DE3005078C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch schweißbare Muffe aus einem thermoplastischen Kunststoff nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Leitungsnetze werden heute vielfach unter Verwendung von Leitungselementen aus thermoplastischem Kunst­ stoff hergestellt. Hierbei stellt sich die Aufgabe, die Leitungselemente, worunter Rohrstücke, Form­ stücke, Steuerorgane, z. B. Ventile, und andere Werk­ stücke 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 hülsenförmigen Muffenkörper aus einem thermo­ plastischen Material zu verwenden, die zusammen mit den Stutzen der Leitungselemente teilweise aufge­ schmolzen und miteinander verschweißt werden. Der Muffenkörper kann hierbei Teil eines Leitungsele­ mentes 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 (DE-PS 24 10 039).
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 Ausführungs­ formen bekannt, die bei Regelung auf konstante Span­ nung oder konstanten Strom eine bestimmte Schweiß­ zeit einhalten (DE-PS 27 16 055). Es sind auch Geräte mit einer Temperaturmeßstelle an der Muffe selbst bekannt (CH-PS 4 37 755) sowie einfachere Geräte, die nur die Schweißzeit begrenzen (DE-PS 12 34 884).
Die mit Hilfe solcher Geräte elektrisch schweißbare Muffe mit dem im Muffenkörper eingelegten Heizdraht scheint ein verhältnismäßig einfaches Element zu sein. Es ist lediglich darauf zu achten, daß beim Einlegen des Heizdrahts die einzelnen Windungen durch eine genügend große Kunststoffmasse voneinander ge­ trennt sind, damit zuverlässig Windungsschlüsse ver­ mieden werden. Andererseits wird zur Erreichung einer guten Verbindung der zu verschweißenden Teile dem thermoplastischen Muffenkörper eine Schrumpfreserve erteilt, welche beim Schweißvorgang ausgelöst wird, so daß ein sattes Anliegen des Muffenkörpers auf den zu verbindenden Teilen erfolgt. Während der Muffen­ körper sich beim Schweißen verkleinert, dehnt sich der Heizdraht, der während des Schweißvorgangs er­ wärmt wird, entgegen der Schrumpfbewegung des Muffen­ körpers aus. Diese beiden gegenläufigen Bewegungen können ein Ausknicken einzelner Windungen des Heiz­ drahts und damit einen Kurzschluß bewirken, wodurch das thermoplastische Material des Muffenkörpers be­ schädigt 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 Erschei­ nungen können vor allem bei elektrisch schweißbaren Muffen mit größerem Muffendurchmesser, z. B. über 200 mm Durchmesser, beobachtet werden. Zweifellos spielt hierbei die Wärmeausdehnung des Heizdrahts eine er­ hebliche Rolle, da die Gesamtlänge der Heizdrahtwin­ dungen 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 verschie­ dene 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 Auf­ wand vergrößert.
Weiter ist es bekannt, einen handelsüblichen lack- oder bandisolierten Heizdraht zu verwenden. Zwar wird hierdurch die Wärme­ ausdehnung nicht vermindert, jedoch soll die Isolation bei etwaigen Windungsschlüssen einen Kurzschluß verhindern. Die Isolierung ist jedoch derart dünn, daß sie für eine wirksame Verhinderung von Kurzschlüssen bei Windungsschlüssen nicht ausreicht.
Zudem besteht die Gefahr, daß bei höheren Heizdraht­ temperaturen eine Lackisolation verkohlt und hierbei Lösungsmitteldämpfe abgibt. Diese freiwerdenden Gase führen zu Lunkerbildungen in der Schweißzone. Im Gegensatz dazu werden bei einem bandisolierten Heiz­ draht gewöhnlich keine Gase frei.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elek­ trisch schweißbare Muffe der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß einerseits Windungsschlüs­ se weitgehend verunmöglicht, andererseits die Heiz­ drahtwindungen in ihrer Lage stationär bleiben um da­ durch Störungen, vor allem bei Muffen mit großem Durchmesser zu verhindern.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei der elektrisch schweißbaren Muffe aus Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorzugsweise soll der Heizdraht einen Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten von weniger als 2,0 mal 10-6/K aufweisen.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausfüh­ rungsbeispiel dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt einer schematisch dar­ gestellten elektrisch schweißbaren Muffe zum Verbinden zweier Rohrstutzen von Lei­ tungselementen und
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Aus­ schnittes 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 Muffen­ körpers 4 ist ein Heizdraht 6 in Windungen einge­ bettet, die gegenüber benachbarten Windungen einen Abstand 7 aufweisen. Die Enden des Heizdrahtes 6 sind mit Kontakten 8 verbunden, die in einer, an den Enden des Muffenkörpers 4 angeordneten Bohrung 9 ein­ gebettet sind. An die Kontakte 8 können Leitungen eines nichtdargestellten Schweißgerätes angeschlos­ sen 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 Muffenkörper 4 eine Schrumpfreserve, z. B. durch Auf­ weiten, 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 Innen­ wandung 5 des Muffenkörpers 4 und der Außenwandung 10 der Rohrstutzen 1, 2 aufgehoben wird.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, brauchen die Win­ dungen des Heizdrahtes 6 nicht gleichmäßig über die gesamte Innenwandung des Muffenkörpers 4 verteilt zu werden. Insbesondere kann der Windungsabstand im Bereich der Stutzenenden 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 ge­ lingt, 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 Muffen­ körper aufgeweicht ist und die Schrumpfung einsetzt, kann sich der Heizdraht 6 in dem sich aufweichenden thermoplastischen Material ausdehnen. Wird nun an­ stelle der bisher verwendeten Heizdrähte ein Heiz­ draht 6 mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet, so vermeidet man alle Schwierigkeiten, die unmittelbar beim Beginn der Erwärmung des Heiz­ drahts 6 auftreten könnten.
Es sind heute verschiedene Legierungen mit kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten bekannt; es sind dies Eisen-Nickel-Legierungen mit einem Nickelgehalt von 30-50 Gew.-%, die weitere Komponenten, z. B. Kobalt, Chrom, Mangan, Silizium enthalten können. Mit solchen Legierungen können Wärmeausdehnungs­ koeffizienten kleiner als 10 · 10-6/K erreicht werden; aber auch kleinere Werte, z. B. 1,5 · 10-6/K, sind erreichbar. Auch Heizdrähte 6 mit Wärmeausdehnungs­ koeffizient Null oder mit negativem Wärmeausdehnungs­ koeffizienten können verwendet werden. Wesentlich ist jedoch, daß die Wärmeausdehnung gegenüber den üblicher­ weise verwendeten Heizdrähten 6 erheblich verkleinert ist, um die gewünschte Wirkung zu erreichen.
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 Außenseite einen schraubenförmig verlaufenden, ringscheibenförmigen 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 Muffenkörper entsteht. Wie bei der Muffe nach Fig. 1 kann auch bei der Ausführung nach Fig. 2 in gleicher Weise ein Heizdraht 6 mit kleinem Wärmeausdehnungs­ koeffizienten verwendet werden. Mit der beschriebenen Muffe ist es möglich, auch bei großen Rohrdurch­ messern, z. B. 200-500 mm, eine zuverlässige Schweißung zu erreichen, die nicht nur tropfdicht, sondern auch druckdicht ist.

Claims (3)

1. Elektrisch schweißbare Muffe aus einem thermoplastischen Kunststoff zum Verbinden von Leitungselementen mittels eines an der Innenwandung eines hülsenförmigen Muffen­ körpers in Windungen angeordneten Heizdrahtes, welche, auf Stutzen der zu verbindenden Leitungselemente aufge­ schoben, zusammen mit den Stutzen durch im Heizdraht er­ zeugte Wärme teilweise erweicht und mit diesem ver­ schweißt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß der Heizdraht (6) einen Wärmeausdehnungsko­ effizienten von weniger als 10 mal 10-6/K aufweist.
2. Muffe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Heizdraht (6) einen Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten von weniger als 2,0 mal 10-6/K aufweist.
3. Muffe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Heizdraht (6) einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
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