DE3850466T2 - Heizeinrichtung aus leitungsfähigem Kunststoff. - Google Patents

Heizeinrichtung aus leitungsfähigem Kunststoff.

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DE3850466T2
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Heizeinrichtung, um zwei langgestreckte Substrate zu verbinden oder ein langgestrecktes Substrat zu reparieren. Die Heizeinrichtung weist leitfähiges polymeres Material auf, das durch das Fließen von elektrischem Strom durch es hindurch erwärmt wird.
  • Leitfähige polymere Materialien und sie aufweisende Einrichtungen sind ebenfalls wohlbekannt. Es kann beispielsweise Bezug genommen werden auf die US-PS'en Nr. 2 952 761, 2 978 665, 3 243 753, 3 351 882, 3 571 777, 3 658 976, 3 757 086, 3 793 716, 3 823 217, 3 858 144, 3 861 029, 3 950 604, 4 017 715, 4 072 848, 4 085 286, 4 117 312, 4 151 126, 4 177 376, 4 177 446, 4 188 276, 4 237 441, 4 242 573, 4 246 468, 4 250 400, 4 252 692, 4 255 698, 4 271 350, 4 272 471, 4 304 987, 4 309 596, 4 309 597, 4 314 230, 4 314 231, 4 315 237, 4 317 027, 4 318 881, 4 327 351, 4 330 704, 4 334 351, 4 352 083, 4 361 799, 4 388 607, 4 398 084, 4 413 301, 4 425 397, 4 426 339, 4 426 633, 4 427 877, 4 435 639, 4 429 216, 4 442 139, 4 459 473, 4 470 898, 4 481 498, 4 476 450, 4 502 929, 4 514 620, 4 517 449, 4 534 889 und 4 560 498, J. Applied Polymer Science 19, 813-815 (1975), Klason und Kubat; Polymer Engineering und Science 18, 649-653 (1978), Narkis et al.; die EP-Anmeldungen Nr. 38 713, 38 714, 38 718, 74 281, 92 406, 119 807, 133 748, 134 145, 144 187, 157 640, 158 410, 175 550 und 176 284; und die veröffentlichte JP-Patentanmeldung Nr. 59-122 524.
  • Ein rohrförmiger Gegenstand, der leitfähiges polymeres Material aufweist, ist aus der EP-Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 0157640 bekannt. Dieses Dokument beschreibt ein Verfahren zum Verbinden von zwei langgestreckten Substraten miteinander oder zum Reparieren eines beschädigten Substrats, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
  • (a) Positionieren eines rohrförmigen Gegenstands (2'), der leitfähiges polymeres Material aufweist und mindestens zwei elektrische Verbindungseinrichtungen (48)(52) hat, in thermischen Kontakt mit dem Substrat (den Substraten) und dieses (diese) umgebend;
  • (b) Verbinden der elektrischen Verbindungseinrichtungen (48)(52) mit einer elektrischen Stromquelle, um den elektrischen Strom zu veranlassen, zwischen den elektrischen Verbindungseinrichtungen (48)( 52) im wesentlichen parallel zu den Flächen des Gegenstands (2') zu fließen und dadurch das leitfähige polymere Material des Gegenstands zu erwärmen; und
  • (c) Drängen des leitfähigen polymeren Gegenstands (2') radial nach innen in Richtung auf das Substrat (die Substrate).
  • Ein solches Verfahren wird nachstehend als ein Verfahren der genannten Art bezeichnet. Das Dokument beschreibt ferner eine rohrförmige Anordnung, die einen Gegenstand aus leitfähigem polymerem Material aufweist, der mindestens zwei elektrische Verbindungseinrichtungen (48)(52) zur Verbindung mit einer elektrischen Stromquelle hat, um elektrischen Strom dazu zu veranlassen, zwischen den elektrischen Verbindungseinrichtungen zu fließen und dadurch das leitfähige polymere Material zu erwärmen. Ein solcher Gegenstand wird nachstehend als eine Anordnung der genannten Art bezeichnet. Dieser rohrförmige Gegenstand ist mit Umfangselektroden an beiden Enden des Gegenstands versehen, so daß Strom entlang der Länge des Gegenstands fließt.
  • Ein weiterer rückstellbarer Gegenstand, der leitfähiges polymeres Material aufweist, ist in GB-1562086 (MP212) beschrieben. Dabei wird eine Vielzahl von Elektroden aus textilem Flächengebilde verwendet, um der Rückstellung des Gegenstands zu folgen.
  • Ein wärmerückstellbarer Gegenstand ist ein Gegenstand, dessen dimensionsmäßige Konfiguration dazu veranlaßt werden kann, sich im wesentlichen zu ändern, wenn er einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Gewöhnlich stellen sich diese Gegenstände bei Erwärmen in Richtung einer ursprünglichen Gestalt zurück, aus der heraus sie vorher verformt worden sind, der hier verwendete Begriff "wärmerückstellbar" umfaßt jedoch auch einen Gegenstand, der bei Erwärmen eine neue Konfiguration annimmt, auch wenn er vorher nicht verformt worden ist.
  • Es ist ferner als vorteilhaft bekannt, für einen leitfähigen rückstellbaren Gegenstand ein Material zu verwenden, das einen PTC-Effekt (positiver Temperaturkoeffizient des Widerstands) zeigt, d. h. einen scharfen Anstieg des spezifischen Widerstands in einem bestimmten oder über einen kleinen Temperaturbereich. Die Temperatur oder der Temperaturbereich ist als die Anomalie- oder Schalttemperatur bekannt. Typischerweise wird das Material gewählt, um den scharfen Temperaturanstieg bei oder geringfügig über der Rückstelltemperatur des Gegenstands zu zeigen. Der PTC-Effekt minimiert eine Überhitzung und daraus resultierendes sogenanntes "thermisches Weglaufen" des Materials. Materialien, die einen PTC-Effekt zeigen, werden typischerweise einfach als PTC-Materialien bezeichnet.
  • Wir haben ein neues Verfahren und einen neuen Gegenstand entdeckt, um langgestreckte Substrate unter Verwendung von leitfähigem polymerem Material zu verbinden oder zu reparieren. Das Verfahren macht von einem rohrförmigen Gegenstand Gebrauch, der entlang seiner Länge mit Elektroden versehen ist. Der Gegenstand kann einen offenen (Umwickel-) oder geschlossenen Querschnitt haben. Der rohrförmige Gegenstand kann an einem oder an beiden Enden offen sein. Der hier verwendete Begriff "Umwickel-" bedeutet eine Abdeckung, die um ein Substrat herum positioniert werden kann, wobei Längsränder aneinander befestigt sind, um um das Substrat herum einen rohrförmigen Gegenstand zu bilden. Wenn der Gegenstand vom Umwickeltyp ist, kann er einen einfachen flexiblen Flächenkörper aufweisen. Alternativ kann er ein mehrteiliges Teil sein, beispielsweise zwei Halbschalen. Der Gegenstand kann flexibel sein, was eine einfache Installation des Gegenstands gestattet. Er ist bevorzugt auch leicht rückstellbar und entfernbar.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren der genannten Art bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die zwei Elektroden längs der gesamten oder eines Teils der Länge des rohrförmigen Gegenstands verlaufen und umfangsmäßig voneinander beabstandet sind.
  • Die Bewegung nach radial innen kann durch Rückstellung des leitfähigen polymeren Materials oder durch Verwendung eines elastomeren Materials bewirkt werden.
  • Der hier verwendete Begriff "elektrische Verbindungseinrichtungen" kann echte Elektroden oder einen Teil des Gegenstands bedeuten, an dem Elektroden zweckmäßigerweise angebracht werden können.
  • Wenn der Gegenstand zum Verbinden oder Reparieren von langgestreckten Substraten wärmerückstellbar ist, wird er bevorzugt in thermischen Kontakt mit dem zu erwärmenden Substrat rückgestellt. Unter "Rückstellung in thermischen Kontakt" verstehen wir, daß nach Rückstellung mindestens ein Teil der Heizeinrichtung in thermischem Kontakt mit dem Substrat ist. Der Rückstellschritt kann elektrisch durchgeführt werden, beispielsweise durch Verbinden der Elektroden mit einer elektrischen Stromquelle, um Strom zu veranlassen, durch den Gegenstand zu fließen und ihn zu erwärmen. Alternativ kann der Gegenstand durch nichtelektrische Mittel, beispielsweise eine Heizpistole, rückgestellt werden. Wenn der Gegenstand elektrisch rückgestellt wird, kann die gleiche oder eine andere Stromquelle mit gleicher oder verschiedener Spannung und/oder gleichem oder verschiedenem Strom verwendet werden, um den Gegenstand rückzustellen und dann das Substrat zu erwärmen.
  • Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung wird das Verbinden oder Reparieren durchgeführt, indem ein durch Wärme erweichbares Material zwischen das leitfähige polymere Material und das Substrat eingeführt wird. Dieses durch Wärme erweichbare Material fließt bei Erwärmen des leitfähigen polymeren Materials. Wenn zwei Substrate zu verbinden sind, kann es also fließen und die Substrate miteinander verbinden, oder es kann fließen, um ein oder beide Substrate mit der Heizeinrichtung selbst zu verbinden. Wenn ein Substrat beschädigt ist und repariert werden soll, kann das durch Wärme erweichbare Material fließen, um den beschädigten Bereich abzudecken und/oder auszufüllen. Das erweichbare Material kann polymer sein. Es kann ferner ein Klebstoff sein.
  • Wenn ein durch Wärme erweichbares Material verwendet wird, kann dieses in jeder geeigneten Form vorgesehen werden. Es kann als ein diskretes Teil oder als eine Auskleidung vorgesehen werden, die die Innenfläche des Gegenstands teilweise oder vollständig bedeckt. Für einen Reparaturvorgang kann es zweckmäßigerweise als ein diskreter Fleck vorgesehen werden, der über dem beschädigten Bereich positioniert wird.
  • Wenn ein durch Wärme erweichbares Material verwendet wird, kann der Gegenstand selbst nach Fließen des durch Wärme erweichbaren Materials entfernt werden. Um dies zu erleichtern, wird bevorzugt ein Trennelement zwischen dem durch Wärme erweichbaren Material und dem leitfähigen polymeren Material vorgesehen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Gegenstand dazu verwendet, zwei aneinanderstoßende oder ineinandergeschobene, bevorzugt polymere Substrate zu verbinden. Die Substrate weisen bevorzugt Zusammensetzungen auf, die miteinander oder mit dem Material der Heizeinrichtung kompatibel sind, so daß die Substrate miteinander oder mit der Heizeinrichtung verschmelzbar sind, wobei die eine Zusammensetzung die andere Zusammensetzung benetzt, um das Verschmelzen zu bewirken.
  • Wenn ein Gegenstand verwendet wird, um zwei aneinanderstoßende oder ineinandergeschobene Substrate zu verbinden, wird bevorzugt ein Einsatzelement verwendet, um ein Kollabieren der inneren Substrate zu verhindern.
  • Der hier verwendete Begriff "Verschmelzen" bedeutet, daß ausreichend molekulare Kompatibilität zwischen den zu verbindenden schmelzbaren Komponenten besteht, so daß eine Verbindung entsteht, die mechanische Gebrauchseigenschaften ergibt, die gleich wie oder besser als die des Substrats sind. Dies kann durch viskoelastischen Kontakt, wie von J.N. Anand in Adhesion 1, 1969, Seiten 16-23, und Adhesion 2, 1970, Seiten 16-22, oder durch einen Vorgang molekularer Diffusion über die Polymer/Polymer-Grenzfläche erfolgen, und zwar derart, daß innerhalb des Grenzflächenbereichs ein kontinuierlicher Konzentrationsgradient des einen Polymers in das andere vorhanden ist.
  • Der Fachmann hat keine Schwierigkeiten festzustellen, ob zwei Zusammensetzungen kompatibel sind. Richtlinien zur Kompatibilität von Polymeren sind in der EP-Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 0157640 offenbart.
  • Wenn die Substrate miteinander verschmelzbar sind, wird die Heizeinrichtung bevorzugt angeordnet, um die Rohre auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, um ein Verschmelzen zwischen ihnen zu bewirken. Nach dem Verschmelzen, kann die Heizeinrichtung in ihrer Lage verbleiben. Dadurch kann eine mechanische Verstärkung oder Schutz gegenüber der Umgebung geschaffen werden. Alternativ kann die Heizeinrichtung entfernt werden. Wenn das Heizeinrichtungsmaterial selbst mit dem Material der Substrate kompatibel ist, kann es bei Erwärmen mit den Substraten verschmelzen und kann daher nicht leicht entfernt werden.
  • Der rohrförmige Gegenstand gemäß der Erfindung kann beispielsweise dazu verwendet werden, Rohre oder Kabel oder andere langgestreckte Substrate zu verbinden oder zu reparieren. Er kann auch dazu verwendet werden, eine rohrartige Konstruktion mit einem Kabel zu verbinden. Beispielsweise, kann er dazu verwendet werden, ein Kabel, das durch eine Trennwand verläuft, mit einem sich durch die Trennwand erstreckenden Muffenrohr zu verbinden.
  • Der Gegenstand, der bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird, ist bevorzugt eine Umwicklung, und das Verfahren weist bevorzugt das Positionieren eines Verschlusses auf der Heizeinrichtung auf, um die Umwicklung zu einem Rohr mit geschlossenem Querschnitt zu formen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung der genannten Art bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Gegenstand ferner einen Verschluß aufweist, um den Umwickelgegenstand zu einem rohrförmigen Gegenstand zu schließen, und daß die elektrischen Verbindungseinrichtungen längs der gesamten oder eines Teils der Länge des rohrförmigen Gegenstands verlaufen und umfangsmäßig voneinander beabstandet sind.
  • Bei einer Ausführungsform weist der Gegenstand zwei oder mehr Teile auf, die durch zwei oder mehr Verschlüsse miteinander verbunden sind. Sämtliche Teile oder nur einige der Teile können elektrisch leitfähig sein. Gleichermaßen können sämtliche Teile oder nur einige der Teile wärmerückstellbar sein. Ferner können einige der Teile elastomer sein. Sämtliche Teile können gleiche oder verschiedene Größe haben. Nachstehend folgt eine Reihe von Beispielen.
  • Bei einer Ausführungsform werden zwei Halbschalen verwendet, die durch zwei Verschlüsse verbunden sind. Beide Halbschalen sind wärmerückstellbar und weisen elektrisch erwärmbares leitfähiges polymeres Material auf.
  • Eine weitere Ausführungsform weist zwei Halbschalen auf, die durch zwei Verschlüsse verbunden sind. Eine Halbschale ist wärmerückstellbar und weist elektrisch erwärmbares leitfähiges polymeres Material auf. Die andere Halbschale kann wärmestabil oder elektrisch nicht leitfähig oder beides sein.
  • Eine weitere Ausführungsform weist zwei Halbschalen auf, die durch zwei Verschlüsse verbunden sind. Eine Halbschale ist wärmestabil und weist elektrisch leitfähiges polymeres Material auf. Die andere Halbschale weist ein Elastomer auf.
  • Wenn Verschlüsse bei einem Umwickelgegenstand verwendet werden, kann die Stromversorgung durch den Verschluß erfolgen. Wenn zwei Verschlüsse vorhanden sind, kann die Stromversorgung durch beide erfolgen. Wenn nur ein Verschluß vorhanden ist, kann die Stromversorgung durch den Verschluß und eine weitere Elektrode erfolgen, die in die oder an der Oberfläche der Heizeinrichtung eingebettet ist.
  • Gemäß der Erfindung wird eine radial nach innen gerichtete Kraft aufgebracht, um das leitfähige Polymer in Kontakt mit dem Substrat zu drängen. Dies ist erforderlich, um die Verbindung zu bilden oder die Reparatur der Substrate durchzuführen. Die Kraft kann beispielsweise durch Verwendung eines wärmerückstellbaren Materials als das leitfähige Material oder durch Verwendung eines Elastomers aufgebracht werden.
  • Bei Gegenständen gemäß der Erfindung kann die Wandstärke des Gegenstand entlang seiner Länge variabel sein. Es können ferner zwei oder mehr Schichten aus verschiedenen Materialien verwendet werden. Die zweite oder zusätzliche Schicht kann sich entlang der gesamten oder nur entlang einem Teil der Länge des Gegenstands erstrecken. Sie können elektrische Eigenschaften, beispielsweise Verhalten von Raumtemperatur/spezifischem Widerstand und Verhalten von spezifischem Widerstand/Temperatur, haben, die gleich wie oder anders als die des ersten Materials sind. Beispielsweise können die zweiten oder nachfolgenden Schichten ein Material aufweisen, das herkömmliches PTC-Verhalten zeigt. Die Wirkung des (der) zusätzlichen Schicht(en) ist, daß sie zusätzliches Material bildet (bilden), durch das elektrischer Strom fließen kann, und somit für zusätzliche Erwärmung sorgen. Durch angemessene Wahl des spezifischen Widerstands des Materials der zusätzlichen Schicht(en) kann ein stärkeres Erwärmen erzielt werden, als dies der Fall wäre, wenn eine ähnliche zusätzliche Dicke des ersten Materials verwendet würde. Dies kann vorteilhaft sein, beispielsweise, um Rückstellzeiten in gewissen Bereichen zu verkürzen oder wenn eine höhere Temperatur erforderlich ist. Deshalb werden bei einigen bevorzugten Ausführungsformen zweite oder nachfolgende Schichten aus Material, das von dem ersten Material verschieden ist, in ausgewählten Bereichen hinzugefügt.
  • Gleichermaßen kann die Wärmebelastung verschiedener Abschnitte des Gegenstands geändert werden, beispielsweise durch Einstellen der Dicke des Klebstoffs oder Dichtmittels an den Abschnitten des Gegenstands. Die Abschnitte mit dem dicksten Klebstoff brauchen am längsten zum Erwärmen, und somit ist der Umfang des Erwärmens für die Abschnitte verschieden.
  • Ein weiteres Beispiel für die Verwendung von zwei Schichten aus verschiedenem Material ist gegeben, wenn gewisse Eigenschaften, beispielsweise Flammverzögerungsvermögen, Lösemittelbeständigkeit, Abriebfestigkeit, Schlagfestigkeit der elektrischen Isolierung, Farbcodierung, erforderlich sind.
  • Wenn zwei oder mehr Schichten verwendet werden, können diese getrennt aufgebracht werden, beispielsweise durch sequentielles Extrudieren, oder sie können coextrudiert werden.
  • Alle geeigneten Materialien können für das leitfähige polymere Material verwendet werden. Bevorzugt ist das Material flexibel, um einfache Installation und, falls zweckmäßig, einfaches Entfernen der Heizeinrichtung zu gestatten. Unter flexibel wird verstanden, daß das Material von Hand um einen 4-Zoll-Dorn herum, bevorzugt von Hand um einen 1-Zoll-Dorn herum gebogen werden kann.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen weist der Gegenstand bevorzugt ein Material auf, das einen Pseudo-PTC-Effekt mit einem Pseudo-PTC-Verhältnis (Verhältnis von höchstem spezifischem Widerstand zu spezifischem Widerstand bei 25ºC) im Bereich von 1,5 bis 10 hat. Beispiele geeigneter Materialien sind in der EP-Anmeldung Veröffentlichungs-Nr. 0307207 und der EP-Anmeldung Veröffentlichungs-Nr. 0307205 beschrieben. Eine Definition von Pseudo-PTC-Verhältnis ist auch in den dortigen Beschreibungen gegeben. Ein Beispiel eines geeigneten Materials, das verwendet werden kann, ist: 59,7 Gewichtsteile Elvax 770 (ein EVA aus 9,5 Gewichtsteilen/Gewicht Vinylacetatanteil und mit einem Schmelzfluß- Index von 0,8 von DuPont), 39,8 Gewichtsteilen/Gewicht Vulcan P (ein Ruß von Cabot Corporation) und 0,5 Gew.-% Antioxidans.
  • Weitere geeignete Beispiele sind: Polymer Ruß Antioxidans (Gewichtsteile) Marlex* HXM50100 (59,4) Vulcan* P (39,6) (1,0) Elvax* 460 (59,4) Sevalco* N110 (39,6) (1,0) Sclair* 11D-1 (59,4) Ensaco* MS (39,6) (1,0) Elvax* 460 (59,4) Vulcan* P (39,6) (1,0) * ist ein Warenzeichen
  • Die verwendeten polymeren Materialien sind die folgenden:
  • Marlex HXM 50100 ist ein HDPE von Phyllips
  • Elvax 460 ist ein EVA von DuPont
  • Sclair 11D-1 ist ein LLDPE von DuPont, Kanada
  • Vulcan P, Ensaco MS und Sevalco N110 sind von Cabot Corporation, Ensagri Willebroek NV bzw. Sevalco Ltd.
  • Der bevorzugte Pseudo-PTC-Effekt (der für Standard-PTC- Materialien geringer ist) wirkt, um ein Überhitzen irgendeines bestimmten Bereichs zu minimieren.
  • Der Gegenstand hat bevorzugt die elektrischen Eigenschaften der in dem EP-Patent Veröffentlichungs-Nr. 0307207 beschriebenen Gegenstände. Gegenstände gemäß der dortigen Erfindung sind laminar und mindestens teilweise von X % auf y % expandiert, um sie wärmerückstellbar zu machen, und weisen ein leitfähiges polymeres Material auf, dessen spezifischer Widerstand bei Expansion, gemessen in der Stromflußrichtung, in mindestens einem Teil des Expansionsbereichs abnimmt. Andere Gegenstände gemäß der dortigen Erfindung sind wärmerückstellbar, weisen ein leitfähiges polymeres Material auf, das einen spezifischen Widerstand hat, der bei Rückstellung, gemessen in der Stromflußrichtung, über den gesamten Temperaturbereich von 20ºC bis Te (extrapolierte Endtemperatur, gemessen nach ASTM D3418-82) zunimmt.
  • Andere Gegenstände gemäß der dortigen Erfindung haben ein sogenanntes Pseudo-PTC-Verhältnis (höchster spezifischer Widerstand : spezifischem Widerstand bei 25ºC) im Bereich von 1,5 bis 10 und sind mit Elektroden verbunden, so daß Strom parallel zu den Flächen des Gegenstands fließt. Bevorzugt werden die Gegenstände expandiert, um sie rückstellbar zu machen, und die Zusammensetzung der Gegenstände nimmt ab, wenn sie um 25% oder mehr expandiert werden.
  • Der Pseudo-PTC-Effekt bedeutet auf die gleiche Weise wie ein herkömmlicher PTC-Effekt, daß, wenn ein Bereich heißer wird, sein spezifischer Widerstand zunimmt und "abschaltet", wobei Strom zu benachbarten Bereichen geleitet wird. Aufgrund der Elektrodenkonfiguration fließt Strom um den gesamten Umfang der Heizeinrichtung herum. Dies bedeutetet, daß, wenn ein Umfangsbereich vorübergehend "abschaltet", elektrischer Strom und Wärme zu benachbarten Bereichen vorteilhafterweise aufrechterhalten werden.
  • Ein weiterer Vorteil der Elektrodenkonfiguration ist, daß Heizeinrichtungen großer Länge hergestellt werden können.
  • Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kommen die Elektroden bei Rückstellung näher zueinander. Dies verringert die Widerstandsbahn zwischen ihnen. Der spezifische Widerstand des Materials erhöht sich jedoch gleichzeitig in dem bevorzugten Fall, wobei das Material einen spezifischen Widerstand hat, der bei Expansion reversibel abnimmt. Der Erhöhung des spezifischen Widerstands trägt dazu bei, die Verringerung der Widerstandsbahn zu kompensieren. Dieses Merkmal tendiert ferner dazu, Strom von jedem Bereich, der zuerst oder am meisten rückgestellt wird, umzuleiten. Es kann auch dazu angewandt werden, um zu beeinflussen, zu welchen Bereichen Strom ursprünglich geleitet wird.
  • Ein wesentlicher Teil des elektrischen Stroms fließt im wesentlichen parallel zu den Flächen des Gegenstands, insbesondere über der Anomalietemperatur der Zusammensetzung. Bevorzugt fließt der elektrische Strom in einer direkten Bahn zwischen den Elektroden.
  • Gemäß der Erfindung, insbesondere wenn die in dem EP-Patent Veröffentlichungs-Nr. 0307207 beschriebenen bevorzugten Materialien verwendet werden, ist es möglich, Rückstellverhältnisse von mindestens 2 : 1, 3 : 1 oder sogar 4 : 1 zu erzielen. Dies bedeutet, daß geringe Lagerbestände erforderlich sind. Es ermöglicht auch das Verbinden von Substraten mit verschiedenen Durchmessern oder die Reparatur von Substraten mit uneinheitlichem Durchmesser.
  • Wenn die elektrischen Verbindungseinrichtungen Elektroden sind, die sich entlang der Länge des Gegenstands erstrecken, können sich diese an der Oberfläche von Wänden des Gegenstands befinden oder darin eingebettet sein. Alternativ können sie sich an der Oberfläche von leitfähigen polymeren, bevorzugt wärmestabilen Flanschen, die entlang der Länge des Gegenstands verlaufen, befinden oder darin eingebettet sein. Diese Flansche können von dem Gegenstand nach außen oder in diesen hinein ragen oder beides. Diese Anordnungen sind in dem EP-Patent Veröffentlichungs-Nr. 0307206 beschrieben.
  • Wenn sich die Elektroden nur entlang einem Teil der Länge der Gegenstände erstrecken, erfolgt eine Kompensation (über einen erhöhten Widerstand) bevorzugt an dem Ende der Elektrode in Richtung zur Mitte des Gegenstands. Ohne eine solche Konzentration könnte eine Stromkonzentration an diesem Punkt auftreten. Dies ist in dem EP-Patent Veröffentlichungs-Nr. 0307200 beschrieben.
  • Es kann ein einziges Paar von Elektroden entgegengesetzter Polarität oder eine Vielzahl von Paaren vorhanden sein.
  • Beispielsweise kann eine Vielzahl von Paaren von Längselektroden um den Umfang des Gegenstands herum angeordnet sein.
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise beschrieben, wobei
  • Fig. 1 einen wärmerückgestellten Gegenstand gemäß der Erfindung zeigt, der zum Erwärmen und Verbinden von polymeren Rohren verwendet wird;
  • Fig. 2 einen wärmerückgestellten Gegenstand gemäß der Erfindung zeigt, der zum Aktivieren von Klebstoff verwendet wird, um polymere Rohre zu verbinden;
  • Fig. 3 einen rückgestellten Gegenstand gemäß der Erfindung zeigt, der zum Reparieren eines Rohrs verwendet wird;
  • Fig. 4 einen rückgestellten Gegenstand gemäß der Erfindung zeigt, der zum Verbinden von polymeren Rohren mit verschiedenen Durchmessern verwendet wird;
  • Fig. 5 einen Umwickelgegenstand gemäß der Erfindung mit einem durch Wärme erweichbaren Fleck zum Reparieren eines Kabels zeigt; und
  • Fig. 6 verschiedene Ausführungsformen von Umwickelgegen ständen mit unterschiedlichen Positionen von Elektroden zeigt.
  • Fig. 1 zeigt einen Gegenstand 2', der über einer Verbindung zwischen zwei polymeren Rohren 16 und 18 rückgestellt ist. Die Rohre weisen miteinander verschmelzbares Material auf (der hochgestellte Index bezeichnet den rückgestellten Teil). Wenn Strom durch den Gegenstand 2' geleitet wird, erwärmen sich die Rohre 16 und 18 und fließen und verschmelzen an ihren aneinanderstoßenden Flächen 20. Nach dem Verschmelzen kann der Gegenstand 2' fakultativ entfernt werden. Er kann eine Verstärkung bilden, wenn er belassen wird.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform, die ebenfalls durch Fig. 1 dargestellt sein kann, sind die Rohre 16 und 18 jeweils mit dem Material des Gegenstands 2', jedoch nicht notwendigerweise miteinander verschmelzbar. In diesem Fall veranlaßt die Wärme den Gegenstand 2', sich mit jedem Rohr 16, 18 um die äußere Oberfläche jedes Rohrs 16, 18 herum an der Grenzfläche 22 zu verschmelzen.
  • Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein elektrisch rückgestellter und heizender Gegenstand 2' eine Klebstoffauskleidung 24 an der Heizeinrichtung dazu veranlaßt hat zu fließen, um die Heizeinrichtung 2' dicht mit den Rohren 16 und 18 zu verbinden und sie dadurch miteinander zu verbinden.
  • Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein elektrisch rückgestellter und heizender Gegenstand 2' eine Klebstoffauskleidung 24 veranlaßt hat zu schmelzen und zu fließen, um ein Loch 26 in einem beschädigten Rohr 28 dicht zu verschließen.
  • Fig. 4 zeigt eine Heizeinrichtung 2', die über einer Verbindung zwischen zwei polymeren Rohren 32 und 34 rückgestellt ist. Die Rohre 32 und 34 haben verschiedene Durchmesser. Sie sind ineinandergeschoben, so daß ein Endabschnitt des Rohrs 34 im Inneren des durchmessergrößeren Rohrs 32 sitzt. Die Rohre 32, 34 weisen miteinander verschmelzbares Material auf. Wenn Strom durch den Gegenstand 2' geleitet wird, erwärmen sich die Rohre 32 und 34 und fließen und verschmelzen an ihrer überlappten Oberfläche 36. Ein Einsatz 40 wird verwendet, um ein Kollabieren des inneren Rohrs 34 zu verhindern.
  • Bei einer alternativen Anordnung, die ebenfalls durch Fig. 4 dargestellt sein kann, sind die Rohre 32 und 34 jeweils mit dem Material des Gegenstands 2' verschmelzbar. In diesem Fall veranlaßt Wärme den Gegenstand 2', sich mit jedem der Rohre 32 und 34 entlang Grenzflächen 38 zu verschmelzen.
  • Fig. 5 zeigt einen rückgestellten Gegenstand 2', der zwei Halbschalen 42 und 44 aus elektrisch leitfähigem wärmerückstellbarem leitfähigem polymerem Material aufweist. Die Halbschalen weisen aufrechte Schienen 46 an ihren in Längsrichtung gegenüberstehenden Rändern auf, die durch Kanalverschlüsse 48 verbunden sind. Unter dem Gegenstand 2' ist ein diskreter Fleck 50 aus durch Wärme erweichbarem Material. Dieser wird bei Erwärmen des leitfähigen polymeren Gegenstands 2' durch Leiten von elektrischem Strom zum Fließen veranlaßt. Der zum Fließen gebrachte Fleck repariert einen beschädigten Bereich in dem Polyethylenkabelmantel des Substrats 52. Der Fleck aus durch Wärme erweichbarem Material kann in angemessener Größe gewählt werden, je nach der Größe der durchzuführenden Reparatur. Wenn es erwünscht ist, die Heizeinrichtung nach der Reparatur zu entfernen, kann ein Trennpapier (nicht gezeigt) zwischen den Gegenstand 2' und das durch Wärme erweichbare Material 50 eingefügt sein. Der elektrische Strom wird dem leitfähigen polymeren Material des Gegenstands 2' über die Kanäle 48 (die aus Metall sind) zugeführt. Um die Stromleitung zu dem leitfähigen polymeren Material zu verbessern, sind die äußeren Oberflächen der Schienen mit Silberfarbstreifen bestrichen (in Fig. 5 nicht gezeigt).
  • Fig. 6a bis 6c zeigen eine Reihe von Anordnungen zur Elektrodenausbildung von Umwickelheizeinrichtungen. Die Ausführungsform (a) ist die gleiche wie in Fig. 5. Zwei Halbschalen 42, 44 sind durch den Verschluß 48 verbunden, durch die sie mit Strom versorgt werden. Die Silberfarbkontakte sind mit 52 bezeichnet. Bei der Ausführungsform (b) ist nur ein einziger Umwickelteil 54 vorhanden, der durch einen Kanal 48 verschlossen ist. Eine Elektrode ist durch den Kanal 48 und die Silberfarbe 52 gebildet. Eine weitere Elektrode 56 ist in den Umwickelteil an der entgegengesetzten Seite des rohrförmigen Teils eingebettet. In Fig. 6c ist nur ein einziger Umwickelteil vorhanden, der durch einen Verschluß 48 verbunden ist. Beide Elektroden sind in das leitfähigen polymeren Material an entgegengesetzten Seiten des rohrförmigen Teils eingebettet.
  • Bei der in Fig. 5 und 6a gezeigten Ausführungsform weisen beide Halbschalen 42 und 44 wärmerückstellbares elektrisch leitfähiges polymeres Material auf. Bei einer anderen Ausführungsform kann nur eine Halbschale wärmerückstellbar und/oder elektrisch leitfähig sein. Dies bedeutet, daß sich nur eine Seite rückstellt und/oder erwärmt. Dies kann jedoch ausreichend sein, um die erforderliche Drückkraft und das erforderliche Erwärmen für gewisse Anwendungen zu bewirken. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die eine Halbschale elastomer und die andere Halbschale elektrisch leitfähig (fakultativ wärmerückstellbar) sein. In diesem Fall kann die elastomere Halbschale die erforderliche Drückkraft und die elektrisch leitfähige Halbschale die erforderliche Wärme liefern. Weitere Abwandlungen, bei denen eine oder beide Halbschalen wärmerückstellbar und/oder elektrisch leitfähig und/oder elastomer sind, sind ebenfalls möglich. Ferner können die beiden Halbschalen durch mehr als zwei Teile ersetzt sein, d. h. Vielfachsegmente können verwendet werden. In allen Fällen können die Segmente gleiche oder verschiedene Größe haben.
  • Typische Dimensionen eines Gegenstands gemäß der Erfindung sind wie folgt:
  • Extrudierte Dicke (vor Expansion) 4 mm.
  • Expandierte Dicke 1 mm.
  • Länge 2,5 cm bis zu einigen Metern. Typischerweise 5 cm bis 1 m zum Verbinden von Kabeln oder Rohren.
  • Rückgestellter Innendurchmesser typischerweise 1 cm. Bei manchen Anwendungen typischerweise bis zu 50 cm.

Claims (10)

1. Verfahren zum Verbinden von zwei langgestreckten Substraten (16, 18) oder zum Reparieren eines beschädigten Substrats, das folgende Schritte aufweist:
(a) Positionieren eines rohrförmigen Gegenstands (2'), der leitfähiges polymeres Material aufweist und mindestens zwei elektrische Verbindungseinrichtungen (48)(52) hat, in thermischen Kontakt mit dem Substrat (den Substraten) und dieses (diese) umgebend;
(b) Verbinden der elektrischen Verbindungseinrichtungen (48)(52) mit einer elektrischen Stromquelle, um den elektrischen Strom zu veranlassen, zwischen den elektrischen Verbindungseinrichtungen (48)(52) im wesentlichen parallel zu den Flächen des Gegenstands (2') zu fließen und dadurch das leitfähige polymere Material des Gegenstands zu erwärmen; und
(c) Drängen des leitfähigen polymeren Gegenstands (2') radial nach innen in Richtung auf das Substrat (die Substrate), dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungseinrichtungen (48)(52) längs des Gegenstands oder eines Teils der Länge des rohrförmigen Gegenstands (2') verlaufen und umfangsmäßig voneinander beabstandet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Wärme erweichbares Material (24)(50) zwischen dem Gegenstand (2') aus leitfähigem polymerem Material und dem Substrat (den Substraten) (16, 18) angebracht wird, wobei das durch Wärme erweichbare Material (34)(50) bei Erwärmen des Gegenstands (2') aus leitfähigem polymerem Material fließt, um das Substrat (die Substrate) (16, 18) miteinander oder mit dem Gegenstand (2') zu verbinden, oder fließt, um das beschädigte Substrat zu reparieren.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Wärme erweichbare Material (24)(50) als ein diskretes Stück (50) oder als eine Auskleidung (24) an der Innenseite des Gegenstands (2') vorgesehen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennelement zwischen dem durch Wärme erweichbaren Material (50) und dem Gegenstand (2') vorgesehen ist und der Gegenstand (2') nach dem Fließen des erweichbaren Materials (50) entfernt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Verbinden von zwei aneinanderstoßenden (16)(18) oder ineinandergeschobenen (32, 34) Substraten, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen des Gegenstands (2') aus leitfähigem polymerem Material und das Drängen nach radial innen die aneinanderstoßenden Enden (16)(18) oder die ineinandergeschobenen Bereiche (32)(34) der Substrate veranlaßt, miteinander zu verschmelzen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gegenstand (2') eine Umwicklung (44)(54) ist und das Verfahren ferner den Schritt des Positionierens eines Verschlusses (48) auf dem Gegenstand (2') aufweist, um die Umwicklung (54) zu einem Rohr mit geschlossenem Querschnitt zu formen.
7. Rohrförmige Anordnung (2')(48), die einen Gegenstand aus leitfähigem polymerem Material aufweist, der mindestens zwei elektrische Verbindungseinrichtungen (48)(52) zur Verbindung mit einer elektrischen Stromquelle hat, um elektrischen Strom zu veranlassen, zwischen den elektrischen Verbindungseinrichtungen zu fließen und dadurch das leitfähige polymere Material zu erwärmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand ein rohrförmiger Umwickelgegenstand ist und die Anordnung ferner einen Verschluß (48) aufweist, um den Umwickelgegenstand zu einem rohrförmigen Gegenstand zu schließen, und daß die elektrischen Verbindungseinrichtungen (48)(52) längs der gesamten oder eines Teils der Länge des rohrförmigen Gegenstands (2') verlaufen und umfangsmäßig voneinander beabstandet sind.
8. Gegenstand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand (2') in zwei Teilen (42)(44) ist, die durch zwei Verschlüsse (48) miteinander verbunden sind.
9. Gegenstand nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teile des Gegenstands (2') elektrisch leitfähig sind, alle Teile des Gegenstands (2') wärmerückstellbar sind oder einer oder einige der Teile des Gegenstands wärmerückstellbar sind oder einer oder einige der Teile des Gegenstands elastomer sind.
10. Gegenstand nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungseinrichtungen (48)(52) Elektroden sind.
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