CH450698A - Elektrisch erwärmbarer Heizspiegel - Google Patents

Elektrisch erwärmbarer Heizspiegel

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CH450698A
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CH
Switzerland
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heating mirror
heating
mirror according
dependent
mirror
Prior art date
Application number
CH919267A
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English (en)
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Grosskopf Hans-Juergen
Bemelmann Karl
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Messer Griesheim Gmbh
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Publication date
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Description


  
 



  Elektrisch erwärmbarer Heizspiegel
Die Erfindung betrifft einen elektrisch erwärmbaren Heizspiegel zum Stumpfschweissen von Werkstücken aus thermoplastischem Material, wobei der Heizspiegel selbst ein elektrisches Heizelement darstellt.



   Ringförmige Heizspiegel dienen beispielsweise zum Stumpfschweissen von Kunststoffrohren. Auch Kunststoffteile anderer Form können mittels entsprechend geformter Heizspiegel geschweisst werden.



   Die Beheizung bekannter Heizspiegel erfolgte in indirekter Weise durch Rohrheizkörper, beispielsweise Backer-Rohre, Heizkabel oder Bodenheizkörper mit Glimmer-Isolation. Die auf Grund der indirekten Beheizung und Isolation erforderlichen Betriebsspannungen lagen meist bei 220 Volt, einem für den Menschen schon sehr gefährlichen Betrag.



   Mit derartigen Heizspiegeln konnten beispielsweise Kunststoffrohre bis maximal 120 mm Durchmesser verschweisst werden. Kunststoffrohre grösseren Durchmessers waren bislang wenig üblich. Es besteht jedoch neuerdings die Tendenz, für Abwasserleitungen Kunststoffrohre zu verwenden, die vergleichsweise billig verlegt werden können, da sie beispielsweise auf Grund ihrer Elastizität keine geglätteten und befestigten Grabensohlen benötigen. Solche Abwässerrohre können Durchmesser bis zu 1500 mm aufweisen.



   Die Verschweissung derartig umfangreicher Rohre mit obigen bekannten Heizspiegeln bringt grosse Schwierigkeiten mit sich. Zur gleichmässigen Aufheizung der entsprechend umfangreichen Heizspiegel - wobei bei einer Betriebstemperatur von 2000 C Toleranzen von etwa   +    100 C eingehalten werden müssen - sind zahlreiche Heizelemente und entsprechend viele elektrische Anschlüsse erforderlich. Dies bedeutet einen so grossen Aufwand, dass dadurch die Verwendbarkeit der an sich vorteilhaften Kunststoffrohre als Abwasserleitungen in Frage gestellt wird. In diesem Zusammenhang sie auch noch erwähnt, dass die bei den bekannten Heizspiegeln üblichen hohen Betriebsspannungen, insbesondere beim Verlegen der Rohre in feuchtem Boden, zu einer grossen Gefahr für die menschlichen Arbeitskräfte werden können.



   Man hat nun - um den Nachteil der vielen elektrischen Anschlüsse zu vermeiden - versucht, den Heizspiegel direkt an eine Stromquelle anzuschliessen. Als Stromquelle diente dabei die Sekundärwicklung eines   be-    kannten Auftautransformators, wodurch vorteilhaft eine hohe Stromstärke und damit eine intensive Erwärmung des Heizspiegels bei zugleich ungefährlich niedriger Spannung erzielt werden kann. Es konnten jedoch auch mit derartigen Heizspiegeln bisher keine befriedigenden Ergebnisse erzielt werden. Die Schwierigkeiten beruhten nunmehr insbesondere auf einer derart ungenauen Temperaturverteilung über den Heizspiegel, dass die bereits oben erwähnten, für eine dauerhaft haltbare Kunststoffschweissung unbedingt erforderlichen Toleranzen von  + 100 C nicht eingehalten werden konnten.



   Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, die vorstehenden Nachteile zu vermeiden, d.h. einen Heizspiegel zu schaffen, der bei Beheizung mit elektrischem Strom eine gleichmässige Temperaturverteilung aufweist und der somit auch zu einer dauerhaft haltbaren Verschweissung von Kunststoffteilen mit vergleichsweise grossen Abmessungen in einfacher und vorteilhafter Weise eingesetzt werden kann.



   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Heizspiegel laschenförmige Anschlusselemente für die Zufuhr des Heizstroms aufweist.



   Die Laschen, die zweckmässig aus demselben Werkstoff wie der Heizspiegel selbst bestehen und sich unmittelbar an denselben anschliessen können, dienen vorteilhaft zum allmählichen Aufbau der Temperatur, die nicht unmittelbar hinter den Anschlussklemmen ihren Sollwert erreicht. Die Abmessungen der Laschen sind daher zweckmässig so gewählt, dass die Temperatur am Übergang zwischen Lasche und der Heizspiegelfläche gerade den gewünschten konstanten Sollwert erreicht.



  Auf Grund von Versuchsergebnissen wird diesbezüglich bevorzugt, dass die Ausdehnung der Laschen in Stromrichtung jeweils mindestens einem Fünftel des Gesamt  stromweges innerhalb des Heizspiegels entspricht, maximal jedoch 300 mm beträgt. Bei einem ringförmigen Heizspiegel zur Rohrschweissung beispielsweise entspricht dann die Länge einer Lasche etwa einem Fünftel des mittleren Ringumfanges.



   Weitere Massnahmen, wie z. B. unterschiedliche Querschnittsstärke des Heizspiegels und/oder die Anordnung von Elementen aus einem gut wärmeleitenden Material im Heizspiegel, verfolgen den Zweck, die Solltemperatur über die Breite des Heizspiegels und unabhängig von Witterungseinflüssen konstant zu halten.



   Der Heizspiegel kann zur Erzielung einer unterschiedlichen Querschnittsstärke Ausnehmungen und/oder   Ein    schnitte aufweisen. Durch seitliche Bohrungen in den Heizspiegelkörper, welche gegebenenfalls als Stufenbohrungen ausgeführt sein können, kann vorteilhaft eine Erhöhung der Stromdichte an den beiden mit dem zu verschweissenden Werkstück in Eingriff stehenden Oberflächen des Heizspiegels erreicht werden. Entsprechend kann auch eine Verdichtung der Stromlinien an bestimmten Stellen durch seitliche Einschnitte in diese Oberflächen erzielt werden.



   Durch die Anordnung von Elementen aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise Kupfer, kann ein Temperaturausgleich über die Oberfläche des Heizspiegels dadurch geschaffen werden, dass Wärme von zu stark erhitzten Partien nach aussen abgeleitet wird. Dies kann beispielsweise bei einseitiger Windeinwirkung er  forderl;ch    sein.



   Eine weitere Möglichkeit, örtliche Überhitzungen zu vermeiden, ist dadurch gegeben, dass derartige Stellen elektrisch überbrückt werden. Dabei wird der normalerweise durch diese Stellen fliessende Strom aufgezweigt, und es fliesst nunmehr ein Teil des Stromes durch den Heizspiegel, während der Rest die betreffende Stelle umgeht. Im einzelnen können zur Verzweigung des durch den Heizspiegel fliessenden Stromes jeweils zwei der im Heizspiegel angeordneten gut wärmeleitenden Elemente durch ein ebenfalls gut wärmeleitendes Verbindungsteil gekuppelt sein. Vorzugsweise bestehen solche Verbindungsteile ebenfalls aus Kupfer.



   Als Werkstoff für den erfindungsgemässen Heizspiegel kann grundsätzlich ein beliebiges stromleitendes Material dienen. Zweckmässig besteht jedoch der Heizspiegel aus einem korrosionsbeständigen, einen vergleichsweise hohen elektrischen Widerstand aufweisenden Material, vorzugsweise einem Chrom-Nickel-Titan-Stahl.



  Ein vergleichsweise hoher elektrischer Widerstand schont einerseits die Wicklungen des Transformators und gewährleistet andererseits eine gute Erwärmung des Heizspiegels. Korrosionsbeständigkeit des Heizspiegels ist vorteilhaft für Aussenarbeiten bei feuchter Witterung bzw. bei Verlegung von Rohren in feuchtem Erdreich.



   Die Oberfläche des Heizspiegels kann mit einem wärmebeständigen Kunststoff, vorzugsweise  Teflon  oder    liostaflon ,    überzogen werden. Eine solche Beschichtung des Heizspiegels verbessert die Korrosions  beständigkeit    desselben und verhindert darüberhinaus ein Kleben des auf Schweisstemperatur erwärmten Heizspiegels an den zu verschweissenden Kunststoffteilen.



   Hinsichtlich einer gleichmässigen Temperaturverteilung über die Oberfläche des Heizspiegels ist es ferner zweckmässig, wenn die mittlere Stärke des Heizspiegels etwa 1/10 seiner Breite beträgt.



   Es wurde bereits oben gesagt, dass Einschnitte zu einer Verdichtung der Stromlinien an den Oberflächen des Heizspiegels dienen können. Die Einschnitte können jedoch auch derart ausgebildet sein, dass sie zur Verzweigung des durch den Heizspiegel fliessenden elektrischen Stromes dienen, wobei   -      nach    Art eine Parallelschaltung - jeweils zwei entsprechende Teile des Heizspiegels leitend miteinander verbunden sind.



   Diese Massnahme erlaubt eine erhebliche Verringerung der Stärke des Heizspiegels unter den obengenannten Wert und damit eine entsprechende Gewichts- und   Materialkosteneinsparung.    In vorteilhafter Weiterbildung des obigen Gedankens kann die Verzweigung des Stromes durch Verschiebung des Verbindungsteils zwischen den beiden entsprechenden Teilen des Heizspiegels variierbar sein.



   Bei längerem Betrieb eines Heizspiegels ohne Unterbrechungen ist ein zeitweiliges Abschalten des Stromes erforderlich, weil die Heizspiegeltemperatur sonst einen zu hohen Wert erreicht bzw. eine Überlastung der Leitungen eintritt. Bei den oben beschriebenen bekannten Heizspiegeln musste die Heizspiegeltemperatur ständig durch menschliche Arbeitskräfte überwacht werden.



  Dieser Nachteil kann dadurch vermieden werden, dass die von der Stromquelle für den Heizspiegel abgegebene Leistung durch die Temperatur des Heizspiegels regelbar ist.



   Zur Durchführung einer derartigen Steuerung bei einem Transformator ist dieser zweckmässig umschaltbar ausgebildet. Die Umschaltvorgänge können dann von einem im Heizspiegel angeordneten Eisen-Konstantan Thermoelement oder dergleichen vorgenommen werden.



   Wie bereits eingangs erwähnt. dienen Heizspiegel zum Stumpfschalten von Kunststoffrohren bzw. Kunststoffteilen von beliebiger Form. Treten bestimmte Formen häufig auf, wobei lediglich die Abmessungen variieren, ist es wünschenswert, derartige Teile mit ein und demselben Heizspiegel zu verschweissen. Zu diesem Zwecke kann der Heizspiegel aus mehreren festen   Forrnstücken    bestehen, die durch Hebelteile gelenkig miteinander verbunden sind.



   Die festen Formstücke können auf Grund ihrer gelenkigen Verbindung gegeneinander parallel verschoben werden, so dass der Heizspiegel innerhalb eines gewissen Bereiches für beliebige Abmessungen der betreffenden Kunststoffteile verwendbar ist. Solche häufig auftretenden Kunststoffteile können beispielsweise durch Rohrabzweigungsstücke verkörpert sein, deren Teilung in der gemeinsamen Längsmittelebene erfolgt.



   In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 einen ringförmigen Heizspiegel,
Fig. 2 eine andere Ausführungsform eines ringförmigen Heizspiegels und
Fig. 3 einen Heizspiegel zur Verschweissung eines
Rohranschlussstückes.



   Der ringförmige Heizspiegel nach Fig.   list    mit 10 bezeichnet und weist zwei Laschen 11 für den Anschluss an eine Stromquelle auf. Der Heizspiegel besteht vorzugsweise aus einem Blech gleichmässiger Stärke. Als Stromquelle dient ein schematisch dargestellter Transformator 12, welcher seinerseits an eine Wechselstromquelle 13 angeschlossen ist.



   Zur Temperaturverteilung innerhalb des Heizspiegels 10 dienen Einschnitte 14 und Stufenbohrungen 15.



  Die Stufenbohrungen 15 bewirken eine Erhöhung der Stromdichte an den Oberflächen des Heizspiegels, wäh rend durch die Einschnitte 14 eine Verdichtung der Stromlinien etwa in der Mitte der Heizspiegeloberflächen erzielt wird. Mit Kühlrippen 27 versehene Kupfer  bolzen 16 führen überschüssige Wärme an die Umgebung ab. Kupferbolzen 17 sind durch einen Kupferdraht 18 verbunden. Der Kupferdraht 18 dient zur Abzweigung eines Teils des durch den Heizspiegel fliessenden Stromes, so dass die durch den Kupferdraht 18 überbrückte Heizspiegelpartie weniger stark erwärmt wird.



  Eine Anordnung der Bolzen 17 und des Kupferdrahtes 18 gemäss Fig. 1 empfiehlt sich beispielsweise bei einer Windrichtung nach Pfeil 19. Die Teile 17 und 18 gleichen auf diese Weise die stärkere Abkühlung der dem Wind zugewandten Heizspiegelhälfte wieder aus.



   Ein temperaturempfindliches Element 20 ist seitlich im Heizspiegel angeordnet und dient zur Regelung der vom Transformator 12 abgegebenen Leistung.



   Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der Heizspiegel mit 21 bezeichnet. Er unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 hauptsächlich durch eine wesentlich geringere Blechstärke. Um auch hier noch eine gleichmässige Stromverteilung über die Oberflächen des Heizspiegels zu erreichen, wird der Strom hinter den Laschen 11 verzweigt. Zu diesem Zweck sind die durch zwei grosse Einschnitte 22 abgeteilten Streifen 23 durch ein stromleitendes Element 24 elektrisch verbunden. Durch Verschiebung des Elementes 24 in Richtung eines Pfeiles 25 kann das Verhältnis der durch die Streifen 23 sowie durch die übrigen Heizspiegelteile fliessenden Stromkomponenten variiert werden. Durch Einschnitte 26 wird ein Abdrängen der Stromlinien in Richtung auf den äusseren Heizspiegelumfang erreicht.



   Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Heizspiegel mit 28 bezeichnet. Er dient zur Verschweissung von Rohranschlussstücken, die in ihrer gemeinsamen Längsmittelebene geteilt hergestellt sind. Eine solche Hälfte eines Rohranschlussstückes ist mit 29 beziffert.



   Der Heizspiegel besteht aus vier festen Formstücken 30 bis 33, welche durch Hebelteile 34, 35 gelenkig verbunden sind. Die festen Formstücke 30 bis 33 sind dadurch in Richtung von Pfeilen 36, 37, 38 verschiebbar, so dass der Heizspiegel 28 für Rohranschlussstücke mit unterschiedlichen Durchmessern verwendbar ist. Die Stromzuführung zum Heizspiegel 28 erfolgt durch Laschen 39, 40. Einschnitte, Bohrungen, Kupferbolzen und dergleichen gemäss den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 sind in der Ausführungsform nach Fig. 3 der Einfachheit halber nicht eingezeichnet. Es versteht sich jedoch, dass diese Massnahmen auch hier angewendet werden können.



   Die im Vorstehenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele dienen nur zur Erläuterung der Erfindung, die selbstverständlich nicht auf diese Beispiele beschränkt sein sollen. Es gibt vielmehr mannigfaltige Abwandlungsmöglichkeiten, ohne dass dabei der durch die Erfindung abgesteckte Rahmen verlassen wird.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Elektrisch erwärmbarer Heizspiegel zum Stumpfschweissen von Werkstücken aus thermoplastischem Material, wobei der Heizspiegel selbst ein elektrisches Heizelement darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizspiegel laschenförmige Anschlusselemente (11, 39, 40) für die Zufuhr des Heizstroms aufweist.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Heizspiegel nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch eine unterschiedliche Querschnittsstärke desselben.
    2. Heizspiegel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an demselben Elemente (16, 17, 18) aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise Kupfer, angeordnet sind.
    3. Heizspiegel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der Laschen (11) in Stromrichtung jeweils mindestens einem Fünftel des Gesamtstromweges innerhalb des Heizspiegels entspricht, maximal jedoch 300 mm beträgt.
    4. Heizspiegel nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Erzielungeiner unterschiedlichen Querschnittsgrösse Ausnehmungen (15) und/oder Einschnitte (14, 26) aufweist.
    5. Heizspiegel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem korrosionsbeständigen, einem vergleichsweise hohen elektrischen Widerstand aufweisenden Material, vorzugsweise einem Chrom-Nickel Titan-Stahl, besteht.
    6. Heizspiegel nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Stärke des Heizspiegels etwa 1/10 seiner Breite beträgt.
    7. Heizspiegel nach den Unteransprüchen 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte (22) zur Verzweigung des durch den Heizspiegel (21) fliessenden elektrischen Stromes dienen, wobei - nach Art einer Parallelschaltung - jeweils zwei entsprechende Teile (23) des Heizspiegels verbunden sind.
    8. Heizspiegel nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzweigung des Stromes durch Verschiebung des Verbindungsteils (24) zwischen den beiden entsprechenden Teilen (23) des Heizspiegels (21) variierbar ist.
    9. Heizspiegel nach Patentanspruch und vorangehenden Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verzweigung des durch den Heizspiegel fliessenden elektrischen Stromes jeweils zwei der im Heizspiegel angeordneten gut wärmeleitenden Elemente (17) durch ein ebenfalls gut wärmeleitendes Verbindungsteil (18) gekuppelt sind.
    10. Heizspiegel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an ihm Mittel zur Regelung der von der Stromquelle (12) abgegebenen Leistung nach Massgabe der Temperatur des Heizspiegels vorgesehen sind.
    11. Heizspieoel nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet. dass zur Regelung der von der Stromquelle (12) abgegebenen Leistung ein im Heizspiegel angeordnetes Eisen-Konstantan-Thermoelement (20) dient.
    12. Heizspiegel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Heizspiegels mit einem wärmebeständigen Kunststoff überzogen ist.
    13. Heizspiegel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass er aus mehreren festen Formstücken (30-33) besteht, die durch Hebelteile (34, 35) gelenkig miteinander verbunden sind.
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