(57)【要約】      （修正有）【課題】特に熱可塑性プラスチックから成る管端部を結合または接続するための、電子溶接継手を提供する。【解決手段】弾性率Ｅ２を有する熱可塑性のまたは他の溶接可能なプラスチックから成る基体２と、プラスチックを加熱するための複数の巻線６を有した少なくとも１つの加熱ワイヤコイル５と、を有しており、前記加熱ワイヤコイル５は、前記基体２の前記プラスチックに相当しないプラスチック４、もしくは前記基体２の前記プラスチックとは異なるプラスチック４、もしくは異なる特性を有するプラスチック４によって、完全にまたは部分的に取り囲まれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に熱可塑性プラスチックから成る管端部（３）を結合または接続するための、電子溶接継手（１）であって、
弾性率Ｅ２を有する熱可塑性のまたは他の溶接可能なプラスチック（７）から成る基体（２）と、
プラスチックを加熱するための複数の巻線（６）を有する少なくとも１つの加熱エレメント、好適には加熱ワイヤコイル（５）と、
を有している、電子溶接継手（１）において、
前記加熱エレメント、好適には加熱ワイヤコイル（５）は、前記基体（２）の前記プラスチック（７）に相当しないプラスチック（４）、もしくは前記基体（２）の前記プラスチック（７）とは異なるプラスチック（４）、もしくは異なる特性、特に異なる弾性率を有するプラスチック（４）によって、完全にまたは部分的に取り囲まれていることを特徴とする、電子溶接継手（１）。
【請求項２】
前記加熱エレメント、好適には加熱ワイヤコイル（５）を取り囲む前記プラスチック（４）は弾性率Ｅ１を有しており、前記加熱エレメント、好適には加熱ワイヤコイルを取り囲む前記プラスチック（４）の前記弾性率Ｅ１は、前記基体（２）の前記プラスチック（７）の前記弾性率Ｅ２よりも小さい、請求項１記載の電子溶接継手（１）。
【請求項３】
前記加熱エレメント、好適には加熱ワイヤコイルを取り囲む前記プラスチック（４）の前記弾性率Ｅ１は、前記基体（２）の前記プラスチック（７）の前記弾性率Ｅ２の５０％以下である、請求項１または２記載の電子溶接継手（１）。
【請求項４】
前記基体（２）は、スリーブ、ニップル、またはサドルとして形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電子溶接継手（１）。
【請求項５】
前記基体（２）は、ＰＰ、ＰＢ、ＰＶＣ、ＰＶＤＦまたはＰＥから製造されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電子溶接継手（１）。
【請求項６】
前記加熱エレメント、好適には加熱ワイヤコイル（５）を完全にまたは部分的に取り囲む前記プラスチックは、ＴＰＥ、ＰＥ、ＰＥ−ＬＤ、ＰＥ混合物、または発泡ポリエチレンである、請求項１から５までのいずれか１項記載の電子溶接継手（１）。
【請求項７】
前記加熱エレメント、好適には加熱ワイヤコイル（５）は、前記弾性率Ｅ１を有するプラスチック（４）から成る中空円筒内に、もしくは該中空円筒の壁に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子溶接継手（１）。
【請求項８】
前記加熱ワイヤコイル（５）のワイヤは、前記弾性率Ｅ１を有するプラスチック（４）によって被覆されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の電子溶接継手（１）。
【請求項９】
前記加熱ワイヤコイル（５）の巻線（６）のうちの一部が、前記弾性率Ｅ１を有するプラスチック（４）によって取り囲まれている、請求項１から８までのいずれか１項記載の電子溶接継手（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に熱可塑性プラスチックから成る管端部を結合または接続するための、電子溶接継手であって、弾性率Ｅ２を有する熱可塑性のまたは他の溶接可能なプラスチックから成る基体と、プラスチックを加熱するための複数の巻線を有した少なくとも１つの加熱エレメント、好適には加熱ワイヤコイルと、を有している、電子溶接継手に関する。
【０００２】
熱可塑性プラスチックから成る管路部分の結合または接続のために、電子溶接継手が公知である。接続したい部分の部分的な溶融および溶接のために、継手の壁内には、溶接すべき管に向かって向けられて、加熱エレメントが配置されている。加熱エレメントは通常、電気エネルギの供給により十分な熱量を発生させる加熱ワイヤコイルとして形成されている。
【０００３】
良好な溶接結合部を得るために、従来の電子溶接継手では、溶接すべき面をクリーニングし、もしくは外被を剥脱し、外側の風化した表面を除去する必要がある。管の外被剥脱が行われないと、または不十分であると、溶接結合部の破壊挙動は、弾性的ではないプラスチックにより形成される高い応力により脆いものである。このことは、外被剥脱が行われない、または不十分であることにより、継手の溶接区域の材料と管の材料との間の材料接続が生じないことにもよる。なぜならば、材料接続は、継手および溶接すべき管の溶接区域において、分子に、基本材料と等価である材料接続的な結合の形成を可能とさせる適切な外被剥脱が行われた場合にのみ行われるからである。
【０００４】
独国特許出願公開第１９６２８９１６号明細書により、スリーブとして形成されている相応の電子溶接継手が開示されていて、この場合、溶接前に管の外被剥脱が必要とされる。既に上述したように、このようなスリーブの欠点は、溶接結合部においてプラスチックにより高い応力が生じる恐れがあり、十分に外被剥脱されていない管では、これにより脆性破壊に到ることにある。
【０００５】
本発明の課題は、管の外被剥脱なしでも溶接区域における応力が減じられ、管と溶接部との間に負荷がかかる際に脆性破壊が生じないような、電子溶接継手を提供することである。
【０００６】
この課題は本発明によれば、前記加熱エレメント、好適には加熱ワイヤコイルが、前記基体の前記プラスチックに相当しないプラスチック、もしくは前記基体の前記プラスチックとは異なるプラスチック、もしくは異なる特性、特に異なる弾性率を有するプラスチックによって、完全にまたは部分的に取り囲まれていることにより解決される。これにより、電子溶接継手と管との間の溶接部における脆性破壊が回避される。
【０００７】
これにより、主として外被剥脱されていない管において生じる脆い破壊挙動が、溶融に到る管表面の境界面に生じることが回避される。
【０００８】
異なるプラスチック、もしくは異なる特性、特に異なる弾性率を有したプラスチックを、加熱エレメント、好適には加熱ワイヤコイルのまわりに配置することにより、外的な力の作用が生じた際に溶接区域においては所定の弾性が可能となる。このことは、例えば、温度変化により、または圧搾により生じる曲げ負荷または引張負荷に関する場合のように、大きな利点である。なぜならば、加熱エレメントもしくは加熱ワイヤコイルのまわりの弾性的な領域により、破壊応力に達するまで、そして破壊されるまで、高いひずみが可能であるからである。これはこのような弾性的な材料が、その高い弾性により、破壊につながるような高い応力をゆっくりにしか生成しないからである。
【０００９】
好適な実施形態では、加熱エレメント、好適には加熱ワイヤコイルを取り囲むプラスチックは弾性率Ｅ１を有しており、加熱エレメント、好適には加熱ワイヤコイルを取り囲むプラスチックの弾性率Ｅ１は、基体のプラスチックの弾性率Ｅ２よりも小さい。弾性率Ｅ１が、基体の弾性率Ｅ２よりも小さいことにより、溶接部、もしくは管に向かう境界面において比較的僅かな応力が生じる。なぜならば、基体のプラスチックよりも撓みやすく、より弾性的な異なるプラスチックから、継ぎ目が形成されていて、これにより境界領域でも生じる破壊に到るまでさらにひずむ余地があるからである。このことは、破壊が生じるほど溶接部が過剰に負荷される場合によくわかる。なぜならば、このような破壊は延性をもって形成され、したがって結合部の破壊前にまず、主な変形が生じるからである。
【００１０】
加熱エレメント、好適には加熱ワイヤコイルを取り囲むプラスチックの弾性率Ｅ１は、基体のプラスチックの弾性率Ｅ２の５０％以下であるならば好適である。これにより同じ負荷がかけられた場合の応力は減じられる。
【００１１】
加熱エレメントとしては、好適には加熱ワイヤコイルが使用されるが、この場合、加熱エレメントとして使用することができる導電性プラスチックも考慮される。継手に取り付けることができる、または継手内に設けることができる、導電性バンド、導電性スリーブ等のような別の加熱エレメントも考慮される。
【００１２】
電子溶接継手は、スリーブ、ニップル、またはサドルとして形成されている基体を有している。基体がスリーブとして形成されている場合、管端部をこのスリーブ内に挿入し、管の外径をスリーブの内径に接触させて、ひいては溶接することにより２つの管端部の結合のためにスリーブを利用する。
【００１３】
基体としてニップルが設けられている場合には、管端部はニップルの上に被せ嵌められ、もしくは管端部の内径がニップルの外径に接触し、次いで互いに溶接される。
【００１４】
別の構成の可能性としては、基体がサドルとして形成されている構成がある。サドルは管の上に装着され、分岐する管の接続を可能にする。
【００１５】
好適な実施形態によれば、基体は、ポリプロピレンＰＰ、ポリブチレンＰＢ、ポリ塩化ビニルＰＶＣ、ポリフッ化ビニリデンＰＶＤＦ、またはポリエチレンＰＥから製造されている。
【００１６】
加熱ワイヤコイルを完全にまたは部分的に取り囲むプラスチックが、熱可塑性エラストマＴＰＥ、ポリエチレンＰＥ、低密度ポリエチレンＰＥ−ＬＤ、ポリエチレン混合物ＰＥ−Ｍｉｘ、または発泡ポリエチレンＰＥgeschaeumtであるならば好適である。このプラスチックは、基体の弾性率Ｅ２を下回る、好適には基体の弾性率Ｅ２の５０％以下である弾性率Ｅ１を有している。
【００１７】
本発明の別の構成では、加熱ワイヤコイルは、弾性率Ｅ１を有するプラスチックから成る中空円筒体内に、もしくは該中空円筒の壁に配置されている。この中空円筒は、基体の周面に配置されていて、管と接触しており、すなわち基体がスリーブの場合は内周面に、ニップルの場合は外周面に、サドルの場合は、サドル部材の内周面に配置されている。
【００１８】
別の構成の可能性としては、加熱ワイヤコイルのワイヤが、弾性率Ｅ１を有するプラスチックによって被覆されていてよく、この被覆されたワイヤが基体内に置かれる。
【００１９】
加熱ワイヤコイルの巻線の一部が、弾性率Ｅ１を有するプラスチックによって取り囲まれていても有利である。すなわち、加熱ワイヤコイルのいくつかの巻線のみが、弾性率Ｅ１を有するプラスチックによって取り囲まれていて、別の巻線は弾性率Ｅ２を有する基体のプラスチックによって取り囲まれている。これにより、溶接部における弾性の利点の他に、弾性率Ｅ２を有するプラスチックの領域において、高い軸方向の引張り力を吸収することができるという利点も得られる。
【００２０】
本発明の実施例を図面につき説明するが、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】プラスチック中空円筒によって取り囲まれた加熱ワイヤコイルを有する、スリーブとして形成されている電子溶接継手を示す縦断面図である。
【図２】プラスチック中空円筒によって部分的に取り囲まれた加熱ワイヤコイルを有する、スリーブとして形成されている電子溶接継手を示す縦断面図である。
【図３】異なるプラスチックによって被覆されたワイヤを含む加熱ワイヤコイルを有する、スリーブとして形成されている電子溶接継手を示す縦断面図である。
【図４】異なるプラスチックを含む巻線の間に、異なるプラスチックを含まない巻線を有している加熱ワイヤコイルを有する、スリーブとして形成されている電子溶接継手を示す縦断面図である。
【図５】プラスチック中空円筒によって取り囲まれた加熱ワイヤコイルを有する、ニップルとして形成されている電子溶接継手を示す縦断面図である。
【図６】プラスチック中空円筒によって取り囲まれた加熱ワイヤコイルを有する、サドルとして形成されている電子溶接継手を示す縦断面図である。
【図７】溶接区域で使用されるプラスチックの弾性率に関する応力ひずみ線図である。
【００２２】
図１に示した図は、基体２としてスリーブを有した電子溶接継手１を示している。スリーブはその内周面に加熱ワイヤコイル５を有しており、この加熱ワイヤコイルは、プラスチックを加熱するために、したがって、基体２を管端部３に溶接するために用いられる。加熱ワイヤコイル５は、基体２が形成されるプラスチックとは異なるプラスチック４、もしくは基体２とは異なる特性を有するプラスチック４によって取り囲まれている。加熱ワイヤコイル５のまわりのプラスチック４は、基体２よりも低い弾性率Ｅ１を有している。図１に示した実施形態では、加熱ワイヤコイル５は、異なるプラスチック４から成る一種の中空円筒内に配置されている、もしくはこの中空円筒の壁に配置されている。これにより、一方では、加熱ワイヤコイルを取り囲む弾性的なプラスチック４が加熱され、かつ管のプラスチックも加熱され、これにより溶接が可能となる。弾性的なプラスチック４の使用により、溶接部もしくは管との境界面で生じる応力が減じられ、したがって、溶接の溶接シームと溶接された管との間で溶接部の損傷の際に脆性破壊に到ることはない。溶接区域における弾性的なプラスチック４により、外的影響が生じた際にこのプラスチック４は良好に撓むことができ、もしくはよりひずむことができ、これにより高い応力の発生は遅くなり、もしくは材料が損傷される破壊応力に達するのが遅くなる。
【００２３】
図２に示した電子溶接継手１の実施形態では、部分的にのみより弾性的なプラスチック４もしくは異なるプラスチック４によって取り囲まれた加熱ワイヤコイル５が示されている、もしくは一方の対の巻線６のみが別のプラスチックによって取り囲まれていて、他方の巻線６は、基体２のプラスチック７によって取り囲まれていることが示されている。このことは一方では、比較的低い弾性率Ｅ１のプラスチック４を有するより弾性的な領域はより低い応力を受け、基体２のプラスチック７によって取り囲まれた加熱ワイヤコイル５の別の領域は、高い軸方向引張り力に対して有利である、という利点を有している。
【００２４】
図３には、弾性率Ｅ１のより弾性的なプラスチックの別の選択的な配置が示されている。この配置では、弾性的なプラスチック４は、加熱ワイヤコイル５のコイルワイヤのまわりに配置されている、もしくはワイヤはプラスチックで被覆されていて、これが基体２に配置されている。この基体２は、図３で同様にスリーブとして形成されているが、ニップルまたはサドルとして形成されていてもよい。
【００２５】
図示した全ての配置の可能性および実施形態は、スリーブ、ニップル、サドルであっても、全ての基体２に利用可能である。
【００２６】
図４には、異なるプラスチック４によって取り囲まれた加熱ワイヤコイル５の個々の巻線６の間に、基体２のプラスチック７によって直接取り囲まれた別の巻線が配置されている構成の可能性が示されている。
【００２７】
図５は、弾性率Ｅ１の弾性的なプラスチック４から成る中空円筒内における加熱ワイヤコイル５を、基体２としてニップルに配置する可能性を図１と同様に示している。同様に図６では、加熱ワイヤコイル５の同様のこのような配置を有するサドルが示されている。
【００２８】
図７には、異なるプラスチック４，７による溶接の弾性率に関する応力ひずみ線図が示されている。Ｅ１は、基体が形成されているのとは異なる、好適にはより弾性的に形成されているプラスチック４の弾性率を示している。Ｅ２は、基体２のプラスチック７の弾性率を示している。εｘは、圧搾による、またはその他の加えられる力による、外的な負荷に基づき加えられるひずみである。溶接区域に弾性率Ｅ１のより弾性的なプラスチック４を使用した場合、従来技術に相当する、溶接区域により高い弾性率Ｅ２を有する基体２のプラスチック７による溶接と比較して、応力曲線は低く延在していることが明らかである。より低い弾性率Ｅ１のプラスチック４の比較的高い弾性は、力が生じたとき、比較的低い応力を形成する。すなわち破壊応力に達するには、破損が生じるまではるかに高いひずみが条件となる。
【符号の説明】
【００２９】
１  電子溶接継手
２  基体
３  管端部
４  （弾性率Ｅ１を有する）基体とは異なるプラスチック
５  加熱ワイヤコイル
６  巻線
７  基体と同じプラスチック
δ  応力（Ｎ／ｍｍ２）
δ１  基体とは異なるプラスチックによる溶接区域の境界面における応力（Ｎ／ｍｍ２）
δ２  基体と同じプラスチックによる溶接区域の境界面における応力（Ｎ／ｍｍ２）
δＢ  破壊応力（Ｎ／ｍｍ２）
Ｅ１  加熱ワイヤコイルを取り囲むプラスチック（基体とは異なるプラスチック）の弾性率
Ｅ２  基体のプラスチックの弾性率
ε  ひずみ（％）
εｘ  外的負荷により加えられるひずみ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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