DE69801052T2

DE69801052T2 - Wärmeschmelzbare muffe

Info

Publication number: DE69801052T2
Application number: DE69801052T
Authority: DE
Inventors: Charles Harget; Jyri Jarvenkyla
Original assignee: Uponor Ltd UK
Current assignee: Uponor Ltd UK
Priority date: 1997-05-22
Filing date: 1998-05-21
Publication date: 2002-03-21
Anticipated expiration: 2018-05-22
Also published as: ATE202833T1; EP0983465A1; GB2325501A; EP0983465B1; DE69801052D1; GB9710487D0; WO1998053241A1; US6998588B2; PT983465E; US6585924B1; CA2291764A1; US20030209904A1; JP2002502325A; AU7439398A; ES2160416T3

Description

Die Erfindung betrifft Warmschmelzverbinder und insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Warmschmelzverbindern und neuartige Warmschmeizverbinder und Rohrverbinder, die mittels diesem hergestellt werden.
Warmschmelzverbinder, die In-Line-Verbinder, T-Verbinder, Bögen, Sattelverbinder, Einsatzstücke und ähnliche Vorrichtungen umfassen, sind seit vielen Jahren bekannt. Bei einem typischen Warmschmelzverbinder ist ein elektrisches Widerstandsheizelement in der Innenfläche einer Hülse aus thermoplastischem Polymermaterial eingebettet, wobei die Hülse über ein zu verbindendes Kunststoffrohr oder -rohre paßt. Derartige Verbinder werden üblicherweise als Elektroschmelzverbinder bezeichnet.
Bei einer In-Line-Verbindung werden die Rohre in die Muffe derart eingesetzt, daß sie aneinander oder an einem Anschlagteil anliegen, und die Heizelemente werden anschließend mit Energie beaufschlagt. Beim Erwärmen der Heizelemente werden die benachbarten Bereiche der Hülse bis zum Schmelzpunkt erweicht, wodurch die Polymermaterialien der Rohre und der Hülse miteinander verschmolzen werden.
Im wesentlichen derselbe Ansatz wird für Sattel- und Einsatzstücke verwendet, mit der Ausnahme, daß herkömmliche Einrichtungen zum Halten der Elemente in engem Kontakt vor dem Abschließen des Schmelzvorgangs verwendet werden.
Das U.S.-Patent 273 982 9 sieht einen geringfügig anderen Ansatz vor, bei dem anstelle des Widerstandsheizens Induktionsheizen verwendet wird. Streifen Metallmaterials werden zwischen einer Hülse und zu verbindenden Rohren an zwei vom Anlagebereich der beiden Rohre beabstandeten Stellen angeordnet. Eine mit einer Wechselstromquelle verbundene Spule dient dem Erwärmen der metallischen Streifen, um das Verschmelzen des Polymermaterials der Hülse mit dem Polymermaterial der Rohre zu bewirken. Andere Patente, welche die Verwendung von Induktionsheizen bei Warmschmelzverbindern offenbaren, sind z. B. WO 80/02124, EP-A-0 572 546, EP-A-0 513 391 und U. S. 4 256 945.
Warmschmelzverbinder werden herkömmlicherweise durch Spritzgießen des gesamten Kunststoffkörpers des Verbinders über das metallische Heizelement hergestellt. Dies geschieht aufgrund der Notwendigkeit, das Heizelement oder die Heizelemente genau in dem Verbinder anordnen zu müssen, um sogenannte "kalte Zonen" oder nicht erwärmte Bereiche an den Enden des Verbinders und im Falle einer In-Line-Verbindung nahe dem Anlagebereich der Rohre zu belassen, um das Ausfließen von geschmolzenem Polymermaterial aus den Schmelzbereichen zu verhindern.
Zahlreiche Anstrengungen wurden unternommen, um ein kosteneffektiveres Verfahren zur Herstellung von Warmschmelzverbindern zu finden, beispielsweise durch Extrudieren einer rohrförmigen Polymerhülse, Erwärmen der Hülse, Einsetzen des elektrischen Widerstandsheizelements in die Hülse auf einem Dorn, der die Hülse gleichzeitig aufweitet, Entfernen des Dorns und Zusammenziehenlassen der Hülse um das Heizelement. Verschiedene Verfahren dieser Art sind im Schweizer Patent 544 906, DE-A-23 02 458, GB-A-203 6518 und U.S. 4 362 684. In U.S. 4 362 684 wird festgestellt, daß das gleichzeitige Aufweiten und Aufschieben des rohrförmigen Hülsenkörpers auf die Heizspule radiale Kontraktionsbelastungen in dem rohrförmigen Körper erzeugen, die Schweißdruck bewirken und das Verbonden der Rohre erleichtern. In der Praxis jedoch zeigt sich, daß jegliche derartige Effekte minimal sind, da die radialen Kontraktionsbelastungen in der Hülse nach einer sehr kurzen Zeitspanne abgeleitet werden und der Schmelzprozeß nur eine relativ lokal begrenzte Erwärmung erzeugt, so daß der Hauptkörper der Hülse relativ kalt bleibt und nicht zum Erzeugen von Schweißdruck kontrahieren kann, wie in U.S. 4 362 684 angedeutet. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich auch bei der Verbindung elektrischer Widerstandsheizelemente, die auf diese Weise in einen rohrförmigen Hülsenkörper eingeführt werden.
Aus welchem Grund auch immer ist nach bestem Wissen der Anmelderin keines der genannten Verfahren kommerziell in die Praxis umgesetzt worden, und das Verfahren der Wahl zur Herstellung von Warmschmelzverbindern bleibt das Spritzgießen.
In U.S. 5 189 271 ist ein Verbinder offenbart, der eine warm schrumpfbare Hülse aufweist, die durch ein ferromagnetisches Teil erwärmt wird, welches seinerseits durch ein variierendes Magnetfeld erwärmt wird, wobei das ferromagnetische Teil eine Curie-Temperatur oberhalb der Schrumpftemperatur der Hülse aufweist.
Bei einer weiteren und separaten Entwicklung für Kunststoffrohre mit verbesserter Temperatur- und Druckwiderstandsfähigkeit wurde beispielsweise in U.S. 4 927184 vorgeschlagen, eine Rohrwand mit wenigstens einer Schicht aus vernetztem Polyolefinmaterial zu verwenden. Rohrleitungen mit solchen Rohren erfordern ebenfalls mechanisch festere Verbinder, und U.S. 4 927 184 schlägt ferner vor, daß der Verbinder eine Außenschicht aus einem vernetzten Polyolefinmaterial aufweisen kann. Es wird angegeben, daß beim Erwärmen der vernetzten Außenschicht des Verbinders diese einer Kontraktion ausgesetzt wird, wodurch ein Druck auf die Rohre ausgeübt wird, jedoch erscheint dies sehr unwahrscheinlich, da die vernetzte Außenschicht nicht aufgeweitet ist und im Warmschmelzvorgang relativ kalt bleiben würde. Es wird ebenfalls angegeben, daß der Verbinder extrudiert werden kann, jedoch finden sich keine Informationen darüber, wie dieses Herstellungsverfahren in die Praxis umzusetzen ist.
Erfindungsgemäß ist ein Warmschmelzverbinder mit einem Körper vorgesehen, der wenigstens eine Außenschicht aus vernetztem Polymermaterial und ein in Kontakt mit dem Körper befindliches Induktionsheizelement aufweist.
Nach einem ersten Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Warmschmelzverbinders gemäß Anspruch 1.
Nach einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung einen Warmschmelzverbinder gemäß Anspruch 16.
Nach einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung einen Baukasten mit Teilen für einen Warmschmelzverbinder gemäß Anspruch 23.
Bei den meisten Anwendungen wird der Verbinder im Gebrauch über einem zu verbindenden Rohrende oder -stutzen angeordnet, und die Erfindung wird im folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf einen derartigen externen Verbinder beschrieben. In solchen Fällen handelt es sich bei der ersten Schicht aus einem ersten vernetzten Polymermaterial um eine Außenschicht des Körpers und bei der zweiten Schicht aus einem zweiten Polymermaterial um eine Innenschicht, wobei der Einsatz in dem Körper angeordnet ist. Es ist jedoch ersichtlich, daß der Verbinder auch ein interner Verbinder sein kann, wobei die erste Schicht die Innenschicht des Körpers und die zweite Schicht die Außenschicht des Körpers ist, wobei der Einsatz außen auf dem Körper angeordnet wird, und daß derartige Verbinder ebenfalls in den Rahmen der Erfindung fallen.
Der Körper des Verbinders ist im allgemeinen von hohlem rohrförmigen Aufbau, obwohl andere Formen, je nach Anwendung, möglich sind. Der Körper kann gänzlich oder zum Teil aus vernetztem Polymermaterial bestehen, jedoch ist zumindest eine Außenschicht derart gebildet. Der Körper kann beispielsweise einen Doppelschicht- oder Mehrschichtaufbau haben, wobei eine oder mehrere äußere vernetzte Schichten eine oder mehrere nicht vernetzte Schichten umgeben. Ein Körper aus doppelschichtigem oder mehrschichtigem Auflbau kann bei Verbindern, die dem Verbinden von Rohren mit doppel- oder mehrschichtigem Aufbau dienen, von besonderem Wert sein. Derartige Rohre können beispielsweise verschiedene Sperrschichten und Verbindungsschichten aufweisen. Beispiele für Sperrschichten sind Benzolsperrschichten wie Nylon- und PBT-Schichten, Sauerstoffsperrschichten wie EVOH und Wassersperrschichten wie PVCC. Der Körper des Verbinders kann auch, je nach Bedarf, derartige Sperr- und Verbindungsschichten aufweisen.
Vorzugsweise ist der Körper derart geformt, daß er durch kontinuierliche Extrusionsveriahren, wie z. B. in PCT/EP 96/02801 offenbart, hergestellt werden kann.
Der Körper kann, wie zuvor erwähnt, einen rohrförmigen Aufbau haben und ferner mit Wellen oder Rippen auf der Außenfläche extrudiert werden. Ein Körper mit einer gewellten Außenfläche oder einem Teil derselben kann einen Verbinder bilden, der derart biegbar ist, daß an dem Verbinder eine Rohrkrümmung hergestellt werden kann. Andererseits kann ein Körper mit einer gerippten Außenfläche einen Verbinder mit verbesserter Ringsteifigkeit bilden. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß der Körper nicht mit eingeformten Anschlüssen hergestellt werden muß, was bekannte Verfahren verkompliziert und deren Kosten erhöht hat. Derartige vorstehende Anschlüsse stellen ferner einen erheblichen Nachteil dar, wenn das Rohr und der Verbinder bei Anwendungen eingesetzt werden sollen, bei denen kein Graben erfolgt und das Rohr durch die Erde gezogen wird, da die vorstehenden Anschlüsse einen erheblichen zusätzlichen Zugwiderstand bilden.
Das erste Polymermaterial ist vorzugsweise ein Polyolefin oder ein Olefin- Copolymer. Geeignete Polymermaterialien sind, beispielsweise, Polymere, Copolymere und Polymermischungen aus Ethylen, Propylen, Butylen, Penten, Styrol, Butadien, Vinylalkoholen, Estern und Amiden, Vinylhaliden und ähnlichen Monomeren. Polyethylen, Ethylencopolymere, PVC und modifiziertes PVC sind die bevorzugten ersten Polymermaterialien zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung.
Das erste Polymermaterial kann beispielsweise durch Verwenden chemischer Vernetzungsmittel, beispielsweise Peroxide, Silane und ähnlichen Materialien, oder durch Verwenden von Strahlung, beispielsweise Elektronenstrahlung oder UV-Lichtbestrahlung, unter Verwendung von geeigneten die Vernetzung fördernden Mittel, wie Triallyl-Cyanurat, vernetzt werden. Der bevorzugte Weg ist das chemische Vernetzen während des Extrudierens, wie in PCT/EP96/ 02801 offenbart.
Das erste Polymermaterial ist vorzugsweise in einem Grad von wenigstens 30% vernetzt, vorzugsweise in einem Bereich von 30% bis 95%. In dieser Beschreibung wird der Grad der Vernetzung als der Gelgehalt ausgedrückt und unter Verwendung des ASTM-Verfahrens gemessen. Das Vernetzen der ersten Schicht kann selbstverständlich die Ringstabilität des Verbinders erhöhen, was bei Verbindern vorteilhaft sein kann, die zum Verbinden von vernetzten Rohren verwendet werden.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden der Körper und der Einsatz zusammengesetzt, indem dem Körper ein gewisses maß an dimensionaler Rückstellfähigkeit verliehen wird, so daß der Körper, oder ein Teil desselben, sich von einem größeren Durchmesser auf einen kleineren Durchmesser zurückstellen kann, und so an dem Einsatz angreifen kann, der in Richtung der Rückstellung angeordnet ist. Im allgemeinen stellt sich der Körper von einem verformten, normalerweise aufgeweiteten Zustand zurück, wobei dies in keine Weise von Bedeutung ist, und der Körper kann durch beispielsweise während des Extrudierens induzierte Belastungen rückstellbar sein. Stellt sich der Körper aus dem aufgeweiteten Zustand zurück, kann es sich bei der Rückstellung um eine elastische Rückstellung handeln, die durch elastomere Kräfte bewirkt wird, oder um Warmrückstellung. Bei einer Warmrückstellbarkeit wird der Körper durch eine Temperatur über dem Kristallschmelzpunkt oder dem Erweichungspunkt des ersten vernetzten Polymermaterials aufgeweitet und in dem aufgeweiteten Zustand abgekühlt. Der Körper behält sodann seinen aufgeweiteten Zustand bei, bis er erneut über den Kristallschmelzpunkt oder den Erweichungspunkt des ersten Polymermaterials erwärmt wird, worauf der Körper versucht, sich in seinen ursprünglichen Zustand zurückzustellen.
Vorzugsweise wird der Körper jedoch bei einer Temperatur unterhalb des Kristallschmelzpunkts oder des Erweichungspunkts des ersten Polymermaterials aufgeweitet, wie beispielsweise in WO93/05332 und WO94/18486 beschrieben.
Der Körper des Warmschmelzverbinders kann beispielsweise unter Verwendung eines Dorns, durch unterschiedlichen Gasdruck oder jedes geeignete Mittel aufgeweitet werden. Das Aufweiten erfolgt vorzugsweise unterhalb der Kristallschmelztemperatur oder des Erweichungspunkts des ersten vernetzten Polymermaterials und kann erhebliche Belastungen in dem dreidimensionalen vernetzten Polymergitter erzeugen. Wegen des Vorhandenseins der Vernetzungen können diese Belastungen in dem Material nicht durch Relaxation einfach abgeleitet werden, so daß nach dem Aufheben der Weitungskräfte der Körper dazu neigt, sich in Richtung seiner ursprünglichen Form zurückzustellen. Die Rückstellzeit ist für unterschiedliche Polymermaterialien verschieden, kann jedoch im Falle von vernetztem Polyethylen mehrere Minuten betragen, beispielsweise von ungefähr 5-30 Sekunden, je nach dem Verhältnis von Durchmesser und Wanddicke.
Bei dem Aufweiten des Körpers muß Sorgfalt walten, um keine Risse oder Sprünge im Körper zu erzeugen. Im allgemeinen beträgt das Aufweiten des Körpers zwischen 15% und 45%. Bei vernetzten Polyolefinen kann die erforderliche Aufweitung üblicherweise bei Raumtemperatur erreicht werden, jedoch kann bei bestimmten anderen Polymermaterialien ein leichtes Erwärmen erforderlich sein. Es ist jedoch ein erheblicher Vorteil der Erfindung, daß die Aufweitung bei einer geringen Temperatur erfolgen kann, da in dem ersten Polymermaterial Vernetzungen vorhanden sind.
Es muß unter Umständen nicht der gesamte Körper des Verbinders aufgeweitet werden, um das Einsetzen der Heizelemente zu ermöglichen. Bei der Herstellung einer In-Line-Verbindung, zum Beispiel, kann es erforderlich sein, lediglich die Endabschnitte aufzuweiten, da der Mittelbereich, in dem die Rohrenden anstoßen, vorzugsweise ein kalter Punkt ohne jegliche Erwärmung ist.
Bestimmte Polymere wie PVC können ohne Vernetzung rückstellfähig gemacht werden, und diese können zur Herstellung des Körpers in geeigneten Fällen ebenfalls verwendet und aufgeweitet werden.
In dem Verbinder und dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können ein oder mehrere Einsätze verwendet werden. Der Einsatz oder die Einsätze werden durch Einbetten oder teilweises Einbetten eines ferromagnetischen Heizelements in ein zweites Polymermaterial hergestellt. Geeignete ferromagnetische Heizelemente sind in den zuvor genannten Patentbeschreibungen erwähnt, jedoch weist das Heizelement vorzugsweise einen Draht aus Kupfer oder einem ähnlichen leitfähigen Material auf, der mit einem ferromagnetischen Material beschichtet ist, wie in US 4256945 beschrieben. Der Draht kann beispielsweise zu einer Spirale mit Querteilen, mehreren weit beabstandeten Ringen mit Querteilen, einem Maschennetz aus weit beabstandeten Drähten, die große Quadrate bilden, oder dergleichen geformt sein. Aufgrund der Tatsache, daß das ferromagnetische Material die Drähte bei der bevorzugten Ausführung umgibt, liegen keine entmagnetisierenden (Rand-) Effekte vor. Ferner verhält sich die Anordnung des ferromagnetischen Materials auf einem Kupferdraht wie in US 4256945 beschrieben, und die Temperaturregelung ist ausgezeichnet und tritt inkrementierend entlang der Drähte auf, so daß die Temperatur überall im wesentlichen konstant ist. Bevorzugte ferromagnetische Heizelemente sind in WO92/15182 beschrieben und beansprucht.
Vorzugsweise ist das ferromagnetische Heizelement von generell rohrförmigem Aufbau und ist vorzugsweise radial einwärts verformbar, zumindest, wenn das zweite Polymermaterial geschmolzen ist. Das ferromagnetische Heizelement kann beispielsweise als radial einwärts verformbarer Drahtkäfig oder als Käfig aus normalerweise gewelltem oder perforiertem Metall ausgebildet sein, wobei die Wellen oder Perforierungen die einwärts gerichtete Verformung unterstützen. Alternativ kann das Element in Form eines sogenannten "Chinese Finger" vorliegen, das sich bei Verringerung des Durchmessers streckt. Es ist ferner möglich, das ferromagnetische Heizelement mit ferromagnetischen Teilchen zu versehen, die beispielsweise in einem Polymermaterial dispergiert sind, wie in US 5189271 beschrieben. Das Schmelzen des Polymermaterials ermöglicht es im vorliegenden Ausführungsbeispiel das ferromagnetische Heizelement radial nach innen zu verformen. Das einwärts gerichtete radiale Verformen des ferromagnetischen Heizelements kann die Verbesserung der Schmelzverbindung unterstützen, indem das Vermischen im Schmelzbereich verbessert wird. Wenn das Element mit Vorsprüngen versehen ist, beispielsweise mit scharfen Zähnen, die in die Oberfläche des zu verbindenden Rohres schneiden können, kann das Verbonden und der Auszugwiderstand weiter verbessert werden.
Das zweite Polymermaterial kann ein beliebiges der zuvor in Zusammenhang mit dem ersten Polymermaterial aufgeführten Polymermaterialien sein. Das zweite Polymermaterial kann, falls gewünscht, zumindest im geschmolzenen Zustand Klebeeigenschaften aufweisen, und es können ferner Polymermaterialien mit Heißschmelzklebern, beispielsweise Polyamide und Ethylen/Vinylacetat- Polymere, verwendet werden. Das zweite Polymermaterial ist jedoch vorzugsweise nicht vernetzt, oder lediglich in geringem Maße vernetzt, vorzugsweise weniger als 5%, so daß es noch verschmelzbar ist. Das zweite Polymermaterial ist vorzugsweise nicht vernetztes Polyethylen. Der Einsatz ist vorzugsweise durch Spritzen des zweiten Polymermaterials um das ferromagnetische Heizelement gebildet, so daß das ferromagnetische Heizelement darin eingebettet oder teilweise eingebettet ist. Andere Herstellungsverfahren wie Gießen oder Extrudieren können je nach Zweckmäßigkeit angewandt werden. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß das Polymermaterial des Einsatzes kompatibel mit dem Polymermaterial der Oberflächenschicht der Rohre gewählt werden kann, während das Material des Körpers des Verbinders unverändert bleiben kann. Dies ermöglicht das Verbinden von Rohren unterschiedlicher Materialien unter Verwendung eines einzigen Verbinders und mit einer geeigneten Wahl der Polymermaterialeinsätze. Beispielsweise kann der Verbinder zum Verbinden von Rohren aus vernetztem Polyethylen, PVC und modifiziertem PVC unter Verwendung der geeigneten Polymermaterialeinsätze verwendet werden. Das ferromagnetische Heizelement ist vorzugsweise vollständig in dem zweiten Polymermaterial eingebettet, so daß es gegen Beschädigung beim Einsetzen eines Rohres in den Verbinder geschützt ist.
Das Spritzen des zweiten Polymermaterials um das ferromagnetische Heizelement schafft ein Reservoir von schmelzbarem Material nahe dem Heizelement in Vorbereitung des Schmelzschritts. Das zweite Polymermaterial kann ebenfalls derart geformt werden, daß der Einsatz von seinen Abmessungen her genau in den Verbinder paßt, und das gespritzte Material axial zum ferromagnetischen Heizelement verlängert werden, um in-situ vorgeformte "kalte Zonen" zu bilden, durch welche der Schmelzfluß aus dem Schmelzbereich zurückgehalten wird.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das zweite Polymermaterial auch Endbereiche aufweisen, die für andere Funktionen ausgebildet sind. Zusätzlich zur, oder anstelle der Bildung von "kalten Zonen" können die Endbereiche des geformten zweiten Polymermaterials beispielsweise mit Innennuten versehen sein, um Dichteinrichtungen, beispielsweise elastische Dichtungen oder O-Ringe, aufzunehmen. Derartige Dichtungen oder O-Ringe haben ferner den Vorteil, daß sie das Eindringen von Staub oder anderen Verunreinigungen in den Schmelzbereich verhindern, wenn ein Rohr in den Verbinder eingeführt wird. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser des Einsatzes im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Endbereichs des zu verbindenden Rohres, wobei unter Berücksichtigung der Einschiebbarkeit des Rohres von Hand in den Verbinder entgegen jeden Reibungswiderstand das Spiel so klein wie möglich gehalten ist. Der Endbereich des Rohres kann selbstverständlich einen verringerten Durchmesser aufweisen, um eine Verringerung des Außendurchmessers des Verbinders zu ermöglichen, beispielsweise für Anwendungen, bei denen nicht gegraben werden kann. Der Innendurchmesser des Einsatzes kann ferner über die Länge variieren oder es können zwei Einsätze mit verschiedenem Durchmesser verwendet werden, wenn Rohre mit verschiedenen Außendurchmessern verbunden werden sollen. Dies ermöglicht beispielsweise die Verwendung des Verbinders als ein Reduzierstück.
Das ferromagnetische Heizelement hat vorzugsweise eine Curie-Temperatur, die wenigstens 10ºC, vorzugsweise zwischen 20ºC und 80ºC, höher als der Kristallschmelzpunkt oder Erweichungspunkt des zweiten Polymermaterials ist.
Nach einem bevorzugten Verfahren der Erfindung ist, sobald der Körper oder die geeigneten Bereiche desselben aufgeweitet wurden, es lediglich erforderlich, den Körper an die gewünschte Position in bezug auf den Einsatz zu bringen und die Rückstellung des aufgeweiteten Körpers in Anlage an den Einsatz zu ermöglichen. Vorzugsweise sind die Abmessungen des Körpers und des Einsatzes derart, daß noch eine gewisse ungelöste Rückstellung in dem Körper verbleibt, nachdem er an dem Einsatz anliegt. Diese ungelöste Rückstellung, die aufgrund des Vorhandenseins der Vernetzungen nicht einfach von dem Körper abgeleitet werden kann, ermöglicht dem Körper, eng an dem Einsatz anzuliegen und, wenn der Einsatz durch Erwärmen erweicht wird, können die ungelösten Rückstellkräfte Druck auf den Schmelzbereich ausüben, wodurch die Qualität der Schmelzverbindung verbessert wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die ungelöste Rückstellung nicht allein auf thermische Kontraktion zurückzuführen ist oder auf Orientierungseffekte, obwohl diese eine Rolle spielen können, sondern auf eine Verformung und Belastung der Struktur des vernetzten Polymers, wodurch eine permanentere und zuverlässigere Rückstellkraft erzeugt wird.
Zwar wird generell bevorzugt, daß der Einsatz eine Schmelzverbindung mit der Außenfläche des Rohres und der Innenfläche des Verbinderkörpers erzeugt, jedoch ist dies nicht unter allen Umständen erforderlich. Es kann beispielsweise nicht erforderlich sein, daß der Einsatz eine vollständige Schmelzverbindung mit der Innenseite des Verbinderkörpers herstellt, wenn der Körper eine erhebliche Rückstellkraft auf den Schmelzbereich ausübt. In diesem Fall kann die Rückstellkraft ausreichen, um die erforderliche Verbindungsdichtigkeit, unterstützt von den Endbereichen des Körpers, welche um den Einsatz schrumpfen können, zu schaffen, wodurch verhindert wird, daß der Einsatz aus dem Verbinderkörper gezogen wird. Bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden als Beispiele unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen im folgenden beschrieben, welche zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Körpers eines Warmschmelzverbinders mit positionierten Aufweitungsdornen vor dem Aufweitungsschritt;
Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht des Körpers von Fig. 1 mit durch die Dorne aufgeweiteten Endbereichen;
Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht des aufgeweiteten Körpers von Fig. 2 mit zum Einführen positionierten Einsätzen;
Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht des Körpers von Fig. 3 mit in den aufgeweiteten Enden angeordneten Einsätzen; und
Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht eines fertigen erfindungsgemäßen Warmschmelzverbinders.
Wie in Fig. 1 dargestellt, weist der Körper 1 ein extrudiertes rohrförmiges Teil auf, das durch Zuschneiden eines extrudierten Rohres aus vernetztem Polyethylen gebildet ist. Die Dorne 2, 3 sind an den Enden des Körpers 1 angeordnet und werden axial in Richtung des Körpers bewegt, um die Endbereiche 4, 5 aufzuweiten, wobei ein nicht aufgeweiteter Mittelbereich 6 verbleibt.
In Fig. 3 wurden die Dorne entfernt. Der aufgeweitete Körper ist dimensionsmäßig instabil und neigt dazu, sich zu seinem nicht aufgeweiteten Zustand bei Raumtemperatur zurückzustellen.
Dieser Vorgang ist jedoch zeitabhängig und kann bis zu mehreren Minuten erfordern. Während der Körper noch aufgeweitet ist, werden Einsätze 7, 8 auf Stützteilen 9, 10 fluchtend eingesetzt, wie in Fig. 3 dargestellt. Jeder der Einsätze 7, 8 weist eine Spule aus ferromagnetischem Heizdraht 11, 12 auf, die in einer schmelzbaren, nicht vernetzten Polyethylenmatrix 13, 14 eingebettet ist.
Fig. 4 zeigt die Einsätze 7, 8 in ihrer Position im aufgeweiteten Körper, wobei sie noch auf den Stützteilen 9, 10 angeordnet sind. Wenn der Körper sich um die Einsätze zusammenzieht, werden die Stützteile entfernt, wobei die Einsätze fest durch den Körper gehalten zurückbleiben, wie in Fig. 5 dargestellt. Ein weiteres Zusammenziehen des Körpers ist durch die Einsätze verhindert, jedoch bleiben die Rückstellkräfte in dem Körper ungelöst. Wenn der Warmschmelzverbinder in Gebrauch kommt und die Heizelemente 11, 12 aktiviert werden, üben die Körperendbereiche 4, 5 daher weiterhin eine Rückstellkraft auf die geschmolzenen, nicht vernetzten Polyethylenmatrizen 13, 14 auf und unterstützen das Verhindern der Bildung von Lunkern und verbessern die Festigkeit der Schmelzverbindung.
Es ist ersichtlich, daß, obwohl die Stützteile 9, 10 in Fig. 5 als entfernt dargestellt sind, die Teile 9, 10 bei einem weiteren Ausführungsbeispiel Stutzenteile oder Rohrteile sein können, die unter Verwendung des Warmschmelzverbinders verbunden werden sollen. In einem derartigen Fall würden die Teile 9, 10 selbstverständlich an ihrer Position verbleiben, woraufhin nach dem Zusammenziehen des Körpers die Heizelemente 11, 12 zur Herstellung der Schmelzverbindung zwischen den Polyethylenmatrizen 13, 14 und den Teilen 9, 10 aktiviert werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Warmschmelzverbinders, das umfaßt:

i) die Bildung eines Körpers mit mindestens einer ersten Schicht eines ersten vernetzten polymeren Materials,

ii) die Einbettung oder teilweise Einbettung eines ferromagnetischen Heizelements in ein zweites polymeres Material, um einen Einsatz zu bilden, wobei das ferromagnetische Heizelement eine Curie-Temperatur aufweist, die gleich oder größer als der kristalline Schmelzpunkt oder der Erweichungspunkt des zweiten polymeren Materials ist, und

iii) das Zusammensetzen von Körper und Einsatz zur Bildung des Verbinders.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Körper einen hohlen rohrförmigen Aufbau aufweist:

das Verfahren ferner den Schritt beinhaltet, den Körper bei einer Temperatur unterhalb des kristallinen Schmelzpunktes oder des Erweichungspunktes des ersten polymeren Materials aufzuweiten; und

der Schritt des Zusammensetzens von Körper und Einsatz zur Bildung des Verbinders durch Versehen des Körpers mit einem Grad räumlichen Rückformvermögens erfolgt, so daß sich der Körper oder ein Teil davon von einem größeren Durchmesser auf einen kleineren Durchmesser rückformen kann und dadurch in Eingriff mit dem Einsatz, der in Richtung der Rückformung angeordnet ist, kommen kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Schicht eine äußere Schicht des Körpers ist und der Einsatz im Inneren des Körpers angeordnet ist.

4. Verfahren nach Irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Körper so geformt ist, daß er durch ein kontinuierliches Extrusionsverfahren hergestellt werden kann.

5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1, 3 oder 4, bei dem der Körper einen hohlen rohrförmigen Aufbau aufweist.

6. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Körper einen Doppelschicht- oder einen Vielfachschicht-Aufbau aufweist, und mindestens eine der Schichten eine Sperrschicht ist.

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 3 bis 6, bei dem der Körper einen rohrförmigen Aufbau und entweder Wellen oder Rippen auf seiner äußeren Oberfläche aufweist.

8. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste polymere Material Polyethylen, ein Ethylen-Copolymer, PVC oder ein modifiziertes PVC ist; und/oder das erste polymere Material durch ein chemisches Vernetzungsverfahren vernetzt worden ist; und/oder das erste polymere Material einen Vernetzungsgrad von 30% bis 95% aufweist.

9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8, bei dem der Körper und der Einsatz zusammengesetzt werden, indem der Körper mit einem Grad räumlichen Rückformvermögens versehen wird, so daß der Körper oder ein Teil davon sich von einem größeren Durchmesser auf einen kleineren Durchmesser rückformen kann und dadurch in Eingriff mit dem Einsatz, der in Richtung der Rückformung angeordnet ist, kommen kann, und der Verbinder vorzugsweise ein In-Line-Verbinderist und nur die Endbereiche des Verbinders aufgeweitet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Aufweitung des Körpers im Bereich zwischen 15% und 45% liegt.

11. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das ferromagnetische Heizelement einen Draht aus einem leitenden Material aufweist, der mit einem ferromagnetischen Material beschichtet ist; und/oder bei dem das ferromagnetische Heizelement einen im großen und ganzen rohrförmigen Aufbau aufweist und radial nach innen verformbar ist; und/oder bei dem das zweite polymere Material unvernetztes Polyethylen ist.

12. Verfahren nach Irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Einsatz durch Formen des zweiten polymeren Materials um das ferromagnetische Heizelement gebildet wird, so daß das ferromagnetische Heizelement in dem zweiten polymeren Material eingebettet oder teilweise eingebettet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das geformte Material sich axial über das ferromagnetische Heizelement hinaus erstreckt, so daß Endbereiche gebildet werden, die angepaßt sind, um weitere Funktionen zu erfüllen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das geformte Material sich axial über das ferromagnetische Heizelement hinaus erstreckt, so daß in situ vorgeformte "kalte Zonen" gebildet werden, um den Schmelzfluß aus der Schmelzzone einzuschließen; oder bei dem die Endbereiche interne Nuten zur Aufnahme von Dichtungsmitteln aufweisen.

15. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das ferromagnetische Heizelement eine Curie-Temperatur zwischen 20 C und 80ºC aufweist, die größer als der kristalline Schmelzpunkt oder der Erweichungspunkt des zweiten polymeren Materials ist; und/oder bei dem die Abmessungen des aufgeweiteten Körpers und des Einsatzes so gewählt sind, daß es in dem Körper noch nicht aufgelöstes Rückformvermögen gibt, nachdem er durch Rückformung in Berührung mit dem Einsatz gekommen ist.

16. Warmschmelzverbinder mit einem Körper mit hohlem rohrförmigen Aufbau, der mindestens eine erste äußere Schicht aus einem ersten vernetzten polymeren Material aufweist und der bei einer Temperatur unterhalb des kristallinen Schmelzpunktes oder des Erweichungspunktes des ersten polymeren Materials aufgeweitet werden kann, wobei der Verbinder ferner eine zweite innere Schicht aus einem zweiten polymeren Material und ein ferromagnetisches Heizelement aufweist, das in die zweite Schicht eingebettet oder teilweise eingebettet ist und eine Curie-Temperatur hat, die gleich oder größer als der kristalline Schmelzpunkt oder der Erweichungspunkt des zweiten polymeren Materials ist, wobei der Körper und der Einsatz derart zum Verbinder zusammengesetzt sind, daß es noch ein gewisses nicht aufgelöstes Rückformvermögen in dem Bereich des Körpers gibt, der das ferromagnetische Heizelement umgibt.

17. Warmschmelzverbinder mit einem Körper, der mindestens eine erste Schicht aus einem ersten vernetzten polymeren Material, eine zweite Schicht aus einem zweiten polymeren Material und ein ferromagnetisches Heizelement aufweist, das in die zweite Schicht eingebettet oder teilweise eingebettet Ist und eine Curie-Temperatur hat, die gleich oder großer als der kristalline Schmelzpunkt oder der Erweichungspunkt des zweiten polymeren Materials ist.

18. Verbinder nach Anspruch 17, bei dem die erste Schicht eine Außenschicht des Körpers, die zweite Schicht eine Innenschicht des Körpers und der Einsatz im Inneren des Körpers angeordnet ist.

19. Verbinder nach Anspruch 17 oder 18, bei dem der Körper des Verbinders einen hohlen rohrförmigen Aufbau aufweist.

20. Verbinder nach Anspruch 16 oder 19, bei dem der Körper entweder Wellen oder Rippen an seiner äußeren Oberfläche aufweist.

21. Verbinder nach irgendeinem der Ansprüche 16 bis 20,

a) bei dem der Körper einen Doppelschicht- oder einen Vielfachschicht- Aufbau aufweist, und mindestens eine der Schichten eine Sperrschicht ist; und/oder

b) bei dem der Körper des Verbinders durch ein kontinuierliches Extrusionsverfahren geformt worden ist; und/oder

c) bei dem das erste polymere Material Polyethylen oder ein Ethylen- -Copolymer ist; und/oder

d) bei dem das erste polymere Material durch ein chemisches Vernetzungsverfahren vernetzt worden ist; und/oder

e) bei dem das ferromagnetische Heizelement einen Draht aus leitfähigem Material aufweist, der mit einem ferromagnetischen Material beschichtet ist; und/oder

f) bei dem das zweite polymere Material unvernetztes Polyethylen ist; und/oder

g) bei dem das ferromagnetische Heizelement vollständig in das zweite polymere Material eingebettet ist; und/oder

h) bei dem das ferromagnetische Heizelement eine Curie-Temperatur zwischen 20ºC und 80ºC aufweist, die größer als der kristalline Schmelzpunkt oder der Erweichungspunkt des zweiten polymeren Materials ist; und/oder

i) bei dem sich die zweite Schicht axial über das ferromagnetische Heizelement hinaus erstreckt, so daß "kalte Zonen" gebildet werden, die im Gebrauch den Schmelzfluß aus der Schmelzzone einschließen; und/oder

j) bei dem die zweite Schicht Endbereiche aufweist, in denen interne Nuten zur Aufnahme von Dichtungsmitteln vorgesehen sind; und/oder

k) bei dem es noch ein gewisses nicht aufgelöstes Rückformvermögen in dem Bereich des Körpers gibt, der das ferromagnetische Heizelement umgibt.

22. Rohrverbindung mit einem Warmschmelzverbinder nach irgendeinem der Ansprüche 16 bis 21.

23. Baukasten mit Teilen zur Herstellung eines Warmschmelzverbinders mit

(i) einem Einsatz, der ein ferromagnetisches Heizelement aufweist, das in ein schmelzbares polymeres Material eingebettet oder teilweise eingebettet ist und eine Curie-Temperatur hat, die gleich oder großer als der kristalline Schmelzpunkt oder der Erweichungspunkt des polymeren Materials ist, und

(ii) einem Körper, der angepaßt ist, um den Einsatz aufzunehmen und der mindestens eine erste Schicht aus einem ersten vernetzten oder rückformfähigen polymeren Material aufweist.