WO2001076851A1 - Schweissverbindung zwischen zwei polymer-teilen, insbesondere im rohrleitungs- und rohrarmaturbau - Google Patents

Schweissverbindung zwischen zwei polymer-teilen, insbesondere im rohrleitungs- und rohrarmaturbau Download PDF

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WO2001076851A1
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    • B29K2023/06PE, i.e. polyethylene
    • B29K2023/0608PE, i.e. polyethylene characterised by its density
    • B29K2023/065HDPE, i.e. high density polyethylene

Definitions

  • the invention relates to a welded joint of the type specified in the preamble of claim 1.
  • pipes or fittings e.g. Tapping fittings attached to pipes.
  • welding sleeves are used and in the latter case welding saddles.
  • One part has such highly heatable areas in the surface area that the polymer material melts, and is therefore to be referred to as the active “Nerbinding part”.
  • the other part to be connected to it by this melting process is passive, which is why it will be called “connecting part” in the following.
  • the connecting part had a metallic heating wire arranged on its surface at its connection points.
  • the heating wire heated the surrounding polymer material to above the melting temperature through the flow of current. Because the materials of both parts have an essentially identical crystallite temperature range, the molten masses flow into one another on the surface and later crystallize again after the temperature has fallen below the freezing point.
  • the welded connection achieved with this is remarkable, but there are faults due to the heating wire. A connection between the two parts is not possible at these defects.
  • Electrically conductive plastics are known. Fillers conducting electricity, for example graphite, are introduced into the polymer material. When these fillers are thermally activated, the viscosity of the polymer material occurs, but it is for a good weld connection of parts in the pipeline and
  • the invention has for its object to develop a reliable welded joint of the type mentioned in the preamble of claim 1, which is particularly inexpensive to manufacture and is nevertheless characterized by great strength. This is achieved according to the invention by the measures specified in the characterizing part of claim 1, which have the following special significance.
  • the invention proposes to use a second, special polymer material in the connecting part consisting of a first polymer material at the points that can be heated up to the melting temperature of the polymer.
  • first polymer and “second polymer” are to be used below for these materials.
  • This second polymer preferably consists of crosslinked polymers, in particular crosslinked polyethylene. This has no crystallization temperature range.
  • the thermally active fillers are in the matrix of this second polymer. When the fillers are thermally activated, the second polymer can be brought to such high temperatures without melting that the first polymer can melt well in both parts and flow into one another.
  • the crystalline areas of the first polymer dissolve and flow into the corresponding crystalline areas of the crosslinked second polymer and, after curing again, enter into crystalline compounds there, but between the first and second polymers. This ensures cohesion of the materials even at those points that are thermally activated. Defects in the welded connection therefore no longer occur in the invention.
  • crosslinked polymer material instead of crosslinked polymer material, one could also use a second polymer whose crystallite temperature range is significantly higher than that of the first polymer. In this case, too, the above-mentioned favorable results can be determined.
  • FIG. 2 shows the top view of a preliminary product integrated in the tapping fitting of FIG. 1,
  • FIG. 5a shows a cross section through the end product shown in FIG. 5 along the section line Va - Va there,
  • the “connecting part” consists of a tapping fitting 10, which is predominantly formed from polyethylene 11.
  • the tapping fitting 10 is to be welded to a pipe 20 consisting of PEHD which thus form the connection part for this welded connection.
  • the valve 10 has a saddle 12 which is adapted to the tube cross section and on which
  • a so-called welding disk 30 is integrated on the inside surface, the appearance of which in
  • the welding disk 30 here includes electrically heatable points that are up to the melting temperature of the polyethylene and
  • PEHD are heatable; which is explained in more detail with reference to the following FIGS. 2 to 7.
  • the welding disk 30 is a preliminary product, the appearance of which, as stated, results from FIG. 2. It comprises two continuous strands 31, 32 made of a cross-linked polyethylene 33, which forms the second polymer mentioned at the beginning.
  • a filler 34 which in the present case consists of a metallic powder which makes these strands 31, 32 electrically conductive, is introduced therein, indicated by dots.
  • the two strands 31, 32 are provided with two connections 35, 36, to which an electrical voltage is applied to the tapping fitting 10 via connection points (not shown).
  • the inner ends 37 of the two strands 31, 32 are connected to one another.
  • the production of this welding disk 30 takes place in the following process steps.
  • the two strands 31, 32 are first produced from the two-polymer 33 with the associated filler material 34 in their special arrangement shown in FIG. 2. 3 shows a section of this preliminary product 30.
  • the two strands 31, 32 are then fixed by spacers 38, which are made of a different material.
  • these spacers consist of webs 38, which fix a bifilar laying of these strands 31, 32.
  • the various essentially radial webs 38 consist of polyethylene, which corresponds to the polymer material 11 of the armature 10. These webs 38 can be combined in an inner ring 39.
  • the inner ring 39 has an annular opening 23 which is larger than or equal to the later drilling cross section of the fitting 10.
  • the preliminary product according to FIGS. 2 and 4 is introduced into a second injection mold, which is used to manufacture the valve 10. Then the polymer material 11 is poured into the mold and, after hardening, an end product of the fitting 10 with an integrated welding disk 30 is formed. The appearance of this end product is illustrated in detail in plan view in FIG. 5. A cross section of this can be seen in Fig. 5a. 5 and 5a, the webs 38 made of polyethylene have largely dissolved, as is shown by dash-dot lines in FIG. 5. The two webs 31, 32 are located in the surface area 15 of the fitting 10.
  • the welded connection according to FIG. 1 can now be carried out.
  • an electrical voltage is applied to the connection ends 35, 36.
  • the crystallization temperature range of the PE at 11 is approximately between 126 ° C. to 136 ° C.
  • the heating of the strands 31, 32 achieves welding temperatures of approximately 240 ° C., which lead to the melting of the first polymer 11 in FIGS. 10 and 21 lead in 20.
  • the crosslinked second polymer 33 does not melt, but remains solid. Special processes occur, which are to be illustrated schematically on the basis of the microstructure in FIG. 7.
  • a metal particle 34 which generates the current flow and thus the heating and is embedded in the second polymer 33 is shown, not to scale.
  • Fig. 7 shows the state after the melting process, it can also be used to illustrate the material nature of the starting materials.
  • the materials 21, 33 to be considered here include, in addition to amorphous regions, 25 PE chains 16 and 26, respectively, which crystallize below the crystallization region and produce crystallite regions.
  • the second material 33 differs from the PE 21 in that cross-connections 17 exist between the PE chains 16, which lead to the above-mentioned cross-linking of the second material 33. These PE chains 16, 26 are crucial for the liquefaction of the material. Because of its crosslinking 17, however, the second polymer 33 has no crystallization Area that could melt, but only decomposes at temperatures that are significantly above the melting temperature of PE at 240 ° C.
  • the preliminary product 40 which is also designed as a so-called “welding disk” for the tapping fitting of FIG. 1.
  • the preliminary product 40 consists exclusively of the previously described second polymer 33, namely strands 41, 42, 43, which has an essentially identical strand thickness 44, but a different strand width 45, 46, 47.
  • the strands 41 to 43 intersect at individual intersection points 48, 49, which merge into one another here and thereby ensure cohesion
  • This welding diskette 40 does not require the spacers 38 made of another polymer material described in connection with the first exemplary embodiment 30. This makes the diskette 40 easier to manufacture.
  • a further peculiarity of the diskette 40 according to FIGS. 8 and 9 is that an entire group 50 of relatively thin strands 43 runs at a small distance between middle strands 42, which in turn emanate from thick strands 41.
  • the thick strands 41 are each provided with one of the two aforementioned connection points 35, 36.
  • the group 50 of the thin strands 43 is namely electrically connected in parallel, which is why in these areas there is a particularly high current flow.
  • connections 35, 36 are predetermined.
  • the heat generated in the parallel strands 50 is proportional to the square of the voltage and inversely proportional to the total resistance. This total resistance drops because of the
  • the welding disk 40 according to FIGS. 8 and 9 has the following particularly simple structure.
  • the broad main strands 41 which have a low electrical resistance, consist of two rings 51, 52 which are nested inside one another.
  • the two rings 51, 52 have a circular shape and are concentric with one another.
  • An inner ring 51 and an outer ring 52 are formed.
  • Radial strands 53, 54 directed against the other ring 52, 51 each extend from these rings 51, 52.
  • the radial strand 53 starting from the inner circle 51 ends with a gap 55 in front of the outer ring 52.
  • a gap 56 is created between the inner end of the radial strand 54 starting from the outer ring 52 and the inner ring 51.
  • These radial strands 53, 54 consist of the aforementioned strands 42 medium width.
  • connection part polyethylene connection part polyethylene
  • first polymer saddle flange drilling cross section amorphous area in 33.
  • PE chain in33 Fig.7) cross connection between 16 in 33 (Fig.7) connecting chain between 33, 27 surface area of 10 (Fig.5a ) Pipe, connecting part PEHD of 20 polyethylene of 38 ring opening in 39

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Abstract

Bei einer Schweissverbindung zwischen zwei aus Polymermaterial bestehenden Teilen (10), die einen im wesentlichen gleichen Kristallisations-Temperaturbereich aufweisen, soll es auch im Bereich der bis zur Schmelztemperatur zu erwärmenden Stellen zu einer intensiven Verbindung kommen. Dazu wird vorgeschlagen, diese Stellen aus einem zweiten Polymermaterial (31, 32) zu bilden, welches in das erste Polymermaterial (11) integriert ist und keinen Schmelztemperaturbereich besitzt. Das zweite Polymermaterial (31, 32) kann sich daher bis zur Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials erwärmen. Ausserdem ist dieses zweite Polymermaterial (31, 32) mit thermisch aktivierbaren Füllstoffen versehen, welche die Erwärmung bewirken können. Damit schmiltz auch das erste Polymermaterial (11) und es kommt zu einer intensiven Durchmischung und Auskristallisation nach dem Erkalten. Es liegt eine überraschend feste Verbindung vor.

Description

Schweißverbindung zwischen zwei Polymer-Teilen, insbesondere im Rohrleitungsund Rohr armaturbau
Die Erfindung richtet sich auf eine Schweißverbindung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Mit solchen Schweißverbindungen werden Rohre untereinander oder Armaturen z.B. Anbohr armaturen an Rohren befestigt. Im erstgenannten Fall verwendet man Schweißmuffen und im zweitgenannten Fall Schweißsättel. Der eine Teil besitzt im Oberflächenbereich so hoch erwärmbare Stellen, dass das Polymermaterial schmilzt, und ist daher aktiver „Nerbindungsteil" zu bezeichnen. Der durch diesen Schmelzvorgang daran anzuschließende andere Teil ist passiv, weshalb er nachfolgend kurz „Anschlussteil" genannt werden soll.
Bei der bekannten Schweißverbindung besaß der Verbindungsteil an seinen Anschlussstellen einen oberflächig angeordneten metallischen Heizdraht. Durch Stromfluss erwärmte der Heizdraht das umgebende Polymermaterial bis über die Schmelztemperaturen. Weil die Materialien beider Teile einen im wesentlichen gleichen Kristallit-Temperaturbereich aufweisen, flössen die geschmolzenen Massen oberflächig ineinander und kristallisierten später, nach Unterschreiten der Einfriertemperatur wieder aus. Die damit erzielte Schweißverbindung ist zwar beachtlich, doch gibt es Störstellen durch den Heizdraht. An diesen Störstellen ist eine Verbindung zwischen den beiden Teilen nicht möglich.
Stromleitende Kunststoffe sind bekannt. Man führt den elektrischen Strom leitende Füllstoffe, z.B. Graphit, in das Polymermaterial ein. Bei der thermischen Aktivierung dieser Füllstoffe tritt zwar eine Viskosität des Polymermaterials ein, doch ist diese für eine gute Schweißverbindung von Teilen im Rohrleitungs- und
Rohr armaturbau viel zu niedrig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Schweißverbindung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu entwickeln, die besonders preiswert herzustellen ist und sich doch durch große Festigkeit auszeichnet. Dies wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Maßnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.
Die Erfindung schlägt vor, in dem aus einem ersten Polymermaterial bestehenden Verbindungsteil an den bis zur Schmelztemperatur des Polymers erwärmbaren Stellen ein zweites, besonderes Polymermaterial zu verwenden. Für diese Materialien sollen nachfolgend die Kürzel „Erstpolymer" und „Zweitpolymer" benutzt werden. Dieses Zweitpolymer besteht vorzugsweise aus vernetzten Polymeren, insbesondere vernetztem Polyäthylen. Dieses besitzt keinen Kristallisations-Temperaturbereich. Die thermisch aktiven Füllstoffe befinden sich in der Matrix dieses Zweitpolymers. Bei thermischer Aktivierung der Füllstoffe kann das Zweitpolymer, ohne zu schmelzen, auf so hohe Temperaturen gebracht werden, dass das Erstpolymer in beiden Teile gut schmelzen und ineinanderfließen kann. Die kristallinen Bereiche des Erstpolymers lösen sich auf und fließen in die entsprechenden kristallinen Bereiche des vernetzten Zweitpolymers ein und gehen dort, nach dem Aushärten wieder, in kristalline Verbindungen ein, allerdings zwischen dem Erst- und Zweitpolymer. Damit ist ein Zusammenhalt der Materialien auch an jenen Stellen sichergestellt, die thermisch aktiviert werden. Störstellen in der Schweißverbindung treten daher bei der Erfindung nicht mehr auf.
Anstelle von vernetztem Polymermaterial könnte man auch ein Zweitpolymer verwenden, dessen Kristallit-Temperaturbereich deutlich höher als derjenige des Erstpolymers ist. Auch in diesem Fall sind die genannten günstigen Ergebnisse festzustellen.
Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Schweißverbindung zwischen zwei Teilen, nämlich einer Anbohrarmatur aus Polyethylen einerseits und einem PEHD-Rohr andererseits,
Fig. 2 die Draufsicht auf ein bei der Anbohrarmatur von Fig. 1 integriertes Vorprodukt,
Fig. 3 bis 6, in Draufsicht schematisch und in Vergrößerung, ein Teilstück der die Schweißverbindung bewirkenden Stelle im Vorprodukt in vier aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten bis zum Endprodukt,
Fig. 5a einen Querschnitt durch das in Fig. 5 gezeigte Endprodukt längs der dortigen Schnittlinie Va - Va,
Fig. 6a, in Analogie zu Fig. 5a, schematische Querschnitte durch die
Schweißstelle der miteinander verbundenen Endprodukte gemäß Fig. 6, entlang der dortigen Schnittlinie Via - Via,
Fig. 7, schematisch, eine theoretische Deutung der im Schmelzbereich sich vollziehenden physikalischen Vorgänge, was aus einer extremen Vergrößerung der in Fig. 6a mit VII gekennzeichneten Stelle sich ergibt,
Fig. 8, in Analogie zu Fig. 2, auf eine alternative Ausführung eines
Vorprodukts und
Fig. 9, in Vergrößerung, ein Teilstück des in Fig. 8 gezeigten
Vorprodukts.
Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 besteht der „Verbindungsteil" aus einer Anbohrarmatur 10, die überwiegend aus Polyethylen 11 gebildet ist. Die Anbohrarmatur 10 soll an einem aus PEHD bestehendes Rohr 20 angeschweißt werden, die somit den Anschlussteil für diese Schweißverbindung bilden. Dazu besitzt die Armatur 10 einen dem Rohrquerschnitt angepassten Sattel 12, an dessen
Innenfläche eine sogenannte Schweiß diskette 30 integriert ist, deren Aussehen, in
Draufsicht, aus Fig. 2 zu entnehmen ist. Dem Sattel 12 ist eine nicht näher gezeigte .
Gegenschale zugeordnet. Diese Gegenschale wird über mechanische
Befestigungsmittel mit dem Sattel 12 verbunden, wofür der Sattel randseitig mit
Flanschen 13 versehen ist. Die Schweiß diskette 30 umfasst hier elektrisch erwärmbare Stellen, die bis über die Schmelztemperatur des Polyethylens und des
PEHD erwärmbar sind; was anhand der nachfolgenden Fig. 2 bis 7 näher erläutert wird.
Die Schweiß diskette 30 ist ein Vorprodukt, dessen Aussehen sich, wie gesagt, aus Fig. 2 ergibt. Sie umfasst zwei durchgehende Stränge 31, 32 aus einem vernetzten Polyethylen 33, welche das eingangs erwähnte Zweitpolymer bildet. Darin ist, durch Punkte angedeutet, ein Füllstoff 34 eingebracht, der im vorliegenden Fall aus einem metallischen Pulver besteht, welches diese Stränge 31, 32 elektrisch leitfähig macht. Dazu sind die beiden Stränge 31, 32 mit zwei Ans chlus senden 35, 36 versehen, an welche über nicht näher gezeigte Anschlussstellen an der Anbohrarmatur 10 eine elektrische Spannung angelegt wird. Die Innenenden 37 der beiden Stränge 31, 32 sind miteinander verbunden. Die Herstellung dieser Schweiß diskette 30 vollzieht sich in folgenden Verfahrensschritten.
In einer ersten Spritzgussform werden zunächst die beiden Stränge 31, 32 in ihrer besonderen, aus Fig. 2 ersichtlichen Legung aus dem Zweipolymer 33 mit zugehörigem Füllmaterial 34 erzeugt. Die Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus diesem Vorprodukt 30. In der nächsten Verfahrensstufe werden dann die beiden Stränge 31, 32 durch Abstandhalter 38 festgelegt, die aus einem anderen Material bestehen. Diese Abstandhalter bestehen, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, aus Stegen 38, welche eine Bifilarlegung dieser Stränge 31, 32 fixieren. Die diversen im wesentlichen radialen Stege 38 bestehen aus Polyethylen, das dem Polymermaterial 11 der Armatur 10 entspricht. Diese Stege 38 können in einem Innenring 39 zusammengefasst sein. Der Innenring 39 hat eine Ringöffnung 23 die größer/gleich dem späteren Bohrquerschnitt der Armatur 10 ausgebildet ist. Das Vorprodukt gemäß Fig. 2 bzw. 4 wird in eine zweite Spritzgussform eingebracht, die zur Herstellung der Armatur 10 dient. Dann wird das Polymermaterial 11 in die Form eingefüllt und es entsteht, nach dem Aushärten, ein Endprodukt der Armatur 10 mit integrierter Schweiß diskette 30. Das Aussehen dieses Endprodukts ist, in Draufsicht, in Fig. 5 ausschnittweise verdeutlicht. Ein Querschnitt daran ist in Fig. 5a zu erkennen. In diesem Endprodukt von Fig. 5 bzw. 5a haben sich die Stege 38 aus Polyethylen weitgehend aufgelöst, wie durch Strich- Punkt-Linien in Fig. 5 verdeutlicht ist. Die beiden Stege 31, 32 befinden sich im Oberflächenbereich 15 der Armatur 10.
Nach dem mechanischen Zusammenbau der Armatur 10 mit dem Rohr 20 kann nun die Schweißverbindung gemäß Fig. 1 ausgeführt werden. Dazu wird, wie bereits erwähnt wurde, eine elektrische Spannung den Anschlussenden 35, 36 angelegt. Wegen des Füllmaterials 34 kommt es nun zum Stromfluss in Richtung der Stränge 3 1, 32, der zu einer Erwärmung des vernetzten Zweitpolymers 33 führt, die deutlich höher als der Kristallisations-Temperaturbereich des Erstpolymers 11 liegt. Der Kristallisations-Temperaturbereich des PE bei 11 liegt ca. zwischen 126° C bis 136° C. Es werden durch die Erwärmung der Stränge 31, 32 Schweißtemperaturen von ca. 240° C erreicht, die zum Schmelzen des Erstpolymers 1 1 in 10 und 21 in 20 führen. Das vernetzte Zweitpolymer 33 schmilzt dabei nicht sondern es bleibt fest. Es treten besondere Vorgänge ein, die schematisch anhand der MikroStruktur von Fig. 7 verdeutlicht werden sollen.
In Fig. 7 ist, in nicht maßstäblicher Weise, ein den Stromfluss und damit die Erwärmung erzeugendes Metallpartikel 34 gezeigt, welches in dem Zweitpolymer 33 eingebettet liegt. Fig. 7 zeigt zwar den Zustand nach dem Schmelzvorgang, doch kann daran auch die materielle Beschaffenheit der Ausgangsmaterialien verdeutlicht werden. Die hier zu betrachtenden Materialien 21, 33 umfassen neben amorphen Bereichen 25 PE-Ketten 16 bzw. 26, die unterhalb des Kristallisations-Bereichs kristallisieren und Kristallit-Bereiche erzeugen. Das Zweitmaterial 33 unterscheidet sich vom PE 21 dadurch, dass Querverbindungen 17 zwischen den PE-Ketten 16 bestehen, welche zu der erwähnten Vernetzung des Zweitmaterials 33 führen. Diese PE-Ketten 16, 26 sind für die Verflüssigung des Materials entscheidend. Das Zweitpolymer 33 besitzt aber wegen seiner Vernetzung 17 keinen Kristallisations- Bereich, der schmelzen könnte, sondern zersetzt sich erst bei Temperaturen, die deutlich oberhalb der Schmelztemperatur von PE bei 240° C liegen.
Beim Sch elzvorgang lösen sich die kristallinen Bereiche mit ihren langen Ketten 26 des PE-Materials 21 auf, fließen in den Nachbarbereich 11 über und es entstehen durchgehende in Fig. 7 mit 18 bzw. 28 bezeichnete , Verbindungsketten, die einen Mischkristall 27 entstehen lassen. Die Kristallisation erfolgt bei PE sehr schnell, nämlich innerhalb von einigen Sekunden. In den Mischkristallen 27 werden die PE- Ketten 16, 26 der beiden Materialien 21, 33 sehr stark zusammengehalten. Es kommt eine Schweißverbindung auch im Bereich der Linearzonen 31, 32 zustande, was im Schweißprodukt von Fig. 6 und 6a durch Schraffur schematisch verdeutlicht worden ist.
Die Fig. 8 und 9 zeigt ein alternatives Vorprodukt 40, welches ebenfalls als sogenannte „Schweiß diskette" für die Anbohrarmatur von Fig. 1 ausgebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel besteht das Vorprodukt 40 ausschließlich aus dem bereits beschriebenen Zweitpolymer 33, nämlich aus Strängen 41, 42, 43, die zwar eine im wesentlichen gleiche Strangdicke 44, aber eine zueinander unterschiedliche Strangbreite 45, 46, 47 besitzt. Die Stränge 41 bis 43 schneiden sich an einzelnen Kreuzungspunkten 48, 49, die hier einstückig ineinander übergehen und dadurch für den Zusammenhalt sorgen. Bei dieser Schweiß diskette 40 sind nicht de im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel 30 beschriebenen Abstandhalter 38 aus anderem Polymermaterial erforderlich. Damit ist die Herstellung der Diskette 40 einfacher.
Eine weitere Besonderheit der Diskette 40 gemäß Fig. 8 und 9 besteht darin, dass eine ganze Schar 50 relativ dünnen Strängen 43 in kleinem Abstand zwischen mittleren Strängen 42 verläuft, die dann ihrerseits von dicken Strängen 41 ausgehen. Die dicken Stränge 41 sind, wie am besten aus Fig. 8 zu ersehen ist, mit jeweils einem der beiden vorerwähnten Anschlussstellen 35, 36 vorgesehen. Bei Stromfluss werden die dünnen Stränge 43 besonders stark erwärmt, weshalb in diesen, in Fig. 8 mit 29 gekennzeichneten Feldern die maßgebliche Wärme zum Schmelzen des Primärmaterials beim späteren Gebrauchsfall stattfindet. Die Schar 50 der dünnen Stränge 43 ist nämlich elektrisch parallel geschaltet, weshalb in diesen Bereichen ein besonders hoher Stromfluss sich ergibt. Die angelegte Spannung an den
Anschlüssen 35, 36 ist nämlich vorgegeben. Die erzeugte Wärme in den parallel geschalteten Strängen 50 ist proportional dem Quadrat der Spannung und umgekehrt proportional dem Gesamtwiderstand. Dieser Gesamtwiderstand sinkt wegen der
Vielzahl der parallel geschalteten Stränge 43 in den einzelnen Feldern 29. Es kommt zu einer besonders schnellen und intensiven Verschmelzung zwischen den beiden
Produkten 10, 20 gemäß Fig. 1.
Die Schweiß diskette 40 gemäß Fig. 8 und 9 hat folgenden besonders einfachen Aufbau. Die einen geringen elektrischen Widerstand aufweisenden breiten Hauptstränge 41 bestehen aus zwei Ringen 51, 52, die ineinandergeschachtelt sind. Im vorliegenden Fall haben die beiden Ringe 51, 52 Kreisform und liegen zueinander konzentrisch. Es entsteht ein Innenring 51 und ein Außenring 52. Von diesen Ringen 51, 52 gehen jeweils gegen den anderen Ring 52, 51 gerichtete Radialstränge 53, 54 aus. Der vom Innenkreis 51 ausgehende Radialstrang 53 endet mit einer Lücke 55 vor dem Außenring 52. In spiegelbildlicher Weise entsteht eine Lücke 56 zwischen dem inneren Ende des vom Außenring 52 ausgehenden Radialstrangs 54 gegenüber dem Innenring 51. Diese Radialstränge 53, 54 bestehen aus den vorerwähnten Strängen 42 mittlerer Breite. An diesen Radialsträngen 53, 54 sitzen jeweils die Enden einer Schar von Nebensträngen 53, welche eine schmale Strangbreite aufweisen und einen hohen Widerstand besitzen, der sich bei Stromfluss im Gebrauchsfall besonders stark erwärmt.
Bezugszeichenliste:
Anbohr armatur, Verbindungsteil Polyethylen, Erstpolymer Sattel Flansch Bohrquerschnitt amorphen Bereich in 33. (Fig.7) PE-Kettein33 (Fig.7) Querverbindung zwischen 16 in 33 (Fig.7) Verbindungskette zwischen 33, 27 Oberflächenbereich von 10 (Fig.5a) Rohr, Anschlussteil PEHD von 20 Polyethylen von 38 Ringöffnung in 39
amorphen Bereich von 21 PE-Ketten von 21 Mischkristall Verbindungskette zwischen 21, 27 Feld von 40 aus 50 Schweiß diskette, Vorprodukt erster Strang zweiter Strang vernetztes Polymermaterial, Zweitpolymer Füllmaterial in 33, Metallpulver, Metallpartikel Anschlussstelle von 31 bzw.51 Anschlussstelle von 32 bzw.52 verbundenes Innenende von 31, 32 Abstandhalter zwischen 31, 32, Steg Innenring alternatives Vorprodukt, Schweiß diskette breiter Hauptstrang mittlerer Hauptstrang schmaler Nebenstrang Strangdicke von 41 bis 43 Strangbreite von 41 Strangbreite von 42 Strangbreite von 43 Kreuzungspunkt zwischen 42, 43 Kreuzungspunkt zwischen 42, 41 Schar von 43 Kreis aus 41, Innenring Kreis aus 41, Außenring Radialstrang an 51 Radialstrang an 52 Lücke zwischen 53, 52 Lücke zwischen 54, 51

Claims

Patentansprüche :
1.) Schweißverbindung zwischen zwei aus Polymermaterial (11, 21) bestehenden Teilen (10, 20), insbesondere im Rohrleitungs- und Rohr armaturbau,
wobei das Polymermaterial (11, 21) beider Teile (10, 20) einen im wesentlichen gleichen Kristallisations-Temperaturbereich besitzt,
nämlich einerseits einem aktiven Verbindungsteil (10), wie einem Schweißfitting, welcher im Oberflächenbereich (19) bis zur Schmelztemperatur des Polymers (11) erwärmbare Stellen (31, 32) aufweist,
und andererseits aus einem daran anzuschließenden, passiven Anschlussteil (20), wie einem PEHD-Rohr,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die erwärmbaren Stellen im Verbindungsteil (10) aus einem zweiten Polymermaterial (Zweitpolymer 33) bestehen, welches keinen Kristallisations- Temperaturbereich besitzt oder dessen Kristallisations-Temperaturbereich höher als die Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials (Erstpolymers 11; 21) ausgebildet ist,
und dass das Zweitpolymer (33) thermisch aktivierbare Füllstoffe (34) beinhaltet.
2.) Schweißverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erstpolymer (11; 21) aus Polyethylen und das Zweitpolymer (33) aus vernetztem Polyethylen bestehen.
.) Schweißverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem thermisch aktivierbaren Füllstoff (34) versehene Zweitpolymer (33) ein flächenförmiges Vorprodukt (40) bildet, welches im Gebrauchsfall im Erstpolymer (11) des Verbindungsteils (10) integriert ist,
dass das Zweitpolymer (33) in Strangform (41 bis 43) im Vorprodukt (40) verläuft und an zwei Stellen (35, 36) des Strangs (41) die elektrische Spannung im Anwendungsfall angelegt ist
und dass die Fläche des Vorprodukts (40) in mehrere Felder (29) mit einer Schar (50) von beabstandeten Strängen (43) gegliedert ist, welche zueinander elektrisch parallel geschaltet sind.
4.) Schweißverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorprodukt (40) zwei Hauptstränge (41) aufweist, von denen der eine (41) den einen Anschluss (35) für die elektrische Spannung und der andere (41) den anderen Anschluss (36) kontaktiert,
dass wenigstens zwischen Teilen dieser beiden Hauptstränge (41) eine Schar (50) von Nebensträngen (43) parallel geschaltet ist
und die parallel geschalteten Nebenstränge (43) bei Stromfluss im Gebrauchsfall die maßgeblichen erwärmbaren Stellen im aktiven Verbindungsteil (11) bilden.
5.) Schweißverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenstränge (43) im wesentlichen zueinander parallel verlaufen.
6.) Schweißverbindung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenstränge (43) einen größeren elektrischen
Widerstand als die Hauptstränge (41) aufweisen.
7.) Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt- und Nebenstränge (41; 43) zwar im wesentlichen die gleiche Strangdicke (44), aber wenigstens bereichsweise eine unterschiedliche Strangbreite (45, 47) aufweisen.
Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hauptstränge (41) aus zwei Ringen (51, 52) besteht, die im flächenförmigen Vorprodukt (40) ineinander geschachtelt liegen und einerseits einen Außenring (52) und andererseits einen Innenring (51) bilden,
dass zwar von jedem der beiden Ringe (51, 52) gegeneinander weisende Radialstränge (53, 54) ausgehen, aber die Radialstränge (53, 54) des einen Rings (51; 52) nicht (55, 56) den anderen Ring (52; 51) kontaktieren,
und dass zwischen zwei benachbarten Radialsträngen (53, 54) jeweils eine Schar (50) von Nebensträngen (43) verläuft.
9.) Schweißverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe eine von einem Kreis abweichende unrunde Ringform aufweisen.
10.) Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Abschnitte der Stränge (51, 52, 53) sich wenigstens bereichsweise kreuzen und an den Kreuzungspunkten (48, 49) einstückig zu s ammenhäng en und dass die Kreuzungspunkte (48, 49) für den flächenförmigen
Zusammenhalt der Stränge (41, 42, 43) im Vorprodukt (40) sorgen.
11.) Schweißverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem thermisch aktivierbaren Füllstoff (34) versehene Zweitpolymer (33) ein flächenförmiges Vorprodukt (30) bildet, welches im Gebrauchsfall im Erstpolymer (119 des aktiven Verbindungsteils (10) integriert ist,
dass das Zweitpolymer (33) im Vorprodukt (30) aus zwei durchgehenden Strängen (31, 32) besteht, die im Abstand zueinander angeordnet sind,
und dass das eine Strangende (Innenende 37) der beiden Stränge (31, 32) miteinander verbunden ist, während an den beiden anderen Strangenden (Anschlussenden 35, 36), eine elektrische Spannung anlegbar ist.
12.) Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffe aus Partikeln (34) bestehen, die den elektrischen Strom leiten.
13.) Schweißverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff Ruß ist.
14.) Schweißverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff Metallpulver (34), Metallspäne und/oder Metallfasern umfasst.
15.) Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff aus hochfrequenz-aktiven Stoffen bzw. Partikeln gebildet ist.
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