses up to 100 mm [source:Grieser]

Fig. 17: Heated tool butt weldingof two wound PP pipes with reference to DVS 2207-11



Beim HS-Schweißen von Wickelrohrenist zu beachten, dass aufgrund ihresunterschiedlichen Außendurchmessersnicht die Standardspannbacken derSchweißgeräte verwendet werden kön-nen. Gerade für Dimensionen > DN 600empfiehlt es sich daher, Schweißbackeneinzusetzen, die sich dem jeweiligenAußendurchmesser anpassen können.Zur Bewertung der ausgeführten Pro-beschweißungen wurde zunächst dertechnologische Biegeversuch (Bild 19)ausgewählt.Dieser Test liefert ein schnelles Ergeb-nis zur Qualität der Schweißnaht undVerformbarkeit der Schweißverbin-dung.Auf Basis der Anforderungen der DVS-Richtlinie 2203-1 wurden die erforder-lichen Mindestbiegewege für ge-schweißte Probekörper mit Wanddi-cken von 50, 75 und 100 mm abgelei-tet.Im Rahmen des Gemeinschaftsprojektswurden mehr als 80 geschweißte Pro-bekörper mit Wanddicken von 25, 50,75 und 100 mm im technologischenBiegeversuch untersucht. Dabei lagendie erreichten Biegewege über den ausdem DVS-Regelwerk abgeleiteten Min-destanforderungen, wie am Beispielder Probekörper aus PP-R in Bild 20dargestellt.Die Ergebnisse aus dem technologi-schen Biegeversuch belegen, dass diegewählten Schweißparameter geeig-net sind, Bauteile aus Polypropylen mitWanddicken bis 100 mm im Heizele-mentstumpfschweißverfahren in aus-reichender Qualität zu fügen.Zukünftig ist geplant, die Ergbnissedurch Untersuchungen mittels Zeit-standzugversuch abzusichern.Mit diesen Erkenntnissen konntenanschließend von den beteiligten Fir-men Baugruppen vorgefertigt werden,die den Belastungen in der Praxis stand-halten.

6 HM-Schweißverbindungenvon Wickelrohren aus PE 100 am Beispiel derKläranlage SteinhäuleDas dritte Projekt, die Wasserführungund Wasserverteilung der Kläranlagedes Zweckverbandes Steinhäule (Ulm/Neu-Ulm) soll neben der Verbindungs-technik mittels Heizwendelmuffen dieingenieurtechnische Betrachtung zurstatischen Auslegung einer Abwas-seranlage mit Betrachtung der kon-struktiven Ausführung veranschau-lichen.Bei dieser Kläranlage waren frei verleg-te Leitungen mit einem Innendurchmes-ser von DN 1.000 bis DN 1.400 für eineflexible Wasserführung und -verteilungvorgesehen. Die Rohre sollten mit Son-derbauteilen wie Abzweigungen, Schie-bern, Wandeinbindungen und Reduk-tionen gefertigt und eingebaut werden.Dies erforderte eine detaillierte techni-sche Vorplanung hinsichtlich der stati-schen Auslegungen und der konstruk-tiven Gestaltung der Rohrleitungenunter Berücksichtigung der Freiverle-gung.Im Gegensatz zu erdverlegten Rohren,die nach ATV-DVWK A 127 in Bezug aufErdüberdeckung,Verdichtungsgrad,Ver-kehrslasten und Grundwasserdruck aus-gelegt werden, sind bei frei verlegtenRohren andere Kriterien zu berücksich-tigen. Hier sind insbesondere die Belas-tung aus möglichem Innendruck, ther-mischer Ausdehnung mit notwendigenFestpunktkonstruktionen sowie Stütz-weitenabstände zu betrachten.Die Wärmeausdehnung wiederum istrelevant für die Wahl des Auflagers unddie feste Einbindung der Rohre beiWanddurchführungen. Ein Lasteintragin die Armaturen durch Ausdehnung derRohre musste bei dieser Maßnahme ver-hindert werden, da die konstruktiveBetrachtung ergeben hatte, dass diegehäuselosen Plattenschieber keine Axi-

for the joints which were to be execut-ed in the project by means of heatedtool butt welding with wall thickness-es > 50 mm. For this purpose, weldingparameters for wall thicknesses up to100 mm were elaborated on the basisof the variables indicated in the DVS2207 11 technical code (Fig. 18).Trial welds between pipes made of PPH and PP R with wall thicknesses of 75mm and 100 mm have been manufac-tured with the chosen parameters. Inorder to permit a comparison with theDVS set of rules, pipes with wall thick-nesses of 25 mm and 50 mm were addi-tionally butt-welded with the weldingparameters indicated in the DVS 220711 technical code.In the case of the HS welding of woundpipes, it must be borne in mind that,because of their different outside diam-eter, it is not possible to use the stan-dard clamping jaws of the weldingdevices. Precisely for dimensions > DN600, it is therefore recommended toutilise welding jaws which can beadjusted to the outside diameter con-cerned.In order to assess the executed trialwelds, the technological bending test(Fig. 19) was selected first of all.This test supplies a quick result withregard to the quality of the weld andthe ductility of the welded joint.The necessary minimum bending pathsfor welded test specimens with wallthicknesses of 50 mm, 75 mm and 100mm were derived on the basis of therequirements in the DVS 2203-1 tech-nical code.Within the framework of the joint proj-ect, more than 80 welded test specimenswith wall thicknesses of 25 mm, 50 mm,75 mm and 100 mm were investigatedin the technological bending test. In thisrespect, the achieved bending pathswere above the minimum requirementsderived from the DVS set of rules, as illus-trated using the example of the testspecimens made of PP R on Fig. 20.The results from the technological bend-ing test prove that the chosen weldingparameters are suitable for joining com-ponents made of polypropylene withwall thicknesses up to 100 mm in anadequate quality in the heated tool buttwelding process.In future, it is planned to validate theresults in investigations using the ten-sile creep test.

With these findings, the companiesinvolved were subsequently able to pre-fabricate sub-assemblies which with-stand the loads in practice.

6 HM-welded joints betweenwound pipes made of PE 100 using the example of the sewage treatment plant inSteinhäuleThe third project, the water guidanceand water distribution at the sewagetreatment plant of Zweckverband Stein-häule (Ulm/Neu-Ulm), should illustratenot only the joining technique usingheater spiral sleeves but also the engi-neering consideration of the staticdesign of a waste water plant with con-sideration of the structural execution.In the case of this sewage treatmentplant, provision was made for exposedlines with an inside diameter from DN1,000 to DN 1,400 for flexible waterguidance and distribution. The pipesshould be fabricated and installed withspecial components such as branches,slide gate valves, wall incorporationparts and reducers. This requireddetailed preliminary technical planningwith regard to the static designs andthe structural designing of the pipelinestaking account of the exposed laying.In contrast with buried pipes which aredesigned according to ATV DVWK A 127in relation to the earth coverage, thedegree of compaction, the moving loadsand the ground water pressure, othercriteria must be taken into account inthe case of exposed pipes. Here, partic-ular consideration must be given to theloading from any possible internal pres-sure, thermal expansion with necessaryfixed-point structures as well as spandistances.In turn, the thermal expansion is rele-vant to the choice of the support and tothe solid incorporation of the pipes inthe case of wall bushings.The introduc-tion of any load into the fittings due tothe expansion of the pipes had to beprevented during this measure since thestructural consideration had indicatedthat the parallel slide gate valves with-out a housing must not accommodateany axial forces from the pipelines.The original planning for the construc-tion of the new sewage treatment plantmade provision for high-grade steel asthe pipe material. For economic reasons,the planning engineering office inves-

Bild 21: PlanKlärwerkSteinhäule

Fig. 21:Plan of the sewagetreatment plantin Steinhäule


alkräfte aus den Rohrleitungen aufneh-men dürfen.Die ursprüngliche Planung für den Neu-bau der Kläranlage sah als Rohrwerk-stoff Edelstahl vor. Aus wirtschaftlichenGründen untersuchte das planendeIngenieurbüro die Variante mit PE 100als Rohrleitungswerkstoff. Es zeigte sichein deutliches Einsparpotenzial gegen-über der Edelstahlvariante.Im Kunststoffbereich gibt es für solcheAnwendungen zwei gängige Rohrtypenmit den dazugehörigen Herstellungs-verfahren, zum einen strangextrudier-te Rohre (Druckrohre) nach DIN 8074/75und zum anderen gewickelte Rohrenach DIN 16961, die hauptsächlich imgroßdimensionierten Nennweitenbe-reich eingesetzt werden. Wickelrohrewerden mit einem auf Schienen fahrba-ren Extruder gefertigt. Das PE-Granulatwird als fortlaufendes, überlappendesBand in schmelzförmigem Zustand spi-ralförmig aufgewickelt.Mit einem Coextruder kann bei diesemHerstellverfahren eine funktionaleInnenschicht mit dem PE-Band imschmelzförmigen Zustand und unterhohem Druck vor dem Verlassen derDüse zusammengeführt werden. Da-durch ist beispielweise die Herstellungeiner hellen, inspektionsfreundlichenInnenfarbe möglich.Beim HM-Schweißen ist der Zeitstand-zugversuch, wie er beim HM-Schwei-ßen zur Beurteilung der Schweißnaht-qualität eingesetzt wird, nicht aussage-kräftig, da die Fügeebene parallel zurBeanspruchung liegt. Der Test liefert alsonie ein Versagen in der Fügeebene undkann somit nicht für die Beurteilung derSchweißnahtqualität herangezogenwerden. Deshalb wurde die Prüfungdahingehend modifiziert, dass dieHauptbeanspruchungsrichtung im rech-ten Winkel zur Fügeebene liegt. Dazuwird der aus der Verbindung Rohr/Muf-fe hergestellte Probekörber mittels HS-Schweißung verlängert. Der Test istunter anderem in der DVS-Richtlinie2203-4 Beiblatt 1 ausführlich beschrie-ben.Bild 22 zeigt schematisch den Versuchs-ablauf. Geprüft wird üblicherweise bei80°C unter Netzmitteleinfluss. Nebendem Testergebnis (Standzeit bis zumVersagen der Probekörper) ist dabeiauch der Bruchverlauf ein wesentlichesKriterium für die Qualität der Fügever-bindung (Forderung: Sprödbruchanteil

es. For this reason, the test never sup-plies a failure in the joining plane andthus cannot be used for the evaluationof the weld quality. Therefore, the testwas modified to the effect that the mainstress direction is located at a right angleto the joining plane. For this purpose, thetest specimen manufactured from thejoint between the pipe and the sleeve isextended by means of HS welding. Thetest is described in detail in the DVS 22034 technical code,Supplement 1 (amongstother guidelines and technical codes).Fig. 22 shows the testing sequenceschematically. The test is usually per-formed at 80°C under the influence ofa wetting agent. In this case, not onlythe test result (creep rupture time untilthe failure of the test specimens) butalso the fracture path are essential cri-teria for the quality of the joint (demand:brittle fracture proportion of min. 30 %,a fracture path outside the joining planeis optimum).The wound pipes joined by means of HMwelding exhibit creep rupture timeswhich are in the same range as those ofcustomary sleeves for small diameters.In this respect, the fracture faces (Fig.23) are located in the heater spiral plane(i.e. outside the joining plane) which indi-cates a high quality of the joint.The static calculation and design of thepipeline system were very complicatedin the case of this project. The usualnumerical procedures according to DVS2210-1 could be used in order to provethe areas of the pipeline without any fit-tings. In this way, it was possible to cal-culate, in particular, the proof for theinternal compression loading, the fixed-point forces due to temperature-depend-ent length extension as well as thespans.The results of this proof then ledto the structural designing of the straightpipes between the fittings. It was shownthat the pipeline made of PE 100 can belaid with the same spans as a high-gradesteel line. However, a substantiallyincreased scope of computation had tobe carried out because of the high ther-mal expansion of PE (�= 0.18 mm/m*K).As already described, the proof then alsoled to the designing of the fixed pointsin the area of the slide gate valves withforce diversion and the stress-free instal-lation of the slide gate valves.The fittings such as T pieces, bends,reducers and fixed flanges had to be con-sidered separately. These fittings were

Bild 22: Schematische Darstellungzum Bruchverlauf an Heiz-wendelschweißverbindungen und typisches Bruchbild einer im Zeitstandzugversuch geprüften Probe (Rohrseite) [Quelle: HesselIngenieurtechnik GmbH]

Fig. 22: Schematic illustration ofthe fracture path in joints executedby means of sleeve welding withan incorporated electric heatingelement and typical fracture pat-tern of a specimen tested in thetensile creep test (pipe side) [sour-ce: Hessel Ingenieurtechnik GmbH]

Bild 23: Bruchfläche einer Probeschweißung eines Wickelrohres DN 1.200Fig. 23: Fracture face of a trial weld on a wound pipe, DN 1,200

mindestens 30 %, optimal ist ein Bruch-verlauf außerhalb der Fügeebene).Die mittels HM-Schweißung verbunde-nen Wickelrohre weisen Standzeiten auf,die im Bereich üblicher Muffen für klei-ne Durchmesser liegen. Die Bruchflä-chen (Bild 23) liegen dabei in der Heiz-wendelebene (also außerhalb der Füge-ebene), was für eine hohe Qualität derVerbindung spricht.Die statische Berechnung und Auslegungdes Rohrleitungssystems waren bei die-sem Projekt sehr aufwändig. Mit denüblichen numerischen Verfahren nachDVS 2210-1 konnten die Bereiche derRohrleitung ohne Formteile nachgewie-sen werden. Insbesondere die Nachwei-se für Innendruckbelastung, Festpunkt-kräfte infolge temperaturabhängigerLängenausdehnung sowie die Stützwei-ten konnten so berechnet werden. DieErgebnisse dieser Nachweise führtendann zur konstruktiven Gestaltung dergeraden Rohre zwischen den Formtei-len. Es zeigte sich, dass die Rohrleitungaus PE 100 mit den gleichen Stützab-ständen verlegt werden kann, wie eineEdelstahlleitung. Ein deutlich erhöhterRechenaufwand musste allerdings auf-grund der hohen Wärmeausdehnung

tigated the variant with PE 100 as thepipeline material. A substantial poten-tial for saving was shown comparedwith the high-grade steel variant.In the plastics field, there are two com-mon pipe types with the relevant man-ufacturing processes for such applica-tions: on the one hand, extruded pipes(pressure pipes) according to DIN8074/75 and, on the other hand, woundpipes according to DIN 16961 which aremainly utilised in the nominal widthrange with large dimensions. Woundpipes are fabricated with an extrudertravelling on rails. In the molten state,the PE granules are wound on helical-ly as a continuous, overlapping strip.With a coextruder, a functional internallayer can, in the case of this manufac-turing process, be combined with thePE strip in the molten state and subject-ed to a high pressure before they leavethe nozzle. For example, this permits themanufacture of a light, inspection-friendly inside colour.With regard to HM welding, the tensilecreep test, as is utilised for the evalua-tion of the weld quality in the case of HMwelding, is not meaningful since the join-ing plane is located parallel to the stress-

Belastung Loading

Muffe Socket

PE-100-Rohr PE 100 pipe

Belastung Loading

DrahtWire

FügeebeneJoining plane

HeizwendelebeneHeater spiral plane

von PE (� = 0,18 mm/m*K) geführt wer-den. Wie bereits beschrieben, führtedann auch dieser Nachweis zu derGestaltung der Festpunkte im Bereichder Schieber mit Kraftumleitung undspannungsfreiem Einbau der Schieber.Die Formteile wie T-Stücke, Bögen,Reduktionen und Festflansche musstengesondert betrachtet werden. DieseFormteile wurden alle aus vollwandigemWickelrohr (VW) hergestellt, so dass dieerforderliche Wanddicke genau produ-ziert werden konnte. Der Nachweis wur-de mit Hilfe der Finite-Elemente-Metho-de (FE-Methode) geführt (Bild 24).Untersucht wurden bei den 90°-Abzwei-gen unter anderem die Verformung undmaximalen Spannungen über das FE-Modell. Insgesamt treten sehr hoheSpannungen auf, am stärksten greifendiese jedoch an den Außenseiten derAbwinkelung an. Die Verformung derfest einbetonierten Abzweige in Folgeder Wärmeausdehnung wurde ebenfallsüberprüft (Bild 25).Die stärksten Verformungskräfte wirkenebenfalls an den Außenseiten der Abwin-kelung.Aus diesen Gründen mussten die90°-Abzweige mit deutlich größererWanddicke (Vollwanddicke von 42 mm)ausgeführt werden als das gerade Rohr.Als Ergebnis dieser Überlegungen wur-de dann ein ingenieurmäßig betrachte-tes und berechnetes Rohrleitungssys-tem aus PE 100 im Installationsgangmontiert.Die Rohre wurden offen in einem Instal-lationsgang zwischen den acht Kaska-den des Beckens verlegt. Ursprünglich

sollte die Rohrleitung zwischen den Bau-werkswänden als fest eingespanntesSystem hergestellt werden. Dies hätteeine einfache Montage durch Schwei-ßen der Rohrverbindungen und Ausfüh-rung mit Loslagern zwischen den Fest-punkten bedeutet. Die Aufnahme derLängenänderungen war mittels Edel-stahlkupplungen geplant.Das Hauptproblem war die erforderli-che konstruktiv bedingte Auslösekraftder Kupplung (ca.1,5 t). Die dadurch inder Rohrleitung auftretenden Kräftekonnten von den Plattenschiebern nichtaufgenommen werden. Zudem konntekeiner der angefragten Hersteller dieDichtigkeit der Verbindung PE-Rohr zu



all manufactured from a solid-walledwound pipe so that the required wallthickness could be produced exactly.Theproof was provided with the aid of thefinite element (FE) method (Fig. 24).In the case of the 90° branches, the sub-jects of the investigations using the FEmodel included the deformation andthe maximum stresses. All in all, veryhigh stresses arise. However, these act

on the outside of the bend most strong-ly.The deformation of the permanentlyconcreted-in branches due to the ther-mal expansion was examined as well(Fig. 25).The strongest deformation forces alsotake effect on the outside of the bend.For these reasons, the 90° branches had

to be executed with a considerablygreater wall thickness (solid wall thick-ness of 42 mm) than that of the straightpipe.As a result of these deliberations, apipeline system which was made of PE100 and had been considered and cal-culated according to engineeringaspects was then assembled in theinstallation passage.

The pipes were laid in an open positionin an installation passage between theeight cascades of the basin. Originally,the pipeline between the walls of thestructure were to be manufactured as atightly clamped system.This would haveentailed easy assembly by means of thewelding of the pipe joints and the exe-cution with loose bearings between thefixed points. It was planned to accom-modate the changes in the length usingcouplings made of high-grade steel.The main problem was the requiredstructurally induced triggering force ofthe coupling (approx. 1.5 t). The forcesarising in the pipeline as a result of thiscould not be accommodated by the par-allel slide gate valves. Moreover, noneof the manufacturers asked were ableto guarantee the leak tightness of thejoint between the PE pipe and the cou-pling. This led to the change in thestructure with a fixed point and anextension piece (FF pieces made ofhigh-grade steel) which were requiredon each slide gate valve in order toachieve the load-free bearing of theslide gate valves (Fig. 26).The pipe ends were provided with amilled groove and were firmly assem-

Bild 24: Finite-Elemente-ModellT-Stück DN 1.400 [Quelle: LGA Nürnberg]

Fig. 24: Finite element model of a T piece, DN 1,400 [source: LGA Nürnberg]

Bild 25: Finite-Elemente-Modell T-Stück DN 1.400 [Quelle: LGA Nürnberg]

Fig. 25: Finite element model of a T piece, DN 1,400 [source: LGA Nürnberg]

Bild 26: Geflanschtes Rohr mit FF-Stück aus Edelstahl und Kraftumleitung um den Platten-schieber (Bild entstand in derMontagephase)

Fig. 26: Flanged pipe with an FFpiece made of high-grade steel andforce diversion around the parallelslide gate valve (the photographwas taken in the assembly phase)


Kupplung gewährleisten. Dies führte zurÄnderung der Konstruktion mit Fest-punkt und Ausbaustück (FF-Stücke ausEdelstahl), die an jedem Schieber erfor-derlich waren, um eine lastfreie Lage-rung der Schieber zu erreichen (Bild 26).Die Rohrenden wurden mit einer gefräs-ten Nut versehen und fest auf ein Auf-lager montiert. Durch diese Festpunkt-konstruktion konnten die Kräfte aus dertemperaturabhängigen Längenausdeh-nung aufgenommen und um den ange-flanschten Plattenschieber herumgelei-tet werden.Dieses Projektbeispiel zeigt, wie eineingenieurmäßige Vorbereitung und Pla-nung in Verbindung mit einer fachge-rechten Verlegung den Großrohren ausPE 100 neue Anwendungsgebieteerschließen kann. Die gewonnenenErfahrungen können für Folgeprojekteverwendet werden und zeigen, dass PE100 im Anlagenbau mehr als nur eineAlternative zu Edelstahl ist.

7 FazitAnhand von Untersuchungsergebnis-sen und Praxisbeispielen wurde gezeigt,dass die Heizelementstumpfschweiß-technik bei Großrohren aus Polyethylenund Polypropylen mit hohen Wanddi-cken eine hervorragend geeignete Ver-bindungstechnik ist.Neben der Heizelementstumpfschwei-ßung kommt auch die Heizwendel-schweißung von PE 100 bei großenDimensionen immer mehr zum Einsatz.Beide Verfahren werden in ihrer Anwend-barkeit ständig zu immer größeren Durch-messern erweitert. Das Warmgasextru-sionsschweißen gilt bei Rohrverbindun-gen als Sonderverfahren und wird beiAbmessungen > 2.400 mm bevorzugtim drucklosen Bereich eingesetzt.Der hohe Automatisierungsgrad und dergeringe Zeitaufwand beim Heizwendel-schweißen und Heizelementstumpf-schweißen sind neben der vollen Druck-belastbarkeit der Verbindungen dieGründe dafür, dass diese Verfahren imgroßen Dimensionsbereich immer mehran Bedeutung gewinnen.

bled on a support. Due to this fixed-point structure, it was possible toaccommodate the forces from the tem-perature-dependent length extensionand to divert them around the flanged-on parallel slide gate valve.This project example shows how engi-neering preparation and planning can,in conjunction with proper laying, openup new areas of application for thelarge-diameter pipes made of PE 100.The gathered experience can be usedfor follow-up projects and shows thatPE 100 is more than just an alternativeto high-grade steel in installation engi-neering.

7 ConclusionOn the basis of investigation results andpractical examples, it was shown thatthe heated tool butt welding techniqueis an outstandingly suitable joining tech-nique in the case of large-diameter pipesmade of polyethylene and polypropy-lene with high wall thicknesses.Not only heated tool butt welding butalso sleeve welding with an incorporat-ed electric heating element are beingutilised increasingly for PE 100 in thecase of large dimensions. The applica-bility of both processes is constantlybeing extended to ever larger diame-ters. Hot gas extrusion welding isregarded as a special process in the caseof pipes joints and is utilised withdimensions > 2,400 mm preferably inthe non-pressurised field.In addition to the full compression load-bearing capacity of the joints, the highdegree of automation and the shorttime required in the case of sleevewelding with an incorporated electricheating element and heated tool buttwelding are the reasons why evergreater significance is being attachedto these processes in the large dimen-sion range.

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Bild 27: Unterbau-konstruktion für einSonderbauteil (T-Stück DN 1.400 mit Reduktion auf DN 1.200)

Fig. 27: Substructuredesign for a specialcomponent (T piece,DN 1,400, with a reducer to DN 1,200)

Bild 28: Überblick inden Installationsgangmit den verlegtenLeitungen DN 1.400,DN 1.200 und DN1.000

Fig. 28: Overview ofthe installation passa-ge with the laid lines,DN 1,400, DN 1,200and DN 1,000

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Schweißen von Rohren mit großem Durchmesser Welding … · Due to the principle, no welding factor can be determined in the case ... for polyolefins in the DVS 2207 1 (PE) and DVS