DE69404340T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Schweissmuffen die mit einem elektrischen Heizdraht versehen sind - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Schweißmuffen bzw. schmelzbaren Anschlußstücken (im folgenden "schmelzbare Anschlußstücke" genannt) für die Verbindung von Rohren.
• Im Stand der Technik sind schmelzbare Anschlußstücke oder Muffen bekannt, die einen elektrischen Heizwiderstand enthalten, welcher Widerstand, der mit einer geeigneten Zufuhrausrüstung verbunden ist, das Schmelzen des Anschlußstücks ermöglicht, nachdem das letztere am Ende von Röhren angebracht worden ist, um sie zu verbinden, wobei die Röhren auch aus einem geeigneten schmelzbaren Material bestehen, wie beispielsweise Polypropylen. Diese Anschlußstücke ermöglichen, daß vollkommene und hoch widerstandsfähige Verbindungen leicht erreicht werden.
• Die gleichmäßige Verteilung von Wärme über das gesamte Volumen des Abschnitts des schmelzbaren Anschlußstücks ist jedoch absolut nötig, um eine vollkommene Verbindung zu erhalten, und daher ist die genaue Anordnung des Widerstands in den Anschlußstücken von größter Wichtigkeit.
• Gewöhnlich ist ein solcher Widerstand in Form eines Drahtes mit relativ hohem spezifischen Widerstand hergestellt, der gewunden und in der Dicke der Wand des Anschlußstücks eingearbeitet ist. Zum Einarbeiten des Drahtes in das Anschlußstück wurde zuerst vorgeschlagen, den Draht entsprechend seiner Endkonfiguration anzuordnen, ihn in die Form für das Anschlußstück zu geben und das Kunststoffmaterial dahinein zu gießen.
• Theoretisch ist dieses Verfahren sehr einfach, aber praktisch ist seine Anwendung schwierig. Tatsächlich übt das in die Form eintretende flüssige Kunststoffmaterial Druck auf den Draht auf, was ihn verformt und von seinem idealen Ort weg bewegt.
• Bei einem Versuch, das obige Problem zu beseitigen, wurde die Herstellung des Anschlußstücks durch zwei Formschritte vorgeschlagen. Zuerst wird ein Träger für den Draht geformt, welcher Träger im allgemeinen in Form einer Muffe hergestellt wird, die eine Wand mit verringerter Dicke aufweist und mit einem spiralförmigen Kanal oder einer spiralförmigen Nut an ihrer Außenoberfläche versehen ist. Der Widerstandsdraht wird in diese Nut gelegt, und nachfolgend wird eine Kunststoffabdeckung auf die so erhaltene Teilmuffe geformt, wodurch eine Beschichtung auf der mit dem Draht versehenen Nutoberfläche ausgebildet und ein vollständiges Anschlußstück mit darin enthaltenem Draht erhalten wird. Durch dieses Verfahren treten Verschiebungen des Drahtes während des zweiten Formschrittes mit geringerer Wahrscheinlichkeit auf, da der Draht in die Führungsnuten eingesetzt ist. Zusätzlich zur Schwierigkeit, den Draht genau in die vorgeformte Nut zu legen, leidet diese Verfahren jedoch unter einem ernsten Nachteil.
• Tatsächlich muß die Nut notwendigerweise einen geringfügig größeren Querschnitt als der Draht haben, um das Einsetzen des Drahtes in die Nut zu ermöglichen. Dann kann aufgrund der Arbeitstoleranzen die Form des Nutenquerschnitts mit der Gestaltung des Drahtes nicht genau zusammenpassen. Somit gibt es zwischen den Nutenwänden und der Drahtoberfläche einen variablen Raum, der beim zweiten Formschritt Luft einschließt. Der sich ergebende Wärmewiderstand verhindert eine homogene Wärmeübertragung zwischen dem Leiterdraht und dem Kunststoffmaterial des Anschlußstücks. Daher treten Gußfehler auf, wenn das Anschlußstück angebracht wird.
• EP-A-0 055 891, EP-A-0 303 909 und JP-A-1 206 026 offenbaren Vorrichtungen, bei denen der Draht erwärmt wird, indem der Draht durch Heizeinheiten geführt wird, bevor er aufgewickelt wird.
• Folglich ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Probleme zu beseitigen, indem ein Verfahren und eine das Verfahren anwendende Vorrichtung, wie in den Ansprüchen 1 und 3 offenbart, zum Herstellen schmelzbarer Anschlußstücke bereitgestellt werden, die hohe Qualitäten hinsichtlich der Gleichmäßigkeit in der Verteilung des Drahtes und daher in der Verteilung von durch den Draht erzeugter Wärme zeigen.
• Im Hinblick auf die obige Aufgabe wurde in Übereinstimmung mit der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von schmelzbaren Anschlußstücken, die einen elektrischen Heizdraht in ihrer einen Wand aufweisen, ersonnen, das die Schritte des Herstellens eines hohlen Elements aus einem schmelzbaren Material und des Aufrollens des elektrischen Drahtes auf seiner Umfangsoberfläche umfaßt, wobei die aufzurollende Drahtstrecke auf eine Temperatur erwärmt wird, die ausreicht, um das Schmelzen des Materials des hohlen Elements zu ermöglichen, so daß die Drahtstrecke wenigstens teilweise in die Umfangsoberfläche des hohlen Elements eingegraben wird.
• Es wurde ebenfalls eine Vorrichtung zum Herstellen von Anschlußstücken erfunden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie Mittel zum Aufrollen eines Drahtes auf der Umfangsoberfläche eines aus schmelzbarem Material bestehenden, hohlen Elements, Heizmittel, die entlang des Weges der Bewegung des Drahtes, der aufgerollt wird, angeordnet sind, um ihn auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, um ein Schmelzen des Materials des hohlen Elements zu bewirken, so daß der Draht wenigstens teilweise in die Umfangsoberfläche des hohlen Elements selbst eingegraben wird.
• Zur besseren Erläuterung der neuartigen Prinzipien der vorliegenden Erfindung und der Vorteile, die sie im Vergleich zum Stand der Technik bietet, wird nachfolgend eine mögliche Ausführungsform derselben, die die Prinzipien in die Praxis umsetzt, mittels eines nicht einschränkenden Beispiels mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen angegeben, in welchen:
• Fig. 1 eine schematische und teilweise Draufsicht einer Maschine zum Aufrollen des Drahtes auf einen Träger ist, der den Kern des schmelzbaren Anschlußstücks bildet;
• Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Maschine ist;
• Fig. 3 eine Teilschnittansicht in Längsrichtung in vergrößertem Maßstab eines vollständigen Anschlußstücks ist, das durch Übernahme des hier beanspruchten Verfahrens hergestellt wurde.
• Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird erfindungsgemäß zuerst ein röhrenförmiges Element 10, vorteilhafterweise ein hohler Zylinder mit offenen Enden, hergestellt. Der Zylinder besitzt den gleichen Innendurchmesser wie den des zu erhaltenen Anschlußstücks und eine relativ dünne Wand (jedenfalls dünner als die Wand des fertigen Anschlußstücks). Die Außenoberfläche des Zylinders ist im wesentlichen glatt. Der Zylinder kann vorteilhafterweise zwei radiale Stufen 11, 12 aufweisen, die an seinen beiden Enden nach außen orientiert sind. Der Zylinder ist formgepreßt bzw. geformt und besteht aus einem bekannten schmelzbaren Kunststoffmaterial, das für die Abdichtungsfunktion geeignet ist, die vom Anschlußstück gefordert wird.
• Der Zylinder 10 ist auf einer von einem Elektromotor 14 zu einer Drehung anzutreibenden Spindel 13 angeordnet. Ein beweglicher Wagen 15 zum Führen eines auf dem Umfang des Tragzyinders 10 aufzuwickelnden Drahtes 16 ist parallel zur Zylinderachse und mit geeignetem Abstand davon angeordnet. Eine Bewegung des Wagens wird durch bekannte Bewegungsmittel erhalten, die beispielsweise eine Schrauben/Muttern- Kupplung (Verstellschraubenspindel) umfassen, bei der eine zur Zylinderachse parallele Schranbe 17 von einem Elektromotor 18 angetrieben wird. Somit ist eine Einrichtung zum Aufrollen des Drahtes auf dem zylindrischen Element erreicht.
• Bei Drehung des Zylinders 10 und gleichzeitigem und synchronisiertem Lauf des Wagens 15 wird der Draht um den Zylinder von einem seiner Enden zum anderen gewickelt, um Windungen zu bilden, die im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind. Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird der Draht, der aufgerollt wird, erwärmt, so daß er in die Zylinderoberfläche eingegraben wird. Durch geeignetes Einstellen von Zug und Temperatur des Drahtes wird ein kalibriertes bzw. abgemessenes Eingraben (beispielsweise im wesentlichen gleich dem Drahtdurchmesser) erhalten, so daß der Draht am Zylinder befestigt ist, ohne durch dessen Dicke hindurchzugehen. Da das Eingraben des Drahtes durch Schmelzen des Kunststoffmaterials stattfindet, paßt sich das Kunststoffmaterial in seiner Gestalt genau der Außenoberfläche des Drahtes an, ohne leere Räume zurückzulassen.
• Wenn der Aufrollschritt abgeschlossen ist, werden die Enden des aufgewickelten Drahtes abgeschnitten und vom Träger nach außen gebogen. Der Träger 10 kann dann einem Formschritt unterzogen werden, um wenigstens seine Außenoberfläche mit einer Schicht aus Kunststoffmaterial (gewöhnlich dem gleichen wie dem, das zur Herstellung des Zylinders verwendet wurde) abzudecken und somit das fertige Anschlußstück zu erhalten, das offensichtlich eine Form haben kann, die sich von der einer zylindrischen Muffe unterscheidet. Beispielsweise kann das fertige Anschlußstück die Form eines gebogenen Anschlußstücks, eines T-Verbindungsstücks oder anderer haben, wobei das zylindrische Element im Schmelzverbindungsbereich des Anschlußstücks enthalten ist.
• Wie in Fig. 3 gezeigt sind die Stufen 11 und 12 vorteilhaft, da sie einen seitlichen Halt für die auf der Oberfläche 10 geformte Schicht 21 bieten. Da der Draht im Kunststoffmaterial des Zylinders eingegraben ist, kann er sich während des Formschritts nicht aus der aufgerollten Position bewegen.
• Um geeignete Verbindungsanschlüsse für die Versorgung des Anschlußstücks zu bieten, können an die Enden des vom aufgewickelten Draht gebildeten Widerstands geklemmte Anschlüsse 22 vorgesehen sein.
• Wie in Fig. 3 gezeigt, können die Anschlüsse vorteilhafterweise vor dem Formen der zweiten Schicht 21 an den Drahtenden angebracht werden, so daß sie teilweise in jener enthalten sind und durch ihr Verbindungsende nach außen vorstehen. Die Schicht 21 kann um den Austrittspunkt des Anschlusses 22 herum Verstärkungsvorsprünge 23 aufweisen.
• Während verschiedene Techniken zum Erwärmen des Drahtes eingesetzt werden können, stellte sich ein elektrisches Heizen als vorteilhaft heraus, weil es das im Draht bereits vorhandene Merkmal des hohen spezifischen Widerstands nutzt, das zum Einbetten des Widerstands des Anschlußstücks verwendet wurde.
• Zu diesem Zweck läuft der Draht, bevor er auf den Wagen 15 trifft, in elektrischem Kontakt auf den Elementen 19, 20 für den elektrischen Kontakt, die sich an zwei mit Abstand voneinander angeordneten Stellen befinden, entlang des Weges der Bewegung des Drahtes. Vorteilhafterweise können die beiden Kontaktelemente aus zwei Rillenscheiben 19, 20 aus leitendem Material bestehen.
• Die beiden Kontaktelemente sind mit einem Stromgenerator 24 verbunden, so daß durch die Drahtstrecke dazwischen ein vorbestimmter elektrischer Strom fließt. Die Stromstärke und die Länge der Drahtstrecke sind so berechnet, daß bei gegebenem Wert des spezifischen Widerstandes des Drahtes ein geeignetes Erwärmen der Drahtstrecke erzeugt wird, die ausreicht, ein Schmelzen des Kunststoffmaterials des Zylinders zu bewirken, wenn der Draht nachfolgend aufgerollt wird.
• Wenn die Länge der Drahtstrecke gleich ist, hängt der Strom offensichtlich von der Laufgeschwindigkeit des Drahtes und schließlich von der Umdrehungsgeschwindigkeit und dem Durchmesser des Zylinders ab. Daher ist der Generator vorteilhafterweise ein variabler Generator, um eine Proportionalität zwischen der Stromstärke und der Laufgeschwindigkeit des Drahtes beizubehalten. Durch Bereitstellen eines variablen Stromgenerators 24 ist es daher möglich, die Aufrollmaschine anzupassen, um Anschlußstücke mit verschiedenen Durchmessern und mit Drähten herzustellen, die verschiedene Eigenschaften des elektrischen Widerstandes pro Einheitslänge zeigen.
• An dieser Stelle ist ersichtlich, daß die beabsichtigten Zwecke durch Bereitstellen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Herstellen von schmelzbaren Anschlußstücken mit guten und homogenen Eigenschaften erreicht wurden.
• Offensichtlich ist die obige Beschreibung, die die neuartigen Prinzipien der Erfindung anwendet, nur zu Zwecken der Veranschaulichung gegeben und darf daher nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung, wie hierin beansprucht, betrachtet werden.
• Beispielsweise kann die Aufrollmaschine weitere bekannte Vorrichtungen umfassen, wie Einrichtungen zum Einstellen des Drahtzuges, Drahtschneidemittel usw. Außerdem kann der zweite Formschritt neben der Außenoberfläche des Zylinders weitere Teile dessen betreffen. Der zweite Formschritt kann zum Beispiel die Zylinderoberflächen vollständig abdecken, wodurch eine äußere Hülle gebildet wird.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen von schmelzbaren Anschlußstücken, die einen elektrischen Heizdraht in ihrer einen Wand aufweisen, das die Schritte des Herstellens eines hohlen Elements aus einem schmelzbaren Material und des Aufrollens des elektrischen Drahtes auf seine Umfangsoberfläche umfaßt, wobei die aufzurollende Drahtstrecke auf eine Temperatur erwärmt wird, die ausreicht, um das Schmelzen des Materials des hohlen Elements zu ermöglichen, so daß die Drahtstrecke wenigstens teilweise in die Umfangsoberfläche des hohlen Elements mittels der erwärmten Drahtspannung eingegraben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen der Drahtstrecke durch einen elektrischen Strom erreicht wird, der durch ein Stück des Drahtes hindurchgeht, bevor er auf das hohle Element aufgerollt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das nach dem Eingraben des Drahtes den weiteren Schritt des Formens einer abdeckenden Beschichtung aus schmelzbarem Material, die die Enden des aufgewickelten Drahtes außerhalb läßt, auf wenigstens der Umfangsoberfläche des Tragelements umfaßt.

3. Vorrichtung zum Herstellen von schmelzbaren Anschlußstücken, die einen elektrischen Heizdraht in ihrer einen Wand aufweisen, die Mittel (13, 15) zum Aufrollen eines Drahtes (16) auf der Umfangsoberfläche eines aus schmelzbarem Material bestehenden, hohlen Elements (10) und Heizmittel (19, 20, 24) umfaßt, die entlang des Weges der Bewegung des Drahtes (16), der aufgerollt wird, angeordnet sind, um ihn auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, ein Schmelzen des Materials des hohlen Elements (10) zu bewirken, so daß der Draht wenigstens teilweise in die Umfangsoberfläche des hohlen Elements selbst eingegraben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel ein Paar mit Abstand voneinander angeordneter Elemente (19, 20) für den elektrischen Kontakt, auf denen der den Aufrollmitteln zugeführte Draht läuft und einen elektrischen Stromgenerator (24) umfassen, der zwischen den Kontaktelementen angeschlossen ist, um zu ermöglichen, daß der Strom durch die Drahtstrecke (16) fließt, die zwischen dem Paar von Kontaktelementen läuft (19, 20), bevor sie auf das hohle Element aufgerollt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufrollmittel eine Spindel (13) mit Motorantrieb, die das hohle Element (20) zur axialen Drehung antreibt, und Führungsmittel (15) für den Draht umfassen, wobei die Mittel axial zum hohlen Element (10) bewegbar sind, um dem hohlen Element Draht zuzuführen, der darauf in mit Abstand voneinander angeordneten Windungen angeordnet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (19, 20) Rollen sind, auf denen der Draht läuft.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtführungsmittel einen Führungswagen (15) umfassen, der entlang einer Führung (17) mit Motorantrieb beweglich ist, die parallel zur Achse des hohlen Elements angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromgenerator (24) vom variablen Typ ist und zur Beibehaltung einer Proportionalität zwischen der Stromstärke und der Laufgeschwindigkeit des Drahtes zwischen den Kontaktelementen eingestellt werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Element Zylinderform hat.