CN102333640A - 一种用于连接毛细管与主管的方法及毛细管与主管的连接 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于连接塑料管(2)(毛细管)的开口端与主管(1)的方法，所述塑料管(2)具有可以高达5毫米的外径，所述主管(1)由塑料构成并且具有明显更大的直径，以使所述毛细管从主管的周向表面径向伸出，并且所述毛细管的内部经由所述主管的壁中形成的径向通道(3)与主管的内部连接。毛细管的一个末端具有等于或小于所述通道的直径的外径，该末端从外部至少部分地插入所述通道，随后至少对毛细管的插入末端的一部分以及通道的壁的直接环绕该插入末端的部分执行共同加热。由此这些部分被软化，以便在冷却之后彼此焊接。优选所述加热通过将一加热冲头(5)从所述主管的内部插进所述通道实现。

Description

一种用于连接毛细管与主管的方法及毛细管与主管的连接
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序的方法，以及一种根据权利要求13的前序的连接。
背景技术
DE 197 25 326 C2描述一种用于制造具有多个薄壁塑料管(毛细管)的垫子的方法，用于提供以及导出加热/冷却介质，所述薄壁塑料管具有连续相等的可高达5毫米的直径，在每种情况下薄壁塑料管在其开口端以从主管径向远离的方式通过加热以及加压被焊接到主管。所述主管在焊接位置包括多个孔，这些孔具有大致等于所述塑料管的内径的直径。所述塑料管从外部引向主管，其中预先加热所述塑料管待焊接的末端区域，以使末端区域的内径变大。以这种方式，在所述焊接地带不是直接地连接主管中的孔，而是从该孔向外远离地连接，因此不存在由于被熔化的材料导致所述孔被封闭或至少变窄的危险。但是，在所述孔周围形成相对大的焊接表面(焊接电晕)，因此相应地必须增加焊接所需的热量。还必需加热所述主管。加上增加的热量损失，结果延长了加热时间，并且延长了冷却时间，因此这种垫子制造变得不经济。此外，由于焊接电晕使得在所述毛细管之间可获得的最小距离增加。
从EP 0 964 212 A2已知一种用于通过焊接方式径向紧固具有小直径的小管(小管子)与具有大直径的主管的方法。所述小管子的待紧固的末端被加热，因此熔化。同时，在所述主管外部附加的凸缘也被加热以使其熔化。然后，所述小管子的末端受压抵靠所述主管的外壁通过所述凸缘，其中小管子的端侧开口通过主管的壁对准径向通道。在冷却之后，所述小管子以及凸缘的被熔化区域、所述小管子以及所述主管以密封的方式彼此焊接。虽然这种方法允许在小管子之间的非常近的最小距离，但是，另一方面需要加热所述凸缘，因此需要提供大量热量，以及相应的长加热时间和长冷却时间。准备所述凸缘还造成与工作和材料有关的额外费用。而且，不能确定所述小管子的被熔化末端的通道横截面被保持完全通畅。
此外，从DE 10 2006 004 828 A1已知一种由塑料构成的并且用于加热介质或冷却介质的通道的管，其具有可高达5毫米的外径以及可高达3毫米的内径。这种管的末端区域的壁厚度通过使该管在此末端区域的内径小于剩余管长度上的内径而被加固。因此，以这种机械稳定的方式设计管的末端区域，在所述管的内部不需要用于焊接到主管的支撑销。此外，由于管的外径在所述末端区域没有变大，因此所述管可以彼此非常近的距离焊接在主管上。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于连接薄壁塑料管(毛细管)的开口端与主管的方法，所述薄壁塑料管具有可以高达5毫米的外径，所述主管具有明显更大的直径且由塑料构成，该方法的连接方式使得所述毛细管从所述主管的周向表面径向伸出，并且所述毛细管的内部经由在所述主管的壁中形成的径向通道与所述主管的内部连接，此外本发明的目的是还提供一种根据该方法制造的连接，所述方法和连接允许在相邻的毛细管之间的非常近的距离并且仅仅需要少量热量，因此可以在非常短的时间内完成加热和冷却。此外，所述毛细管的内横截面以及通过所述主管壁的通道的内横截面在连接区域中不应受限或者应仅以规定的方式受限。
根据本发明，通过一种具有权利要求1的特征的方法以及具有权利要求13的特征的连接实现所述目的。有利地，从各自的从属权利要求得出该方法以及该连接的进一步构造。
通过应用末端的外径等于或小于上述通道的直径的毛细管，从外部将毛细管的该末端至少部分地插入所述通道，以及至少对所述毛细管的插入末端的一部分和所述主管内的通道的壁的直接环绕该插入末端的部分执行共同加热，以使这些部分被塑化并且在冷却之后彼此焊接，所述毛细管和所述主管仅在焊接地带的直接接触区域被加热，因此仅需要提供最小量的热量。除了节能之外，加热时间和冷却时间非常短，因此该方法具有高度节约利用的特点。由于所述毛细管的内横截面实际上不被改变或仅在规定的范围内改变，所以流过所述连接的介质的流动可以受控的方式被控制。此外，本方法可确保主管的形状稳定性，这是因为若提供更多的加热，主管可能弯曲。最后，因为焊接地带从外部是不可见的，所以获得视觉上满意的连接。
优选可以通过将加热冲头从所述主管的内部插进所述通道中来实现所述加热。由于加热冲头的形状，根据焊缝在所述毛细管的长度方向上的所需范围，加热冲头仅与毛细管的端面以及毛细管的内表面的很小的区域直接接触。因此，根据所述焊缝的宽度以及所述主管的直接相邻的区域的宽度，仅仅毛细管末端的一段长度的材料被塑化或被熔化。有利地，所述加热冲头具有在毛细管的长度方向上周向表面略微变细的截锥形形状。
附图说明
以下通过在附图中所示的具体实例更详细地说明本发明。
在图1a和图1b中示出制造主管与毛细管之间的连接的两个方法步骤，以及
在图2a和图2b中示出在主管与至少一个毛细管之间的连接的不同实施例。
具体实施方式
图1a示出主管1以及与该主管1待连接的毛细管2的横截面。在每种情况下，所述主管1以及毛细管2由塑料制成，并且优选用作热交换器垫的组件，对于这种热交换器垫，大量毛细管的末端一方面连接到用于提供加热介质或冷却介质的主管，另一方面连接到用于导出所述加热介质或冷却介质的主管。与主管连接的多个毛细管在主管的长度方向相继地排列，其中理想的是相邻的毛细管之间的距离尽可能的小。
这种热交换器垫的典型尺寸是主管1的外径为20毫米、内径为16毫米，并且毛细管2的外径为3.0毫米、内径为2.4毫米。
在本实例中，所述主管具有圆形横截面。但是，这可以是任意的，例如，横截面可以是矩形或椭圆形。对于根据本发明方法的被简化的实施，也可以沿长度方向在大致水平中间位置分割所述主管，其中从上述步骤获得的下半部首先连接所述毛细管，然后焊接上半部与下半部以形成闭合的主管。
在每种情况下，用于连接毛细管2的主管1具有径向通道3，径向通道3的横截面为圆形并且其直径对应于所述毛细管2的外径。因此，毛细管2的末端可以被推进通道3，而形状不发生变化。但是，在不过分影响本方法所实现的能力的情况下，毛细管2的外径也可以在一定程度上比所述通道3的直径小。
在焊接工序之前，将沿主管1的长度延伸的杆4插入主管。在每种情况下，杆4面对通道3的一侧具有用于在主管1中存在的每个通道3的加热冲头5，并且该加热冲头5可以被杆4引导的导线电加热。因此，杆4按压在所述主管1的内壁上，以使在每种情况下加热冲头5在中央伸进通道3，并且在加热冲头5与通道3的壁之间形成环形间隙。加热冲头5在通道3的方向上略微变细，因此加热冲头5具有截锥形形状。加热冲头5与通道3的壁之间的间隙尺寸形成为使得在加热冲头5的端面区域中，间隙具有的宽度大于毛细管2的壁厚度，因此从下面推进通道3的毛细管2首先进入该间隙，并且当毛细管2的前边缘与加热冲头5的端面相接时，毛细管2开始沿加热冲头5的端面塑化。通过该塑化，毛细管2被进一步推进所述锥形间隙，直到毛细管2的端面碰到杆4。所述毛细管2的前边缘区域被软化或熔化的材料也受压向外抵靠通道3的壁，因此通道3的壁也开始被软化。由于来自下方的持久压力，形成无缝焊接地带，当停止施压并且随后通过提升所述杆4从通道3移走加热冲头5时，进行冷却以及硬化该焊接地带，因此获得均匀的焊缝6。
在毛细管2与主管1之间的焊缝6可以限制在非常小的区域，其尺寸一方面单独由毛细管的外径决定，另一方面由焊缝6的必要宽度，即在毛细管2的长度方向上的尺寸决定。所述焊缝6的理论上的必要宽度对应于毛细管2的壁的厚度，在本实施例中，该宽度为0.3毫米。根据DE 197 25 325 C2的方法利用典型地大约9mm的焊接电晕，焊缝的面积大于60mm2，相比之下，即使为了允许制造公差，该必要宽度增加到0.4毫米，焊缝的面积仅仅是大约4mm2大小。
所述焊接可以利用所有的传统方法实现，例如超声波焊接或热焊接。但是，对于毛细管垫，由于经济原因，直到现在仅仅使用热焊接。对于″再加热两个接触面、将它们压在一起并进行冷却″的必要工作周期，用于焊接工序的典型的周期时间为180秒。
已发现，利用根据本发明的方法，这些时间可以惊人地缩短到小于20秒。这主要是由于本发明的焊接面积比现有技术的焊接面积小十倍还多，因此提供通过本发明的焊接面积的热量很少。另一原因是焊接的过程或工序被简化，这是因为不再需要通过加热对主管1和毛细管2的两个焊接表面分别进行预处理以使其变形。
后续的冷却过程也比传统方法快得多，因为主管具有参与处理的超过98％的材料量，而该主管几乎未被加热。还可以通过将主管和/或毛细管2保持在比环境温度更低的温度下来加速冷却处理。
由于生产安装毛细管垫的能力80％由焊接工序的等候时间决定，因此，根据本发明的方法的经济价值非常大。无需附加的投资费用，焊接时间减少到20％以下使生产力增加超过三倍。
图2a至图2d示出焊缝6在通道3中的位置的不同变型。这可以通过杆4或加热冲头5的适当设计而改变。
因此根据图2a，焊缝6大致位于所述通道3的中间。这通过在杆4与加热冲头5之间设置连接件来实现，该连接件的长度对应所述通道的长度的大致一半并且其直径小于所述加热冲头5的直径。该连接件的外表面优选被热绝缘。
图2b示出在图1中所示的情况，其中所述毛细管2被上移至主管1的内壁。这种变型优选使用于由玻璃纤维增强中间层以及在每种情况下的内层和外层构成的主管，所述内层和外层由诸如聚丙烯的这种不能渗透加热介质或冷却介质，特别是水的材料构成。由于不能确保玻璃纤维增强层足以防水渗透，所以应避免该玻璃纤维增强层与加热介质或冷却介质之间的接触。这通过将毛细管上移至主管的内壁并在此进行焊接来实现。
根据图2c，毛细管仅被推进通道3中使得焊缝6达到主管1的外壁的位置。借此，如果在焊接工序期间从外部冷却毛细管2，则可以加速冷却工序。
利用根据图2d的变型，通道3的直径被减小并且毛细管的末端7相应地变细。由于在主管1中的相邻的通道3之间必须保持一定的材料强度，所以这种设计允许在相邻的毛细管2之间的甚至更小的距离。
根据图2e的变型示出具有焊接在主管1的圆周方向上的几个毛细管2的主管1，这里主管1具有三个毛细管2。如果主管与几个毛细管垫连接，这种配置是有利的。与一个垫子的多个毛细管的连接相继地排列在主管的长度方向，而与不同垫子的毛细管的连接彼此紧邻地排列在圆周方向上，即，图2e示出在每种情况下与三个不同垫子的毛细管的连接。
如果将所述垫子例如用作冷却盖，则在仅仅一个垫子的多个毛细管2，例如仅仅图2e中右边的毛细管2，与主管1之间的偏心连接是有意义的。然后该冷却盖平放在金属板上，其中该垫子的接触面应该是尽可能的大。当应用所述垫子以使得毛细管2与主管1之间的偏心连接比大致的中心连接更靠近该金属板时，允许这种偏心连接。

Claims (16)

1.一种用于连接塑料管(2)(毛细管)的开口端与主管(1)的方法，所述塑料管(2)具有可以高达5毫米的外径，所述主管(1)具有明显更大的直径并且由塑料构成，该方法的连接方式使得所述毛细管(2)从主管(1)的周向表面径向伸出，并且毛细管(2)的内部经由所述主管(1)的壁中形成的径向通道(3)与主管(1)的内部连接，
其特征在于应用一毛细管(2)，其末端具有等于或小于所述通道(3)的直径的外径，所述毛细管(2)的末端从外部至少部分地插入所述通道(3)，并且至少对毛细管(2)的插入末端的一部分以及通道(3)的壁的直接环绕该插入末端的部分执行共同加热，以使这些部分塑化并且在冷却之后彼此焊接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热通过将一加热冲头(5)从所述主管(1)的内部插进所述通道(3)实现。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中焊缝(6)在所述毛细管(2)的长度方向上的延伸大致对应于毛细管(2)的壁厚度。
4.根据权利要求1至3的其中一个所述的方法，其中所述主管(1)具有大约20毫米的外径。
5.根据权利要求1至4的其中一个所述的方法，其中几个毛细管(2)以彼此间很近的距离、在所述主管(1)的长度方向和/或圆周方向上连接该主管。
6.根据权利要求2至5其中一个所述的方法，其中所述加热冲头(5)被设计成朝向所述毛细管(2)变细的截锥形。
7.根据权利要求2至6的其中一个所述的方法，其中所述加热冲头(5)被电加热。
8.根据权利要求2至7的其中一个所述的方法，其中所述加热冲头(5)以从一可移动的杆(4)径向延伸的方式附加在该可移动的杆(4)上，所述杆在所述主管(1)的长度方向上延伸通过该主管(1)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述杆(4)具有在其长度方向上相继排列的几个加热冲头(5)。
10.根据权利要求1至9的其中一个所述的方法，其中与该毛细管位于该主管(1)的外部的直径相比，所述毛细管(2)插入所述主管(1)中的末端(7)的直径被减小。
11.根据权利要求1至10的其中一个所述的方法，其中所述焊缝(6)在所述通道(3)内部的位置由所述毛细管(2)插入到该通道(3)中的相应深度决定。
12.根据权利要求1至11的其中一个所述的方法，其中所述主管(1)和/或毛细管(2)被冷却。
13.一种在薄壁塑料管(2)(毛细管)与主管(1)各自的内部之间的连接，用于引入加热介质或冷却介质，所述薄壁塑料管(2)具有可以高达5毫米的外径，所述主管(1)由塑料构成并且具有明显更大的直径，其中所述连接经由所述毛细管(2)的端侧开口以及在所述主管(1)的壁中的径向通道(3)实现，其特征在于所述毛细管(2)的末端具有包括所述端侧开口并且其外径等于或小于所述通道(3)的直径，所述毛细管(2)从外部伸入所述通道(3)的至少一部分，并且在毛细管(2)的末端与通道(3)的壁之间存在环形焊缝(6)。
14.根据权利要求13所述的连接，其中所述毛细管(2)至少伸入所述通道(3)中使得所述焊缝(6)完全位于通道(3)内部的位置。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述焊缝(6)在毛细管(2)的长度方向上具有大致对应于毛细管(2)的壁厚度的延伸。
16.根据权利要求13至15的其中一个所述的连接，其中所述毛细管(2)的纵轴穿过所述主管(1)的纵轴或者以规定的距离经过主管(1)的纵轴。
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