DE102004038629A1

DE102004038629A1 - Heizmanschette zum Aufschrumpfen von Schrumpfschlauchverbindungen

Info

Publication number: DE102004038629A1
Application number: DE102004038629A
Authority: DE
Inventors: Manfred Kornrumpf
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2006-03-09
Also published as: US20060027536A1; US20070181537A9

Abstract

Eine Vorrichtung zum Verbinden von zwei Elementen mittels Schrumpfen eines Schrumpfschlauchs enthält ein Heizelement und einer Steuereinheit. Das Heizelement ist zum Bereitstellen thermischer oder induktiver Energie eingerichtet und ist ferner derart eingerichtet, dass mit ihm ein Schrumpfschlauch, der auf einen Verbindungsbereich von zwei zu verbindenden Elementen aufziehbar ist, entlang mindestens eines Teils des Umfangs des Schrumpfschlauchs umhüllbar ist. Die Steuereinheit ist zum Zuführen von elektrischer Energie an das Heizelement eingerichtet und ist ferner derart eingerichtet, dass mit ihr die Temperatur des Heizelements derart steuerbar ist, dass mittels Schrumpfens des Schrumpfschlauchs die zwei Elemente verbindbar sind.

Description

Vorrichtung zum Verbinden von zwei Elementen, Anordnung zum Verbinden von zwei Elementen, Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Verbinden von zwei Elementen, Verfahren zum Verbinden von zwei Elementen und Verwendung eines Heizelements zum Schrumpfen eines Schrumpfschlauchs.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von zwei Elementen, eine Anordnung zum Verbinden von zwei Elementen, ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Verbinden von zwei Elementen, ein Verfahren zum Verbinden von zwei Elementen und eine Verwendung eines Heizelements zum Schrumpfen eines Schrumpfschlauchs.

Gemäß dem Stand der Technik wird ein Schrumpfschlauch verwendet, um eine Verbindung zwischen zwei zu verbindenden Elementen herzustellen.

Unter einem Schrumpfschlauch wird insbesondere ein aus einem thermoplastischen Material gebildeter Schlauch verstanden, der sich unter Wärmeinwirkung zusammenzieht. Mit anderen Worten verringert sich der Durchmesser eines Schrumpfschlauchs unter Wärmeeinwirkung irreversibel, so dass der geschrumpfte Schrumpfschlauch die beiden zu verbindenden Elemente in Eingriff nimmt und somit eine Verbindung der Elemente herstellt.

Gemäß dem Stand der Technik wird zum Verbinden zweier Elemente unter Verwendung eines Schrumpfschlauchs ein Schrumpfschlauch über einen Bereich der aneinander angrenzenden Elemente aufgezogen. Mittels eines Industrieföns oder eines Bunsenbrenners wird dem Schrumpfschlauch Wärme zugeführt, so dass dadurch der Durchmesser des Schrumpfschlauchs verringert wird. Der geschrumpfte Schrumpfschlauch zieht sich somit über die beiden Enden der Elemente zusammen und bildet auf diese Weise eine mechanische Verbindung der beiden Elemente aus.

Die Verwendung von Schrumpfschläuchen zum Verbinden von zu verbindenden Elementen spielt insbesondere in Flugzeugen eine Rolle, da eine Schrumpfschlauch-Verbindung zur Gewichtsreduzierung in dem Flugzeug beiträgt. Ferner ist der Montage- sowie Demontageaufwand geringer (Entfall von vier- bzw. min. zwei Stahlbandschellen). Weiterhin ist die Bevorratung von bisher verwendeten Spezialmuffen, im Herstellbetrieb, sowohl beim Betreiber überflüssig.

Allerdings sind in einem Flugzeug die zur Verfügung stehenden Bauräume beengt. Ferner stellt ein Flugzeug eine temperaturempfindliche Umgebung dar, bei der die Verwendung eines offenen Feuers oder einer anderen starken Wärmequelle, wie sie gemäß dem Stand der Technik zum Herstellen einer Schrumpfschlauch-Verbindung eingesetzt wird, kritisch ist. Darüber hinaus bestehen in einem Flugzeug strenge Sicherheitsvorschriften, die mit der Verwendung eines Bunsenbrenners oder eines Industrieföns häufig nicht kompatibel sind. Solche Rahmenbedingungen sind auch in anderen Umfeldern anzufinden (Bahnen, Bürokomplexe, etc.), in denen Schrumpfschlauch-Verbindungen eingesetzt werden können.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Schrumpfschlauch-Verbindung zum Verbinden von zwei Elementen auch in beengter und temperaturempfindlicher Umgebung zu ermöglichen.

Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung zum Verbinden von zwei Elementen, durch eine Anordnung zum Verbinden von zwei Elementen, durch ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Verbinden von zwei Elementen, durch ein Verfahren zum Verbinden von zwei Elementen und durch eine Verwendung eines Heizelements zum Schrumpfen eines Schrumpfschlauchs mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbinden von zwei Elementen mittels Schrumpfens eines Schrumpfschlauchs enthält ein Heizelement und eine Steuereinheit. Das Heizelement ist zum Bereitstellen thermischer oder induktiver Energie eingerichtet und ist ferner derart eingerichtet, dass mit ihm ein Schrumpfschlauch, der auf einen Verbindungsbereich von zwei zu verbindenden Elementen aufziehbar ist, entlang zumindest eines Teils des Umfangs des Schrumpfschlauchs umhüllbar ist. Die Steuereinheit ist zum Zuführen von elektrischer Energie an das Heizelement eingerichtet und ist ferner derart eingerichtet, dass mit ihr die Temperatur des Heizelements derart steuerbar ist, dass mittels Schrumpfens des Schrumpfschlauchs die zwei Elemente verbindbar sind.

Ferner ist erfindungsgemäß eine Anordnung zum Verbinden eines ersten Elements mit einem zweiten Element in einem Verbindungsbereich mittels eines Schrumpfschlauchs geschaffen, die ein erstes Element, ein zweites Element, einen Schrumpfschlauch, ein Heizelement und eine Steuereinheit aufweist. Der Schrumpfschlauch ist auf einen Verbindungsbereich des ersten Elements mit dem zweiten Element aufziehbar. Das Heizelement ist zum Bereitstellen thermischer oder induktiver Energie eingerichtet und ist ferner derart eingerichtet, dass mit ihm der Schrumpfschlauch entlang zumindest eines Teils des Umfangs des Schrumpfschlauchs umhüllbar ist. Die Steuereinheit ist zum Zuführen von elektrischer Energie an das Heizelement eingerichtet und ist ferner derart eingerichtet, dass mit ihr die Temperatur des Heizelements derart steuerbar ist, dass mittels Schrumpfens des Schrumpfschlauchs das erste Element mit dem zweiten Element verbindbar ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Verbinden von zwei Elementen mittels Schrumpfens eines Schrumpfschlauchs wird ein Heizelement zum Bereitstellen thermischer oder induktiver Energie gebildet und derart eingerichtet, dass mit ihm ein Schrumpfschlauch, der auf einen Verbindungsbereich von zwei zu verbindenden Elementen aufziehbar ist, entlang zumindest eines Teils des Umfangs des Schrumpfschlauchs umhüllbar ist. Eine Steuereinheit wird zum Zuführen von elektrischer Energie an das Heizelement gebildet und wird derart eingerichtet, dass mit ihr die Temperatur des Heizelements derart steuerbar ist, dass mittels Schrumpfens des Schrumpfschlauchs die zwei Elemente verbindbar sind.

Darüber hinaus ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Verbinden von zwei Elementen mittels Schrumpfens eines Schrumpfschlauchs bereitgestellt, bei dem ein Schrumpfschlauch auf einen Verbindungsbereich von zwei zu verbindenden Elementen aufgezogen wird, der aufgezogene Schrumpfschlauch entlang zumindest eines Teils seines Umfangs mit einem Heizelement umhüllt wird, und mittels des Heizelements dem Schrumpfschlauch thermische oder induktive Energie zugeführt wird, wobei die Temperatur des Heizelements derart gesteuert wird, dass mittels Schrumpfens des Schrumpfschlauchs die zwei Elemente verbunden werden.

Gemäß der Erfindung wird ferner ein, einen Schrumpfschlauch entlang zumindest eines Teils seines Umfangs umhüllendes Heizelement zum Bereitstellen von thermischer oder induktiver Energie zum Schrumpfen des Schrumpfschlauchs zum Verbinden von zwei Elementen verwendet, auf die in einem Verbindungsbereich der Schrumpfschlauch aufgezogen ist.

Eine Grundidee der Erfindung ist anschaulich darin zu sehen, dass einem Schrumpfschlauch zum Verbinden von zwei Elementen eine zum Schrumpfen erforderliche definierte Wärmemenge dadurch gezielt zugeführt wird, dass der Schrumpfschlauch von einem Heizelement zum Bereitstellen der zum Schrumpfen erforderlichen thermischen oder induktiven Energie direkt umhüllt wird. Der Schrumpfschlauch wird vorzugsweise in unmittelbaren Kontakt mit dem Heizelement gebracht, so dass ein Wärmeübertrag/Eintrag mittels Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung und/oder Wärmekonvektion erfolgen kann. Anders ausgedrückt werden die Wärmequelle und der Schrumpfschlauch räumlich dicht benachbart angeordnet, so dass die Effizienz beim Zuführen von thermischer oder induktiver Energie zum Schrumpfens des Schrumpfschlauchs erfindungsgemäß erheblich verbessert ist. Da der Wärmetransfer räumlich stärker lokalisiert ist und die insgesamt bereitzustellende Wärmemenge aufgrund einer Erhöhung des Wirkungsgrads beim Wärmeübertrag gegenüber dem Stand der Technik reduziert ist, kann die erfindungsgemäße Schrumpfschlauch- Verbindung auch in kritischer, räumlich beengter, temperaturempfindlicher Umgebung eingesetzt werden, zum Beispiel in einem Flugzeug. Die erfindungsgemäße Lösung wird auch strengen Sicherheitsvorschriften gerecht, da mit der Erfindung die an die Umgebung abgegebene Wärmemenge vermindert ist und ein offenes Feuer (wie bei der Verwendung eines Bunsenbrenners) oder ein räumlich nicht begrenzter Wärmestrom (wie bei der Verwendung eines Industrieföns) vermieden ist.

Daher ist die Erfindung besonders gut in solchen Szenarien anwendbar, in denen aufgrund beengter Bauräume bzw. hoher Sicherheitsanforderungen (zum Beispiel in einem Flugzeug, in dem ein offenes Feuer unbedingt vermieden werden muss bzw. in dem die Temperaturempfindlichkeit der Umgebung zu berücksichtigen ist) die Aufschrumpfung des Schrumpfschlauchs mittels einer offenen Wärmequelle problematisch ist.

Anschaulich kann das Heizelement der Erfindung als Heizmanschette zum Aufschrumpfen einer Schrumpfschlauch-Verbindung realisiert sein. Dadurch wird eine sichere und gewichtsreduzierte Verbindung von zwei Elementen mittels gezielten Zuführens thermischer oder induktiver Energie realisiert, wobei die insgesamt anfallende Energiemenge sowie eine unerwünschte Erwärmung der Umgebung verringert sind.

Es können zwei zu verbindende Elemente (zum Beispiel zwei zu verbindende Rohrenden oder zwei zu verbindende Kabelenden), auf die der Schrumpfschlauch aufgezogen wird, derart positioniert werden, dass der Schrumpfschlauch anhand von Markierungen (zum Beispiel Farbmarkierungen) an den zu verbindenden Elementen ausgerichtet wird. Ein Heizelement (zum Beispiel eine Heizmatte) überdeckt den Schrumpfschlauch in einem vorgebbaren und ausreichend großen Verbindungsbereich der zu verbindenden Elemente. Das Heizelement umgibt den Schrunpfschlauch vorzugsweise vollumfänglich. Alternativ ist es möglich, dass das Heizelement den Schrumpfschlauch nur entlang eines Teils seines Umfangs umgibt (zum Beispiel halbumfänglich oder viertelumfänglich), zum Beispiel bei Verwendung eines Heizelements mit einem im Wesentlichen U-förmigen Profil, in das der Schrumpfschlauch einführbar ist. Es können zusätzliche Elemente vorgesehen sein, wie zum Beispiel ein Temperaturfühler zum Ermitteln der Temperatur des Heizelements bzw. des Schrumpfschlauchs, oder Klett- und Flauschbänder zum Befestigen einer um den Schrumpfschlauch gelegten Heizmatte.

Mittels einer thermischen Energiequelle kann dann dem Schrumpfschlauch zum Beispiel unter Implementierung einer Temperaturregelung gemäß den Vorgaben des Schrumpfschlauchs bzw. eines Durchmesserkennwerts, gegebenenfalls unter Verwendung einer Zeitsteuerung, direkt Wärme zugeführt werden, wodurch der Schrumpfprozess eingeleitet und gesteuert oder geregelt wird. Nach Erreichen einer angestrebten Schrumpftemperatur und Aufrechterhalten dieser Schrumpftemperatur über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg, kann das Zuführen von Energie beendet werden. Die Verbindung der beiden Elemente (zum Beispiel eine Rohrverbindung) ist dann drucksicher und verbindungssicher mit hoher Qualität und geringem Energiebedarf gebildet. Die Heizmanschette kann nun von der Vorrichtung abgenommen werden und an einer anderen Stelle zum Einsatz gebracht werden.

Die Steuereinheit, die mit dem Heizelement elektrisch gekoppelt ist, kann den zeitlichen und/oder räumlichen Temperaturverlauf an dem Schrumpfschlauch steuern. Eine hierfür verwendete Steuerroutine kann speziell auf einen verwendeten Schrumpfschlauch bzw. auf die verwendeten, zu verbindenden Elemente angepasst werden. Die Modalitäten des Steuerns (zum Beispiel Steuer- oder Regelalgorithmus, Material- oder Durchmesserparameter) der Steuereinheit können in der Steuereinheit fest vorgegeben sein oder können mittels einer Benutzerschnittstelle an der Steuereinheit von dem Benutzer eingestellt werden und somit flexibel auf die Bedürfnisse des Einzelfalls angepasst werden.

Die Steuerung kann erfindungsgemäß sowohl mittels eines Computerprogramms, das heißt mittels einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen (zum Beispiel auf einer gedruckten Leiterplatte oder als monolithisch integrierter Schaltkreis), das heißt in Hardware, oder in beliebig hybrider Form, das heißt mittels Softwarekomponenten und Hardwarekomponenten, welche die Algorithmen der Materialbeschaffenheit des verwendeten Schrumpfschlauches sowohl dessen Durchmesser berücksichtigt, realisiert sein. In diesem Fall ist eine Regeleinheit vorgesehen.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Im Weiteren werden Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Diese Ausgestaltungen gelten auch für die erfindungsgemäße Anordnung, die erfindungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäße Verwendung.

Die Vorrichtung kann einen Trägerkörper aufweisen, auf und/oder in dem das Heizelement angeordnet ist. Das Heizelement kann entweder in den Trägerkörper eingebettet sein oder auf dessen Oberfläche aufgebracht sein. Bei einem Einbetten ist ein sicherer Schutz des Heizelements vor einer Beschädigung vermieden, da das Heizelement vom Material des Trägerkörpers umgeben ist. Bei einem Anbringen des Heizelements auf dem Trägerkörper ist ein besonders guter Wärmeübertrag zwischen Heizelement und einem Schrumpfschlauch ermöglicht.

Das Heizelement und der Trägerkörper können als Heizmatte gebildet sein, die zum Umwickeln eines Schrumpfschlauchs eingerichtet ist. Gemäß dieser Ausgestaltung kann die Heizmatte mechanisch flexibel bzw. biegbar vorgesehen werden, so dass die Heizmatte unter Herstellung eines gutem thermischen Kontakts um den Schrumpfschlauch oder einen Teil des Schrumpfschlauchs herum gewickelt werden kann. Eine solche Heizmatte bzw. Heizmanschette ist anschaulich eine elektrische Beheizung, vorzugsweise mit einer integrierten Wärmeisolierung. Eine solche Heizmanschette kann aus einem textilen Material gefertigt werden und kann eine Heizfläche, eine elektrisch isolierte Heizleitung, eine Wärmeisolation und einen robusten Außenmantel aufweisen. Wenn eine solche Heizmanschette um einen Schrumpfschlauch gewickelt ist, kann mittels einer Befestigungseinrichtung (zum Beispiel einem Klettverschluss) die Heizmanschette fixiert werden, so dass sie den Schrumpfschlauch sicher und beständig umgibt. Eine solche Befestigungseinrichtung sollte schnell lösbar vorgesehen sein, so dass die Heizmanschette nach dem Schrumpfen des Schrumpfschlauchs abnehmbar ist und sofort zum Bilden einer anderen Schrumpfverbindung eingesetzt werden kann.

Die Materialien einer solchen Heizmanschette können erfindungsgemäß basierend auf den Einsatzbedingungen (insbesondere Material und geometrische Parameter des Schrumpfschlauchs und der zu verbindenden Elemente) ausgewählt werden. Es können als Materialien für den Trägerkörper zum Beispiel Silikon, Textilglas oder textiles Quarzglas verwendet werden.

Alternativ zu der beschriebenen Ausgestaltung können das Heizelement und der Trägerkörper zwei (oder mehr) Schalenelemente aufweisen, die zum Umlegen um einen Schrumpfschlauch eingerichtet sind. Zum Beispiel können das Heizelement und der Trägerkörper zwei Halbzylinderschalen enthalten, die zum Beispiel mittels eines Scharniers aneinander befestigt sind. Die Halbzylinderschalen können um den Schrumpfschlauch gelegt werden und können nachfolgend in direkten Kontakt mit einem Schrumpfschlauch gebracht werden, zum Beispiel indem die Scharnierverbindung geschlossen wird. Auf diese Weise können besonders robuste Trägerkörper zum Einsatz kommen. Ferner ist der Installationsaufwand zum Anbringen der Vorrichtung um einen zu schrumpfenden Schrumpfschlauch herum gemäß dieser Ausgestaltung sehr gering.

Bei der Vorrichtung kann das Heizelement derart eingerichtet sein, dass mit ihm ein Schrumpfschlauch, der auf einen Verbindungsbereich von zwei zu verbindenden Elementen aufziehbar ist, entlang des gesamten Umfangs des Schrumpfschlauchs umhüllbar ist. Gemäß dieser Ausgestaltung ist ein besonders guter Wärmeaustausch zwischen Schrumpfschlauch und Heizelement gegeben, da der Schrumpfschlauch dann vollumfänglich von der thermischen oder induktiven Energiequelle, das heißt dem Heizelement, umgeben ist.

Das Heizelement kann zum Beispiel als mäanderförmiger Heizdraht realisiert sein. Mit dieser Konfiguration kann eine hohe Wärmemenge in einem eng begrenzten räumlichen Bereich bereitgestellt werden. Auch eine spiralförmige Geometrie ist möglich.

Die Steuer/Regeleinheit kann derart eingerichtet sein, dass sie die Temperatur des Heizelements basierend auf mindestens einem Materialparameter eines zu schrumpfenden Schrumpfschlauchs steuert/regelt. Die erforderliche Wärmemenge bzw. ein vorteilhafter Temperaturverlauf für den Schrumpfprozess eines Schrumpfschlauchs hängt unter anderem von dem Material ab. Zum Beispiel kann für einen Schrumpfschlauch ein strahlungsvernetztes Polyolefin, Kynar^TM, Viton^TM oder Teflon^TM verwendet werden.

Ferner kann die Steuer/Regeleinheit derart eingerichtet sein, dass sie die Temperatur des Heizelements basierend auf mindestens einem Geometrieparameter eines zu schrumpfenden Schrumpfschlauchs steuert und/oder regelt, zum Beispiel dessen Länge, Schlauchdurchmesser, Schlauchwanddicke. Die zuzuführende Wärmemenge bzw. ein vorteilhafter zeitlicher Temperaturverlauf an dem Heizelement hängt unter anderem davon ab, welchen Durchmesser der Schrumpfschlauch aufweist, welche Länge er hat und an welchen Elementen (Rohre, Kabel, Drähte, etc.) er aufzuschrumpfen ist. Mittels Anpassens des Temperaturzyklus kann das Aufschrumpfen optimiert werden.

Die Steuer/Regeleinheit kann ferner derart eingerichtet sein, dass sie einen Temperatur-Zeit-Verlauf des Heizelements steuert/regelt. Auf diese Weise kann ein Temperaturzyklus (Erwärmen – Schrumpfen bei konstanter Temperatur – Kühlen) gezielt auf die verwendeten Materialien bzw. auf die zu verbindenden Elemente abgestimmt werden.

Vorzugweise ist die Steuereinheit eine Regelungseinheit, der eine Ist-Temperatur (d.h. eine gemessene gegenwärtige Temperatur) des Heizelements zuführbar ist und die basierend auf der Ist-Temperatur eine Soll-Temperatur des Heizelements regelt bzw. einstellt. Mit anderen Worten kann die erfindungsgemäße Steuereinheit auch einen Regelmechanismus aufweisen. Das heißt, dass die von dem Heizelement abgegebene Wärmemenge basierend auf einer erfassten aktuellen Temperatur des Heizelements nachgeregelt wird. Auf diese Weise kann eine zu starke oder zu schwache Zuführung thermischer oder induktiver Energie an einen Schrumpfschlauch korrigiert werden.

Die Vorrichtung kann einen Temperaturfühler zum Ermitteln der Ist-Temperatur des Heizelements aufweisen, welche der Regelungseinheit zuführbar ist. Ein solcher Temperaturfühler kann zum Beispiel ein Pt100-Widerstandsthermometer sein.

Im Weiteren werden Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben. Diese Ausgestaltungen gelten auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung, die erfindungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäße Verwendung.

Bei der Anordnung kann das erste Element ein erstes Rohr und kann das zweite Element ein zweites Rohr sein. Somit kann erfindungsgemäß eine qualitativ hochwertige Rohrverbindung zwischen zwei zu verbindenden Endbereichen eines Rohrs mit lokal gut definiertem Wärmeübertrag realisiert werden.

Alternativ kann das erste Element ein erstes Kabel (zum Beispiel ein Draht mit einer Isolationshülle) sein und kann das zweite Element ein zweites Kabel (zum Beispiel ein Draht mit einer Isolationshülle) sein. Somit ist es zum Beispiel möglich, zwei abisolierte Kabelenden, d.h. zwei freigelegte Drahtenden, mit einem zylinderförmigen Schrumpfschlauch zu umgeben und nachfolgend mittels eines gezielten Wärmeübertrags die beiden Drähte simultan miteinander mechanisch und elektrisch leitend zu verbinden und mit einer elektrischen Isolierung zu versehen. In diesem Fall ist der geschrumpfte Schrumpfschlauch simultan Verbindungselement und elektrisches Isolationselement. Die Verbindung der Drähte mittels des Schrumpfschlauchs kann optional zum Beispiel dadurch unterstützt werden, dass die Drähte in einem Grenzbereich mit einem die Verbindung festigenden Mittel (zum Beispiel ein Lot wie Lötzinn) versehen werden. Der Wärmeübertrag zum Schrumpfen des Schrumpfschlauchs kann dann auch zum Schmelzen des Lötzinns mitverwendet werden.

Das erste Element kann eine erste Ausrichtungsmarkierung aufweisen, und/oder das zweite Element kann eine zweite Ausrichtungsmarkierung aufweisen, wobei mittels der ersten Ausrichtungsmarkierung und/oder der zweiten Ausrichtungsmarkierung der aufzuziehende Schrumpfschlauch auf dem ersten Element und auf dem zweiten Element ausrichtbar ist. Eine solche Ausrichtungsmarkierung auf zumindest einem der beiden zu verbindenden Elemente kann dazu dienen, die Relativposition des ersten Elements bezüglich des zweiten Elements für eine qualitativ gute Verbindung der beiden Elemente anzupassen.

Die erste Ausrichtungsmarkierung und/oder die zweite Ausrichtungsmarkierung kann eine visuell wahrnehmbare Markierung, eine taktil wahrnehmbare Markierung oder eine mechanische Markierung sein. Eine visuelle Ausrichtungsmarkierung kann zum Beispiel eine Farbmarkierung auf den zu verbindenden Elementen sein, zum Beispiel ein umlaufender, optisch sichtbarer Strich, welcher auf dem ersten Element und/oder auf dem zweiten Element vorgesehen ist und eine optimale Positionierung der beiden zu verbindenden Elemente dadurch anzeigt, dass die beiden Endbereiche des Schrumpfschlauchs mit den Farbmarkierungen bei optimaler Positionierung des aufgezogenen Schrumpfschlauchs zusammenfallen. Auch kann die Ausrichtungsmarkierung eine Ritzmarkierung sein, das heißt eine mechanische Vertiefung in einem der zu verbindenden Elemente. Auch eine Anstoßmarkierung ist möglich, das heißt ein mechanischer Anschlag für den aufgezogenen Schrumpfschlauch an einem der zu verbindenden Elemente.

Im Weiteren wird eine Ausgestaltung des Verfahrens zum Verbinden von zwei Elementen beschrieben. Diese Ausgestaltung gilt auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung, die erfindungsgemäße Anordnung, das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung und die erfindungsgemäße Verwendung.

Gemäß dieser Ausgestaltung weist das Regeln (oder Steuern) der Temperatur des Heizelements ein Erhöhen der Temperatur von einer Starttemperatur zu einer vorgebbaren Zieltemperatur, ein Aufrechterhalten der Zieltemperatur für eine vorgebbare Aufrechterhaltungszeit und ein Verringern der Temperatur von der Zieltemperatur zu der Starttemperatur auf. Mittels Vorgebens eines solchen Temperaturzyklus mit vorgebbaren Parametern kann der Schrumpfprozess optimiert werden. Dadurch wird eine stabile und mit geringem Wärmeübertrag erreichbare Schrumpfverbindung ermöglicht.

Im Weiteren wird eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verwendung beschrieben. Diese Ausgestaltung gilt auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung, die erfindungsgemäße Anordnung und die erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Verwendung des Schrumpfens eines Schrumpfschlauchs mittels definierten Zuführens von thermischer oder induktiver Energie an den Schrumpfschlauch durch ein, diesen umgebendes, Heizelement zum Verbinden von zwei Elementen ist besonders vorteilhaft in einem Flugzeug durchführbar. In einem Flugzeug kann eine Schrumpfverbindung als zuverlässige und gewichtsreduzierte Verbindung zweier Elemente zum Einsatz kommen, und zwar besonders vorteilhaft bei einer Realisierung einer solchen Schrumpfverbindung mit dem erfindungsgemäßen räumlich exakten Zuführen von thermischer oder induktiver Energie an einen zu schrumpfenden Schrumpfschlauch ohne die Gefahr einer Überhitzung einer temperaturempfindlichen Umgebung bzw. des Ausbrechens eines Feuers.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Anordnung zum Verbinden zweier Rohre gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang einer in 1 gezeigten Schnittlinie I-I', der Anordnung zum Verbinden von zwei Rohren gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine Seitenansicht einer Anordnung zum Verbinden von zwei Kabeln gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine Vorrichtung zum Verbinden von zwei Elementen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 eine Vorrichtung zum Verbinden von zwei Elementen gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 1 und 2 eine Anordnung 100 zum Verbinden eines ersten Rohrs 101 mit einem zweiten Rohr 102 mittels Schrumpfens eines Polyolefin-Schrumpfschlauchs 103 gemäß einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, enthält die Anordnung 100 ein erstes Rohr 101 und ein zweites Rohr 102, die in einem Verbindungsbereich 111 (mechanisch aneinander stoßend oder zur mechanischen Endkopplung <Rohre können schwingen> mit einem Spalt) miteinander zu verbinden sind. Die Anordnung 100 enthält ferner einen Polyolefin-Schrumpfschlauch 103, der über den Verbindungsbereich 111 des ersten Rohrs 101 mit dem zweiten Rohr 102 aufgezogen ist. Ferner ist ein mäanderförmiger Heizdraht 104 mit einem hohen Wert des relativen ohmschen Widerstands vorgesehen (an dem somit eine ausreichend hohe Menge ohmscher Wärme beim Durchfließen mit einem elektrischen Strom freigesetzt werden kann). Der Heizdraht 104 stellt thermische Energie zum Schrumpfen des Polyolefin-Schrumpfschlauchs 103 bereit und ist derart eingerichtet, dass mit ihm der Polyolefin-Schrumpfschlauch 103 vollumfänglich umhüllt ist. Darüber hinaus ist ehre Manschette 105 vorgesehen, das heißt ein biegsames Trägermaterial, an dessen Innenseite der Heizdraht 104 angebracht ist. Mit der Manschette 104 wird der Polyolefin-Schrumpfschlauch 103 derart umhüllt, dass eine gute thermische Kopplung, vorzugsweise ein direkter thermischer Kontakt, d.h. eine mechanische Berührung, zwischen dem Heizdraht 104 und dem Polyolefin-Schrumpfschlauch 103 ermöglicht ist. Mittels eines Klettverschlusses 106 ist dafür gesorgt, dass ein mit dem Klettverschluss 106 versehener Endabschnitt der Manschette 105 fest an einem zentralen Abschnitt der Manschette 105, aufweisend ein Flauschband, befestigbar ist. Anders ausgedrückt ist mittels einer Überlappung des Klettverschlusses 106 mit einem Flauschband eine stabile Fixierung der Manschette 105 ermöglicht.
Ferner ist in 1 eine erste Farbmarkierung 109 an dem ersten Rohr 101 und eine zweite Farbmarkierung 110 an dem zweiten Rohr 102 gezeigt. Werden die Rohre 101, 102 zusammengeschoben, so dass der Polyolefin-Schrumpfschlauch 103 den Verbindungsbereich 111 überdeckt, so zeigt eine räumliche Übereinstimmung der Farbmarkierungen 109, 110 mit Randabschnitten des hohlzylinderförmigen Polyolefin-Schrumpfschlauchs 103 bzw. mit der Manschette 105 an, dass die beiden Stahlrohre 101, 102 zum Ausbilden einer Schrumpfverbindung zueinander optimal ausgerichtet sind.
Mittels eines Kabels 107 ist der Heizdraht 104 elektrisch mit einem Steuerschaltkreis 108 gekoppelt.
Der Steuerschaltkreis 108 enthält einen monolithisch integrierten Schaltkreis, in dem ein Steuerprogramm zum Steuern oder Regeln des Zeitverlaufs der Temperatur an dem Heizdraht 104 gespeichert ist. Mittels einer Benutzerschnittstelle kann ein Benutzer Parameter für eine herzustellende Verbindung (Material und Dimensionen von Polyolefin-Schrumpfschlauch 103, Material und Dimensionen der zu verbindenden Rohre 101, 102, geforderte Festigkeit einer herzustellenden Verbindung etc.) eingeben. Basierend auf diesen Parametern steuert und regelt das Programm in dem integrierten Schaltkreis des Steuerschaltkreises 108 den Temperaturverlauf an dem Heizdraht 104 derart, dass eine optimale Schrumpfung des Polyolefin-Schrumpfschlauchs 103 ermöglicht ist, so dass es zu einer dauerhaften und stabilen Verbindung des ersten Rohrs 101 mit dem zweiten Rohr 102 kommt. Hierfür stellt der Schaltkreis 108 dem Heizdraht 104 über das Kabel 107 elektrische Energie einer regelbaren Menge bereit, welche elektrische Energie in dem Heizdraht in ohmsche oder induktive Wärme und somit in thermische Energie umwandelbar ist. Daher erfüllt der Schaltkreis 108 auch die Funktionalität einer elektrischen Energiequelle.
Nachdem ein Benutzer mittels einer Benutzerschnittstelle Schrumpfverbindungs-Parameter eingegeben hat, wird von dem Schaltkreis 108 basierend auf diesen Schrumpfverbindungs-Parametern dem Heizdraht 104 elektrische Energie zugeführt, welche aufgrund (hier erwünschter) ohmscher Verluste in dem Heizdraht 104 in thermische Energie umgewandelt wird. Diese thermische Energie wird aufgrund der räumlich und thermisch guten Kopplung zwischen dem Heizdraht 104 und dem Polyolefin-Schrumpfschlauch 103 auf letzteren übertragen. Dadurch wird dem Polyolefin-Schrumpfschlauch 103 eine definierte Wärmemenge bereitgestellt, was zu einer Schrumpfung des Schrumpfschlauchs 103 führt. Dadurch wird eine stabile Verbindung zwischen dem ersten Rohr 101 und dem zweiten Rohr 102 ausgebildet.
In 2 ist eine Querschnittsansicht der Anordnung 100 entlang einer in 1 gezeigten Linie I-I' gezeigt.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 3 eine Anordnung 300 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Die Anordnung 300 dient zum Verbinden eines ersten elektrischen Kabels 301 mit einem zweiten elektrischen Kabel 302. Wie in 3 gezeigt, ist das erste Kabel 301 aus einem Kupferkern 301a und einem den Kupferkern 301a umgebenden Isolationsmantel 301b zum elektrischen Isolieren des Kupferkerns 301a gebildet. Das zweite Kabel 302 enthält einen Kupferkern 302a und einen den Kupferkern 302a umgebenden Isolationsmantel 302b aus einem elektrisch isolierenden Material. In einem auszubildenden Verbindungsbereich 111 sind das erste Kabel 301 und das zweite Kabel 302 abisoliert, das heißt in diesem angrenzenden Bereich ist der Isolationsmantel 301b von dem Kupferkern 301a entfernt und ist der Isolationsmantel 302b von dem Kupferkern 302a entfernt. Die beiden Kabel 301, 302 grenzen somit in dem Verbindungsbereich 111 aneinander. Auf den abisolierten Bereich des ersten Kabels 301 und des zweiten Kabels 302 ist ein Teflon-Schrumpfschlauch 303 aufgezogen. Den Teflon-Schrumpfschlauch 303 vollständig umgebend ist eine Heizmatte 304 vorgesehen, das heißt ein textiles Trägermaterial mit einem darin vorgesehenen Heizdraht (nicht gezeigt). Der Heizdraht der Heizmatte 304 ist über ein Kabel 107 mit einem Schaltkreis 108 gekoppelt.
Mittels Bereitstellens elektrischer Energie von dem Schaltkreis 108 an den Heizdraht der Heizmatte 304 wird dem Teflon-Schrumpfschlauch 303 eine definierte Menge thermischer Energie zugeführt, so dass dieser schrumpft und eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem ersten Draht 301 und dem zweiten Draht 302 herstellt. Da in dem abisolierten Bereich der Kupferkern 301a an den Kupferkern 302a angrenzt, stellt der die Kabel 301, 302 eng umgebende Schrumpfschlauch 303 im geschrumpften Zustand eine mechanische und eine elektrische Verbindung her.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 4 eine Vorrichtung 400 zum Verbinden von zwei Elementen mittels Schrumpfens eines Schrumpfschlauchs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Die Anordnung 400 enthält wiederum einen Schaltkreis 108, der mittels Kabel 107 mit einem Heizelement 404 gekoppelt ist. Das Heizelement 404 enthält eine erste Heizelement- Halbzylinderschale 401 und eine zweite Heizelement-Halbzylinderschale 402, welche mittels eines Scharniers 403 gekoppelt sind. Mittels Öffnens des Scharniers 403 kann zeitweise eine ausreichend große Öffnung zwischen den beiden Heizelement-Halbzylinderschalen 401, 402 gebildet werden, um in das Heizelement 404 einen hohlzylinderförmigen Schrumpfschlauch einzuführen. Dann wird das Scharnier 403 geschlossen, so dass eine vollumfängliche Umgebung des Schrumpfschlauchs mit dem Heizelement 404 ermöglicht ist. Das Heizelement 404 enthält die robusten Festkörperschalen 401, 402 und einen in 4 nicht gezeigten Heizdraht.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 5 eine Vorrichtung 500 zum Verbinden von zwei Elementen mittels Schrumpfens eines Schrumpfschlauchs gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Die Vorrichtung 500 enthält einen Schaltkreis 108, der über Kabel 107 mit einem Heizdraht 502 elektrisch gekoppelt ist. Der Heizdraht 502 ist in einer Textilmanschette 501 eingebettet. In einem Endabschnitt der Textilmanschette 501 ist ein Klettverschluss 503 vorgesehen.
Um die Vorrichtung 500 zum Verbinden von zwei Elementen zu betreiben, werden die beiden Elemente zueinander benachbart angeordnet und mit einem Schrumpfschlauch umgeben. Dann wird die Manschette 501 um den Schrumpfschlauch gewickelt, wobei mittels des Klettverschlusses 503 die Textilmanschette 501 fixiert wird. Der Schaltkreis 108 stellt dem Heizdraht 502 elektrische Energie bereit, wobei der Heizdraht 502 dem Schrumpfschlauch derart viel Wärme bereitstellt, dass dieser zusammenschrumpft und für eine feste Verbindung der Elemente sorgt.

100: Anordnung
101: erstes Rohr
102: zweites Rohr
103: Polyolefin-Schrumpfschlauch
104: Heizdraht
105: Manschette
106: Klettverschluss
107: Kabel
108: Schaltkreis
109: erste Farbmarkierung
110: zweite Farbmarkierung
111: Verbindungsbereich
300: Anordnung
301: erstes Kabel
301a: Kupferkern
301b: Isolationsmantel
302: zweites Kabel
302a: Kupferkern
302b: Isolationsmantel
303: Teflon-Schrumpfschlauch
304: Heizmatte
400: Vorrichtung
401: erste Heizelement-Halbzylinderschale
402: zweite Heizelement-Halbzylinderschale
403: Scharnier
404: Heizelement
500: Vorrichtung
501: Textilmanschette
502: Heizdraht
503: Klettverschluss

Claims

Vorrichtung zum Verbinden von zwei Elementen mittels Schrumpfens eines Schrumpfschlauchs, • mit einem Heizelement; • mit einer Steuereinheit; • wobei das Heizelement zum Bereitstellen thermischer oder induktiver Energie eingerichtet ist und ferner derart eingerichtet ist, dass mit ihm ein Schrumpfschlauch, der auf einen Verbindungsbereich von zwei zu verbindenden Elementen aufziehbar ist, entlang zumindest eines Teils des Umfangs des Schrumpfschlauchs umhüllbar ist; • wobei die Steuereinheit zum Zuführen von elektrischer Energie an das Heizelement eingerichtet ist und ferner derart eingerichtet ist, dass mit ihr die Temperatur des Heizelements derart steuerbar ist, dass mittels Schrumpfens des Schrumpfschlauchs die zwei Elemente verbindbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Trägerkörper, auf und/oder in dem das Heizelement angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Heizelement und der Trägerkörper als Heizmatte gebildet sind, die zum Umwickeln eines Schrumpfschlauchs eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Heizelement und der Trägerkörper zwei Schalenelemente aufweisen, die zum Umlegen um einen Schrumpfschlauch eingerichtet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Heizelement derart eingerichtet ist, dass mit ihm ein Schrumpfschlauch, der auf einen Verbindungsbereich von zwei zu verbindenden Elementen aufziehbar ist, entlang des gesamten Umfangs des Schrumpfschlauchs umhüllbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Heizelement ein mäanderförmiger Heizdraht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Steuereinheit derart eingerichtet ist, dass sie die Temperatur des Heizelements basierend auf mindestens einem Materialparameter eines zu schrumpfenden Schrumpfschlauchs steuert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Steuereinheit derart eingerichtet ist, dass sie die Temperatur des Heizelements basierend auf mindestens einem Geometrieparameter eines zu schrumpfenden Schrumpfschlauchs steuert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Steuereinheit derart eingerichtet ist, dass sie einen vorgebbaren Temperatur-Zeit-Verlauf des Heizelements steuert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Steuereinheit als Regelungseinheit ausgeführt ist, der eine Ist-Temperatur des Heizelements zuführbar ist, und die basierend auf der Ist-Temperatur eine Soll-Temperatur des Heizelements regelt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, mit einem Temperaturfühler zum Ermitteln der Ist-Temperatur des Heizelements, welche der Regelungseinheit zuführbar ist.
Anordnung zum Verbinden eines ersten Elements mit einem zweiten Element in einem Verbindungsbereich mittels eines Schrumpfschlauchs, • mit einem ersten Element; • mit einem zweiten Element; • mit einem Schrumpfschlauch; • mit einem Heizelement; • mit einer Steuereinheit; • wobei der Schrumpfschlauch auf einen Verbindungsbereich des ersten Elements mit dem zweiten Element aufziehbar ist; • wobei das Heizelement zum Bereitstellen thermischer oder induktiver Energie eingerichtet ist und ferner derart eingerichtet ist, dass mit ihm der Schrumpfschlauch entlang zumindest eines Teils des Umfangs des Schrumpfschlauchs umhüllbar ist; • wobei die Steuereinheit zum Zuführen von elektrischer Energie an das Heizelement eingerichtet ist und ferner derart eingerichtet ist, dass mit ihr die Temperatur des Heizelements derart steuerbar ist, dass mittels Schrumpfens des Schrumpfschlauchs das erste Element mit dem zweiten Element verbindbar ist.
Anordnung nach Anspruch 12, bei der das erste Element ein erstes Rohr ist und bei dem das zweite Element ein zweites Rohr ist.
Anordnung nach Anspruch 12, bei der das erste Element ein erstes Kabel ist und bei dem das zweite Element ein zweites Kabel ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der das erste Element eine erste Ausrichtungsmarkierung aufweist und/oder bei der das zweite Element eine zweite Ausrichtungsmarkierung aufweist, wobei mittels der ersten Ausrichtungsmarkierung und/oder der zweiten Ausrichtungsmarkierung der aufzuziehende Schrumpfschlauch auf dem ersten Element und auf dem zweiten Element ausrichtbar ist.
Anordnung nach Anspruch 15, bei der die erste Ausrichtungsmarkierung und/oder die zweite Ausrichtungsmarkierung • eine visuell wahrnehmbare Markierung; • eine taktil wahrnehmbare Markierung; oder • eine mechanische Markierung ist.
Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Verbinden von zwei Elementen mittels Schrumpfens eines Schrumpfschlauchs, bei dem • ein Heizelement zum Bereitstellen thermischer oder induktiver Energie gebildet und derart eingerichtet wird, dass mit ihm ein Schrumpfschlauch, der auf einen Verbindungsbereich von zwei zu verbindenden Elementen aufziehbar ist, entlang zumindest eines Teils des Umfangs des Schrumpfschlauchs umhüllbar ist; • eine Steuereinheit zum Zuführen von elektrischer Energie an das Heizelement gebildet und derart eingerichtet wird, dass mit ihr die Temperatur des Heizelements derart steuerbar ist, dass mittels Schrumpfens des Schrumpfschlauchs die zwei Elemente verbindbar sind.
Verfahren zum Verbinden von zwei Elementen mittels Schrumpfens eines Schrumpfschlauchs, bei dem • ein Schrumpfschlauch auf einen Verbindungsbereich von zwei zu verbindenden Elementen aufgezogen wird, • der aufgezogene Schrumpfschlauch entlang zumindest eines Teils seines Umfangs mit einem Heizelement umhüllt wird, • mittels des Heizelements dem Schrumpfschlauch thermische oder induktiver Energie zugeführt wird, wobei die Temperatur des Heizelements derart gesteuert wird, dass mittels Schrumpfens des Schrumpfschlauchs die zwei Elemente verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Steuern der Temperatur des Heizelements • ein Erhöhen der Temperatur von einer Starttemperatur zu einer vorgebbaren Zieltemperatur, • ein Aufrechterhalten der Zieltemperatur für eine vorgebbare Aufrechterhaltungszeit; und • ein Verringern der Temperatur von der Zieltemperatur zu der Starttemperatur aufweist.
Verwendung eines einen Schrumpfschlauch entlang zumindest eines Teils seines Umfangs umhüllenden Heizelements zum Bereitstellen von thermischer oder induktiver Energie zum Schrumpfen des Schrumpfschlauchs zum Verbinden von zwei Elementen, auf die in einem Verbindungsbereich der Schrumpfschlauch aufgezogen ist.
Verwendung nach Anspruch 20, durchgeführt in einem Flugzeug.