多層管道的連接件、連接多層管道與連接件的焊接設備、連接方法及由該方法獲得的組件的製作方法

2023-11-07 09:17:37

專利名稱：多層管道的連接件、連接多層管道與連接件的焊接設備、連接方法及由該方法獲得的組件的製作方法
多層管道的連接件、連接多層管道與連接件的焊接設備、連接方法及由該方法獲得的組件本發明涉及用於多層管道的聯接件(coupling piece)，特別地涉及適合於承插焊接(國際術語:多重熔合焊接(polyfusion welding))的用於多層管道的聯接件。對於許多應用，例如水的排放和水、氣體和化學物質的供應來說，用於塑料管道系統(PCS)的多層管道被認為是鋼和銅的替代形式。多層管道可以包括不同類型的塑料，具有例如內嵌在塑料中的鋁的基礎，以用於改進壓力阻力的目的。主要使用熱塑性塑料，例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚丁烯(PB)以及有時PVC。系統的安裝包括形成管和連接件、聯接器和/或配件的組合。配件的類型也決定了必須被使用的工具的性質。被很多地使用的是由具有鋁基礎層的PE管構建的多層管。基礎層在此在外側和內側上覆蓋有塑料。這些系統具有60%的估計市場份額，其主要在建築環境中使用。這些系統的大的優點是，其可以以保持形狀的方式彎曲，正如銅管道，然而相比之下，其在重量上是較輕的並且是較不昂貴的。最令人關注的開發涉及設置有鋁內層的聚乙烯管，該鋁內層包括在任一側的一層聚乙烯。這樣的管是柔性的並且具有用於預期應用的已證明強度。特別地令人關注的是基於PE-RT(PE提高的溫度，Dowlex的產品)的管，其可以抗90_95°C的溫度並且可以被施加高至10巴的壓力。這些已知系統的缺點是配件或聯接器是昂貴的或者在產生聯接方面是消耗時間的。用途是例如製造密封件，其藉助於聯接件上的O形環而獲得。聯接件被插入或推動到管道或管中。聯接件然後被藉助於套筒使用在管道或管上的大的力擠壓關閉。作為可選擇的聯接，推動連接也可用於具有鋁基礎的管道或管。雖然這些是實用的，但是其另一方面是昂貴的，並且除了明顯的便利之外，還具有由於O形環而產生的相當大的洩漏風險。此外，焊接配件的使用是已知的，其中聯接件和用於聯接的管道的外端部被使用焊接裝置加熱，使得用於聯接的部分變成塑料。該技術被稱為多重熔合焊接或承插焊接。在可塑狀態下，通過把用於聯接的部分靠著彼此按壓或把其滑動在一起並且允許其冷卻，該部分然後被熔合。焊接裝置通常是設置有加熱元件和作為熱源的矛狀物(Iance)的手工工具，該加熱元件也被稱為焊接心軸和焊接襯套，其可以被安裝在外端部上。焊接心軸和焊接襯套被成形為使得它們裝配至分別的聯接件和管道外端部的必須被熔合在一起的接觸表面上。在加熱之後，兩個部分在可塑狀態下被推動到彼此中，使得重疊的接觸表面熔合在一起，其中形成連接焊接部或焊接肋(weld rib)。在冷卻之後獲得持久焊接部。該技術具有可以使用簡單工具以及可以迅速地進行操作(每個操作僅持續幾秒)的優點。可以被用於藉助於承插焊接來聯接多層管道的聯接件從專利公布JP07301374已知。管道的外端部在此被推動到聯接件的環形空間中，其中管道的外端部與聯接件熔合。管道的外端部被事先調整以能夠突出到環形空間中。為了該目的，管道外端部的厚度通過除去外表面和內表面的一部分而減小。這種方法的顯著缺點與多層管道的結構相關:該多層管道通常設置有較厚的內層、薄的外層以及在其之間的金屬層，這些層被兩個粘合劑層互相連接。整個管由五個層構建:外層、粘合劑層、鋁、粘合劑層和內層。所有的這些層都提供對壓力和溫度的抵抗。外層比內層薄。外層可以被給予比內層薄的形式，因為負荷在管道的外側部上比在內側部上不大，其中例如在90-95°C的PE-RT溫度和施加高至10巴的壓力的情況下。通過把外層保持為薄的，產品是較不昂貴、較不大量並且較低重量的。外層的功能是形成抵抗來自於大氣的氧氣的保護性層，使得不會發生金屬層的腐蝕。在新開發的PE管中，目標因此是在鋁層的任一側上的可能最薄的PE層。具有鋁基礎層的PE-RT管可以例如在16mm的直徑處允許0.3mm的PE-RT的外層。PE-RT的內層是
1.2mm並且管的包括粘合劑層的總體壁厚度是2.0mm。在這樣的多層管道與如根據JP' 374的聯接件的聯接中，已經發現，損失了外層的完整性:除去外層的一部分並且同時仍然具有足以覆蓋金屬層的外層在技術上不是容易地實現的。因此具有管道的金屬層的一部分變得暴露的增加風險，由此可能發生金屬層的非期望腐蝕。第二個問題在多重熔合焊接到管道端部期間在聯接管的出口處發生。聯接管的出口在此突出到管道外端部中，其中出口在某種程度上成為可塑的。聯接管的出口以此趨於向內彎曲至已經插入該聯接管的管道外端部的內側。這引起在聯接管的出口和管道的內側部之間的間隙形成，由此粘合是不完全的。這可以達到出口向內坍塌並且因此阻擋穿過聯接管的通路的程度。該問題經常在聯接管的小外徑(例如小於25_)的情況下或在聯接管的長加熱時間的情況下發生。由於間隙形成，在任何情況下都得到向管道的內壁的不完美焊接，其中管道可以由於汙垢在所形成的間隙中的積聚而變得易於具有在焊接的位置處堵塞，由此其可以變成被完全或部分地阻塞。第三個問題是，獲得的在聯接件和兩個管道外端部之間的聯接在聯接件的位置處相對於各種拉力或軸向力和扭轉力是機械地易受傷害的。當連接於聯接件的管道外端部施加高扭轉力時，聯接部可能例如在加寬部分的位置處破裂和斷裂。本發明的目的是通過提供適合於通過多重熔合焊接以簡單且迅速的方式形成向管道外端部的持久且可靠的聯接部的聯接件來完全或部分地消除已知的現有技術聯接件的缺點並且提供可能的另外的優點。在第一方面，為了該目的，本發明提供了用於多層管道的外端部的聯接件，該聯接件包括在外側部上設置有徑向地直立的壁的聯接管，其中壁在軸向方向上在距主體的外側部一徑向距離處被加寬，其中聯接管的外側部、直立的壁和加寬部分包圍環形插入空間，管道的外端部可以直接地插入到該環形插入空間中，並且其中在插入空間的入口的位置處，壁的加寬部分和聯接管的外側部之間的徑向距離是使得其大於或等於管道的壁厚度，其中聯接管的內壁用由具有比聯接管的材料的強度大的強度的增強塑料或金屬製成的毗鄰增強層來增強，並且該層設置有軸向接合元件，而內壁設置有相應於並且連接於接合元件的軸向連接元件。內壁的這樣的增強賦予聯接件更大的機械強度，這對於其應用來說是重要的，在該應用中，一旦聯接件已經被聯接於管道外端部，該聯接件就被暴露於各種拉力、彎曲力和扭轉力。軸向定向對抵抗彎曲力和扭轉力是特別地有效的。軸向在此被理解為意指連接元件和接合元件在相對於聯接管的中心軸線的軸向方向延伸。這引起兩個分別的元件彼此接合，使得聯接管上的彎曲力或扭轉力通過這些元件被同樣地施加在增強層上。增強層以此提供對這些力的另外抵抗。作為分離元件或整體元件，增強層可以與聯接管形成組件。增強層還具有在多重熔合焊接期間防止聯接管的出口的向內彎曲的優點。這因此引起間隙形成被防止以及在聯接件的位置處經過管道的無問題流動。關於對用於增強層的材料的選擇，增強塑料可以例如是PVDF、POM、PPSU或相似材料，並且黃銅、鋼等可以例如作為金屬應用。還已經發現，當使用根據本發明的聯接件時，簡單的聯接對於多層管來說是可能的。管道被推動在聯接件上直至直立壁，並直接地裝配在環形空間內側。對管道的外端部的厚度的調整在此不是必需的，由此非常簡單的多重熔合焊接方法通過本發明成為可能。已經發現，在聯接期間，金屬層不會由於管道的外壁的過度變形而暴露並且在聯接件的外側部和管道的內層之間實現牢固聯接。這種熔合連接被進一步增強，因為管道的外端部與直立壁和加寬部分的內側部熔合。以這種方式生成了三個粘合表面。所獲得的熔合連接可以抵抗在其中應用PE-RT的環境(90_95°C和10巴)。熔合連接還形成用於管道外端部的金屬中間層的密封層，使得該金屬中間層不能夠被來自於大氣的氧氣到達。如果必要的話，則該包圍的熔合連接還可以被從外側修復。以此確保了抗金屬層的腐蝕的保護。在根據本發明的聯接件的特定實施方案中，內壁上的連接元件被實施為平行於聯接管的中心軸線延伸的長形脊狀物。增強層的相應的接合元件被實施為長形溝槽。其中接合元件和連接元件被分別地實施為脊狀物和溝槽的相反實施方案也形成本發明的一部分。在本發明的後續變化形式中，環形空間以使得壁的加寬部分和聯接管的外側部之間的徑向距離減小至小於管道的壁厚度的值的方式在壁的方向上變窄。這樣的設計使管的外端部可能被合適地夾持在聯接件的環形空間中並且可能獲得最優的熔合連接。甚至更重要的是另外的效果，即在聯接期間通過多重熔合焊接形成的熔合連接或焊接肋以特別的方式被變窄的空間變形。由於變窄的空間，在外壁和加寬部分之間形成的焊接肋被向外推動至某種程度，由此獲得突出的焊接肋。關於此點的大的優點是，基於突出的焊接肋，使用者易於在視覺上確定所獲得的焊接連接是否具有足夠的品質。因此在實踐中可能的是，實施對所獲得的連接的立即目視檢查，這節約了時間。根據本發明的聯接件有利地包括在加寬部分中的通孔。其功能是提供用於監控在環形空間中形成的焊接連接的檢查孔。除了上述突出的焊接肋之外，這具有另外的有利效果，或可以是對該焊接肋的替代方案。熔合連接部的一部分可以另外刺入通孔中，這進一步增強了連接。在根據本發明的聯接件中，當從直立的壁至聯接管的外端部測量時，加寬部分更優選地在軸向方向上比聯接管的軸向長度小，並且優選地小四分之三或小更多。加寬部分實際上形成與管道的外壁的接觸表面，並且聯接管的外側部形成與管道的內壁的接觸表面。因為管道的外壁和內壁在管道的外端部插入到聯接件的環形空間中期間經受剪切力，所以有利的是，把管道的外壁上的接觸表面製造為相對小並且把內壁與聯接件的接觸表面製造為相對大。因此獲得連接部的最優強度，其中管道的外壁被儘可能小地暴露於剪切力，由此金屬層被外壁的保護保持完整。聯接管的突出到管道中的部分的長度優選為幾個釐米，而加寬部分的長度僅為幾個毫米。在根據本發明的聯接件中，直立的壁和加寬部分優選地具有T形橫截面。具有直立的壁和其加寬部分的這樣的形式的聯接件是非常易於通過注射模製來生產的，並且生成了可以在內部接納管道的外端部的合適的環形空間。這樣的設計允許管道在聯接管的兩個軸向端部上被推動直至壁，其中該兩個連接的管道外端部僅通過聯接件的壁厚度而分隔。這引起兩個外端部的非常強的聯接，因為外端部被如此靠近在一起，而兩個外端部被加寬部分合適地包圍。根據本發明的聯接件優選地被實質上整體地形成。這簡化了聯接件的生產，例如通過注射模製的生產。聯接件的成本可以以此被保持相對地低。增強塑料的增強層可以例如在此通過兩部件(2K)注射模製而形成。聯接件除了其增強層之外更優選地實質上由包括PE、增強PE或PE-RT的材料形成。這樣的材料也被用於多層管道，使得可能的是，選擇包含相同材料的聯接件和管道的組合。這在聯接期間是有利的，因為焊接裝置可以被設置為一個溫度，來製造管道和聯接件塑料的接觸表面。當多層管道是基於PP-R、PB、PP、PVDF、PVC和類似物的內壁和外壁時，相同的優點適用。因此可能的是，具體地考慮由相應於管道的壁的塑料的塑料來製造聯接件。在根據本發明的聯接件中，聯接管的內徑在出口處更優選地沿著向外的方向增力口。直徑上的這種增加優選地是平緩的，使得內壁在縱向截面中成錐形。發現聯接管的這樣的錐形出口對於向內彎曲的非期望效應是較不受影響或完全不受影響的。這因此引起間隙形成被防止，以及在聯接件的位置處經過管道的無問題流動。這樣的聯接件是根據本發明的第一方面的聯接件的替代形式，因為聯接管在出口的位置處向內彎曲的問題仍然總是得到解決，甚至當在設計中省略連接元件和增強層時。在根據本發明的聯接件中，聯接管的外徑更有利地在出口處減小。在聯接管在焊接襯套上預加熱期間，聯接管的外周界的該後部分以此被防止與熱的焊接襯套接觸或進入熱的焊接襯套附近。這進一步有助於防止聯接管在出口的位置處的向內彎曲。如果需要，則可以實施本發明的該變化形式，使得聯接管不具有連接元件並且聯接件不具有增強層。作為本發明的一般的可選擇的實施方案，聯接件可以被設置在主體的具有兩個直立的壁的外側部上，定位在距彼此某一距離處的直立的壁具有加寬部分。這樣的設計適合於形成T形結合部、交叉連接部或彎頭結合部的更複雜的聯接件。根據第二方面，本發明涉及具有可安裝的加熱元件的焊接裝置，其中第一加熱元件具有一形式，使得該第一加熱元件連接於根據本發明的聯接件的環形空間的表面，並且第二加熱元件具有一形式，使得該第二加熱元件連接於聯接到聯接件的多層管道的外端部的表面。焊接裝置因此適合於通過多重熔合焊接把聯接件聯接於管道外端部，由此獲得了上述優點。根據第三方面，本發明涉及用於通過多重熔合焊接把多層管道的外端部聯接於根據本發明的聯接件的方法，其中該方法包括以下步驟:加熱管道的外端部和聯接件的接觸表面、結合該接觸表面，以及在熔合之後允許所獲得的熔合連接部冷卻，其中在管道和聯接件之間獲得了從環形空間突出的連接焊接肋。本方法允許聯接件聯接到管道外端部，其中實現了上文已經闡明的關於變窄的環形空間的優點，由此獲得了突出的焊接肋。如果需要，則根據本發明的方法被實施，使得在此聯接管不具有連接元件並且聯接件不具有增強層。這樣的方法是同樣有效的，因為在此也存在變窄的環形空間，由此獲得突出的焊接肋。根據第四方面，本發明涉及多層管道與根據本發明的聯接件通過根據本發明的方法而獲得的組件，其中在管道和聯接件之間獲得了從環形空間突出的連接焊接肋。突出的焊接肋具有對焊接連接的品質的立即目視檢查的優點，如上文已經解釋的。在下文參照附圖來解釋本發明，在附圖中:

圖1是根據本發明的聯接件的透視圖；圖2示出了圖1的聯接件在軸向方向上的橫截面以及用於聯接的多層管道的外端部的縱向截面；圖3示出了根據圖2的聯接件的橫截面與多層管道的已聯接外端部的細節；圖4是沿著圖2的聯接件的軸向軸線的視圖；圖5示出了具有另外修改的根據本發明的聯接件的橫截面的細節；圖6示出了具有後續的另外修改的根據本發明的聯接件的橫截面的細節。圖1示出了由聯接管2和壁4構建的聯接件1，壁4布置在聯接件I外側部上，具有作為圍繞聯接管2的環而存在的加寬部分6。圖2示出了聯接件I的橫截面，其中環形的加寬部分6與壁4 一起具有T形狀。該T形狀與聯接管2的外側部一起包圍環形空間22，在此也被稱為插入空間。示出了多層管道28，多層管道28由內壁30和較薄的外壁32構建，具有在內壁30和外壁32之間的鋁層
34。壁的厚度被指定為d2。在向聯接管的插入空間22中的入口的位置處，壁的加寬部分和聯接管的外側部之間的徑向距離dl是使得其大於或等於被聯接於該聯接件的管道的壁厚度。加寬部分6設置有作為檢查孔起作用的通孔24。聯接管的內徑o2在出口 25處沿著向外的方向增加至ol的值。以具有與聯接管的材料相同的材料的脊狀物26的形式的軸向連接元件26布置在聯接管22的內壁上。脊狀物具有軸向定向並且在數量上優選是四個，並且以距彼此相等的互相距離存在。連接增強層50的接合元件52是可見的，連接增強層50布置在包括脊狀物26的內壁上。在這點上也見圖4。聯接管具有軸向插入深度11，聯接管在軸向插入深度11內被推動到管道端部中。加寬部分6具有軸向長度12。在本視圖中，12的值約比11小五分之四，然而可以選擇更大的差值。環形空間22在壁的方向上變窄，因為聯接管2的壁27在該空間22內部成錐形。還可以為加寬部分6另外提供相同的錐形，如圖6中所示。圖3示出了根據圖2的聯接件I的細節，其中多層管道28的外端部通過根據本發明的多重熔合焊接而熔合。在連接起作用之前，聯接件的接觸表面，即加寬部分6、壁4和主體2的外側部20，通過焊接心軸被加熱，並且管道28的接觸表面，即內壁30、在外端部處的邊緣以及外壁32的小部分，使用焊接襯套來加熱。在熔焊接期間，內壁30與聯接件的外側部20沿著整個的插入長度11熔合併且因此在聯接件和管道之間形成最重要的連接。在管道在聯接件上滑動期間，內壁30的一部分可以被剪切力(未示出)向後運動，但是金屬層34不被暴露在此，因為內壁30是足夠地厚的。加寬部分6和壁4與管道20的已經被插入空間22中的外端部形成包圍的熔合連接部(見圖2)。金屬層34的保護其抵抗腐蝕的密封因此被獲得。由於壁27的錐形，塑料外壁32在管道外端部向環形空間22中滑動期間被部分地向外推動，由此生成突出部40，突出部40形成完全地圍繞環形的加寬部分的連續的突出焊接肋40。加寬部分6的端部也在同一位置處變形至較小的程度並且形成突出部42。如果突出焊接肋40是圍繞環形的加寬部分連續的而沒有任何中斷，那麼對於使用者將明顯的是，已經獲得良好的熔合連接。另外應注意，塑料外壁32也用突出部44部分地推動到檢查孔24中。這更進一步增強了對熔合連接的品質控制。圖4示出了沿著圖2的聯接件I的軸向軸線的視圖，具有與在圖2中示出的部件相同地編號的部件。為了清楚起見，脊狀物26的尺寸被放大。聯接管2的內壁40和脊狀物26由根據本發明的毗鄰增強層50覆蓋，毗鄰增強層50包括在形狀和放置上相應於連接元件26的接合元件52。增強層可以實施為具有向內導向的溝槽52的金屬套筒50，金屬套筒50被推動到聯接件的通路中，並且如果需要，則採取可釋放的形式。在可選擇的實施方案中，根據圖5的聯接件通過其在一個步驟中由具有PVDF增強層的PE-RT聯接管的2K注射模製形成而獲得。層52和聯接管2因此形成一體的整體。圖5示出了根據本發明的聯接件I的橫截面的細節，具有另外的修改60，即在出口25的位置處的外邊緣60，其具有與聯接管2的外徑o3相比的減小的直徑04。外邊緣60因此在多重熔合焊接期間與暖熱部件較少地接觸，由此進一步防止聯接管在出口邊緣處的向內彎曲。圖6示出了聯接件I的橫截面的細節，其中另外的修改66在直立的壁4的位置處提供，即在加寬部分6的前側上成錐形的壁66。插入空間22因此由於成錐形的內壁27和66而從兩個側部變窄，這進一步支持清楚地可見的焊接肋的形成。
權利要求
1.一種用於多層管道的外端部的聯接件，包括在外側部上設置有徑向地直立的壁的聯接管，其中所述壁在軸向方向上在距所述主體的所述外側部一徑向距離處被加寬，其中所述聯接管的所述外側部、所述直立的壁和加寬部分包圍環形插入空間，所述管道的所述外端部能夠直接地插入到所述環形插入空間中，並且其中在所述插入空間的入口的位置處，所述壁的所述加寬部分和所述聯接管的所述外側部之間的徑向距離是使得其等於或大於所述管道的壁厚度， 其中所述聯接管的內壁用由具有比所述聯接管的材料的強度大的強度的增強塑料或金屬製成的毗鄰增強層來增強，並且所述層設置有軸向接合元件，而所述內壁設置有相應於並且連接於所述接合元件的軸向連接元件。
2.根據權利要求1所述的聯接件，其中所述環形空間在所述壁的方向上變窄，使得所述壁的所述加寬部分和所述聯接管的所述外側部之間的所述徑向距離減小至小於所述管道的所述壁厚度的值。
3.根據權利要求1或2所述的聯接件，其中當從所述直立的壁至所述聯接管的外端部測量時，所述加寬部分在軸向方向上比所述聯接管的軸向長度小，並且優選地小四分之三或小更多。
4.根據前述權利要求中任一項所述的聯接件，其中所述直立的壁和所述加寬部分具有T形橫截面。
5.根據前述權利要求中任一項所述的聯接件，其中所述聯接件被實質上整體地形成。
6.根據前述權利要求中任一項所述的聯接件，其中除了所述聯接件的所述增強層之夕卜，所述聯接件實質上由包括PE、增強PE或PE-RT的材料形成。
7.根據前述權利要求中任一項所述的聯接件，其中所述聯接管的內徑在出口處沿著向外的方向增加。
8.根據權利要求7所述的聯接件，其中所述聯接管不具有連接元件並且所述聯接件不具有增強層。
9.一種焊接裝置，具有可安裝的加熱元件，其中第一加熱元件具有一形式，使得所述第一加熱元件連接於根據前述權利要求中任一項所述的聯接件的所述環形空間的表面，並且第二加熱元件具有一形式，使得所述第二加熱元件連接於聯接到所述聯接件的多層管道的外端部的表面。
10.一種聯接方法，用於通過多重熔合焊接把多層管道的外端部聯接於根據前述權利要求2-8中任一項所述的聯接件， 其中所述方法包括以下步驟:加熱所述管道的所述外端部和所述聯接件的接觸表面、結合所述接觸表面，以及在熔合之後允許所獲得的熔合連接部冷卻，其中在管道和聯接件之間獲得了從所述環形空間突出的連接焊接肋。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述聯接管不具有連接元件並且所述聯接件不具有增強層。
12.—種多層管道與聯接件的組件，所述組件通過權利要求10或11所述的方法獲得，其中在管道和聯接件之間獲得了從所述環形空間突出的連接焊接肋。
全文摘要
用於多層管道(28)的外端部的聯接件(1)，包括在外側部上設置有徑向地直立的壁(4)的聯接管(2)，其中壁在軸向方向上在距主體的外側部一徑向距離處被加寬，其中聯接管的外側部、直立的壁和加寬部分包圍環形插入空間(22)，管道的外端部可以直接地插入到該環形插入空間(22)中，其中聯接管的內壁用具有比聯接管的材料的強度大的強度的毗鄰增強層(50)來增強，並且該層設置有軸向接合元件(52)，而內壁設置有相應於並且連接於接合元件的軸向連接元件(26)。
文檔編號F16L47/02GK103180652SQ201180042542
公開日2013年6月26日 申請日期2011年9月1日 優先權日2010年9月2日
發明者科內利斯·奧古斯蒂努斯·凡德爾唐克 申請人:特爾薩尼德蘭有限公司