DE69315221T2

DE69315221T2 - Elektro-schmelzschweissen von thermoplastischen materialien

Info

Publication number: DE69315221T2
Application number: DE69315221T
Authority: DE
Inventors: Ernest O. Ottawa Ontario K2B 8E1 Butts; Nicholas E. Kanata Ontario K2L 2Y7 Butts; Robert Ottawa Ontario K2B 5S1 Pinder
Original assignee: EO Butts Consultants Ltd
Current assignee: EO Butts Consultants Ltd
Priority date: 1992-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2013-09-09
Also published as: ATE160106T1; EP0662040A1; EP0662040B1; WO1994005485A1; CA2143935A1; DE69315221D1; CA2143935C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft das Verschweißen von Elementen aus thermoplastischen Materialien einschließlich Polyethylen, Polyvinyl, Chlorid, Nylons, Polypropylen, Azetalen und dergleichen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Thermoplastische Materialien einschließlich Polyethylen, Polyvinyl, Chlorid, Nylons, Polypropylen, Azetalen und dergleichen wurden aufgrund ihrer Formbarkeit, der Leichtigkeit ihrer Handhabung, ihres geringen Gewichts und ihrer Fähigkeit, Korrosion zu widerstehen, als Materialien für Konstruktionen zunehmend wichtig.
Bei bestimmten Verbindungen jedoch sind mechanische Verbindungen wie Schraubverbindungen nicht akzeptabel, da sie nicht fluiddicht sind. Dies ist insbesondere bei der Handhabung von gefährlichen Materialien und Abfällen von Bedeutung.
Verschiedene Verfahren wurden zum Verbinden von thermoplastischen Materialien einschließlich des Verschweißens und der Verwendung von Klebstoffen entwickelt. Die Verwendung von Klebstoffen oder Lösemitteln zum Herstellen von Verbindungen bei Kunststoffrohren und dergleichen ist bei Anwendungen im Feld, bei denen die Bedingungen nicht ideal sind und bei denen Zeit und andere Faktoren, die erforderlich sind, um die maximale Verbindungsfestigkeit zu erreichen, ungeeignet. Es scheint weiter unmöglich zu sein, einen geeigneten Klebstoff für das thermoplastische Material zu finden.
Polyethylen wurde in der Vergangenheit durch Verfahren wie das Extrusionsschweißen unter Verwendung eines Werkzeugs, das Wärme auf einander überlappende Blätter des thermoplastischen Materials aufbringt und einen Tropfen eines thermoplastischen Materials auf den Rand der Überlappung extrudiert, verschweißt. Der Tropfen aus dem thermoplastischen Material soll mit den vorerwärmten Blättern des thermoplastischen Materials verschmelzen, um eine flüssige Verbindung der beiden Blätter und dem Extrudat zu bilden und die einander überlappenden Blätter zu verschweißen. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis als nicht vollständig zufriedenstellend erwiesen wegen des Mangels der Gleichförmigkeit bei dem Schweißvorgang insbesondere dann nicht vollständig zufriedenstellend erwiesen, wenn ein von Hand gehaltenes Extrudionsschweißwerkzeug bei längeren Blättern des Materials verwendet wird.
Ein anderes in dem Stand der Technik bekanntes Verfahren beinhaltet die Verwendung einer sogenannten "Schnell-Spitze" zum Verschweißen von Blättern eines thermoplastischen Materials, bei dem eine Schweißstange aus dem thermoplastischen Material durch die Düse einer Heißluftpistole zugeführt wird. Der Strom der heißen Luft wird gemeinsam mit dem geschmolzenen thermoplastischen Material auf den zu verschweißenden Bereich aufgebracht. Auch hier treten wieder die Probleme der Gleichförmigkeit und der Vollständigkeit der Verschweißung auf. Häufig weisen derartige Verschweißungen Löcher oder unverschweißte Bereiche auf und können auch Bereiche aufweisen, in denen eine überschüssige Wärme aufgebracht worden ist und das thermoplastische Material zerstört hat. Beschädigte oder unvollständige Verschweibungen sind jedoch selbstverständlich unerwünscht.
Ein anderes Verfahren verwendet einen heißen Keil, der zwischen den Blättern des thermoplastischen Materials geführt wird, um die zueinander weisenden Flächen zu erwärmen, die sodann unter Bildung einer Verbindung aneinander gedrückt werden.
Eine Anzahl von elektrischen Wärmverfahren zum Bilden entweder von überlappenden oder aneinander anstoßenden Verschweißungen zwischen zwei Elementen eines thermoplastischen Materials wurden in der Vergangenheit erprobt.
Ein solches Verfahren beinhaltet die Verwendung eines nackten Drahts oder Metallstreifens, der zwischen die beiden Elemente des thermoplastischen Materials eingebracht wird. Dieses Verfahren ist in den Lehren der folgenden US-Patente offenbart: 2 243 506 (Mitchel); 2 647 072 (Smith); 2 742 390 (Beck) ; 2 974 566 (Hurley); 3 049 465 (Wilkins); 3 061 503 (Gould); 3 348 640 (Thompson) ; 4 416 713 (Brooks) ; 4 176 274 (Lippera); und 4 375 591 (Sturm).
Die Erfinder des vorliegenden Patents hatten Erfahrung bezüglich des Verschweißens von thermoplastischen Elementen ohne die Zufuhr von weiterem Material und haben erkannt, daß der Draht gelegentlich Löcher in das thermoplastische Material der zu verschweißenden Elemente einbrennen können. Es ist daher sehr wichtig, neues Material zuzuführen, wenn zwei thermoplastische Elemente miteinander verschweißt werden.
Einige andere Formen von Schweißstangen wurden offenbart, bei denen der Draht oder die Metallstreifen mit einer relativ dicken Schicht des thermoplastischen Materials beschichtet werden. Diese Art einer Schweißstange ist in den nachfolgenden Patenten offenbart:
US 2 983 306 (Resnick); US 3 506 519 und CA 837 562 (Blumenkranz); US 3 387 672 und CA 811 837 (Blumenkranz); FR 1 072 800; und DE 37 123 55 Al.
Die Erfinder des vorliegenden Patents haben erkannt, daß diese Art von Schweißstange dazu führt, daß das Element zu weit von den zu verschweißenden Flächen entfernt ist. Der Kunststoff, der den Draht oder die Metallstreifen umgibt, brennt unmittelbar bevor das Material der thermoplastischen Elemente schmilzt. Eine etwa gebildete Verschweißung ist von schlechter Qualität.
Das französische Patent 1 072 800 beschreibt weiter die Verwendung eines Klebstoffs zum Halten der Schweißstange an Ort und Stelle auf einem Blatt, bevor das zweite Blatt aufgebracht und die beiden Blätter miteinander verschweißt werden. Die Erfinder des vorliegenden Patents haben dies Verfahren des Haltens der Schweißstange an Ort und Stelle erprobt. Sie haben erkannt, daß die Verwendung von Klebstoffen oder eines doppelseitigen Klebebands in nachteiliger Weise die Integrität der Verschweißung beeinträchtigt, da der Klebstoff und das doppelseitige Klebeband als Kontaminationen wirken. Diese Kontaminationen behindern die intermolekulare Verbindung, die zwischen den thermoplastischen Elementen, die miteinander zu verbinden sind, und der Schweißstange erwünscht ist.
Die vorliegende Anmeldung bildet eine Verbesserung gegenüber unserer früheren Europäischen Anmeldung 0 278 768 A2 insofern, als ein fester, homogener Kern mit kreisförmigem Querschnitt gefordert wird, der mit einer Mehrzahl von Paaren von Drähten in einem schraubenförmigen Muster verlangt wird, wobei die Drähte in dem Kern in der Nähe ihrer Fläche eingebettet sind.
Viele der vorbekannten Verfahren haben nur begrenzte Anwendungen und sind auf das Schweißen bestimmter Formen beschränkt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung dient dazu, die Nachteile des Standes der Technik durch Schaffen einer verbesserten Schweißstange durch ein Verfahren und einer Vorrichtung zum Bilden der Schweißstange sowie durch Verfahren der Verwendung dieser Schweißstange zu überwinden. Die Schweißstange ist aus einem Widerstandselement und einem festen homogenen Kern aus einem thermoplastischen Material gebildet, das die Zufuhr des thermoplastischen Materials zu der Schweißstelle zwischen zwei benachbarten thermoplastischen Elementen besorgt. Das Widerstandselement besteht aus einer Anzahl von Drähten, die entweder in einem schraubenförmigen Muster umwickelt oder um den festen Kern geflochten sind.
Das Widerstandselement wird sodann in den festen Kern eingebettet, um die Drähte direkt unter die Oberfläche des festen Körpers zu ziehen. Alternativ werden das Widerstandselement und der feste Kern mit einer dünnen Schicht des thermoplastischen Materials beschichtet. Die Schweißstange nach der vorliegenden Erfindung bewirkt eine bessere Verteilung der Wärme und verringert das Risiko der Überhitzung und des Verbrennens des thermoplastischen Materials, sowohl des festen Kerns als auch der miteinander zu verbindenden Elemente, was einen nachteiligen Effekt auf die Qualität der Schweißung haben würde. Es wird weiter eine Doppel- Schweißstange offenbart, die in eine Vielzahl von Formen ausgebildet sein kann, um vielen unterschiedlichen Anwendungen zu entsprechen.
Bei der Verwendung wird die Schweißstange zwischen den zu verschweißenden thermoplastischen Elementen positioniert, ein elektrischer Strom wird auf das Widerstandselement aufgebracht. Gleichzeitig werden die zu verschweißenden Elemente zusammengepreßt. Der elektrische Strom wird für eine Zeitdauer und mit einer Intensität aufgebracht, durch die ein Aufweichen des festen Kerns und Teilen des thermoplastischen Materials der benachbarten Elemente bewirkt wird, um die beiden Elemente miteinander durch Schweißen zu verbinden. Das Widerstandselement bildet eine mechanische Verstärkung bei der Verschweißung, wodurch eine bessere Verschweißung zwischen den thermoplastischen Elementen erreicht wird.
Es wird weiter ein Verfahren zum Verschweißen benachbarter Elemente eines thermoplastischen Materials geschaffen, bei dem die Schweißstange zuvor an einer der benachbarten Elemente des thermoplastischen Materials angebracht wird.
Die Schweißstange und das Verfahren zum elektrischen Schweißverbinden nach der vorliegenden Erfindung ist vielseitig und schafft ein Mittel zum Verschweißen unterschiedlicher Formen und Größen thermoplastischer Elemente:

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

In den beiliegenden Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Schweißstange in Übereinstimmung mit der vorliegende Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht der Schweißstange von Fig. 1 entlang der Linie 2-2,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bildender Schweißstange;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Schweißstange bei der Stufe A der Herstellung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht der Schweißstange von Fig. 4,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Anschlußstifts,
Fig. 7 das allgemeine Vorgehen, das verwendet wird, um eine Überlappungsverbindung des thermoplastischen Materials unter Verwendung der Schweißstange von Fig. 1 angewendet wird,
Fig. 8 eine Querschnitts-Ansicht der fertiggestellten Schweißung von Fig. 7,
Fig. 9 eine Stoßschweißung zwischen gekrümmten Elementen, etwa für eine längsverlaufende Stoßschweißung eines Rohrs,
Fig. 10 die Schweißung von Fig. 9 bei der Vervollständigung,
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht, die die Verwendung der Erfindung bei der Durchführung einer querverlaufenden Stoßschweißung von Rohren wiedergibt,
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der Schweißstange von Fig. 11,
Fig. 13 eine Draufsicht auf eine Schweißstange, die zuvor an ein thermoplastisches Element angebracht ist, Fig. 14 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer zuvor an ein thermoplastisches Material anzubringenden Schweißstange,
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht, die die Verwendung eines Verbindungsrings für eine querverlaufende Stoßschweißung mit einem Sockelflansch oder Rohrabschnitten wieder gibt,
Fig. 16 eine Querschnittsansicht von Fig. 15,
Fig. 17 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels des Verbindungsrings,
Fig. 18 eine Frontansicht des Verbindungsrings von Fig. 17,
Fig. 19 eine Querschnittsansicht von Fig. 15 mit einem genuteten Flansch der Rohrabschnitte,
Fig. 20 eine perspektivische Ansicht einer abgeflachten Doppel-Schweißstange, und
Fig. 21 die Verwendung der in Fig. 20 gezeigten abgeflachten Doppel-Schweißstange zum Reparieren eines Saums zwischen zwei thermoplastischen Blättern.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Figuren 1 und 2 zeigen die Schweißstange 10 nach der vorliegenden Erfindung. Die Schweißstange 10 ist aus einem festen Kern 11 aus thermoplastischem Material und einem Widerstandelement 12 gebildet. Das Widerstandselement 12 ist mit einem Anschlußstift 15 an jedem Ende der Schweißstange 10 zur nachfolgenden Verbindung mit einer (nicht gezeigten) Spannungsquelle verbunden.
Die Wahl der Materialien und die Dimensionen des festen Kerns 11 und des Widerstandselements 12 hängt von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Der feste Kern 11 kann beispielsweise aus thermoplastischen Materialien einschließlich Polyethylen, Polyvinyl Chlorid, Nylons, Polypropylen, Azetalen und dergleichen gefertigt sein. Das Widerstandselement 12 wiederum kann aus leitfähigen Materialien einschließlich rostfreiem Stahl, Nichrom, Eisen, einer Zinn-Kupferlegierung und dergleichen gebildet sein.
Für den Zweck dieser Beschreibung ist der feste Kern 11 aus einem hochdichten Polyethylen (HDPE) gebildet, das Widerstandselement 12 besteht aus einem rostfreien Stahl. Die Dimensionen des festen Kerns 11 und des Widerstandselements 12, die hier dargestellt sind, werden gewählt, um ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zu bilden. Es versteht sich, daß diese Dimensionen und die Betriebsparameter, die hier angegeben werden, von der jeweiligen Anwendung unter der Wahl der Materialien abhängig ist.
Bei dem vorbekannten Verfahren und Verwendung einer "Schnell-Spitze" zum Verbinden thermoplastischer Elemente, wie es oben beschrieben worden ist, wird eine Schweißstange aus einem thermoplastischen Material durch eine Düse geführt. Einer Art der vorbekannten Schweißstange ist eine extrudierte HDPE-Stange mit einem Durchmesser von 5 Millimetern. Diese Schweißstange ist ein idealer fester Kern 11 für die vorliegende Erfindung. Der feste Kern 11 sollte homogen und frei von jedweden Verunreinigungen, wie dies im folgenden beschrieben werden wird, sein.
Zum Bilden der Schweißstange 10 mit dem festen Kern 11 aus HDPE mit einem Durchmesser von 5 Millimetern besteht das Widerstandselement 12 aus sechzehn Litzen aus rostfreiem Stahldraht 17 mit einem Durchmesser von 0,1524 mm (0,006 Zoll). Die Drähte 17 sind, wie in Figur 4 deutlich gezeigt ist, zu acht Paaren in einem schraubenförmigen Muster um den festen Kern 11 gewickelt. Die Größe und die Anzahl der Drähte 17 des Widerstandselements 12 sind Faktoren, die die Länge des schraubenförmigen Musters über die Länge des festen Kerns 11 bestimmen. Bei dem vorliegenden Beispiel beträgt eine Drehung eines Paares von Drähten 17 ungefähr 31,75 mm (1,25 Zoll). Die Ausgestaltung des Widerstandselements 12 sollte jedenfalls eine Energieverteilung von der Spannungsquelle bewirken, die eine gleichförmige Erwärmung des festen Kerns 11 bewirkt.
Der begrenzende Faktor bei der Verwendung der Schweißstange 10 ist häufig die Spannung, die an dem Schweißort verfügbar ist. Aus Gründen der Sicherheit ist die Spannung häufig auf maximal 120 Volt begrenzt. Entsprechend ist der Strom von dem Widerstand des Widerstandselements 12 abhängig. Ein Draht 17 mit einem relativ großen Durchmesser kann nicht als Widerstandselement verwendet werden, da er zu einer Überhitzung neigen würde und bewirken würde, daß der feste Kern 11 brennt. Durch die Verwendung einer Anzahl von Drähten 17 mit kleinerem Durchmesser, die gleichmäßig um den festen Kern 11 verteilt sind, ist eine bessere Wärmeverteilung in dem festen Kern 11 ohne eine Überhitzung vorhanden, größere Längen von Schweißungen sind erreichbar, als dies mit einem einzelnen Leiter möglich wäre.
Nachdem die Drähte 17 um den festen Kern 11 gewickelt sind, wird das Widerstandselement 12 in den festen Kern 11 eingebettet, in dem die Drähte 17 unter Spannung gehalten werden, während die Fläche des festen Kerns aufgeweicht wird, so daß die Drähte 17 unter die Fläche des festen Kerns 11 gezogen werden. Durch Einbetten des Widerstandselements 12 wird dieses nicht der Atmosphäre der Fläche des festen Kerns 11 ausgesetzt. Wenn das Widerstandselement 12 bei dem Verbinden mit einer Spannungsquelle der Atmosphäre ausgesetzt ist, kann ein heißer Punkt erzeugt werden und das thermoplastische Material des festen Kerns 11 und die zu verschweißenden thermoplastischen Elemente werden verbrannt. Es sind also Vorteile bei der Handhabung der Schweißstange 10, in die das Widerstandselement 12 eingebettet ist, vorhanden. Es versteht sich für den Fachmann, daß die Drähte 12 eingefangen werden können und sich verhaken können, wenn sie auf der Fläche des festen Kerns 11 freiliegen. Weiter ist es bei freiliegenden Drähten 12 wahrscheinlicher, daß diese mit Staub, Ablagerungen und anderen Kontaminationen bedeckt werden, die eine nachteilige Wirkung auf die Qualität der Schweißung haben könnten. Eine Schweißstange 10, die mit einem eingebetteten Widerstandselement 12 versehen ist, ist weitgehender von derartigen Kontaminationen frei.
Es ist erwünscht, das Widerstandselement 12 in dem festen Kern 11 einzubetten, es ist weiter erwünscht, die Tiefe der Einbettung zu steuern. Wenn das Widerstandselement 12 zu tief eingebettet ist, ist das Element 12 zu weit von den zu verschweißenden Flächen entfernt. Das thermoplastische Material, das das Widerstandselement 12 unmittelbar ergibt, wird brennen, bevor das thermoplastische Material der miteinander zu verbindenden Elemente aufweichen kann, was zu einer schlechten Schweißung führt. Weiter würden die sechzehn Litzen des Drahts 17 beginnen, als ein Draht mit großem Durchmesser zu wirken, was insofern nicht akzeptabel ist, als es eine Überhitzung und damit ein Brennen des thermoplastischen Materials des festen Kerns 11 bewirken würde. Vorzugsweise ist das Widerstandselement 12 gerade unterhalb der Fläche des festen Kerns 11 eingebettet.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung 20, die verwendet werden kann, um den Schweißstab 10 zu bilden. Der feste Kern 11 wird von einer Kernspule 21 abgewickelt und durch eine Drahtwickelmaschine 22 gezogen. Die Drahtwickelmaschine 22 wickelt sechzehn Drähte 17 in acht Paaren zu einem schraubenförmigen Muster um den festen Kern 11. Eine Drehung einer Helix eines Paares von Drähten 17 ist annähernd 31,75 mm (1,25 Zoll) lang. Figuren 4 und 5 zeigen die Schweißstange 10 in mehr Einzelheiten bei der Stufe A des Verfahrens zum Bilden der Schweißstange 10, wobei die Drähte 17 in einem schraubenförmigen Muster um den festen Kern 11 gewickelt sind.
Der feste Kern 11 und das Widerstandselement 12 werden unter Spannung gehalten und werden durch eine Wärmekammer 25 gezogen. Die Spannung der Drähte 17 und das Aufweichen des festen Kerns 11 bewirken, daß das Widerstandselement 12 unter die Fläche des festen Kerns 11 gezogen wird. Nachfolgend wird die Schweißstange 10 durch eine Kühlkammer 26 gezogen und auf eine Schweißstangenspule 27 gewickelt. Bei diesem kontinuierlichen Vorgang des Bildens der Schweißstange 10 ist es richtig, die Bewegung der Kernspule 21 mit der Schweißstangenspule 27 durch einen gemeinsamen Antriebsmechanismus 28 zu bewirken, so daß die geeignete Spannung über den Vorgang beibehalten wird.
Ein Beispiel der Betriebsparameter der Vorrichtung 20 ist: Der feste Kern 11 wird von der Kernspule 21 mit einer Rate von 1828,8 bis 2133,6 mm (6 bis 7 Fuß)/Minute abgewickelt, die Wärmekammer 25 wird auf eine Temperatur von 400ºC gesteuert und hat eine Länge von 457,2 mm (1,5 Fuß) und die Kühlungskammer 26 ist ein Wasserbad, das auf eine Temperatur von 38ºC gehalten wird und eine Länge von 304,8 mm (1,0 Fuß) hat.
Die Schweißstange 10 hat, wie in Figur 1 gezeigt, auf seiner Fläche ein schraubenförmiges Muster, das einen Weg des Widerstandselements 12 definiert, wie dieses in den aufgeweichten festen Kern eingebettet ist. Falls erwünscht, kann die Vorrichtung 20 dazu angepaßt sein, um hinter der Wärmekammer 25 ein (nicht gezeigtes) Werkzeug aufzuweisen, um die Fläche der Schweißstange 10 aufzuweichen, oder aber um die Schweißstange 10 in eine andere Form zu bringen.
Das Widerstandselement 12 kann weiter aus Drähten gebildet sein, die um den festen Kern 11 geflochten sind.
Die Vorrichtung 20 könnte weiter dazu eingerichtet sein, um die Wärmekammer 25 durch einen (nicht gezeigten) Kreuzkopf-Extruder zu ersetzen, um eine dünne Beschichtung eines thermoplastischen Materials über das Widerstandselement 12 aufzubringen. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann nützlich, wenn das Widerstandselement 12 um den festen Kern 11 geflochten ist und/oder wenn der feste Kern 11 aus einem relativ weichen Material, wie Polyvinyl Chlorid gebildet ist.
Einige Verfahren zum Herstellen des festen Kerns 11 verwenden einen festen Kühlzyklus des thermoplastischen Extrudats. Wenn der Kern 11 bei seiner Herstellung zu schnell abgekühlt wird, wird das Äußere des Kerns 11 jedoch gehärtet, während jedoch das Innere noch geschmolzen ist, so daß Fehlerstellen im Inneren des Kerns 11 gebildet werden. Wenn der Kern 11 in der Wärmekammer 25 der Vorrichtung 20 während der Bildung der Schweißstange 10 erwärmt wird, kollabiert der Kern 11 daher an den Fehlerstellen, so daß die Qualität der Schweißstange 10 in nachteiliger Weise beeinträchtigt wird. Vorzugsweise sollte der feste Kern 11 homogen und frei von jeglichen erheblichen Fehlerstellen sein.
Bei der Vorbereitung der Schweißstange 10 zur Verwendung bei dem Zusammenschweißen von thermoplastischen Elementen wird die erforderliche Länge des Schweißdrahts 10 von der Schweißdrahtspule 27 abgeschnitten und die Anschlußstifte 15 werden an das Widerstandselement 12 an jedem Ende der Schweißstange 10 angebracht.
Der im wesentlichen trompetenförmige Anschlußstift 15 kann, wie in Figur 6 gezeigt, aus einem dünnwandigen Messingrohr gebildet sein. Vorzugsweise hat der Anschlußstift 15 einen Mund 16 mit einem Durchmesser, der geringfügig geringer ist als der der Schweißstange 10. Der Anschlußstift 15 wird erwärmt und das Ende der Schweißstange 10 wird in den Mund des Anschlußstifts 15 gezwungen. Wenn die Schweißstange 10 weiter in den Hals 14 des Anschlußstifts 15 gezwungen wird, wird das thermoplastische Material des festen Kerns 11 von dem Widerstandselement 12 abgezogen. Der Anschlußstift 15 wird sodann an dem Hals 14 auf das Widerstandselement 12 aufgeklemmt.
Alternativ wird ein Abschnitt des Widerstandselement an jedem Ende der Schweißstange 10 durch Erwärmen und Abstreifen des festen Kerns 11 ungefähr 7,62 mm (1/4 Zoll) von jedem Ende der Schweißstange 10 unter Verwendung beispielsweise einer Heißluftpistole und eines Paares von Drahtabstreifern freigelegt. Die freigelegten Drähte 17 des Widerstandselements 12 werden sodann zusammengedreht und ein Anschlußstift 15 wird an das Widerstandselement 12 angeschlossen. Nachdem der Widerstandsstift 15 angebracht ist, wird das thermoplastische Material an der Basis des Anschlußstifts 15 wieder erwärmt und das aufgeweichte thermoplastische Material wird über die Basis des Anschlußstifts 15 gedrückt.
Diese Verfahren des Anbringens des Anschlusses 15 stellt sicher, daß das Widerstandselement 12 nicht der Atmosphäre exponiert wird, wenn eine Spannungsquelle angelegt wird, wodurch eine Überwärmung der Schweißstange 10 an dem Punkt während des Schweißens aufgrund des Fehlens des thermoplastischen Materials zum Absorbieren der Wärme verhindert wird. Falls diese Schritte nicht ausgeführt werden, wird das thermoplastische Material der zu verschweißenden Elemente bei Berührung mit dem Widerstandselement 12 eher brennen statt aufzuweichen.
Die Schweißstange 10 ist sehr vielseitig und kann im wesentlichen in jede Form gebogen und geformt werden, um ein Verschweißen thermoplastischer Elemente zu bewirken. Beispielsweise kann die Schweißstange 10 verwendet werden, um rohrförmige oder ebene plastische Elemente mit einander anstoßenden oder einander überlappenden Verbindungen zu verschweißen.
Figur 7 zeigt den allgemeinen Vorgang zum Bilden einer geschweißten Überlappungsverbindung zwischen thermoplastischen Elementen. Ein Paar von Blättern des thermoplastischen Materials 32 und 33 werden auf jeder Seite einer Schweißstange 10 angebracht. Ein einstellbarer Spannungstransformator 34 ist mit einer Spannungsquelle 35 verbunden und weiter über einen geeigneten Schalter 36 mit dem Widerstandselementen 12 über die Anschlußstifte 15.
Ein elektrischer Strom wird durch das Widerstandselement 12 geführt, gleichzeitig wird ein Druck von oben und von unten auf die Blätter 32 und 33 aufgebracht. Wenn der elektrische Strom durch das Widerstandselement 12 verläuft, beginnen der feste Kern 11 und das thermoplastische Material der thermoplastischen Blätter 32 und 33 in der Nähe der Schweißstange 10 aufzuweichen. Der elektrische Strom wird für eine Zeitdauer und mit einer Intensität aufrechterhalten, der bewirkt, daß das thermoplastische Material der Schweißstange 10 und die thermoplastischen Blätter 32 und 33 aufweichen und schmelzen. Nach Beendigung des Flusses des elektrischen Stroms bleibt die Aufbringung des Drucks von oben und von unten auf die thermoplastischen Blätter 32 und 33 aufrechterhalten, so daß der feste Kern 11 und die beiden thermoplastischen Blätter 32 und 33 sich miteinander verbinden und sich verfestigen, wodurch eine Verschweißung ausgebildet wird. Das Widerstandselement 12 verbleibt in der Schweißung und verstärkt oder "vernäht" die Schweißstellen mechanisch. Ein weiterer Vorteil des Belassens des Widerstandselements an Ort und Stelle in der Verschweißung ist es, daß es ein Wiedererwärmen der Freistelle in dem Fall erlaubt, daß ein Schweißfehler aufgrund einer unzureichenden Erwärmung oder Druckaufbringung während des ersten Schweißzyklus vorliegt.
Figur 8 ist eine Querschnittsansicht der Verschweißung, die durch die in Figur 7 hergestellten Vorgang gebildet wird. Es ergibt sich aus dieser Schnittansicht, daß das Material des festen Kerns 11 jetzt von dem verschweißten Material der Blätter 32 und 33 nicht zu unterscheiden ist und daß die Schweißstelle durch das Widerstandselement 12, das in diesem eingebettet ist, verstärkt wird.
Figur 9 zeigt eine Stoßverschweißung zwischen gekrümmten Elementen 38 und 39 aus, beispielsweise, einem in Längsrichtung geschlitzten thermoplastischen Rohr. Die Schweißstange 10 ist zwischen den gekrümmten Elementen 38 und 39 angebracht. Druck wird aufgebracht, um die Ränder der gekrümmten Elemente 38 und 39 miteinander in Berührung zu bringen, ein elektrischer Strom wird durch das Widerstandselement 12 geführt. Die Verschweißung ist abgeschlossen, wenn die Schweißstange 10 und die gekrümmten Elemente 38 und 39 miteinander verbunden sind und das Widerstandselement 12 in die Verschweißung eingebettet ist. Der Aufbau dieser Schweißung ist derart, daß der feste Kern 11 ein Teil des Körpers des Materials der beiden gekrümmten Elemente 38 und 39, die so verbunden sind, wird, die Schweißung wird gleichzeitig durch das Vorhandensein des Widerstandselements 12 verstärkt. Diese letztgenannte vollständige Ausgestaltung der Stoßschweißung ist in Figur 10 gezeigt.
Figur 11 ist eine perspektivische Ansicht, die die Art und Weise zeigt, in der ein Paar von rohrförmigen thermoplastischen Elementen 41 und 42, etwa Abschnitte eines Rohres, Ende an Ende mit einer Stoßverbindung verschweißt werden können. Die Schweißstange 10 wird in eine Ringform gebracht und ist zwischen den rohrfrmigen Elementen 41 und 42 positioniert. Ein elektrischer Strom wird durch das Widerstandselement 12 und die rohrförmigen Elemente 41 und 42 werden aneinandergedrückt, um die Schweißung zu vollenden.
Alternativ wird, wie in Figur 12 gezeigt ist, ein Schweißring 43 verwendet, um die rohrförmigen thermoplastischen Elemente 41 und 42 zu verschweißen. Der Schweißring 13 ist aus zwei Schweißstangen 10 gebildet, jeweils mit einer Länge, die etwas größer ist als eine Hälfte des Umfangs der rohrförmigen thermoplastischen Elemente 41 und 42. Das Widerstandselement 12 ist an jedem Ende der Schweißstangen 10 durch Erwärmen und Abziehen des festen Kerns 11 unter Verwendung von, beispielsweise, einer Heißluftpistole und eines Paares von Drahtabstreifern so freigelegt, daß die Länge jeder Schweißstange 10 ungefähr gleich der Hälfte des Umfangs der rohrförmigen Elemente 41 und 42 ist.
Die freiliegenden Drähte 17 des Widerstandelements 12 an einem ersten Ende der ersten Schweißstange 10 werden sodann zusammen mit den freiliegenden Drähten des Widerstandselements 12 an einem ersten Ende der zweiten Schweißstange 10 verdreht. Weiter sind die freiliegenden Drähte 17 der zweiten Enden der ersten und der zweiten Schweißstange 10 ebenfalls miteinander verdreht, um eine (nicht gezeigte) Doppel-Schweißstange zu bilden. Die Anschlußstifte werden nachfolgend an dem Widerstandselement 12 angebracht. Die Schweißstangen 10 werden sodann weggezogen, ohne sie von den Anschlußstiften 15 zu trennen, um den Schweißring 43 zu bilden.
Diese Art des Schweißrings ist insbesondere bei dem Verschweißen von thermoplatischen Rohrabschnitten mit großem Durchmesser und in Situationen, in denen die zur Verfügung stehende Spannung begrenzt ist, nützlich.
Die Spannungszufuhr, die verwendet wird, um das Elektrofusionsverschweißen von thermoplastischen Elementen mit der Schweißstange 10 nach der vorliegenden Erfindung erlaubt vorzugsweise eine Steuerung des Stroms in dem Bereich von 0 bis 20 Ampere. Häufig ist bei der Verwendung der Schweißstange 10 die an dem Ort des Schweißens verfügbare Spannung der limittierende Faktor. Aus Gründen der Sicherheit wird die Spannung häufig auf einen Maximalwert von 120 Volt begrenzt. Die Spannung wird dann zum begrenzenden Faktor für die Länge der erreichbaren Verschweißung.
Beispielsweise wird eine Schweißstelle von 152,4 mm (6 Zoll) dieselbe Zeit zur Herstellung wie eine 9,1 m (30 Fuß) Verschweißung mit demselben Strom unter Verwendung einer Spannungsquelle von 4 Volt bzw. 240 Volt benötigen. Die Zeitdauer, die erforderlich ist, um eineSchweißung herzustellen, kann durch Ändern des Stroms variiert werden. Bei geringeren Stromstärken wird die erforderliche Schweißzeit verlängert. Im allgemeinen ist die Festigkeit der Schweißung bei Verwendung von geringeren Stromstärken für längere Zeitdauern besser, da die Wärmeverteilung verbessert wird und ein Überhitzen des thermoplastischen Materials der Schweißstange 10 und der thermoplastischen Elemente weniger wahrscheinlich ist.
Vorzugsweise wird der Schweißvorgang bei einem Strom von 6 Ampere und 15 Ampere für die Einzel-Schweißstange 10 und zwischen 12 Ampere und 40 Ampere für die Doppel-Schweißstange (nicht gezeigt) oder den Schweißring 43 ausgeführt. Die Zeitdauer, die zum Bewirken der Schweißung erforderlich ist, kann unter Verwendung einer Temperatursonde 37 bestimmt werden, die, beispielsweise, auf der oberen Fläche des thermoplastischen Materials, in Figur 7 direkt über der Schweißstange 10 aufgebracht ist. Wenn die Temperatursonde 37 angibt, daß die Temperatur 120ºC erreicht hat, wird die Spannungsquelle 35 entfernt und die Schweißung kann sich verbinden und verfestigen, während die Schweißstelle noch unter Druck ist. Die Dicke des thermoplastischen Blatts 32 und die sich ergebenden Temperaturgradienten müssen zur Bestimmung der Temperatur kompensiert werden, da die Sonde 37 eine längere Zeit bentigt, um die Temperatur zu erkennen, wenn dickere Stücke eines thermoplastischen Materials verschweißt werden. Es versteht sich für den Fachmann, daß die Bedingungen an dem Schweißort die Zeitdauer beeinflußt werden, die erforderlich sind, um den Schweißvorgang durchzuführen. Eine einzelne Schweißstange 10 könnte eine Schweißtemperatur von acht Minuten bei 6 Ampere oder zwei Minuten bei 12 Ampere benötigen.
Ein alternativer Ansatz des hier beschriebenen Verfahrens zum Verschweißen ist der Ersatz des rostfreien Stahldrahts 10 des Widerstandselements 12 von 0,152 mm (0,006 Zoll) durch einen magnetischen Draht von 0,203 mm (0,008 Zoll) und der Verwendung eines Radiofrequenz-Generators (nicht gezeigt), um einen Strom in dem magnetischen Draht zu erzeugen. Dieses Verfahren erlaubt die Herstellung von sehr langen Schweißungen durch einfaches Führen der Radiofrequenz-Generatorspule entlang der Länge der Verschweißung, statt der Vorsehung einer Reihe von Anschlußstiften 15 zur Verbindung mit einer Spannungsquelle an verschiedenen Punkten über die Schweißung.
Es ist wichtig, während des Schweißvorgangs Druck auf die Schweißstelle aufzubringen. Wenn die Schweißstange 10 einfach zwischen die thermoplastischen Blätter 32 und 33 aufgebracht wird, wird es entgleiten oder sich aus der Position der Aufbringung des elektrischen Stroms entfernen. Ein (nicht gezeigtes) Gewicht, das auf die Schweißstelle aufgebracht ist, hält die thermoplastischen Blätter 32 und 33 und die Schweißstange 10 in einer Relativposition zueinander. Weiter ist es wichtig, den Druck beizubehalten, bis die Verschweißung verschmolzen und gefestigt ist. Abhängig von der Situation sollte die Schweißung im allgemeinen beibehalten werden, um unter Druck für annähernd vier Minuten abgekühlt zu werden. Wenn die Aufbringung des Drucks beendet wird, bevor das thermoplastische Material verfestigt ist, werden die Blätter 32 und 33 und die Schweißstange 10 dazu neigen, sich voneinander zu lösen, während sie in einem aufgeweichten Zustand sind.
Vorzugsweise hat das Gewicht eine relativ weiche Basis, die der Fläche des zu verschweißenden Elements entspricht. Eine feste Fläche auf der Basis des Gewichts kann einen ungleichen Druck auf die beiden Seiten der Schweißung bewirken. Dieses Problem wird verstärkt, wenn die unterliegende Fläche uneben ist. Das Gewicht sollte so ausgebildet sein, daß es die Last gleichförmig über die Länge der Verschweißung verteilt, insbesondere in dem Fall einer relativ langen Verschweißung. Die Ausbildung des Gewichts kann einen Isolationseffekt einschließen, der es erlaubt, daß die Verschweißung unter einer Temperatur unterhalb 40ºC abgeschlossen wird.
Die Basis des Gewichts kann, beispielsweise, aus einer Länge von Sperrholz von 19,05 mm (3/4 Zoll) dick und 101,6 mm ( 4 Zoll) breit mit einer Schicht von 12,7 mm (1/2 Zoll) dicken Neoprengummi, das auf seiner Unterseite angebracht ist, bestehen. Die Basis wird über die Verschweißung aufgebracht und ein Gewicht von, beispielsweise, 4,53 kg (10 Pfund) pro einer Strecke von 304,8 mm (Fuß) wird sodann auf die Basis aufgebracht. Diese Anordnung schafft eine gleichförmige Druckverteilung über die Länge der Schweißung.
Es ist häufig erwünscht, die Schweißstange 10 zuvor an eines der miteinander zu verschweißenden thermoplastischen Elemente anzubringen. Die Erfinder des vorliegenden Patents haben jedoch erkannt, daß die Verwendung von Klebstoffen oder eines doppelseitigen Bands zum Halten der Schweißstange an Ort und Stelle in negativer Weise die Integrität der Schweißung beeinflußt, da der Klebstoff bzw. das doppelseitige Klebeband als Störungen wirken, die die gewünschte intermolekulare Verbindung zwischen den miteinander zu verbindenden thermoplastischen Elementen und der Schweißstange 10 verhindert.
Entsprechend sollte die Schweißstange 10 durch Anbringen der Schweißstange 10 an Ort und Stelle teilweise oder im ganzen, an einer der beiden miteinander zu verbindenden thermoplastischen Elemente gehalten werden. Unter Bezugnahme auf Figur 13 ergibt sich, daß die Länge der Schweißstange 10 zuvor in jeder gewünschten Form an das thermoplastische Element angebracht werden kann, wobei die Anschlußstifte 15 mit dem Widerstandselement verbunden sind oder nicht verbunden sind. Dies kann beispielsweise durch Verwenden einer Heißluftpistole und dem vorbekannten "Schnell-Spitzen"-Verfahren erfolgen, um das thermoplastische Material des festen Kerns aufzuweichen und um die Schweißstange 10 an Ort und Stelle anzuheften.
Es wird jetzt auf Figur 14 Bezug genommen, die das vorangehende Anbringen, wie es in Figur 13 gezeigt ist, bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Schweißstange 10 ausgeführt wird, die zu einer Ausbesserungs- Schweißstange 45 geformt ist. Diese besondere Ausbesserungs-Schweißstange 45 ist in derselben Weise ausgebildet, wie der zuvor beschriebene Schweißring 43 und ist insbesondere nützlich, zum Flicken von Löchern in Blättern aus einem thermoplastischen Material.
Die Ausbesserungs-Schweißstange 45 ist aus zwei Schweißstangen 10, die in ihrer Länge im wesentlichen gleich sind, gebildet. Das Widerstandselement ist an jedem Ende der Schweißstangen 10 durch Erwärmen und Abstreifen des festen Kerns 11 unter Verwendung beispielsweise einer Heißluftpistole und eines Paares von Drahtabstreifern freigelegt. Die freiliegenden Drähte 17 des Widerstandselements werden sodann an einem ersten Ende der ersten Schweißstange 10 zusammen mit den freiliegenden Drähten 17 des Widerstandselements 12 an einem ersten Ende der zweiten Schweißstange 12 verdreht. Die freiliegenden Drähte 17 der zweiten Enden der ersten und der zweiten Schweißstangen 10 werden sodann miteinander verdreht, um eine (nicht gezeigte) Doppel-Schweißstange zu bilden. Die Anschlußstifte 15 werden an das Widerstandselement 12 angebracht und die Ausbesserungs-Schweißstange 45 wird in die gewünschte Form durch Wegziehen des Paares von Schweißstangen 10, ohne diese von den Anschlußstiften 15 zu lösen, gebildet. Die Ausbesserungs-Schweißstange 45 wird sodann durch gemeinsames Aufbringen eines Stroms und Druck an das thermoplastische Blatt 44 angebracht.
Bei den beiden in den Figuren 13 und 14 gezeigten Anwendungen ist es bevorzugt, die Stangen 10 bzw. 45 derart anzuheften, daß die Anschlußstifte 15 sich nicht über den Rand des thermoplastischen Elements 44 erstrecken, um so eine Überhitzung des freiliegenden Metalls der Anschlußstifte 15 zu verhindern. Es ist weiter ein Sicherheitsmerkmal, da die Berührung der Anschlußstifte 15 einen elektrischen Schlag bewirken kann.
Bei den Anwendungen, wie sie in Figur 14 gezeigt sind, wo zwei Schweißstangen 10 an einem Anschlußstift 15 verbunden sind, kann eine örtliche Übererwärmung der Ausbesserungs-Schweißstange 45 an den Anschlußstiften 15 vorliegen. In diesem Fall ist es ratsam, beispielsweise Stücke eines Folienbandes 46 an der gegenüberliegenden Seite des thermoplastischen Blatts vorzusehen. Das Folienband 46 wirkt zum Abziehen von Wärme von dem Anschlußstift 15 und leitet diese über einen Bereich des Folienbands 46, um ein Brennen des thermoplastischen Materials unmittelbar benachbart des Anschlußstifts 15 zu verhindern.
Eine alternative zum vorangehenden Anheften der Schweißstange 10 ist das Vorsehen eines (nicht gezeigten) Kanals in einem der miteinander zu verbindenden thermoplastischen Elemente, um die Schweißstange 10 während des Schweißvorgangs an Ort und Stelle zu halten.
Es wird jetzt auf die Figuren 15 und 16 Bezug genommen. Eine Anwendung der Schweißstange 10 und des Verfahrens zum Bilden einer Verschweißung zwischen zwei thermoplastischen Elementen ist ein Fusionsring 50 zum Zusammenschweißen zweier Rohrabschnitte 51 und 52 über eine Stoßverbindung.
Der Fusionsring so ist aus einer Schweißstange 10 und einem Kragen 54 eines thermoplastischen Rohrs gebildet, der einen Innendurchmesser, der im wesentlichen dem Außendurchmesser der miteinander zu verbindenden Rohrabschnitte 51 und 42 gleich ist. Der Abstand zwischen dem Mund 16 jeden Anschlußstifts 15 der Schweißstange 16 ist im wesentlichen dem Innenumfang des Kragens 54 gleich. Die Schweißstange 10 ist entlang der Innenfläche des Kragens 54 geformt und die Anschlußstifte 15 werden durch Bohrungen an dem Kragen 54 nach außen gestoßen.
Der Schweißring 53 wird sodann an der Innenwandung des Kragens 54 angeheftet. Das Formen und anfängliche Anheften der Schweißstange 10 kann, beispielsweise, über ein Paar von nicht leitenden, wärmewiderstandsfähigen Ringen (nicht gezeigt) erfolgen, die zusammengedrückt werden, wenn ein Strom durch das Widerstandselement der Schweißstange 10 geführt wird.
Der Fusionsring 50 wird zwischen den beiden Rohrabschnitten 51 und 52 in einer Sockelpassung positioniert und die beiden Rohrabschnitte 51 und 52 werden sodann zusammengeschweißt, während der Druck aufgebracht, um die Rohre 51 und 52 zusammenzudrücken. Der Fusionsring 50 schafft ein drittes thermoplastisches Element in der Form eines Kragens 54 zu der Schweißung. Dies ist insbesondere in Situationen vorteilhaft, in denen das Beibehalten von Fluiden, die in den Rohren 51 und 52 transportiert werden, von besonderer Bedeutung ist.
Der Schweißring 43 von Figur 12 kann durch die Schweißstange 10 in dem Fusionsring 50 für einen größeren Durchmesser und/oder dickerwandigere Rohre ersetzt werden. Alternativ könnte die Schweißstange 10 mit einer Schleife ausgebildet sein, wie in den Figuren 17 und 18 gezeigt. Der Fusionsring 50, wie er in den Figuren 17 und 18 gezeigt ist, ist durch ein vorläufiges Anheften der Schweißstange 10 an eine Scheibe 56 aus einem relativ dicken thermoplastischen Material und anschließendes Anbringen der Scheibe 56 an dem Kragen 54 gebildet. Die Wärme, die durch diese Anordnung der Schweißstange 10 erzeugt wird, schmilzt das thermoplastische Material der Scheibe 56 ausreichend, sie bewirkt auch das Aufweichen und Schmelzen des thermoplastischen Materials der Rohre 51 und 52 benachbart zu dem Fusionsring 50.
Es wird jetzt auf Figur 19 Bezug genommen. Der Fusionsring 50 kann auch mit einem Kragen 54 des thermoplastischen Rohres gebildet sein mit einem Außendurchmesser, der im wesentlichen dem Außendurchmesser der miteinander zu verbindenden Rohrabschnitte 51 und 52 gleich ist. Die Rohrabschnitte 51 und 52 werden auf eine Tiefe, die der Wanddicke des Kragens 54 im wesentlichen gleich ist, vertieft. Dies erlaubt es, daß die Verbindungen zwischen den Rohrabschnitten 51 und 52 entlang der Innenfläche und der Außenfläche der Rohrabschnitte 51 und 52 fluchtet.
Die Schweißstange 10 und das Verfahren der Elektrofusions-Verschweißung nach der vorliegenden Erfindung ist sehr vielseitig unter Schaffung eines Mittels zum Zusammenschweißen unterschiedlicher Formen und Größen thermoplastischer Elemente, von denen eine Anzahl hier beschrieben worden ist. Aufgrund dieser Vielseitigkeit können die Schweißvorgänge in ansonsten weniger idealen Bedingungen unter Wasser, in Teichen, Abwasserkanälen und dergleichen ausgeführt werden. Unter diesen Bedingungen muß für die Wärmeverteilung in der wäsrigen Umgebung gesorgt werden.
In dem Fall der Anwendung, wie sie in Figur 14 gezeigt ist, wird die Ausbesserungs-Schweißstange 15 zunächst an einem thermoplastischen Blatt 44 angeheftet. Um die Verteilung der Wärme über die flüssige Umgebung zu vermindern, wird die zunächst angeheftete Ausbesserungs- Schweißstange 45 durch das Aufbringen von Druck abgeflacht und Strom wird auf die Ausbesserungs-Schweißstange 45 aufgebracht. Das Abflachen der Ausbesserungs-Schweißstange 45 erhöht den Kontaktbereich zwischen der Ausbesserungs-Schweißstange 45 und dem zu reparierenden (nicht gezeigten) thermoplastischen Element. Entsprechend verdunstet die Wärme, die in dem Widerstandselement 12 erzeugt wird, während des Schweißzyklus jedwede Feuchtigkeit, die zwischen der Ausbesserungs-Schweißstange 45 und dem zu reparierenden thermoplastischen Element verbleibt.
Die Ausbesserungs-Schweißstange 45 wird nach dem Anheften an das thermoplastische Material 44 abgeflacht, beispielsweise durch Aufbringen des thermoplastischen Blatts 44 auf ein Blatt aus einem wärme-widerstandsfähigen Glas, wobei die Ausbesserungs-Schweißstange 45 nach unten weist. Ein Gewicht, das ausreichend ist, um ein Abflachen der Ausbesserungs-Schweißstange 45 in dem aufgeweichten Zustand vor dem Brennen des thermoplastischen Blatts 44 zu bewirken, wird auf die Oberseite des thermoplastischen Blatts 45 aufgebracht. Das Gewicht könnte ungefähr 20,48 kg (65 Pfund) beispielsweise für ein 203,2 mm (8 Zoll) mal 203,2 mm (8 Zoll) Blatt aus einem thermoplastischen Material wiegen. Ein Strom von 17 Ampere wird auf das Widerstandselement 12 für 2,5 Minuten aufgebracht. Die Spannungsquelle wird getrennt und die verschweißte Ausbesserungs-Schweißstange 45 und das thermoplastische Blatt 44 werdenbelassen, um über zwei Minuten abzukühlen, wobei das Gewicht aufgebracht bleibt. Der sich ergebende Flicken hat eine abgeflachte Schweißstange 45 mit einer weichen, glasartigen Oberfläche.
Es wird jetzt auf die Figuren 20 und 21 Bezug genommen. Es sind auch Anwendungen gegeben, bei denen ein langer dünner Flicken erforderlich ist, beispielsweise zum Reparieren eines fehlerhaften Saums in einer Teichauskleidung. In diesem Fall ist es ratsam, eine Doppel- Schweißstange 58 zu verwenden.
Die Doppel-Schweißstange 58 ist, wie bei der Diskussion der Schweißstange 43 und der Ausbesserungs-Schweißstange 45 beschrieben, ausgebildet. Das Widerstandselement 12 ist an jedem Ende eines Paares von Schweißstangen in einer im wesentlichen gleichen Länge durch Erwärmen und Abziehen des festen Kerns 11 unter Verwendung beispielsweise einer Heißluftpistole und eines Paares von Drahtabstreifern freigelegt. Die freigelegten Drähte 17 des Widerstandselements 12 werden sodann an einem Ende der ersten Schweißstange 10 mit den freiliegenden Drähten 17 des Widerstandselements 12 an dem ersten Ende der zweiten Schweißstange 10 miteinander verdreht. Die freiliegenden Drähte 17 der zweiten Enden der ersten und der zweiten Schweißstange 10 werden miteinander verdreht, um eine Doppel-Schweißstange 58 zu bilden. Die beiden Schweißstangen 10 sind nicht getrennt, sondern werden, wie oben beschrieben, vorläufig an das thermoplastische Blatt 59 angeheftet. Die Doppel-Schweißstange 58 wird durch die gleichzeitige Aufbringung von Druck und Strom in einer nicht haftenden Oberfläche, etwa einem wärmewiderstandsfähigen Glas, abgeflacht.
Wenn die abgeflachte Ausbesserungs-Schweißstange 45 und die Doppel-Schweißstange 58 verwendet werden, um Schweißungen in einer wässrigen Umgebung zu bewirken, ist es wichtig, die Temperatur der Umgebung, die Größe des Gewichts, das zum Aufbringen des Drucks verwendet wird und die Verteilung der Wärme durch die wässrige Umgebung zu berücksichtigen. Die abgeflachte Ausbesserungs-Schweißstange 45 und die Doppel-Schweißstange 58 erhöhen den Kontaktbereich zwischen den Stangen 45 und 58 und das (nicht gezeigte) zu reparierende thermoplastische Element. Entsprechend verdampft die Wärme, die in dem Widerstandselement während des Schweißzyklus erzeugt wird, jedwede Feuchtigkeit, die zwischen der Ausbesserungs-Schweißstange 45 und dem zu reparierenden thermoplastischen Elements verbleibt.
Figur 21 zeigt die Verwendung der Doppel-Schweißstange 58 zum Reparieren eines Saumes zwischen zwei thermoplastischen Blättern 60 und 61. Die durch das Widerstandselement 12 erzeugte Wärme ist ausreichend, um das thermoplastische Blatt 59, die Doppel-Schweißstange 58 und die beiden thermoplastischen Blätter 60 und 61 zu einer einheitlichen Struktur zu verschweißen Diese Art der Ausbesserungs-Reparatur ist sehr fest und sehr effektiv.

Claims

1. Ein Schweißstab (10) zum Schweißen benachbarter Teile aus thermoplastischem Material, der einen Kern (11) aus besagtem thermoplastischen Material aufweist, wobei um besagten Kern herum ein elektrisches Widerstandselement (12) in einem schraubenförmigen Muster herumgewickelt ist, wobei besagter Kern massiv und homogen ist und einen kreisförmigen Querschnitt aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Widerstandselement mehrere Paare von Drähten (17) umfaßt, die auf besagten Kern geflochten oder gewickelt und nächst der Oberfläche desselben darin eingebettet sind.

2. Ein Verfahren zur Herstellung eines Schweißstabes (10) zum Schweißen benachbarter Teile aus thermoplastischem Material, wobei ein Kern (11) aus besagtem Thermoplast mit einem elektrischen Widerstandselement (12) umwickelt wird, wobei besagter Kern (11) als ein massives homogenes Teil mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Widerstandselement (12), das aus mehreren Paaren von Drähten (17) besteht, um besagten Kern herumgewickelt wird, wobei besagte Paare von Drähten (17) unter Spannung gehalten werden und besagter massiver Kern (11) erhitzt wird, wodurch besagtes Widerstandselement in besagtem massiven Kern nächst der Oberfläche besagten Kerns eingebettet wird.

3. Ein Verfahren zur Herstellung eines Schweißstabes (10) zum Schweißen benachbarter Teile aus thermoplastischem Material nach Anspruch 2, wobei besagter Schritt des Wickelns eines Widerstandselementes (12) um besagten massiven Kern (11) herum das Flechten besagter mehrerer Paare von Drähten (17) um besagten massiven Kern (11) herum umfaßt.

4. Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schweißstabes zum Schweißen benachbarter Teile aus thermoplastischem Material, welche umfaßt:

ein Antriebsmittel (28), das mit einem Vorrat (21) eines massiven homogenen Kerns (11) aus besagtem thermoplastischen Material verbunden ist,

ein Mittel (12) zum Wickeln mehrerer Paare von Drähten,

ein Mittel zum Halten besagter mehreren Drähte unter Spannung und eine Heizkammer (25), wodurch besagter massiver Kern (11) durch besagtes Mittel (22) zum Wickeln zugeführt wird, besagte mehrere Paare von Drähten (17) in einem schraubenförmigen Muster um besagten massiven Kern (11) herumgewickelt und besagte mehrere Drähte (17) in besagten erhitzten massiven Kern (11) nächst der Oberfläche besagten massiven Kerns eingebettet werden, während sie unter Spannung stehen.

5. Ein Verfahren zum Schweißen benachbarter Teile (32, 33, 38, 39) aus einem thermoplastischem Material, bei dem ein Schweißstab (10), der einen Kern (11) aus besagtem thermoplastischen Material aufweist, der mit einem elektrischen Widerstandselement (12) umwickelt ist, zwischen besagten benachbarten Teilen angeordnet wird, bewirkt wird, daß ein elektrischer Strom in besagtem elektrischen Widerstandselement (12) fließt, und besagte Teile (32, 33, 38, 39) zusammengedrückt werden, wobei besagter Kern (11) als ein massiver homogener Kern mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes elektrisches Widerstandselement (12) mehrere Paare von Drähten (17) umfaßt, die in einem schraubenförmigen Muster um besagten Kern (11) herumaewickelt und nächst der Oberfläche besagten Kerns eingebettet sind, daß besagter Schweißstab (10) ausgeformt ist in der Form der Bereiche der zugewandten Flächen besagter benachbarter Teile (32, 33, 38, 39), die geschweißt werden sollen; daß besagter Strom für eine Zeit und mit einer Stärke eingespeist wird, die ausreichend sind, um zu bewirken, daß besagter Kern (11) und Bereiche besagter Teile (32, 33, 38, 39) erweichen und verschmelzen, und daß besagter Druck aufrechterhalten wird, bis besagte Teile und besagter Kern fest geworden sind.

6. Ein Verfahren zum Schweißen benachbarter Teile aus einem thermoplastischem Material nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Schritt der Bereitstellung eines Wärmeabstrahlungsmittel (46) an der Verbindungsstelle zwischen der Stromquelle und besagtem Widerstandselement eingeschlossen ist.

7. Ein Verfahren zum Schweißen benachbarter Teile aus einem thermoplastischem Material nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß besagter Strom durch ein Hochfrequenzfeld induziert wird.

8. Ein Verfahren zum Schweißen benachbarter Teile (44) aus einem thermoplastischem Material, welches die Schritte umfaßt:

Bereitstellen eines Schweißstabes (10), der einen massiven homogenen Kern (11) aus besagtem thermoplastischen Material und ein Widerstandselement (12), das nächst der Oberfläche besagten massiven Kerns eingebettet ist, aufweist, wobei besagtes Widerstandselement (12) mehrere Paare von Drähten (17) umfaßt, die auf den Kern (11) geflochten oder gewickelt sind,

Ausformen besagten Schweißstabes (10) zu der Form der Bereiche der zugewandten Flächen besagter benachbarten Teile, die geschweißt werden sollen,

Anordnen besagten Schweißstabes (10) in Kontakt mit einem ersten von besagten benachbarten Teilen (44) aus besagtem thermoplastischen Material,

Bewirken eines elektrischen Stromes in besagtem Widerstandselement,

Beaufschlagen besagten ersten Teils (44) mit Druck, so daß besagtes erstes Teil in Kontakt mit besagtem Schweißstab (10) steht, wobei besagter Strom in besagtes Widerstandselement (12) für eine Zeit und mit einer Stärke eingespeist wird, die ausreichend sind, um zu bewirken, daß besagter massiver Kern (11) besagten Schweißstabes und Bereiche besagten ersten Teils (44) nächst besagtem Schweißstab erweichen und verschmelzen,

Unterbrechen besagten Stromes und

Aufrechterhalten besagten Druckes, bis besagter massiver Kern (11) besagten Schweißstabes (10) und besagte Bereiche besagten ersten Teils (44) verschmolzen und fest geworden sind, wodurch besagter Schweißstab an besagten ersten Teil vorbefestigt wird, und anschließendes Schweißen eines oder mehrerer weiterer thermoplastischer Teile auf besagten, an besagtem ersten Teil vorbefestigten Schweißstab.

9. Ein Verfahren zum Schweißen benachbarter Teile aus einem thermoplastischen Material nach Anspruch 8, das weiter den Schritt der Bereitstellung eines Wärmeabstrahlungsmittels (46) an jeder Verbindungsstelle zwischen der Stromquelle und besagtem Widerstandselement (12) einschließt.

10. Ein Verfahren zum Schweißen benachbarter Teile aus einem thermoplastischen Material nach Anspruch 8, wobei besagter Strom von einem Hochfrequenzfeld erzeugt wird.

11. Ein Verfahren zum Schweißen benachbarter Teile (44) aus einem thermoplastischen Material nach Anspruch 8, wobei das Schweißen von einem oder mehreren weiteren thermoplastischen Teilen auf besagten, an besagtem ersten Teil vorbefestigten Schweißstab (10) die Schritte umfaßt:

Anordnen besagten, an besagtem ersten Teil (44) vorbefestigten Schweißstabes (10) auf einem zweiten thermoplastischen Teil,

Bewirken eines elektrischen Stromes in besagtem Widerstandselement,

Beaufschlagen besagten ersten und besagten zweiten Teils mit Druck, so daß die zugewandten Flächen besagten ersten und besagten zweiten Teils in Kontakt mit besagtem Schweißstab (10) stehen, wobei besagter Strom in besagtes Widerstandselement (12) für eine Zeit und mit einer Stärke eingespeist wird, die ausreichend sind, um zu bewirken, daß beagter massive Kern (11) besagten Schweißstabes (10) und Bereiche besagten ersten und besagten zweiten Teils nächst besagtem Schweißstab erweichen und schmelzen,

Unterbrechen besagten Stromes und

Aufrechterhalten besagten Druckes, bis besagter Schweißstab und besagtes erste und besagtes zweite Teil verschmolzen und fest geworden sind.

12. Ein Verfahren zum Verschweißen benachbarter Teile aus einem thermoplastischen Material nach Anspruch 11, welches weiter den Schritt der Bereitstellung eines Wärmeabstrahlungsmittel (46) an jeder Verbindungsstelle zwischen der Stromquelle und besagtem Widerstandselement (12) einschließt.

13. Ein Verfahren zum Schweißen benachbarter Teile aus einem thermoplastischen Material nach Anspruch 11, wobei besagter Strom von einem Hochfrequenzfeld erzeugt wird.

14. Ein Verfahren zum Schweißen benachbarter Teile aus einem thermoplastischen Material nach Anspruch 8, wobei besagtes Schweißen von einem oder mehreren weiteren thermoplastischen Teilen auf besagten, an besagtem ersten Teil (54) vorbefestigten Schweißstab umfaßt:

Anordnen besagten, an besagtem ersten Teil (54) vorbefestigten Schweißstabes zwischen einem zweiten (50) und einem dritten (52) von besagten benachbarten Teilen aus besagtem thermoplastischen Material,

Bewirken, daß ein elektrischer Strom in besagtem Widerstandselement fließt,

Beaufschlagen besagten zweiten (51) und dritten (52) Teils mit Druck, so daß die zugewandten Flächen besagten zweiten und dritten Teils in Kontakt mit besagtem Schweißstab stehen, wobei besagter Strom in besagtes Widerstandselement (12) über eine Zeit und mit einer Stärke eingespeist wird, die ausreichend sind, um zu bewirken, daß besagter massive Kern (11) besagten Schweißstabes und Bereiche besagten ersten und zweiten und dritten Teils nächst besagtem Schweißstab erweichen und schmelzen,

Unterbrechen besagten Stromes und

Aufrechterhalten besagten Druckes, bis besagte Teile und besagter Schweißstab verschmolzen und fest geworden sind.

15. Ein Verfahren zum Schweißen benachbarter Teile aus einem thermoplastischen Material nach Anspruch 14, das weiter den Schritt der Bereitstellung eines Wärmeabstrahlungsmittels an jeder Verbindungsstelle zwischen der Stromquelle und besagtem Widerstandselement einschließt.

16. Ein Verfahren zum Schweißen benachbarter Teile aus einem thermoplastischen Material nach Anspruch 14, wobei besagter Strom von einem Hochfrequenzfeld erzeugt wird.