DE1604633B1 - Elektrisch erwaermbarer Heizspiegel zum Schweissen von Werkstuecken aus thermoplastischem Material - Google Patents

Elektrisch erwaermbarer Heizspiegel zum Schweissen von Werkstuecken aus thermoplastischem Material

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DE1604633B1
DE1604633B1 DE19661604633 DE1604633A DE1604633B1 DE 1604633 B1 DE1604633 B1 DE 1604633B1 DE 19661604633 DE19661604633 DE 19661604633 DE 1604633 A DE1604633 A DE 1604633A DE 1604633 B1 DE1604633 B1 DE 1604633B1
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Karl Bemelmann
Hans-Juergen Grosskopf
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Messer Griesheim GmbH
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Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch erwärmbaren, die gewünschte Schweißfläche überdeckenden Heizspiegel zum Schweißen von Werkstücken aus thermoplastischem Material, wobei der Heizspiegel aus einem Metall mit hohem elektrischen Widerstand besteht und unmittelbar an einer Stromquelle, insbesondere an eine Sekundärwicklung eines Transformators, angeschlossen ist und laschenförmige Anschlußelemente aufweist.
Ringförmige Heizspiegel dienen beispielsweise zum Stumpfschweißen von Kunststoffrohren. Auch Kunststoffteile anderer Form können mittels entsprechend geformter Heizspiegel geschweißt werden.
Die Beheizung bekannter Heizspiegel erfolgte bisher 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 Ab-Wasserleitungen Kunststoffrohre zu verwenden, die vergleichweise 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 2000C Toleranzen von etwa ±10° C eingehalten werden müssen — sind zahlreiche Heizelemente und entsprechend viele elektrische Anschlüsse erforderüch. Dies bedeutet einen so großen Aufwand, daß dadurch die Verwendbarkeit der an sich vorteilhaften Kunststoffrohre als Abwasserleitungen in Frage gestellt wird. In diesem Zusammenhang sei 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 kann.
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 bekannten 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 obenerwähnten, für eine dauerhaft haltbare Kunststoffschweißung imbedingt erforderlichen Toleranzen von +10° C nicht eingehalten werden konnten.
Der Erfindung hegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Heizspiegel zu schaffen, auf dessen Schweißflächen die Temperatur nahezu gleich gehalten wird, , so daß eine gleichmäßig tiefe Erwärmung und damit * Plastifizierung der Stirnseiten der zu verschweißenden Rohre erzielt wird. Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß im wesentlichen vorgeschlagen, daß der Heizspiegel eine unterschiedliche Querschnittsstärke aufweist und/oder im Heizspiegel Elemente aus einem gut wärmeleitenden Metall angeordnet sind.
Die laschenförmigen Anschlußelemente, 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 bei Erreichen der Heizspiegelfläche gerade den gewünschten konstanten Sollwert erreicht. Auf Grund von Versuchsergebnissen wird diesbezügüch bevorzugt, daß die Ausdehnung der laschenförmigen Anschlußelemente in Stromrichtung jeweils mindestens einem Fünftel des Gesamtstromweges innerhalb des Heizspiegels entspricht, maximal jedoch 300 mm be- M trägt. Bei einem ringförmigen Heizspiegel zur Rohr- ™ schweißung beispielsweise entspricht dann die Länge einer Lasche etwa einem Fünftel des mittleren Ringumfanges.
Die weiteren erfindunggemäßen Merkmale, nämlich die unterschiedliche Querschnittsstärke des Heizspiegels und/oder die Anordnung von Elementen aus einem gut wärmeleitenden Material im Heizspiegel verfolgen den Zweck, obige Solltemperatur über die Breite des Heizspiegels und unabhängig von Witterungseinflüssen, konstant zu halten.
Im einzelnen wird dazu vorgeschlagen, daß der Heizspiegel zur Erzielung einer unterschiedlichen Querschnittsstärke Ausnehmungen und/oder Einschnitte aufweist. Durch seitliche Bohrungen in den Heizspiegelkörper, welche gegebenenfalls als Stufenbohrungen ausgeführt sein können, ist beispielsweise vorteilhaft eine Erhöhung der Stromdichte an den beiden mit dem zu verschweißenden Werkstück in Eingriff stehenden Oberflächen des Heizspiegels zu erreichen. Entsprechend kann auch eine Verdichtung der Stromlinien an bestimmten Stellen durch | seitliche Einschnitte in diese Oberflächen erzielt werden.
Durch die erfindunggemäße 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 erforderlich 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 schlägt die Erfindung hierzu vor, daß zur Verzweigung des durch den Heizspiegel fließenden Stromes jeweils zwei der im Heizspiegel angeordneten gut wärmeleitenden Elemente durch ein ebenfalls gut wärmeleitendes Verbindungsteil gekuppelt sind. Vorzugsweise bestehen solche Verbindungsteile ebenfalls aus Kupfer.
Als Werkstoff für den erfindungsgemäßen Heizspiegel kann grundsätzlich ein beliebiges stromleitendes Material dienen. Es wird jedoch bevorzugt, daß der Heizspiegel aus einem korrosionsbeständigen Chrom-Nickel-Titan-Stahl besteht. Ein vergleichweise 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.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird in diesem Sinne ferner vorgeschlagen, daß die Oberfläche des Heizspiegels mit einem Kunststoff, vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen, überzogen ist. Eine solche Beschichtung des Heizspiegels verbessert die Korrosionsbeständigkeit desselben und verhindert darüber hinaus ein Kleben des auf Schweißtemperatur erwärmten Heizspiegels an den zu verschweißenden Kunststoffteilen.
»Hinsichtlich einer gleichmäßigen Temperaturverteilung über die Oberfläche des Heizspiegels, ist ferner zweckmäßig, wenn die mittlere Materialstärke zur Materialbreite des Heizspiegels etwa ein Zehntel beträgt.
Es wurde bereits oben angedeutet, daß die erfindungsgemäßen Einschnitte zu einer Verdichtung der Stromlinien an den Oberflächen des Heizspiegels dienen. Vorteilhaft können die Einschnitte jedoch auch derart ausgebildet sein, daß sie zur Verzweigung des durch den Heizspiegel fließenden elektrischen Stromes dienen, wobei — nach Art einer Parallelschaltung — jeweils zwei entsprechende Teile des Heizspiegels 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 wird ferner vorgeschlagen, daß die Verzweigung des Stromes durch Verschiebung des Verbindungsteils zwischen den beiden entsprechenden Teilen des fc Heizspiegels variierbar ist.
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 Heiz-Spiegeltemperatur ständig durch menschliche Arbeitskräfte überwacht werden. Dieser Nachteil wird zweckmäßig dadurch vermieden, 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. Es wird vorgeschlagen, daß zur Regelung der von der Stromquelle abgegebenen Leistung ein im Heizspiegel angeordnetes Eisen-Konstantan-Thermoelement dient.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar veranschaulicht
F i g. 1 einen ringförmigen Heizspiegel,
F i g. 2 eine andere Ausführungsform eines ringförmigen Heizspiegels.
Der ringförmige Heizspiegel nach Fig. 1 ist mit 10 bezeichnet und weist zwei Laschen 11 für den Anschluß an eine Stromquelle auf. 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 Ausnehmungen 15. Die Ausnehmungen 15 bewirken eine Erhöhung der Stromdichte an den Oberflächen des Heizspiegels, während durch die Einschnitte 14 eine Verdichtung der Stromlinien etwa in der Mitte der Heizspiegeloberflächen erzielt wird. Mit Kühlrippen 27 versehene Kupferbolzen 16 führen überschüssige Wärme an die Umgebung ab. Als wärmeleitende Elemente 17 sind Kupferbolzen 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 und des Kupferdrahtes 18 gemäß Fig. 1 empfiehlt sich beispielsweise bei einer Windrichtung nach Pfeil 19. Die Elemente 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 F i g. 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 Oberfläche des Heizspiegels zu erreichen, wird der Strom hinter den Laschen 11 verzweigt. Zu diesem Zweck sind die durch zwei große Einschnitte 22 gebildeten Teile 23 durch ein stromleitendes Verbindungsteil 24 elektrisch verbunden. Durch Verschiebung des Verbindungsteils 24 in Richtung eines Pfeiles 25 kann das Verhältnis der durch die Teile 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.

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Elektrisch erwärmbarer, die gewünschte Schweißfläche überdeckender Heizspiegel zum Schweißen von Werkstücken aus thermoplastischem Material, wobei der Heizspiegel aus einem Metall mit hohem elektrischen Widerstand besteht, unmittelbar an einer Stromquelle, insbesondere an eine Sekundärwicklung eines Transformators angeschlossen ist und laschenförmige Anschlußelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizspiegel eine unterschiedliche Querschnittsstärke aufweist und/ oder im Heizspiegel Elemente (16,17,18J aus einem gut wärmeleitenden Metall angeordnet sind.
2. Heizspiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der laschenförmigen Anschlußelemente (11) in Stromrich-
tung jeweils mindestens einem Fünftel des Gesamtstromweges innerhalb des Heizspiegels entspricht, maximal jedoch 300 mm beträgt.
3. Heizspiegel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizspiegel zur Erzielung einer unterschiedlichen Querschnittsstärke Ausnehmungen (15) und/oder Einschnitte (14, 26) aufweist.
4. Heizspiegel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizspiegel aus einem korrosionsbeständigen Chrom-Nickel-Titan-Stahl besteht.
5. Heizspiegel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Materialstärke zur Materialbreite des Heizspiegels etwa ein Zehntel beträgt.
6. Heizspiegel nach den Ansprüchen 3 bis 5, 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.
7. Heizspiegel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigung des Stromes as durch Verschiebung des Verbindungsteils (24) zwischen den beiden entsprechenden Teilen (23) des Heizspiegels (21) variierbar ist.
8. Heizspiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, 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.
9. Heizspiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Stromquelle (12) für den Heizspiegel abgegebene Leistung durch die Temperatur des Heizspiegels regelbar ist.
10. Heizspiegel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der von der Stromquelle (12) abgegebenen Leistung ein im Heizspiegel angeordnetes Eisen-Konstant-Thermoelement (20) dient.
11. Heizspiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Heizspiegels mit einem Kunststoff, vorzugsweise PolytetrafLuoräthylen überzogen ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DE19661604633 1966-07-06 1966-07-06 Elektrisch erwaermbarer Heizspiegel zum Schweissen von Werkstuecken aus thermoplastischem Material Withdrawn DE1604633B1 (de)

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