CH636174A5 - Plastic collar which can be electrically welded - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch schweissbare Muffe aus einem thermoplastischen Kunststoff zum Verbinden von Leitungselementen mittels eines an der Innenwandung eines hiilsenförmigen Muffenkörpers in Windungen angeordneten Heizdrahts, welche, auf Stutzen der zu verbindenden Leitungselemente aufgeschoben, zusammen mit den Stutzen durch im Heizdraht erzeugte Wärme teilweise erweicht und mit diesen verschweisst wird.
Leitungsnetze werden heute vielfach unter Verwendung von Leitungselementen aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt. Hierbei stellt sich die Aufgabe, die Leitungselemente, worunter Rohrstücke, Formstücke, Steuerorgane, z. B. Ventile und andere Werkstücke verstanden werden, zusammenzubauen und an ihren Stutzen tropf- und druckdicht zu verbinden. Es ist allgemein bekannt, für das Verbinden der Stutzen dieser Leitungselemente zylinderförmige Muffen mit einem hülsenförmi-gen Muffenkörper aus einem thermoplastischen Material zu verwenden, die zusammen mit den Stutzen der Leitungselemente teilweise aufgeschmolzen und miteinander verschweisst werden. Der Muffenkörper kann hierbei Teil eines Leitungselementes oder ein separater Teil sein. Zum teilweisen Schmelzen und Schweissen der zu verbindenden Teile wird im Bereich der Innenwand des hülsenförmigen Muffenkörpers ein elektrischer Heizdraht in Windungen angeordnet. Durch Zufuhr elektrischer Energie in diesen Heizdraht wird eine dosierte, zum Verbinden des Muffenkörpers und der Stutzen ausreichende Wärmemenge erzeugt.
Zur Dosierung der für das Verschweissen der Muffe und der Stutzen erforderlichen Wärmemenge werden Schweissgeräte verwendet, welche die der benötigten Wärmemenge proportionale elektrische Energie dem im Muffenkörper eingebetteten Heizdraht zuführen. Von diesen Schweissgeräten sind verschiedene Ausführungsformen bekannt, die bei Regelung auf konstante Spannung oder konstanten Strom eine bestimmte Schweisszeit einhalten. Es sind auch Geräte mit einer Temperaturmessstelle an der Muffe selbst bekannt sowie einfachere Geräte, die nur die Schweisszeit begrenzen. Weiter sind auch Geräte bekannt, bei denen für die Regelung der Schweisszeit die Umgebungstemperatur der Schweissmuffe mitberücksichtigt wird.
Die mit Hilfe solcher Geräte elektrisch schweissbare Muffe mit dem im Muffenkörper eingelegten Heizdraht scheint ein verhältnismässig einfaches Element zu sein. Es istlediglich darauf zu achten, dass beim Einlegen des Heizdrahtes die einzelnen Windungen durch eine genügend grosse Kunststoffmasse voneinander getrennt sind, damit zuverlässige Windungsschlüsse vermieden werden. Andererseits wird zur Erreichung einer guten Verbindung der zu verschweissenden Teile dem thermoplasti-
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sehen Muffenkörper eine Schrumpfreserve erteilt, welche beim Schweissvorgang ausgelöst wird, so dass ein sattes Anliegen des Muffenkörpers auf den zu verbindenden Teilen erfolgt. Während derMuffenkörpersich beim Schweissen verkleinert, dehnt sich der Heizdraht, der während des Schweissvorgangs erwärmt wird, entgegen der Schrumpfbewegung des Muffenkörpers aus. Diese beiden gegenläufigen Bewegungen können ein Ausknicken einzelner Windungen des Heizdrahts und damit einen Kurzschluss bewirken, wodurch das thermoplastische Material des Muffenkörpers beschädigt wird oder sich entflammen kann. Im weiteren bewirkt die Längenausdehnung des Widerstandsdrahtes ein Entfernen der Windung von der Schweisszone. Der Abstand der Windungen kann so gross werden, dass ein vollständiges Aufschmelzen der Innenwandung in der Schweisszone in Frage gestellt wird. Solche Erscheinungen können vor allem bei elektrisch schweissbaren Muffen mit grösserem Muffendurchmesser, z. B. über 200 mm Durchmesser, beobachtet werden. Zweifellos spielt hierbei die Wärmeausdehnung des Heizdrahtes eine erhebliche Rolle, da die Gesamtlänge der Heizdrahtwindungen eine beträchtliche Länge, z. B. 10 m und mehr, aufweisen kann.
Um die erwähnten Störungen beim Schweissen von Muffen mit grösserem Durchmesser zu vermeiden, sind verschiedene Massnahmen bekannt. Es kann beispielsweise die Gesamtlänge des Heizdrahts dadurch verringert werden, dass der Heizdraht mehrgängig, z. B. in vier Gängen, in den Muffenkörper eingelegt wird. Dadurch wird die Gesamtdehnung des Heizdrahts vermindert, wodurch auch die Gefahr von Windungsschlüssen vermindert wird. Allerdings wird dadurch der schaltungstechnische Aufwand vergrössert.
Weiter ist es bekannt, einen lack- oder bandisolierten Heizdraht zu verwenden. Zwar wird hierdurch die Wärmeausdehnung des Heizdrahtes nicht vermindert, jedoch soll die Isolation bei etwaigen Windungsschlüssen einen Kurzschluss verhindern. Die Isolierung handelsüblicher Heizdrähte ist jedoch derart dünn, dass sie für eine wirksame Verhinderung von Kurzschlüssen bei Windungsschlüssen nicht ausreicht.
Zudem besteht die Gefahr, dass bei höheren Heizdrahttemperaturen eine Lackisolation verkohlt und hierbei Lösungsmitteldämpfe abgibt. Diese freiwerdenden Gase führen zu Lunkerbildungen in der Schweisszone. Im Gegensatz dazu werden bei einem bandisolierten Heizdraht gewöhnlich keine Gase frei.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch schweissbare Muffe der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass einerseits Windungsschlüsse weitgehend verunmög-licht, andererseits die Heizdrahtwindungen in ihrer Lage stationär bleiben um dadurch Störungen, vor allem bei Muffen mit grossem Durchmesser zu verhindern.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst,
dass der Heizdraht einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von weniger als 10-10"6 aufweist.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer schematisch dargestellten elektrisch schweissbaren Muffe zum Verbinden zweier Rohrstutzen von Leitungselementen und
Fig. 2 eine vergrösserte Darstellung des Ausschnitts II in Fig. 1, jedoch für eine elektrisch schweissbare Muffe mit einem zweiteiligen Muffenkörper.
In Fig. 1 sind zwei Rohrstutzen 1,2 dargestellt, die Teil von nichtdargestellten Rohrelementen sind. Über die Rohrstutzen 1, 2 ist eine Muffe 3 geschoben ; die Muffe 3 und die Rohrstutzen 1,2 sind aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Die Muffe 3 weist einen hülsenförmigen Muffenkörper 4 auf. In unmittelbarer Nähe der Innenwandung 5 des Muffenkörpers 4 ist ein Heizdraht 6 in Windungen eingebettet, die gegenüber benachbarten Windungen einen Abstand 7 aufweisen. Die Enden des Heizdrahtes 6 sind mit Kontakten 8verbunden, die in einer, an den Enden des Muffenkörpers 4 angeordneten Bohrung
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9 eingebettet sind. An die Kontakte 8 können Leitungen eines nicht dargestellten Schweissgerätes angeschlossen werden, durch welche der Heizdraht 6 mit dosierter elektrischer Energie gespeist werden kann.
In Fig. 1 sind die Rohrstutzen 1,2 und die Muffe 3 vor ihrer Verschweissung dargestellt. Wird durch das Schweissgerät elektrische Energie zugeführt, so wird im Heizdraht 6 Wärme erzeugt, die zu einer teilweisen Erweichung des Muffenkörpers und der Rohrstutzen 1,2 führen soll, so dass eine Verschweissung der Teile stattfindet. Da bei der Herstellung der Muffe 3 dem Muffenkörper4 eine Schrumpfreserve, z. B. durch Aufweiten, erteilt wird, wird diese bei der Erwärmung des Muffenkörpers 4 frei, wodurch der Muffenkörper 4 eine Schrumpfung ausführt, durch welche der vor dem Schweissen bestehende Spalt 10 zwischen der Innenwandung 5 des Muffenkörpers 4 und der Aussenwandung 10 der Rohrstutzen 1, 2 aufgehoben wird.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, brauchen die Windungen des Heizdrahtes 6 nicht gleichmässig über die gesamte Innenwandung des Muffenkörpers 4 verteilt zu werden. Insbesondere kann der Windungsabstand im Bereich der Stutzenden grösser sein.
Um die eingangs erwähnten Schwierigkeiten beim Schweissen von Muffen 3, insbesondere von grösserem Durchmesser, zu vermeiden, geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass die Erwärmung des Heizdrahts 6 wesentlich schneller als das Aufweichen und damit das Schrumpfen des Muffenkörpers 4 erfolgt. Wenn es gelingt, in diesem verhältnismässig kurzen Zeitpunkt die Wärmeausdehnung des Heizdrahts 6 klein zu halten, kann das Auftreten von Windungsschlüssen oder anderen Verformungen vermieden werden. Sobald der Muffenkörper aufgeweicht ist und die Schrumpfung einsetzt, kann sich der Heizdraht 6 in dem sich aufweichenden thermoplastischen Material ausdehnen.
Wird nun anstelle der bisher verwendeten Heizdrähte ein Heizdraht 6 mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet, so vermeidet man alle Schwierigkeiten, die unmittelbar beim Beginn der Erwärmung des Heizdrahts 6 auftreten könnten.
5 Es sind heute verschiedene Legierungen mit kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten bekannt; es sind dies Eisen-Nickel-Legierungen mit einem Nickelgehalt von 30—50 Gew.-%. Mit solchen Legierungen können Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als 10-10"6 erreicht werden; aber auch kleinere Werte, io z. B. 1,5-10"6, sind erreichbar. Auch Heizdrähte 6 mit negativem Wärmeausdehnungskoeffizienten können verwendet werden. Wesentlich ist jedoch, dass die Wärmeausdehnung der üblicherweise verwendeten Heizdrähte 6 erheblich verkleinert wird, um die gewünschte Wirkung zu erreichen.
xs Der in Fig. 2 dargestellte vergrösserte Ausschnitt zeigt eine Muffe 3, deren Muffenkörper aus zwei Teilen besteht, einem Muffeninnenteil 15 einerseits und einem Muffenaussenteil 16 andererseits. Der Muffeninnenteil 15 weist auf seiner Aussen-seite einen schraubenförmig verlaufenden, ringscheibenförmi-20 gen Steg 17 auf, in dessen Windungen der Heizdraht 6 verlegt ist. Die Enden des Heizdrahts 6 sind in gleicher Weise, wie in Fig. 1 dargestellt ist, mit den Kontakten 8 verbunden. Nach dem Einlegen des Heizdrahts 6 wird der Muffenaussenteil 16 auf den Muffeninnenteil 15 aufgespritzt, wodurch ein kompakter Muf-25 fenkörper entsteht. Wie bei der Muffe nach Fig. 1 kann auch bei der Ausführung nach Fig. 2 in gleicher Weise ein Heizdraht 6 mit kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet werden. Mit der beschriebenen Muffe ist es möglich, auch bei grossen Rohrdurchmessern, z. B. 200—500 mm, eine zuverlässige 30 Schweissung zu erreichen, die nicht nur tropfdicht, sondern auch druckdicht ist.
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1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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    PATENTANSPRÜCHE
    1. Elektrisch schweissbare Muffe aus einem thermoplastischen Kunststoff zum Verbinden von Leitungselementen mittels eines an der Innenwandung eines hiilsenförmigen Muffenkörpers in Windungen angeordneten Heizdrahts, welche, aufStutzen der zu verbindenden Leitungselemente aufgeschoben, zusammen mit den Stutzen durch im Heizdraht erzeugte Wärme teilweise erweicht und mit diesen verschweisst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizdraht (6) einen Wärmeausdehnungskoeffizien- 10 ten von weniger als 10-10'" aufweist.
  2. 2. Muffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizdraht (6) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von weniger als 2,0-10"° aufweist.
  3. 3. Muffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der 15 Heizdraht (6) einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
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