DE1615092A1 - Isolierter,ummantelter,elektrischer Widerstandsdraht und aus diesem hergestellte Heizelemente,wie Schweissmuffen - Google Patents

Isolierter,ummantelter,elektrischer Widerstandsdraht und aus diesem hergestellte Heizelemente,wie Schweissmuffen

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DE1615092A1
DE1615092A1 DE19671615092 DE1615092A DE1615092A1 DE 1615092 A1 DE1615092 A1 DE 1615092A1 DE 19671615092 DE19671615092 DE 19671615092 DE 1615092 A DE1615092 A DE 1615092A DE 1615092 A1 DE1615092 A1 DE 1615092A1
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resistance
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Description

Dinllnn 1^15092
„nnUAcruucTT 51 AACHEN,.den 15· März 1967
BRUNO SCnMcTZ AügustasiraßeM-lO» Telefon 34731
Patentanwalt
Atlantic Research Corporation in Alexandria, Virginia
: (T.St.A.)
Beschreibung zu Patentanmeldung /V-
Isolierter, ummantelter, elektrischer Widerstandsdraht und aus diesem hergestellte Heizelemente, wie Schweißmuffen
Die Erfindung betrifft einen isolierten, ummantelten, :
elektrischen Widerstandsdraht und aus diesem hergestellte .-" Heizelemente, wie Schweißmuffen, welche zur Verbindung '--,-. iron aus thermoplastischem Material bestehenden leilen durch theimische Schweißung geeignet sind. ,
Elektrische Widerständserwärmungsmuffen sind bekannt und können für eine "Vielzahl von Anwendungen "benutzt werden. λ Beispiele für die Anwendung von derartigen Wide'rstands-?· erwärmungsmuffen sind die Erwärmung von hohlzylindrischen Gegenständen, wie Rohren und Behältern, sowie"das Zusammen- ^j schweißen von aus thermoplastisehern Material bestehenden ' : G-egenständen, -wie Rohren und Roh'rverbindungsstückeri, Ein bekanntes Verfaliren zur Herstellung einer derartigen Muffe besteht darin, einen Widerstandsdraht schraubenlinienförmig zu einer Spule zu wiekelnund die benachbarten Windungen dieser Spule miteinander zu verbinden, wie dies in der : USA-Patentschrift 3 062 940 gezeigt ist. Die von diesen ; Muffen erzeugte Wärmemenge hängt weitgehend von der
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Gesamtmenge des vorhandenen Widerstandselementes, der Dicke der ebenfalls als Wärmeisolierung wirkenden elektrischen Isolierung des Widerstandedrahtes und der Anzahl der Spulen-Windungen pro Längeneinheit der Muffe ab.
Wenn eine derartige Muffe als Schweißmuffe zur Verbindung von aus Kunststoff bestehenden Rohren und Rohrverbindungsstücken Verwendung finden soll, wird durch die Rohre und Rohrverbindungsstücke ein Ringraum mit verhältnismäßig geringen radialen Abmessungen begrenzt, in welchem die Schweißmuffe anzuordnen 1st. Im Hinblick auf die räumlichen Begrenzungen und um den Wirkungsgrad der Schweißung durch Erhöhung der Wärmeübertragung zu der Muffenoberfläche zu verbessern, ist die Dicke der Isolierung der Schweißmuffe in radialer Richtung zu verringern, gleichzeitig jedoch die Anzahl der Windungen und die Menge des Widerstandselementes pro Längeneinheit^der Schweißmuffe in einer gewünschten Höhe zu halten. Eine derartige Anpassungsfähigkeit der Ausbildung ist jedoch mit den bekannten isolierten, ummantelten, elektrischen Widerstandsdrähten nicht zu erreichen.
Die bekannten isolierten, ummantelten, elektrischen Widerstandsdrähte, welche zur Herstellung von derartigen Muffen verwendet werden, weisen entweder quadratischen oder kreisförmigen Querschnitt auf, so daß bei ihnen der Abstand von ihrem Widerstandsdraht bzw. Widerstandselement zu der äußeren Oberfläche ihres Isoliermantels in Richtungen, welche sich
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senkrecht durch die Mitte der Seitenflächen, des Mantels erstrecken, im wesentlichen überall gleich ist. 3ei einer gegebenen Länge und einem gegebenen Durchmesser der Muffe sind die Anzahl der Windungen und der Abstand des" Widerstandselementes derselben "von den Querschnittsabmessungen des Mantels des Widerstandsdrahtes abhängig. So bewirkt: bei einem bekannten Widerstandsdraht mit der beschriebenen Querschnittsgestalt seines Mantels * d. h. einer quadratischen oder kreisförmigen .Querschnittsgestalt desselben, eine Verringerung der Dicke des Mantels, um das Widerstandselement " dichter an die Manteloberfläche zu bringen^.die durch den Mantel bewirkte thermische Isolierung zu verringern und damit die Heizwirkung zu verbessern, eine Verringerung des Abstandes zwischen dem Widerstandselement benachbarter Windungen, eine Erhöhung der Anzahl der Windungen pro Längeneinheit der Muffe und eine Erhöhung der Gesamtmenge des vorhandenen Widerstandselementes. Da infolgedessen eine Veränderung der Dicke des Mantels des bekannten Widerstandsdrahtes andere Faktoren beeinträchtigt welche für die Ausbildung von Schweißmuffen wichtig sind, ist mit dem bekannten Widerstandsdraht die erforderliche Anpassungsfähigkeit hinsichtlich der Ausbildung von Schweißmuffen nicht zu ·> erreichen. ' ,,.:..
Thermoplastische Kunststoffe haben sich zunehmend als wichtigeWerkstoffe zur Herstellungvieler Arten von Gegenständen erwiesen, insbesondere auch zur Herstellung von
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Rohren und Rohrverbindungsstücken (!Fittings). Die Korrosionsbeständigkeit, die leichte Bearbeitbarkeit, das geringe Gewicht und die Gießfähigkeit dieser Werkstoffe machen sie für diesen Zweck besonders geeignet. Die Verbindung von ■ Gegenständen aus thermoplastischen Kunststoffen erfolgte bisher mittels üblicher mechanischer Verbindungen, z. B-. Schraub- oder Flanschverbindungen, durch chemische Mittel, z. B. ein Verschweißen durch Lösungsmittel, und durch thermische Mittel, wie beispielsweise eine thermische Schweißung.
.In vielen Anwendungsfällen sind mechanische Verbindungen wegen ihrer mangelnden Dichtigkeit und der zeitraubenden, beschwerlichen und teuren Montage nicht angebracht. Ein Verschweißen durch lösungsmittel erfordert einen gewissen Grad an Sorgfalt beim Aufbringen des Lösungsmittels auf die Oberfläche der zu verbindenden Teile. Außerdem müssen diese Teile dabei nach Aufbringen des Lösungsmittel: auch sogleich zusammengesetzt werden, weil das Lösungsmittel den thermoplastischen Werkstoff sofort angreift. Darüber hinaus sind manche thermoplastische Werkstoffe, z. B. Polypropylen, schlecht lösbar durch die üblichen Lösungsmittel, die zum Schweißen verwendet werden. Infolgedessen ist es bis heute im wesentlichen bei mechanischen Verbindungen und bei Verbindungen durch thermische Schweißungen geblieben.
Bei einem der bekannten Verfahren zum thermischen Schweißen von derartigen Gegenständen wird eine Schweißmuffo benutzt,
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wie sie in den TJSA-Pat ent schrift en 5 094- 452 und 2 739 82$ ■beschrieben ist. Bei derartigen Schweißmuffen ist ein elektrisches Widerstandselement innerhalb eines· aus thermoplastischem Material bestehenden Mantels eingebettet^ welcher den 2ai verbindenden Oberflächen benachbart angeordnet wird. Durch das Wideistandselement wird dann elektrischer Strom induktiv- -oder unmittelbar geleitet. Die sich dabei ergebende Hitze bewirkt ein Schmelzen des thermoplastischen Materials des Mantels sowie der benachbarten Flächen der zu verbindenden -Gegenstände und damit eine Verschweißung derselben. Da thermoplastische Werkstoffe schlechte Wärmeleiter sind, ist es erwünscht, die Dicke des thermoplastischen Materials zwischen dem Widerstandselement und den zu verschweißenden flächen minimal zu halten, um dadurch die Wirksamkeit der ßchweißiüuffe zu verbeösern. Da die Menge der freigegebenen r/ärmeenergie der Menge des vorhandenen Widers tands element es dii'CKt proportional ist, ist es weiterhin äußerst wichtig, . .-eine ausreichende Länge des Widerstandselementes längs des Verbindungsbereiches vorzusehen, um die für die Verschweißung (j der zu verbindenden Gegenstände erforderliche Wärmemenge zu erzeugen. : : ·
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,; einen isolierten, ■ :-■"_■ ummantelten, elektrischen Widerstandsdraht sowie aus diesem hergestellte Heizelemente und insbesondere Sehweißmuffen zur Verbindung von aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Gegenständen zu schaffen, welche die Nachteile der ;
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der bekannten Widerständsdrähte, Heizelemente und Schweißmuffen nicht aufweisen.
So soll durch die Erfindung ein Widerstandsdraht geschaffen werden, welcher hinsichtlich der Ausbildung von Heizelementen und Schweißmuffen eine größere Anpassungsfähigkeit "besitzt, mit welchem ein aus einem Stück bestehendes Heizelement bzw. eine aus einem Stück bestehende Schweißmuffe, deren benachbarte Windungen miteinander verbunden sind, hergestellt werden kann, mit welchem bei der Herstellung von Heizelementen bzw. Schweißmuffen, deren Länge vergrößert werden · kann, während ihre Dicke und die Anzahl ihrer Windungen konstant bleiben, und welches die Herstellung von Heizelementen bzw. Schweißmuffen gestattet, bei welchen ohne Beeinträchtigung der Isolierung eine minimale Isolierungsdicke zwischen dem Widerstandselement und der Oberfläche des Heizelementes bzw. der Schweißmuffe vorliegt.
) , Ferner soll durch die Erfindung eine Schweißmuffe zur Verbindung von Teilen aus thermoplastischem Kunststoff durch thermische Schweißung geschaffen werden, welche aus einem Stück besteht, selbsthaltend ist, eine gewünschte länge und Menge des Widerstandselementes aufweist, das Widerstandselement in so naher Anordnung an den Muffenflächen besitzt, wie dies gewünscht wird, einfach sowie preiswert herzustellen ist und in Massenfabrikation hergestellt werden kann.
BAD ORIGINAL
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung einen isolierten, ummantelten, elektrischen Widerstandsdrant · vor, der sich dadurch· kennzeichnet, daß er einen Mantel aus einem thermoplastischen. Polymeren von unbestimmter Länge und mit einem Querschnitt aufweist, von dem ein erstes Paar von gegenüberliegenden-Seiten wesentlich länger als ein zweites Paar von gegenüberliegenden Seiten ist, und daß ein elektrisch leitfendes Widerstands element derart in dem Mantel eingebettet ist, daß der Abstand von dem Widerstandselement zu dem ersten Paar von gegenüberliegenden Seiten wesentlich geringer als der Abstand von dem Widerstandselement- zu dem zweiten Paar von gegenüberliegenden Seiten ist. -
Insbesondere infolge der Querschnittsförm des Mantels des Widerstandsdrahtes und der Anordnung des Widerstandselementes in diesem ergeben sich mit dem neuen Widerstandsdraht die erstrebten vorteilhaften Wirkungen. Dies beruht dabei vor allem darauf, daß der.Mantel des neuen Widerstandsdrahtes zwischen seinem Widerstandselement' und seinen jj breitenen Flächen eine minimale Dicke aufweist, während er zwischen dem Widerstandselement und seinen schmaleren Flächen, eine den jeweiligen Erfordernissen entsprechende Breite besitzt. -
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Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß bei dem neuen Widerstandsdraht, dessen Mantel rechteckigen Querschnitt aufweist, das Widerstandselement mit einem Isolatorüberzug
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.versehen ist, der Mantel bei einer vorbestimmten Temperatur schmilzt und der Isolator bei dieser !Temperatur seine Isoliereigenschaft beibehält. Zweckmäßig besteht der Mantel des neuen Widerstandsdrahtes dabei aus einem Werkstoff, welcher bei einer Temperatur von etwa 160° C bis 290° C schmilzt. Vorzugsweise wird für die Herstellung des Mantels Polypropylen verwendet.
Aufgrund dieser Merkmale besitzt der neue Widerstandsdraht besondere Eignung zur Herstellung von Heizelementen und insbesondere Schweißmuffen. So läßt sich der Widerstandsdraht infolge des rechtwinkligen Querschnitts seines Mantels sehr gut zu einem Heizelement bzw. einer Schweißmuffe verarbeiten, welche aus einer Vielzahl von Windungen dieses Drahtes bestehen. Ferner werden infolge des Isolierüberzuges des Widerstandselementes des neuen Widerstandsdrahtes bei der Benutzung von aus diesem hergestellten Heizelementen und Schweißmuffen Kurzschlüsse vermieden.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung weiterhin ein Heizelement und insbesondere eine Schweißmuffe vor, welche aus dem erfindungsgemäßen Widerstandsdraht hergestellt sind. Die Schweißmuffe kennzeichnet sich dabei dadurch, daß sie aus einer Spule mit einer Vielzahl von Windungen des Widerstandsdrahtes besteht, wobei sich das erste Paar von gegenüberliegenden Seiten seines Mantels parallel zu der Richtung der Aufeinanderfolge der Windungen befindet, während jede Seite des zweiten Paares von gegenüberliegenden
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Seiten seines Mantels bei jeder Windung gegen die entsprechende Seite der benachbarten Windung anliegt und mit dieser physikalisch verbunden ist. Die Verbindung der einzelnen Windungen erfolgt'dabei" vorzugsweise durch Anwendung von Wärme.
Bei der neuen Schweißmuffe kann infolge des rechteckigen Querschnitts des Schweißdrahtes,aus welchem sie hergestellt ist, das Widerstandselement so nahe an den Oberflächen der Schweißmuffe angeordnet werden, wie dies gewünscht wird, um eine wirksame Wärmeerzeugung zum Verschweißen der zu verbindenden Gegenstände aus thermoplastischem Kunststoff zu bewirken, während aufgrund dessen andererseits genügend thermoplastisches Material zwischen dem Widerstandselement und den Seiten des Mantels vorhanden ist, welche gegen die benachbarten Windungen der Schweißmuffe anliegen und mit diesen zur Bildung derselben zusammenzuschweißen aind.
Die neue Schweißmuffe kann auch in einfacher Weise hergestellt werden. Der zur Herstellung verwendete Widerstandsdraht und insbesondere dessenMantel ermöglichen nämlich ein kontinuierliches Zusammenschweißen der benachbarten Windungender Schweißmuffe bei der Herstellung derselben, und zwar ohne daß dabei die Schweißmuffe beschädigt oder deren Widerstandselement freigelegt wird, obwohl nur ein minimaler Abstand zwischen dem Widerst8.ndselement und den Oberflächen der Schweißmuffe vorhanden ist. Weiterhin wird bei der neuen Schweißmüffe durch den Iaolierüberzug ihres
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Widerstandselementes vermieden, daß Kurzschlüsse auftreten, wenn sich "benachbarte Windungen desselben berühren, was vorkommen kann, wenn das thermoplastische Material der Schweißmuffe geschmolzen ist und sich das Widerstandelement infolge Wärmeeinwirkung ausdehnt. Bei der Herstellung der Schweißmuffe wird durch die Querschnittsgestalt des Mantels des Widerstandsdrahtes im übrigen dessen Handhabung erleichtert, und zwar insofern, als der Querschnitt des Mantel« des Widerstandsdrahtes der Neigung des Widerstandsdrahtes, sich beim Aufwickeln zu Windungen zu verdrehen, entgegenwirkt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen derselben sowie anhand der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 zwei bekannte Widerstandsdrähte mit Mänteln verschiedener Breite, welche zwei Spulen gleicher länge bilden, im Querschnitt,
I1Ig. 2 einen Widerstandsdraht gemäß der Erfindung, teils in schaubildlicher Ansicht und teils in Schnittansicht',
i*ig. 3 ein Rohr und ein Rohrverbindungsstück mit einer zur Verbindung derselben dienenden Schweißmuffe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt,
Fig. 4 eine zylindrische Schweißmuffe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in schaubildlicher Ansicht,
Mg. 5 die Schweißmuffe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in Schnittansicht gemäß linie 5-5 der Pig. 4,
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Pig. 6 eine schematisphe Darstellung des Verfahrens zur Herstellung der ersten Ausfülirungsform der Schweißmuffe gemäß der Erfindung,
Pig. 7 eine Schweißmuffe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in sehauT>ildl icher Ansicht und ·
Pig. 8 zwei axial übereinstimmend ausgerichtete Rohre mit .einer zur Yerbinduhg derselben dienenden Schweißmuffe gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt sowie in Teilansicht.
Der in Pig. 1 dargestellte bekannte, isolierte, ummantelte, elektrische Widerstandsdraht 10 besitzt einen Leiter 12 mit rundem Querschnitt sowie einen aus isolierendem Material bestehenden Mantel 14- mit quadratischem Querschnitt. In Pig. 1 ist klar zu erkennen, daß bei einer Spule, welche aus miteinander verbundenen Windungen 16,17,18 eines derartigen Drahtes 10 hergestellt ist, bei unverändertem Durchmesser des Leiters 12 die Anzahl von Windungen pro Einheit ader Spulenlänge in starkem Maße von der Dicke des Isoliermantels 14 abhängt.
Wird eine derartige Spule als'Heizelement, beispielsweise als Schweißmuffe, verwendet, so ist es erwünscht, die Dicke des Mantels 14 zwischen dem Leiter 12 und der Oberfläche der Spule zu verringern, um eine schnelle und wirksame Wärmeübertragung zu fördern. In Pig. 1 ist das Ergebnis einer derartigen Verringerung der Manteldicke bei dem bekannten Widerstandsdraht 10 auch dargestellt. Hiernach bewirkt eine Verringerung der Dicke des Mantels 14 eine wesentliche Erhöhung der Anzahl von ?iindungen pro Längeneinheit a der Spule, eine wesentliche Verringerung des
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Abstandes zwischen benachbarten Leitern 12 und eine wesentliche Erhöhung des Gesamtvolumens der Leiter 12, das pro Längeneinheit a der Spule vorliegt. Jede dieser Änderungen hat eine Erhöhung der pro Längeneinheit a der ' Spule erzeugten Wärme zur Folge und kann eine Beschädigung des erhitzten Gegenstandes zur Folge haben. Abgesehen davon ist es auch unwirtschaftlich, mehr Draht zu verwenden als für die gewünschte Heizwirkung erforderlich ist.
k Wenn auch Fig. 1 einen Draht 10 mit einem Mantel 14 zeigt, der quadratischen Querschnitt aufweist, so versteht sich, jedoch, daß ähnliche Schwierigkeiten und Nachteile bei Verwendung eines Drahtes vorliegen, welcher einen Mantel besitzt, der kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Der in Fig. 2 dargestellte isolierte, ummantelte, elektrische Widerstandsdraht 21 weist einen elektrischen Leiter 22 auf, welcher runden Querschnitt besitzt. Dieser Leiter 22 könnte jedoch auch quadratischen Querschnitt besitzen. Der Leiter " 22 ist mit einem dünnen Emailüberzug 24 isoliert, bei welchem es sich um jedes übliche Isolieremail handeln kann, das eine hohe dielektrische Widerstandsfähigkeit besitzt. Das aus dem Leiter 22 und dessen Isolierüberzug 24 bestehende Widerstandselement 25 ist in einen Mantel 26 aus einem thermoplastischen Polymeren eingebettet, und zwar beispielsweise durch Umspritzen des Widerstandselementes 25 mit dem den Mantel 26 bildenden thermoplastischen Material»
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Der Mantel 26 besitzt rechteckigen Querschnitt lindweist / dabei ein erstes Paar von gegenüberliegenden Seiten 27,28 sowie ein zweites Paar von-gegenüberliegenden Seiten 30,31 auf, wobei die Seiten 27,28 eine größere Länge alsdie Seiten 30,31 haben, Diese Querschnittsgestalt ergibt eine größere Materialstärke zwischen dem Widerstandselement 25 und dem zweiten Paar von gegenüberliegenden Seiten 30,31 als zwischen dem Widerstandselement 25 und dem. ersten Paar von gegenüberliegenden Seiten 27,28, .
Ein spezieller Anwendungszweck für den Widerstandsdraht 21 ist die Herstellung einer Schweißmuffe 34 (vgl. J1Ig. 3 und 4), welche zum .Zusammenschweißen von aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Rohren und Bohrverbindungsstücken dient. In den Hg. 3 und 4 ist aus Gründen der Verständlichkeit der Darstellung der Mantel 26 des Widerständsdrahtes 21 ■ transparent dargestellt, um das Widerstandselement 25 zu " zeigen. Bevor auf die Einzelheiten, der Schweißmuffenausbildung eingegangen wird, sei zunächst die Art der Benutzung der Schweißmuffe 34 beschrieben, um diese verständlich zu { machen und die für die Schweißmuffenausbildung maßgebenden Gesichtspunkte aufzuzeigen,
Fig. 3 zeigt schematisch ein aus thermoplastischem Kunststoff bestehendes Bohr 36, welches mit einem ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden BohrverMiidungsatüGk bzw. Eohrkrümmer 38 zu verbinden ist. In den Ringraum 40, welcher durch das Rohr 36 und das Bohrverbindungsstück
begrenzt wird, ist eine Schweißmuffe 34 gemäß der Erfindung eingesetzt. Von der Schweißmuffe 34 erstrecken sich zwei elektrische Anschlüsse 42,44 zu einer elektrischen Stromquelle 46,-wie beispielsweise einer Batterie. Eine Durchleitung von Strom durch die Schweißmuffe 34 hat eine Wärmeerzeugung ausreichender Höhe zur Folge, um den thermoplastischen Mantel 26 sowie die Oberflächen des Rohres 36 und des Rohrverbindungsstückes 38, die der Schweißmuffe benachbart sind, zu schmelzen, wodurch sich eine fest zusammenhaltende Schweißverbindung zwischen diesen Teilen ergibt.
Hieraus folgen als Hauptgesichtspunkte für die Ausbildung der Schweißmuffe 34 eine minimale Wanddicke der Schweißmuffe, ein minimaler Abstand zwischen dem Widerstandselement 25 und den zu verbindenden Flächen, eine für eine genügend starke Verbindung ausreichende Länge der Schweißmuffe und eine geeignete Anzahl von Windungen des Widerstandsdrahtes pro Längeneinheit der Schweißmuffe, um eine Wärmemenge zu erzeugen, die innerhalb eines Bereiches liegt, der ausreicht, um die der Sehweißmuffe benachbarten Flächen des Rohres und des Rohrverbindungsstückes zu schmelzen, jedoch kein Schmelzen des Rohres und Rohrverbindungsstückes über deren ganze Querschnittsfläche bewirkt oder diese in anderer Weise beschädigt. Die Wanddicke der Schweißmuffe 34 wird dabei durch die radiale Dicke des Mantels 26 des Widerstandsdrahtes 21 oder, mit anderen Worten, durch die Differenz des Außenradius und des Innenradius der Schweißmuffe 34 definiert;.
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Unter Berücksichtigung dieser Paktoren sei nunmehr die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Schweißmuffe 34 im einzelnen beschrieben.
Da die Schweißmuffe 34 als Wämequelle zu verwenden ist, wird für den elektrischen .'Heiter 22 derselben ein solcher verwendet, welcher einen entsprechenden elektrischen Widerstand aufweist, wie beispielsweise ein Eisendraht. Wie bereits dargelegt, besteht die Hauptaufgabe der Schweißmuffe 34 in der Herstellung einer Schweißverbindung von aus thermo- * plastischem Kunststoff -.bestehenden Rohren und Rohrverbindungsstücken. Im Hinblick darauf besteht der Mantel 26 des Widerstandsdrahtes 21 vorzugsweise aus demselben Material, aus welchem das Rohr 36 sowie das Rohrverbindungsstück 38, welche verbunden werden sollen, hergestellt sind. Wenn auch für die Herstellung von thermoplastischen Rohren und Rohrverbindungsstücken viele thermoplastische Polymere verwendet werden können, wo werden derartige Rohre und Rohrverbindungsstücke jedoch meistens aus ^thermoplastischen, aliphatischen Kohlenwasserstoff-Polymeren hergestellt, welche bei lempera- I türen in der Größenordnung von etwa 175° G "bis 290 0 schmelzen. Polypropylen, das bei einer temperatur von retwa 177° C schmilzt, ist ein besonders geeignetes Material zur ■ Verbindung durch thermische Schweißung, da es gegen die üblichen Lösungsmittel, diefür das Verschweißen durch . !lösungsmittel verwendet werden, chemisch widerstandsfähig ist. Der isolierende Emailüberzug 24 des elektrischen
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Leiters 22 ist derart gewählt, daß er der Schmelztemperatur dös Mantels 26 zu widerstehen vermag und dabei seine Isoliereigenschaft beibehält. In Übereinstimmung damit weist der Isolierüberzug 24 ein Material auf, das die Beibehaltung der Eigenschaften desselben dadurch bewirkt, daß es einen Schmelzpunkt besitzt, der über demjenigen des Mantels 26 liegt, und sich bei der Schmelztemperatur des Mantels 26 nicht zersetzt. Bei derartigen Emails kann es sich um anorganische Keramikstoffe, organische Harze der hitzehärtbaren Art oder thermoplastische Harze handeln. Ein Beispiel für ein derartiges Email ist Polytetrafluoräthylen, das !Temperaturen bis zu 600° P bis 650° P aushalten kann, ohne Verfallserscheinungen zu zeigen.
,In der Schweißmuffe 34 ist der Widerstandsdraht 21 derart angeordnet, daß sich das erste Paar von gegenüberliegenden Seiten 27,28 seines Mantels 26 parallel zu der Richtung der Aufeinanderfolge der Windungen befindet. Bei der in Pig. 4 dargestellten Schweißmuffe 34 bedeutet dies, daß das erste Paar von gegenüberliegenden Seiten 27,28 des Mantels 26 des Widerstandsdrahtes 21 parallel zu der Muffenachse 48 ist. Durch eine derartige Anordnung des Widerstandsdrahtes 21 wird ein Minimum des Abstandes von dem Widerstandelement 25 zu der Innenfläche 50 und der Außenfläche51 der Schweißmuffe 34 bewirkt. Wie Pig. 5 zeigt, ist der Widerstandsdraht 21 in der Sehweißmuffe 34 weiterhin so angeordnet, daß jede Seite des zweiten Paares von gegenüberliegenden Seiten 30,31 seines Mantels 26 bei jeder
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"Windung gegen die entsprechende Seite der benachbarten Windung anliegt, wodurch sich eine Schweißmuffe 34 mit einer verhältnismäßig glatten Innenfläche5O und Außenfläche 51 ergibt. Bei der Verbindung von Röhren und Rohrverbindungsstücken ist es erforderli^ glatte Berührungsflächen zu haben, um Verbindungen zu erzielen, welche flüssigkeitsdicht sind und selbst bei größten Beanspruchungen halten, Schweißmuffen, deren Oberfläche nicht genügend glatt sind, füliren an der Verbindungsstelle zur Bildung von Lufttaschen, wodurch sich mangelhafte Verbindungen ergeben» . ;
Um die dargestellte, aus einem Stück bestehende, selbsthaltende Schweißmuffe 54- herzustellen, wird, nachdem der Widerstandsdraht 21 in der beschriebenen Weise angeordnet worden ist, die Außenfläche 51 der Schweißmuffe 34· mit ausreichender Intensität erwärmt, um ein,Zusammenschmelzen des Mantels 26 der Windungen des Widerstandsdrahtes 21 herbeizuführen.
I1Ig, 6 veranschaulicht ein Verfahren zum kontinuierlichen Zusammenschweißen von benachbarten Windungen des Widerstandsdrahtes 21 der Schweißmuffe 54- gleichzeitig mit der Herstellung dieser Windungen. Der ummantelte^ Widerstandsdraht 21 wird dabei von einer nicht dargestellten Rolle kontinuierlich einem Dorn 54 zugeführt, welcher gleichzeitig um seine Achse 56 gedreht und l^nge dieser yerechoben wird, wie dies die Pfeile 58 und 60 zeigen, um auf dem Dorn 54 aufeinander folgende sowie miteinander in Berühinang stehende schraubenlinienförmige Windungendes Widerstandsdrahtes
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zu erzeugen. Die zur Herstellung der Schweißmuffe 34 dienende Vorrichtung besitzt ein Heizelement, wie beispielsweise die mit einer Spitze versehene Elektrode 62, welche -unmittelbar an der Berührungslinie von zwei benachbarten Windungen 64,66 angeordnet ist. Durch die Elektrode 62 werden die benachbarten Windungen der Schweißmuffe 34 zusammengeschweißt. Infolgedessen, daß an der Verbindungslinie der Windungen eine beträchtliche Menge an thermoplastischem Material des Mantels 26 des Widerstandsdrahtes 21 vorliegt, wird das Zusammenschweißen der Windungen des Widerstandsdrahtes ohne Ereilegung oder Beschädigung des Widerstandselementes 25 bewerkstelligt.
Anstelle der mit einer Spitze versehenen Elektrode 62 Sann auch ein Heizschuh 68 verwendet werden, v/elcher in !"ig". durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Der Schuh 68 weist an seiner Innenseite mit einem Scheitel versehene Rippen 69 auf, welche sich in einem der Breite des Mantels 26 des Widerstandsdrahtes 21 entsprechenden Abstand voneinander befinden. Die Rippen 69 liegen gegen die Verbindungslinie mehrerer Windungen der Schweißmuffe 34 an, erhitzen diese und üben gleichzeitig einen leichten Druck auf dieselben aus, um die benachbarten Windungen zusammenzuschweißen. Bei der Bewegung des Bornes 54 längs seiner Achse 56 bewegen sich die Windungen, welche zusammengeschweißt worden sind, über den Schuh 68 hinaus und kühlen dort unter Bildung einer aus einem Stück bestehenden, selbsthaltenden Schweiß muffe 34 ab. Hach dem Zusammenschweißen und Abkühlen der
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Windungen der Schweißmuffe 34 wird diese von dem Dorn 5.4 abgenommen.
Sofern dies gewünscht wird, kann eine Vielzahl von Schweißmuffen in Serie -hergestellt; werden, und zwar in einfacher Weise dadurch, daß die Heiz- und Zusammenschweißoperation während der Herstellung einiger Windungen unterbrochen und dann wieder fortgesetzt wird. Eine derartige Verfahrensweise ergibt eine Serie von aus einem Stück bestehenden, selbsthaltenden Schweißmuffen, die durch eine Anzahl von losen, nicht miteinander verschweißten Windungen unterteilt sowie verbunden sind. Nach Abnahme der Schweißmuffen und der sie trennenden sowie verbindenden losen Windungen von dem Dorn 54 werden die losen Windungen dann abgeschnitten* um voneinander unabhängige Schweißmuffen 34 zu "ergeben-.
Wird die Schweißmuffe 34 zur Verbindung von aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Rohren und Rohrverbindungsstücken benutzt, so ist es. notwendig, daß sich die beiden elektrischen Anschlußenden 42, 44 des Widerständsdrahtes von dem selben Ende der Sehweißmuffe 34 wegerstrecken, wie dies in Pig. 3 dargestellt ist. Um dies zu erreichen, wird bei den bekannten Schweißmuffen ein doppeladriger Widerstandsdraht verwendet, bei welchem die Adern an einem Ende der Schweißmuffe in elektrischer Verbindung stehen und am anderen Ende derselben unter Bildung von zwei Leitungsanschlüssen nach außen:iragen, wodurch sich innerhalb des Widerstandsdrahtes ein entsprechender Stromfluß ergibt.
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Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Widerstandsdraht 21 mit dem Widerstandselement 25, das durch den Emailüberzug 24 isoliert und in dem Mantel 26 eingebettet ist, erübrigt sich eine doppeladrige Ausbildung. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Widerstandsdrahtes 21 kann nämlich so vorgegangen werden, daß nach Bildung der Schweißmuffe 34 ein Anschlußende ihres Widerstandsdrahtes, beispielsweise das Anschlußende 42, quer über die Schweißmuffe 34 gelegt und daß alsdann durch einen Heizschuh das Anschlußende 42 unter Bildung einer glatten Außenfläche 51 in die Schweißmuffe 34 eingeschweißt wird, wie dies in Fig-. 4 dargestellt ist. Das Widerstands element 25 des Anschlußentes 42 befindet sich dann innerhalb der Schweißmuffe 34 in geringem Abstand von dem Widerstandselement 25 der einzelnen Windungen desselben, wie dies aus Fig. 3 zu ersehen ist. Aber selbst wenn das Widerstandselement 25 des Anschlußendes 42 mit dem Widerstandselement 25 der Windungen der Schweißmuffe 34 in Berührung käme, wie dies der Fall sein kann, wenn der Schweißprozeß stattfindet und sich die Sehweißmuffe b in geschmolzenem Zustand befindet, wird durch den Emailüberzug 24 des Widerstandselementes 25 ein Kurzschluß innerhalb der Schweißmuffe 34 verhindert.
Wenn sich auch die bisherige Beschreibung auf eine zylindrische Schweißhülse 34 zur Anordnung in einem Ringraum 40 bezieht, , so sieht die Erfindung jedoch auch die Bildung einer Schweißmuffe 70 vor, welche sich aus flachen bzw. ebenen und dabei
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kreisförmigen, elliptischen oder rechteckigen Windungen zusammensetzt und als Flachmuffe oder Flachspule zu bezeichnen ist. Eine derartige Schweißmuffe 70 ist in Fig. 7 dargestellt. Sie kann zur Herstellung einer Stoßverbindung von zwei Kunststoffrohren 72, 73 gleichen Durchmessers verwendet werden, wie dies die Fig. 8 zeigt. Bei der Herstellung der Schweißmuffe 70 wird der ummantelte Widerstandsdraht 21 derart aufgewunden, daß sich das erste oder längere Paar von gegenüberliegenden Seiten 27, 28 seines Mantels 26 parallel zu der Richtung der Aufeinanderfolge benachbarter Windungen befindet oder, mit anderen Worten, daß diese Seiten 27, 28 der radialen Richtung oder Breite der Schweißmuffe 70 parallel sind. Hierdurch ergeben sich eine genaue Regelung und gewünschte Verringerung der axialen Dicke der Schweißmuffe 70 und damit die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie bei der bereits beschriebenen zylindrischen Schweißmuffe 34.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Verfahrensweise zur Herstellung der Schweißmuffe gemäß der Erfindung nicht auf \ diejenige Verfahrensweise beschränkt ist, welche vorstehend beschrieben wurde und in Fig. 6 dargestellt ist. So ist es beispielsweise auch möglieh, den bei der Herstellung der Schweißmuffe verwendeten Dorn 54 als Heizquelle zu benutzen, was dann zu einem Zusammenschweißen der benachbarten Windungen der Schweißmuffe längs der Innenfläche 50 derselben führt.
Aus der vorstehenden Beschreibung folgt, daß ein Widerstands-
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draht 21 gemäß Fig. 2 mit einem aus einem Leiter 22 und einem EraailÜberzug 24 bestehenden Widerstandselement 25 und einem das Widerstandselement 25 umgebenden Mantel 26 rechteckigen Querschnitts viele Vorteile gegenüber den bekannten Widerstandsdrähten ergibt. So können mit einem derartigen Widerstandsdraht Heizelemente, wie Schweißmuffen, verschiedenster Ausbildung hergestellt werden. Dabei können diese Heizelemente bzw. Schweißmuffen eine Länge, einen Durchmesser, eine Anzahl von Windungen und eine Dicke aufweisen, welche den Jeweiligen Wünschen entspricht, was in diesem Maße bisher nicht möglich war. Dies ist besonders vorteilhaft bei Heizmuffen, bei denen es günstig ist, einen minimalen Abstand zwischen dem isolierten Widerstandselement und ihrer Außenfläche sowie Innenfläche zu haben, um eine wirksame Wärmeübertragung zu den zu verbindenden Flächen zu erreichen und dabei doch in der Lage zu sein, einen gewünschten Abstand zwischen den benachbarten Windungen des Widerstandselementes herbeizuführen und damit die erforderliche Menge des Widerstandselementes pro Längeneinheit der Schweißmuffe zu regeln. Da die Menge der erzeugten Wärme der Menge des vorhandenen Widerstandselementes direkt proportional ist, ist es in vielen Flällen wesentlich, die erzeugte Wärmemenge zu begrenzen, um eine Überhitzung des die Wärmequelle aufnehmenden Teiles zu vermeiden. Dies läßt sich mit dem Widerstandsdraht gemäß der Erfindung in einfacher Weise dadurch erreichen, daß die Länge des ersten Paares von gegenüberliegenden Seiten 27 <· 28 seines Mantels 26 vergrößert oder verringert wird, während man ein Minimum der Länge des zweiten Paares der gegen-
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überliegenden Seiten 30, 31 .des Mantels 26 beibehält. Schließlich ist der Widerstandsdraht gemäß der Erfindung auch noch insofern von Vorteil, als bei der Herstellung von Schweißmuffen mittels derselben die Anschlußenden des Widerstandsdrahtes an einem Ende der Schweißmuffen angeordnet werden körinen.
Wenn auch einige spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, so versteht es sich für, einen Fachmann, daß innerhalb des Rahmens der Erfindung zahlreiche Abänderungen undErgänzungen derselben möglich sind. -
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Claims (5)

Atlantic Research Corporation in Alexandria, Virginia (V.St.A.) Ansprüche
1. Isolierter, ummantelter, elektrischer Widerstandsdraht, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Mantel (26) aus einem thermoplastischem Polymeren von unbestimmter Länge und mit einem Querschnitt aufweist, von dem ein erstes Paar von gegenüberliegenden Seiten (27, 28) wesentlich länger als ein zweites Paar von gegenüberliegenden Seiten (30, 31) ist, und daß ein elektrisch leitendes Widerstandselement (25) derart in dem Mantel eingebettet ist, daß der Abstand von dem Widerstandselement (25) zu dem ersten Paar von gegenüberliegenden Seiten (27, 28) wesentlich geringer als der Abstand von dem Widerstandselement (25) zu
- dem zweiten Paar von gegenüberliegenden Seiten (30, 31) ist.
2. Widerstandsdraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein Mantel (26) rechteckigen Querschnitt aufweist, daß sein Widerstandselement (25) mit einem Isolatorüberzug (24) versehen ist, daß der Mantel (26) bei einer vorbestimmten Temperatur schmilzt und daß der Isolatorüberzug (24) bei dieser Temperatur seine Isoliereigenschaft beibehält.
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3. ,Widerstandsdraht nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sein Mantel (26) bei einer Temperatur von etwa l6O°C bis 29-00C schmilzt.
4. Widerstandsdraht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sein Mantel (26) aus Polypropylen besteht.
5. Schweißmuffe, dadurch gekennzeichnet, daß sie-aus einer Spule mit einer Vielzahl von Windungen des Widerstandsdrahtes (2l) nach.einem der Ansprüche 1 bis 4, besteht, wobei sich das erste Paar von gegenüberliegenden Seiten (27,-28). seines Mantels (26) parallel zu der Richtung der Aufeinanderfolge der Windungen befindet, während jede Seite des zweiten
Paares von gegenuberliegefrden Seiten (30, 31) seines-
Mantels (26) bei jeder Windung gegen die entsprechende Seite der benachbarten Windung anliegt und mit dieser physikalisch verbunden ist. -
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DE19671615092 1966-03-18 1967-03-16 Isolierter,ummantelter,elektrischer Widerstandsdraht und aus diesem hergestellte Heizelemente,wie Schweissmuffen Pending DE1615092A1 (de)

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