DE2710998A1

DE2710998A1 - Elektrisch schweissbare muffe aus einem thermoplastischen kunststoff

Info

Publication number: DE2710998A1
Application number: DE19772710998
Authority: DE
Inventors: Werner Sturm
Original assignee: Von Roll AG
Current assignee: WAVIN AG SUBINGEN CH
Priority date: 1976-03-22
Filing date: 1977-03-14
Publication date: 1977-10-06
Also published as: FR2497916A1; FR2345652B1; DE2710998C2; NL7702933A; FR2345652A1; GB1573951A; DE2760064C2; AT359791B; IT1075359B; SE7703190L; FR2497916B1; DE2760064A1; US4117311A; ATA191477A

Description

Werner Sturm, Häqendorf

(Schweiz)

VON ROLL AG, Gerlafingen

(Schweiz)

Elektrisch schweissbare Muffe aus einem thermoplastischen Kunststoff.

Die Erfindung betrifft eine elektrisch schweissbare Mufi'e aus einem thermoplastischen Kunststoff mit einem im Bereich der Innenwandung eines hUlsenförmigen Muffenkörpers angeordneten elektrischen Widerstandheizdraht zur Herstellung von Schweissverbindungen an Rohrstutzen und Leitungen, FormstUcken und Ventilen.

Zur Erstellung von Leitungsnetzen unter Verwendung von Leitungen, Formstücken und Ventilen aus thermoplastischem Kunststoff müssen die einzelnen Teile miteinander verbunden werden. Für solche Verbindungen werden vor allem Schweissverbindungen verwendet. Eine besondere Art der Schweissverbindung besteht darin, dass auf die zu verbindenden Rohrstutzen eine hülsenförmige Schweissmuffe mit im Muffenkörper eingelegten Widerstandheizdraht geschoben wird, worauf der Widerstandheizdraht elektrisch aufgeheizt wird, so dass sich sowohl das Material der Rohrstutzen als auch der Muffe teilweise erweicht und zusammenfliesst, bis «ine innige Verbindung und nach dem Erkalten eine gas- und

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* V.

flüssigkeitsdichte Schweissstelle entsteht.

Zum Schweissen solcher Schweissmuffen werden Schweissgeräte, die entweder mit Kleinspannungen, d.h. bis etwa 50 Volt, oder mit Netzspannung arbeiten, verwendet; bei den zweitgenannten Schweissgeräten werden die Muffen mit Spannungen unter 185 Volt effektiv betrieben. Der Grund hierzu liegt darin, dass die Schweiss- und Dosiergeräte Schwankungen der Netzspannung ausregeln sollen.. Der durch die verwendeten Schweiss- und Dosiergeräte verbundene Aufwand an elektrischen Bauteilen, insbesondere bei den Geräten zum Ausregeln von Netzspannungsschwankungen, ist erheblich, weshalb sie für den Einsatz an Baustellen nicht besonders geeignet sind; die Folge sind oftmals Störungen in den genannten Geräten, wodurch Fehlschweissungen vorkommen können. Zudem müssen bei den bekannten Schweiss- und Dosiergeräten die Schweisszeiten sehr genau eingehalten werden. Dies setzt andererseits wieder voraus, dass die bekannten Schweissmuffen, bei denen der Widerstandsbereich der in den Muffenkörper eingelegten Netzdrähte je nach der Grosse des Durchmessers der Verbindung von etwa 0,1 - 30 Ohm variiert, eine nicht zu weit von der zugrundegelegten Normaltemperatur abweichende Temperatur aufweisen sollten, andernfalls mit Fehlschweissungen gerechnet werden muss, beispielsweise bei zu tiefer Muffentemperatur mit unvollständiger Verschweissung der Teile. Der Möglichkeit von Fehlschweissungen kann zwar dadurch etwas begegnet werden, dass dem Muffenkörper eine Schrumpfreserve, z.B. durch Aufweiten, erteilt wird. Damit wird erreicht, dass beispielsweise bei ungenügender Verschweissung wenigstens eine Schrumpfverbindung der Teile vorliegt, die zwar gegebenenfalls bei drucklosen Leitungsnetzen und bei Fehlen von zusätzlichen Beanspruchungen ausreichend sein kann, nicht jedoch bei druckbeaufschlagten und unter Spannung stehenden Leitungsnetzen.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Muffe

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der eingangs beschriebenen Art so zu gestalten, dass für ihre Verwendung keine komplizierten Schweiss- und Dosiergeräte erforderlich sind, die Muffen jedoch so auslegbar sind, dass Fehlschweissungen praktisch vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass der Widerstandheizdraht durch einen direkten und bezüglich Stromstärke und Spannung ungesteuerten Anschluss an ein elektrisches Netz anschliessbar ist, wobei der Widerstand des Widerstandheizdrahtes einen dem Durchmesser der Muffe angepassten Wert aufweist, der mit zunehmendem Muffendurchmesser abnimmt.

Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung beispielsweise dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte Schweissmuffe,

Fig. 2 eine vergrösserte Darstellung eines Teils der Schweissmuffe nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung wie in Fig. 2, jedoch für eine Schweissmuffe mit einem Fühler,

Fig. 4 eine Darstellung wie in Fig. 2, jedoch für eine weitere Schweissmuffe mit einem Fühler,

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer im Anschluss der Schweissmuffe angeordneten Schaltvorrichtung und

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der im Anschluss der Schweissmuffe angeordneten Schaltvorrichtung.

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- ft.

Die Erfindung geht von der Ueberlegung aus, dass der bei bekannten Schweissmuffen erforderliche verhältnismässig grosse apparative Aufwand durch die genaue Regelung der der Schweissmuffe zuzuführenden Schweissenergie bedingt ist. Es besteht bei weniger genauer Regelung die Gefahr, dass eine Ueberheizung, insbesondere bei kleinen Schweissmuffen, oder eine zu geringe Erwärmung, insbesondere bei grossen Schweissmuffen, stattfindet. Wird dagegen der Durchmesser des Widerstandheizdrahts wesentlich kleiner als bei bekannten Schweissmuffen und zudem in Abhängigkeit vom Durchmesser der Schweissmuffe gewählt, so kann unter Einhaltung einer annähernd konstanten spezifischen Heizleistung, d.h. der Heizleistung pro Volumen- oder Verbindungsflächeneinheit der Schweissmuffe, der Widerstand des Heizdrahts verhältnismässig hoch gewählt werden. Dadurch wirken sich Aenderungen des Widerstands verhältnismässig geringfügiger auf den Wert der zugeführten Heizenergie aus, so dass es genügt, die der einzelnen Schweissmuffe zugeführte Heizenergie allein durch die Schweisszeit festzulegen. Hierbei ist es zweckmässig, für die Schweisszeit der Schweissmuffen verschiedener Durchmesser, jedoch der gleichen Nenndruck-Stufe, den gleichen Zeitwert, z.B. 60 Sekunden, festzulegen.

Bei extremen Einsatzbedingungen für die Schweissmuffen, z.B. an Baustellen, kann es erforderlich sein, die Feststellung einer einwandfreien Schweissung noch mit anderen Mitteln vorzunehmen, z.B. durch einen Indikator, der bei Erreichen der richtigen Temperatur in eine andere Farbe umschlägt, oder durch einen sich verformenden Fühler, siehe Fig. 3 und 4.

Unter der Annahme einer gleichbleibenden Schweisszeit für die Schweissmuffen einer Nenndruck-Stufe und annähernd konstanter spezifischer Heizleistung sind die Kenndaten der Schweissmuffen einer Nenndruck-Stufe aus der nachstehenden Tabelle, die eine praktisch erprobte Muffenreihe darstellt, zu entnehmen.

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Vorzugswelse wird als Widerstandheizdraht ein Kaltleiter verwendet, der bei niedrigeren Temperaturen eine grössere Leitfähigkeit als bei höheren Temperaturen aufweist. Werden Schweissntuffen mit solchen Drähten bei kalten Temperaturen verwendet, erfolgt eine grössere Wärmeabgabe an den Muffenkörper, so dass auch bei diesen ungünstigen Voraussetzungen eine einwandfreie Schweissverbindung erreicht wird.

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Muffe

Nennweite

mm

Hei zdrahtv;ider stand Ohm

Heizleistung Watt

Heizdraht-Durchmesser für
"Isazin" "Nikrothal 20"
mm mm

	40
	50
O	63
(O
OD	75
O	90
O -O	110
IS)
co	125
	160

264,1 216,3 171,2 145,8 115,85 90,48 68,88 53,19

183,2

223,7

282,7

332,0

417,80

534,93

702,65

909,84

0,05	0,09
0,06	0,11
0,07	0,14
0,09	0,16
0,12	0,20
0,15	0,27
0,18	0,35
0,25	0,45

O CO CD CO

Bei den beiden erwähnten Heizdrahtmarken ist die Zusammensetzung:

"Isazin" 77% Cu, 21% Ni, 2% Mn

"Nikrothal 20" 20% Ni, 25% Cr, Fest Fe

Es können auch andere Werkstoffe für den Widerstandheizdraht Verwendung finden, von denen eine grosse Zahl im Handel erhältlich ist, deren spezifischer Widerstand in weiten Grenzen variiert, z.B. zwischen 0,3 Ohm nun /m und etwa 1,3 Ohm mm /m. Wesentlich ist jedoch, dass der Durchmesser des Heizdrahtes kleiner gewählt wird, als dies bei den bekannten Schweissmuffen der Fall ist. Aus der vorstehenden Tabelle ist zu entnehmen, dass der Durchmesser des Widerstandheizdrahtes mit zunehmendem Durchmesser der Schweissmuf fe zunimmt, während der Gesamtwiderstand des Heizdrahtes mit zunehmendem Durchmesser der Schweissmuffe abnimmt. Die Aenderung des Gesamtwiderstands des Heizdrahtes in Abhängigkeit vom Durchmesser der Schweissmuffe kann auch dadurch erreicht werden, dass der Durchmesser des Widerstandheizdrahtes praktisch unverändert bleibt, jedoch unterschiedliche Materialien für die einzelnen Heizdrähte verwendet werden. So zeigt die vorstehende Tabelle, dass für die Schweissmuffe mit Nennweite 40 bzw. 75 ein Heizdraht aus "Nikrothal 20" bzw. "Isazin", beide mit 0,09 mm Drahtdurchmesser, verwendet werden kann, um die gewünschten Widerstände zu erreichen. In gleicher Weise kann für die anderen Nennweiten durch Wahl anderer Werkstoffe der gleiche Drahtdurchmesser erreicht werden.

In Fig. 1 und 2 ist eine Schweissmuffe, wie sie vorstehend beschrieben wurde, dargestellt. Sie weist einen Muffenkörper 1 auf, in welchem an der innenseitigen Umfangsflache 2 oder in der Nähe derselben eine Wicklung 3 eines elektrischen Widerstandheizdrahtes angeordnet ist. An der Aussenumfangsflache 4 des Muffenkörpers 1 sind zwei Vertiefungen 5 angeordnet, in denen sich je ein Ende der Heizdrahtwicklung 3 in Form eines Kontaktstiftes 6 befindet. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die einzelnen Windungen der Heizdrahtwicklung 3 mit einem dazwischenliegenden Abstand a

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angeordnet. Dieser Abstand wird zweckmässig unabhängig von der Grosse der Schweissmuffe etwa konstant gehalten, da der Wärmefluss im Muffenkörper 1 sich unabhängig von der Schweissmuffengrösse ausbildet. Wie bereits erwähnt, steht der Drahtdurchmesser d des Widerstandheizdrahtes in einem bestimmten Verhältnis zum Muffendurchmesser D, welch¹ letzterer Wert etwa der Nennweite plus der doppelten Wandstärke des Rohrstutzens der zu verschweissenden Rohrteile entspricht.

Zur Kontrolle, ob eine einwandfreie Verschweissung einer Verbindung vorliegt, wird die benötigte Schweissenergie ermittelt und diese in einer bestimmten Zeit der Verbindungsstelle zugeführt. Durch Kontrolle der Schweissenergie und der Schweisszeit kann eine genaue Dosierung erreicht werden. Trotzdem kann hierdurch eine etwaige verbleibende Spaltstelle nicht festgestellt werden. Zudem sollte die Schweissenergie zusätzlichen Faktoren, z.B. der Aussentemperatur, angepasst werden.

Durch den bereits erwähnten Indikator kann zwar die Zuführung einer bestimmten Schweissenergie vereinfacht werden, doch kann auch in diesem Falle das Vorliegen einer Spaltstelle nicht festgestellt werden. Wenn demnach eine Schweissung auf Vollständigkeit kontrolliert werden soll, d.h. ob in der Schweisszone keine Spaltstelle besteht, so sind andere Mittel einzusetzen.

Die in Fig. 3 und 4 teilweise dargestellte Verbindung umfasst zwei Rohrstutzen 23, von denen nur einer teilweise dargestellt ist, und die darübergeschobene Schweissmuffe mit einem hülsenförmigen Muffenkörper 1. Wegen der Toleranzen der zu verbindenden Teile ist die Bildung eines Spaltes 22 unvermeidlich. Damit eine einwandfreie Schweissung erreicht wird, muss der Spalt 22 am ganzen Umfang ausgefüllt sein. Dies wird durch das teilweise Schmelzen des Materials der Rohrstutzen 23 und des Muffenkörpers 1 erreicht; sowohl das thermoplastische Material als auch das Wicklungsmaterial erleidet eine temperaturabhängige Volumenvergrosserung, die bei

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nicht zu grossem Spalt 22 einen geringen Druck erzeugt. Dadurch wird der unmittelbar über der Wicklung angeordnete Fühlerstift 20 bewegt, dessen Wurzel sich im Bereich der erweichenden Schmelzzone, d.h. in der Nähe der Wicklung 3, befindet.

Besonders zuverlässig ist diese Art der Ueberwachung des Schweissvorgangs, wenn dem Muffenkörper 1 eine Schrumpfreserve erteilt wird, z.B. durch Ausweiten desselben. Durch das teilweise Erweichen des Muffenkörpers 1 wird die Schrumpfreserve gelöst, und der Muffenkörper zieht sich zusammen und legt sich gegen die Rohrstutzen 23, wodurch im Spalt 22 ein zusätzlicher Druck erzeugt wird, der sich in einer entsprechenden Verformung des Fühlerstiftes 20 äussert. Wenn aus irgendwelchen Gründen, z.B. wegen zu grosser Toleranzen, der Spalt 22 nicht vollständig ausgefüllt wird, so entsteht auch kein Druck im Spalt 22, und der Fühlerstift 20 bleibt unverändert in seiner Lage wie vor Beginn der Schweissung. Dadurch, dass der Fühlerstift 20 nicht bewegt wird, kann eine Fehlschweissung erkannt werden. Die Kontrolle der Schweissung wird demnach nicht auf eine Temperaturkontrolle, sondern auf.eine Druckmessung zurückgeführt. Vorteilhaft ist hierbei, insbesondere für den praktischen Einsatz auf der Baustelle, dass keine Zeitmessung erforderlich ist. Da durch diese Kontrolle die Sicherheit der Schweissung erhöht wird, können solche Schweissungen auch im Bereich höherer Druckstufen angewandt werden.

In Fig. 3 und 4 weisen gleiche Teile wie in Fig. 1 dieselbe Bezugszahl auf. Wie bereits dargelegt, befindet sich der Fühlerstift 20 unmittelbar über einer Schweisszone 31 der Wicklung 3. Baut sich bei Vornahme der Schweissung im Spalt 22 ein Druck auf, so wird der Stift 20 gehoben und steht über den Aussenumfang des Muffenkörpers 1 vor, siehe die gestrichelte Lage 20' in Fig. 3.

In Fig. 4 ist der Fühlerstift 20 in Verbindung mit einem Muffenkörper 1 dargestellt, der aus einem Innenteil 25 und einem Aussenteil 26 besteht, die nacheinander gespritzt werden. Der Innenteil

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25 weist hierbei in den Zonen 30, 31 Rillen 32 auf, in denen der Draht der Wicklung 3 eingelegt wird.

Der Stift 20 wird zusammen mit dem Aussenteil 26 hergestellt, beispielsweise durch einen beweglichen Formteil, der in der nicht dargestellten Aussenform gelagert ist. Bei der Herstellung des Innenteils 25 wird der Hohlraum 21 für die Aufnahme des beweglichen Fonnteils ausgespart.

Die Funktion des Stiftes 20 ist gleich wie in Fig. 3. Entsteht beim Schmelzen des Materials in der Schweisszone nach vollständig ausgefülltem Spalt 22 ein geringer Ueberdruck, wird der Stift in die gestrichelt dargestellte Lage 20' bewegt und so die einwandfreie Verbindung der Teile angezeigt.

In Fig. 4 ist der Kontaktstift 6 von einem Schutzkragen 28 umgeben, wodurch ein verbesserter Berührungsschutz erreicht wird.

In Fig. 5 ist der Anschluss einer Schweissmuffe 7 über eine Anschlussleitung 8 beispielsweise mit dem öffentlichen Versorgungsnetz 9 hergestellt. Die Anschlussleitung 8 weist einen manuell betätigbaren Schalter 10 auf. Der Schalter 10 kann auch als Impulsschalter ausgebildet sein, der beim Loslassen die Anschlussleitung unterbricht. Die Anschlussleitung 8 ist über elektrische Verbindungen 11, die beispielsweise aus dem in Fig. 2 dargestellten Kontaktstift 6 und einer in Fig. 5 schematisch dargestellten Buchse bestehen können, mit der Heizdrahtwicklung 3 gemäss Fig. 1 und verbunden.

In Fig. 6 ist die Schweissmuffe 7 in gleicher Weise wie in Fig. mit der Anschlussleitung 8 verbunden. Der Unterschied gegenüber der einfachen Ausführung nach Fig. 5 besteht darin, dass die Schweisszeit nicht durch manuelle Betätigung des Schalters 10 erfolgt, sondern durch einen einstellbaren Zeitschalter 12, der

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Über eine Leitung 13, die an der Anschlussleitung 8 liegt, gespeist wird und ein Relais 14 zur Betätigung des Schalters 10 entsprechend der eingestellten Schweisszeit ein- und ausschaltet.

Weist das Versorgungsnetz grössere Spannungsschwankungen auf, so ist es möglich, dieselben zu kompensieren, indem eine Schaltung vorgesehen wird, die entsprechend den auftretenden Schwankungen die Schweisszeit ändert.

Die beschriebene Schweissmuffe und deren Auslegung weist neben den bereits erwähnten Vorteilen wegen der wesentlich kleineren Drahtdurchmesser den Vorteil geringerer Kosten auf und kann durch eine einfache Anschlussleitung 8 mit einem Schalter 10, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, zum Schweissen von Leitungsverbindungen verwendet werden.

Die Verwendung sehr kleiner Drahtdurchmesser ergibt trotz höherer spezifischer Oberflächenbelastung überraschenderweise keine Nachteile; vielmehr kann z.B. wegen der auftretenden Längenänderungen die Bewegung des Heizdrahtes in der Schmelzzone, d.h. im Bereich des Spaltes 22, leichter erfolgen. Deshalb sind praktisch keine Fehlschweissungen mehr zu befürchten.

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Claims

Patentansprüche il.j Elektrisch schweissbare Muffe aus einem thermoplastischen Kunststoff mit einem im Bereich der Innenwandung eines hülsenförmigen Muffenkörpers angeordneten elektrischen Widerstandheizdraht zur Herstellung von Schweissverbindungen an Rohrstutzen von Leitungen, Formstücken und Ventilen, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandheizdraht (3) durch einen direkten und bezüglich Stromstärke und Spannung ungesteuerten Anschluss (8) an ein elektrisches Netz (9) anschliessbar ist, wobei der Widerstand des Widerstandheizdrahtes einen dem Durchmesser (D) der Schweissmuffe angepassten Wert aufweist, der mit zunehmendem Muffendurchmesser abnimmt. 2. Muffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtdurchmesser (d) des Widerstandheizdrahtes (3) einen vom Muffendurchmesser (D) abhängigen Wert aufweist und mit zunehmendem Durchmesser der Muffe zunimmt. 3. Muffe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) des Widerstandheizdrahtes (3) kleiner als 0,5 mm, vorzugsweise kleiner als 0,35 mm, ist. 4. Muffe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) des Widerstandheizdrahtes 0,1 - 0,35 mm beträgt. 5. Muffe nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) des Widerstandheizdrahtes unabhängig von der Muffengrösse annähernd konstant ist, wobei der Drahtdurchmesser einen mit zunehmendem Muffendurchmesser (D) abnehmenden spezifischen Widerstand aufweist. 6. Muffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandheizdraht an das öffentliche Versorgungsnetz, z.B. von 7098 40/072 3 or,G,NaL inspected 220 Volt, anschliessbar ist. 7. Muffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandheizdraht (3) ein Kaltleiter ist. 8. Muffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Muffenkörper (1) ein Fühler (19) angeordnet ist, der in der Nähe des elektrischen Widerstands (3) abgestützt und durch in der Schweisszone entstehenden Druck verformbar ist. 9. Muffe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler ein von einem freien Raum (21) umgebener Stift (20) ist, dessen Fuss am Grund des Raums (21) angeordnet ist. 10. Muffe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (20) eine mit dem Aussenumfang des Muffenkörpers (1) bündige Spitze aufweist.

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