專(zhuān)利名稱(chēng)：將塑料管道和塑料插孔座連接起來(lái)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種將具有外徑的塑料管道連接到具有內(nèi)徑的塑料插孔座中的方法，在該方法中所述管道的端部被加熱，然后加熱過(guò)的管道端部被推入插孔座中，并在其中冷卻以形成一個(gè)熱連接。
已經(jīng)知道，要將一個(gè)由在相對(duì)低溫下熔化的塑料(例如PP或者PE)制成的塑料管道與一個(gè)具有較高熔點(diǎn)的塑料插孔座連接起來(lái)，可以通過(guò)在塑料管道的頭端中放置金屬芯棒或金屬套管、使該頭端與加熱元件接觸來(lái)加熱該頭端、并將具有套管的塑料管道推入插孔座中來(lái)實(shí)現(xiàn)。同樣地，通過(guò)將圓柱形加熱元件插入插孔座中，從內(nèi)部來(lái)加熱該插孔座。插孔座的壁材料在插入上述加熱元件的過(guò)程中變形，留在管道中的芯棒形成了一個(gè)液密封。這種已知方法的一個(gè)缺點(diǎn)是，通過(guò)芯棒的通流直徑減少，使得流動(dòng)阻力增加，并且在液流通過(guò)管道流進(jìn)插孔座時(shí)可能出現(xiàn)湍流。如果插孔座形成有柔性啤酒管道的流出部分，則對(duì)于碳酸飲料(如啤酒)來(lái)說(shuō)，這尤其是一個(gè)問(wèn)題，其中該通流直徑的變化可能導(dǎo)致不合要求的泡沫形成。
此外，金屬芯棒在塑料部件的重復(fù)利用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題；且當(dāng)這樣的芯棒作為額外部分插入時(shí)，會(huì)增加部件的成本。
最后，在通過(guò)將上述管道與加熱元件直接接觸來(lái)加熱管道末端的過(guò)程中，塑料受到損害，并且所產(chǎn)生的連接不適合與食品接觸。并且，還存在留在加熱元件和/或心軸上的熔化塑料被引入管道中的風(fēng)險(xiǎn)。為防止管道毀壞而對(duì)芯棒的裝配，就成為相對(duì)復(fù)雜的操作，也降低了生產(chǎn)率。
本發(fā)明的目的是提供一個(gè)將塑料管道與塑料插孔座連接起來(lái)的方法，該方法能消除上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的還在于提供一個(gè)方法和裝置，用來(lái)將塑料管道與塑料插孔座以可靠的流體密封(氣密封和/或液密封)的方式連接起來(lái)。
為此，根據(jù)本發(fā)明描述該方法，包括以下步驟-無(wú)接觸地加熱該管道的端部，其中熱量圍繞該端部的周邊基本上均勻傳遞；-卷曲該端部的頭端，以形成直徑大于插孔座內(nèi)徑的凸緣；-將該管道的頭端插入到插孔座中，其中插孔座內(nèi)壁的壁材料被推至距插孔座端面一定距離的位置，從而通過(guò)管道的卷曲端部邊緣和被推起的插孔座的壁材料來(lái)形成液封連接。
將塑料管道的頭端卷曲來(lái)產(chǎn)生一個(gè)部分，該部分被熱量所軟化，并具有一個(gè)大于插孔座內(nèi)徑的直徑。在插入插孔座的過(guò)程中，上述卷曲的頭端或“蘑菇體”推動(dòng)插孔座的壁材料與其一起移動(dòng)，直到超出插孔座頭端的一個(gè)預(yù)定插入長(zhǎng)度。當(dāng)?shù)竭_(dá)插孔座內(nèi)的一定插入長(zhǎng)度時(shí)，卷曲的頭端凝固，插孔座的壁材料也發(fā)生凝固，這樣上述材料結(jié)合在一起，從而形成了一個(gè)液密和氣密的密封件。直接位于卷曲頭端后側(cè)的管道部分提供了足夠的硬度來(lái)將管道的頭端推入插孔座內(nèi)，從而將其夾緊，且不需要內(nèi)套管或芯棒。由于不再需要在塑料管道頭端上設(shè)置強(qiáng)化金屬芯棒，可以節(jié)省材料并降低密封成本。最后，實(shí)現(xiàn)了塑料管道的無(wú)接觸加熱，使得塑料材料不會(huì)發(fā)生分解，形成無(wú)害的連接，并且沒(méi)有塑料殘余留在連接插孔座和管道的裝置上，因而使得裝置的維護(hù)費(fèi)用比較低。
在一個(gè)實(shí)施例中，圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)的管道的端部保持靜止，且一個(gè)環(huán)形加熱元件圍繞該端部放置。為了均勻加熱，采用了輻射加熱元件，從而防止了傳導(dǎo)造成的不均勻性。舉例來(lái)說(shuō)，輻射加熱元件可以包括一個(gè)圍繞塑料管道末端的環(huán)形金屬元件。塑料管道的末端可以在縱向方向上移到金屬元件的加熱腔體中。同樣地，可以制造可轉(zhuǎn)動(dòng)的銅加熱元件，其可轉(zhuǎn)動(dòng)成兩半，用于在輻射方向上插入塑料管道的端部。為了得到可靠的連接，在將管道的端部插入插孔座內(nèi)之前，將加熱元件放入插孔座內(nèi)，用來(lái)加熱插孔座的內(nèi)部。這樣就軟化了插孔座的塑料壁材料，從而可以很容易地將其推動(dòng)，結(jié)果使得塑料管道卷曲頭端的材料與插孔座的壁材料能夠順利熔合在一起。在一個(gè)較好的方法中，具有環(huán)形槽和距該環(huán)形槽一定距離的導(dǎo)流器的一個(gè)針型噴嘴，插入插孔座內(nèi)，從而在插孔座的內(nèi)壁上形成了一個(gè)環(huán)形槽，該環(huán)形槽被管道的卷曲頭端所填充。
塑料管道的外徑可以小于插孔座的內(nèi)徑，但優(yōu)選大于或等于插孔座內(nèi)徑，這樣可以形成一個(gè)壓配合。
一種將塑料管道高速地連接到塑料插孔座上的裝置，包括-一個(gè)夾緊滑座，用來(lái)沿一個(gè)管道軌道夾緊管道的端部；-一個(gè)位于夾緊滑座旁的保持架，與管道軌道在同一直線上，用來(lái)容納插孔座，所述夾緊滑座和保持架可以彼此相對(duì)移動(dòng)；
-一個(gè)加熱單元，其具有環(huán)形加熱腔體和移動(dòng)元件，用來(lái)使加熱單元在夾緊滑座和保持架之間、在與管道軌道成一直線的退回位置和工作位置之間移動(dòng)。
優(yōu)選地，各種夾緊元件和保持架在它們的轉(zhuǎn)盤(pán)上固定，該轉(zhuǎn)盤(pán)可沿加熱單元旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)置有兩套夾緊滑座、保持架和加熱單元的組件，且彼此相隔一定距離，與管道軌道成一直線，用來(lái)同時(shí)在管道兩端安裝插孔座。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置特別適合于在塑料管道的末端安裝一個(gè)瓶蓋式(bottletap)閥，就像本申請(qǐng)人的專(zhuān)利NL1015368中描述的那樣，或者適合于安裝一個(gè)塑料分配適配器，像本申請(qǐng)人的專(zhuān)利NL1016687中描述的那樣。舉例來(lái)說(shuō)，其中的塑料管道由聚乙烯制成，而塑料插孔座的材料是板焊溫度大約為390℃的聚丙烯。
根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置的眾多實(shí)施例，將參考附圖進(jìn)行更詳細(xì)地說(shuō)明，附圖中

圖1和圖2表示了在根據(jù)本發(fā)明將一個(gè)塑料管道和塑料插孔座連接起來(lái)的情況中，啤酒管道的關(guān)閉閥的軸向截面；圖3表示了在連接前具有卷曲頭端的塑料管道和塑料插孔座的縱向截面圖；圖4表示了圖3中裝配狀態(tài)下受熱熔化的管道和插孔座；圖5表示了圖4中熔化連接的詳圖；圖6表示了實(shí)施本發(fā)明方法的一個(gè)裝置的示意圖；圖7表示了用來(lái)加熱插孔座內(nèi)壁的噴嘴的詳圖；圖8表示了插孔座內(nèi)部的環(huán)形槽的詳圖9表示了在五條管道的兩端同時(shí)安裝塑料插孔座的回轉(zhuǎn)焊接機(jī)的透視圖；圖10a和圖10b表示了根據(jù)本發(fā)明的夾緊滑座和加熱單元的透視圖。
圖1表示了一個(gè)用于啤酒管道的關(guān)閉閥1，就像本申請(qǐng)人的專(zhuān)利NL1015368中所描述的。關(guān)閉閥1完全由塑料制造，包含一個(gè)流出管2，一個(gè)關(guān)閉凸耳3和一個(gè)活動(dòng)插孔座4，活動(dòng)插孔座4相對(duì)關(guān)閉凸耳3在軸向方向上可以滑動(dòng)。插孔座4上安裝了凸緣5，用來(lái)和一個(gè)絲錐扳手操作結(jié)構(gòu)相配合。柔性管道6以液封的方式與插孔座4連接。管道6例如由聚乙烯制造，壁厚為1mm，外徑為6.2mm。插孔座5由聚丙烯制造。
圖2表示了在開(kāi)放狀態(tài)下的關(guān)閉閥1，保護(hù)罩7已經(jīng)去掉了，插孔座5已相對(duì)凸耳3滑動(dòng)，使得流出孔8開(kāi)放，并且管道6與流出管2流體連通。
圖3表示了管道6，其外徑D1為6.2mm，壁厚D2為1mm。頭端9通過(guò)用環(huán)形加熱元件無(wú)接觸地環(huán)繞加熱實(shí)現(xiàn)卷曲。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用一個(gè)含有圓形空腔的加熱銅塊的環(huán)形輻射加熱器(該圓形空腔的直徑例如為10mm，被加熱到溫度大約400℃)，可以使頭端9自動(dòng)均勻地卷曲，直到形成倒圓形臺(tái)肩10，該臺(tái)肩相對(duì)管道的外壁6突出1到2mm的高度H。加熱過(guò)程中管道6保持靜止。頭端9加熱后軟化為流質(zhì)，能夠被插入到內(nèi)徑D3為5.8mm的插孔座5中。為了使塑料管道6的端部能夠以指定的方式插入插孔座5，上述插孔座5設(shè)有一個(gè)斜角邊緣11。在管道部分6的插入過(guò)程中，位于頭端9后面的管道提供足夠的剛度，來(lái)推動(dòng)上述頭端插入插孔座5內(nèi)幾毫米(例如3到4毫米)的長(zhǎng)度L。在管道部分6插入插孔座5內(nèi)的過(guò)程中，卷曲的頭端9的直徑比插孔座的內(nèi)徑D3要大。在插入過(guò)程中，軟化且流質(zhì)的卷曲頭端9變形，且在與插孔座5的內(nèi)壁接觸時(shí)，使得上述內(nèi)壁熔化并沿著長(zhǎng)度L方向推起內(nèi)壁材料。在距插孔座5的入口幾毫米處，卷曲的邊緣9和插孔座被推起的內(nèi)壁材料凝固，從而形成了熔合連接。這在圖4中表示，并在圖5中有詳細(xì)表示，其中可以清楚地看到變形的卷曲邊緣9與插孔座5的被推起的壁材料12形成了一個(gè)熔合連接16，這樣就形成了一個(gè)液封和氣封連接。插孔座5的壁厚D4可以為3mm，而插孔座5的翻起部分(turned-up)的壁厚D5為1.4mm。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在卷曲頭端9和插孔座5的被推起的壁材料12之間，可以簡(jiǎn)單而迅速地形成一個(gè)很可靠的液封、氣封和抗張力連接。
如圖4和圖5所示，舉例來(lái)說(shuō)，該連接所吸收的張力為80N。
圖6示意顯示了一個(gè)用來(lái)將塑料插孔座5連接到塑料管道6的端部13上的裝置。塑料管道6夾在一個(gè)夾緊滑座14內(nèi)，該夾緊滑座14可以沿管道軌道15在箭頭T的方向上移動(dòng)。環(huán)形加熱元件17通過(guò)溫度調(diào)節(jié)單元18控制，被加熱到例如大約400℃。加熱元件17例如是一個(gè)銅塊，上面有一個(gè)直徑D6(例如為10mm)的開(kāi)口。加熱元件可以橫跨管道軌道15進(jìn)行移動(dòng)。插孔座5在保持架19中夾緊。噴嘴20被插入插孔座5內(nèi)，通過(guò)一個(gè)導(dǎo)流器21將加熱過(guò)的壓縮空氣吹到插孔座5的內(nèi)壁22上，從而形成環(huán)形槽。也可以采用其他氣體代替壓縮空氣，例如氮?dú)?如果需要防止高溫氧化的話)。壓縮空氣通過(guò)調(diào)節(jié)單元23和(柔性)管道24被輸送給噴嘴20，該噴嘴設(shè)計(jì)為縫形，其直徑D7例如為2mm。噴嘴20可以沿著管道軌道15移動(dòng)，同樣也可以橫跨上述管道軌道。如圖3所示，在插孔座5的內(nèi)壁22以及管道15的端部13為形成卷曲頭端而加熱之后，噴嘴20和加熱元件17橫跨管道軌道15而退回，夾緊滑座14向插孔座5移動(dòng)，管道的端部13插入插孔座5內(nèi)，從而產(chǎn)生一個(gè)如圖4所示的連接。
圖7表示了為局部加熱插孔座5的內(nèi)壁22而位于插孔座5內(nèi)的噴嘴20的詳圖。噴嘴20包含芯部26，該芯部26具有用于熱壓縮空氣的貫穿進(jìn)給通道27、27’。套管25環(huán)繞芯部26安裝，且可以通過(guò)縱向上的螺紋來(lái)移動(dòng)。導(dǎo)流器28安裝在芯部26上，且延伸于套管25的流出孔的上方。這樣熱壓縮空氣在圖示的箭頭方向上被反射，且落在插孔座5的壁上，從而在插孔座5內(nèi)距插孔座頭端L處形成了如圖8所示的環(huán)形槽29。通過(guò)套管25和導(dǎo)流器28的相對(duì)移動(dòng)，可以影響空氣流的反射，從而改變槽29形成處的高度L。在管道6插入插孔座5的過(guò)程中，卷曲頭端9可以陷入環(huán)形槽29中，在那里與插孔座5的局部加熱的壁材料熔合，來(lái)形成抗張力的液封連接。
圖9表示了用于在五個(gè)管道6的兩側(cè)同時(shí)裝配塑料插孔座的設(shè)備的視圖。管道6的兩側(cè)在夾緊塊14中固定，并通過(guò)加熱裝置17、20在兩端加熱。在所述設(shè)備的側(cè)面30上，插孔座表現(xiàn)為盤(pán)形分配適配器31的形式，就像本申請(qǐng)人的專(zhuān)利NL-1016687中所述的那樣，用來(lái)與管道6連接；同時(shí)，在所述設(shè)備的側(cè)面30上，如圖1和圖2所示的關(guān)閉閥的插孔座5連接到管道6上。管道6在可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤(pán)33上安置成5組，從而管道被成組地夾緊，并能夠旋轉(zhuǎn)到加熱裝置17、20。在加熱管道6的端部和插孔座內(nèi)壁之后，加熱裝置退出，插孔座和分配適配器31在管道6的縱向方向上被分配適配器31和插孔座5的保持架34、35的移動(dòng)擠壓在管道上。
圖10a顯示了夾緊滑座14，其中管道6和關(guān)閉閥1在保持架19中被夾緊。關(guān)閉閥1通過(guò)管狀結(jié)構(gòu)37進(jìn)行供應(yīng)，該管狀結(jié)構(gòu)37固定到可在垂直于夾緊滑座14的方向上移動(dòng)的供應(yīng)/加熱單元38上，如圖10b所示。環(huán)形加熱元件17和具有管道24所提供的熱壓縮空氣的噴嘴20，都安裝在供應(yīng)/加熱單元38上。在供應(yīng)/加熱單元38安置在夾緊滑座14上方，且關(guān)閉閥1安裝在保持架19內(nèi)之后，供應(yīng)/加熱單元38在管道的縱向方向上相對(duì)夾緊滑座14移動(dòng)，從而管道的端部在環(huán)形加熱元件17中靜止，使得噴嘴位于在關(guān)閉閥1中。在加熱管道6的端部和關(guān)閉閥1的內(nèi)壁之后，供應(yīng)/加熱單元38再次在管道6的縱向方向上移動(dòng)，直到管道的端部位于環(huán)形加熱元件17之外，并且噴嘴從關(guān)閉閥1中退出，供應(yīng)/加熱單元38通過(guò)橫跨夾緊滑座14而從管道軌道上移去，在這之后管道6相對(duì)于保持架19移動(dòng)，使得管道被推入關(guān)閉閥1的插孔座內(nèi)，這樣形成了一個(gè)抗張力的、液封的熔合連接。
權(quán)利要求
1.一種將塑料管道(6)連接到具有內(nèi)徑(D3)的塑料插孔座(5)中的方法，該塑料管道(6)具有外徑(D1)，在該方法中所述管道的端部被加熱，然后加熱過(guò)的管道端部被推入插孔座中，并在其中冷卻以形成一個(gè)熱連接(16)，其特征在于該方法包括以下步驟-無(wú)接觸地加熱該管道的端部，其中熱量圍繞該端部的周邊基本上均勻傳遞；-卷曲該端部的頭端(9)，以形成直徑大于插孔座內(nèi)徑(D3)的凸緣；-將該管道(6)的頭端(9)插入到插孔座(5)中，其中插孔座內(nèi)壁的壁材料被推至距插孔座端面(L)一定距離的位置，從而通過(guò)管道的卷曲頭端和被推起的插孔座的壁材料來(lái)形成液封連接(16)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述外徑(D1)大于或等于插孔座的內(nèi)徑(D3)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在加熱管道端部的過(guò)程中，上述圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)的管道的所述端部保持靜止，且一個(gè)環(huán)形加熱元件(17)圍繞該端部而放置。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述加熱元件(17)包括一個(gè)輻射加熱元件。
5.如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中在管道端部插入插孔座中之前，一個(gè)加熱元件(20)放置在插孔座中，來(lái)加熱插孔座內(nèi)部。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中通過(guò)所述加熱元件(20)在插孔座(5)內(nèi)形成環(huán)形槽(29)，以容納管道(6)的卷曲頭端(9)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述加熱元件(20)包括一個(gè)噴嘴，該噴嘴具有環(huán)形縫和距該環(huán)形縫一定距離的導(dǎo)流器(28)，從而通過(guò)噴嘴和導(dǎo)流器可以將熱流體吹到插孔座(6)的內(nèi)壁(22)上。
8.一種將塑料管道連接到塑料插孔座上的裝置，包括-一個(gè)夾緊滑座(14)，用來(lái)沿一個(gè)管道軌道(15)夾緊管道的端部；-一個(gè)位于夾緊滑座旁的保持架(19)，與管道軌道(15)在同一直線上，用來(lái)容納插孔座(5)，所述夾緊滑座(14)和保持架(19)可以彼此相對(duì)移動(dòng)；-一個(gè)加熱單元(17)，其具有環(huán)形加熱腔體和移動(dòng)元件(38)，用來(lái)使加熱單元在夾緊滑座和保持架之間、在與管道軌道成一直線的退回位置和工作位置之間移動(dòng)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述加熱單元包括一個(gè)噴嘴(20)，該噴嘴具有孔和距該孔一定距離的導(dǎo)流器(28)，所述加熱單元還包括一個(gè)供流裝置(24)，該噴嘴在工作位置時(shí)可以被放置成與管道軌道(15)成一直線。
10.如權(quán)利要求8或9所述的裝置，其中所述夾緊滑座(14)和插孔座的保持架(19)位于一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤(pán)(33)上，并且可以沿所述加熱單元(17、20)旋轉(zhuǎn)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中各個(gè)夾緊滑座(14)和保持架(19)固定在固定于轉(zhuǎn)盤(pán)(33)上的支承件上，且根據(jù)夾具元件和保持架的數(shù)目來(lái)設(shè)置多個(gè)加熱單元(17、20)。
12.如權(quán)利要求8～11之一所述的裝置，其中該裝置安裝有兩套組件，所述組件含有夾緊滑座(14)、保持架(19)和加熱單元，并且彼此相隔一定距離，與管道軌道(15)成一直線，用來(lái)同時(shí)在管道兩端安裝插孔座(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將塑料管道部分與塑料插孔座連接起來(lái)的方法和裝置。管道部分(6)的頭端(9)在整個(gè)周?chē)粺o(wú)接觸加熱，直到該頭端卷曲形成的直徑大于插孔座(5)的內(nèi)徑。然后在不使用心軸或芯棒的情況下，將管道部分推入插孔座中，使得頭端(9)與插孔座(5)的熔化壁材料形成一個(gè)高強(qiáng)度的液密封的熔融連接。
文檔編號(hào)B29L23/00GK1646299SQ03807891
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月22日
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