JPS60101029A - 管端を管底部に密に結合する方法 - Google Patents

管端を管底部に密に結合する方法

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JPS60101029A
JPS60101029A JP59218772A JP21877284A JPS60101029A JP S60101029 A JPS60101029 A JP S60101029A JP 59218772 A JP59218772 A JP 59218772A JP 21877284 A JP21877284 A JP 21877284A JP S60101029 A JPS60101029 A JP S60101029A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は管端を管底部に密に結合する方法に関する。
従来技術 管端を管底部に密に結合することはモジュール製造で重
要な役割を有している。モジュールは熱交換器および（
または）物質交換器として使用される。この場合には通
常薄層の管が使用される、物質交換器では薄膜管が使用
される。
これらの管は通常円形横断面を有しているが、ただし他
の形状の横断面、例えばだ円形または方形横断面を有し
ていてもよい。熱交換器または物質交換器の効率は利用
できる表面積と管の膜厚とに左右されるので、管の横断
面の寸法、すなわち直径とをできる限り小さく保持し、
そのようにして同じ能力でモジュールの構造寸法を小さ
くすることが努められている。しかし管の横断面寸法が
小さくなるにしたがって、管端を管底部に密に埋込むこ
とは一層困難になる。
完成モジュールの用途に応じて管底部への管端の埋込み
箇所は場合によっては高められた圧力下においても液密
および（′！！：たけ）気密でなければならない。
普通管底部は、管束を型に入れて硬化性コン・ぐランド
を流し込むようにして製作される。硬と 化性コン・ξランドｂｈａ場合によっては型とが管底部
を構成する。かかる管底部を製作する際に硬化性コン・
ξランドがすべての管端を包囲し、かつこれらの管端と
密な結合を形成することを保証するためには大きな手間
を伴なう。その他にこの硬化性コンパランＰは通常管お
よび管底部とは異種の材料から成っている。
発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、密な結合が簡単な手段で保証される、
冒頭に記載の方法を提供することである。該方法は薄層
管および（または）小さな横断面積を有する管に特に有
利に適用される。
薄層管とは約０．０５ｍｍ〜約３Ｍの膜厚を有する管と
理解される、小さな横断面積を有する管は普通１２ｍま
での内径を持つ。２寵を下回る内径を持つ管端も本発明
による方法によれば管底部と良好に結合することができ
る。本発明の意味における管には管の他にチューブ、中
空糸、毛管等が含まれ、これらの端部（本明細書では管
端と呼ぶ）はシール面または管底部に埋込まれる。
しかしこの方法は厚膜の管および（または）大きな横断
面積を有する管にも適用可能である。
モノニールのすべての部材を同一材料から製作すること
を可能にする方法も得られる。
問題点を解決する手段 上記の課題を解決するだめの本発明の構成は、管および
管底部の少なくとも一方を超音波の作用下で熱くなる拐
料を用いて製作し、管端を管底部に所望の数設けられた
孔の中に挿入し、かつ超音波範囲内で振動する音標およ
び場合により超音波導体を介して超音波振動を管端の周
囲に伝えることである。
管底部の孔の横断面寸法は通常管の外寸よりも僅かに大
きくなっている。管は孔内に、管端が管底部の端面から
突出するかまたは管底部の端面に整列して終るように挿
入する。特殊な用途のものについては管端が一部分にわ
たってだけ孔内にさし込まれている、すなわち管底部の
端面の下方で終っている場合にも有利である場合がある
。
超音・波振動数１８〜４　Ｑ　ｋＨｚが良好な溶接を与
える。振幅と適用時間を介して温度およびしたがって管
と管底部との間の結合の質を調節することができる。そ
の他振幅および適用時間は管および管底部に使用された
材料によって異なる。
音標は振動の発生に必要な変換器に装着される工具であ
り、音標の外寸は超音波の振動および振幅に左右される
。音標の軸方向の自由端部は溶接に必要な、管端に対す
る接触面として構成されている３、溶接後浴接部は音標
の接触面と同じ幾何形状を持つ。
実施態様 本発明の有利な実施態様によれば、管および管底部を超
音波によって溶融する利料を用いて製作し、管端を管底
部に所望の数設けられた孔の中に挿入し、かつ少なくと
も一時的に固定し、かつ超音波範囲内で軸方向に振動す
る、接触範囲内の横断面が結合すべき管端の内側の横断
面積よりも大きな横断面積を有している音標を管底部と
結合すべき管端に同軸的に接近させ、がつ音標の接触面
を介して接触させて軸方向の圧力負荷下に管端と管底部
との間に溶接結合を形成する。
溶接前の管の固定は公知の手段によって行なわれる、例
えば管の自由端を特別な構成のボルダによって支持する
かまたは硬化性材料内に浸漬して管端の溶接終了後に該
硬化性材料を除去する１、 ！’５極の接触面を管端に申し分なく導くためには、音
標の接触面が管端に向き合う側でガイドビンによって延
長されており、該ガイ１♂ンの外径が結合すべき管端の
内径と等しいがまたは該内径よりも小さく、通常は僅か
に小さくなっている。ガイドビンの自由端の面取は音標
を管内に尋き入れることをた易くする。
音標の接触範囲（ガイドピンを備えているがまたは備え
ていない）内の横断面が管端に向き合う側から軸方向に
離れるにしたがって大きくなる直径を有していると、有
利である。音標の接触面が円錐台形状に構成されている
と特に有利であると示された。しがし音標の接触面は他
の幾何形状、例えば放物線の回転面の形状を有していて
もよい、円錐台形の構成は管底部内のテーパ状に先細に
なった開口を与え、この開口は管の内側の横断面に続く
ので、これによって完成モジュール使用時に流体を管内
に流す際に有利な流動挙動が得られる。同じことは音標
の接触面が別の幾何形状に構成されている場合にも該当
する。
音標を円錐台形状に構成すると、管端と管底部との間で
次の特徴を持つ結合が得られる。
結合を作るときに起きる材料の排除によって僅かな隆起
部が得られ、該隆起部は管底部の外側に盛り上がり、か
つ円錐台形状のロート部の縁部の全周にわたって均一に
延びている。その他結合部を通る軸線に垂直な断面にお
いて均質な融合組織が認められる。管底部と管で同一材
料を選択した場合には断面図において管底部と管の間に
移行部をもはや認めることはできない。
この形式の管端と管底部との結合ではきわめて良好でか
つ確実な、管底部への管の固定も得られる。したがって
特に有利な使用性能に優れた熱交換器ないしは物質交換
器が得られる。
本発明の有利な実施態様によれば音標が複数の接触面を
有しており、接触面の数が多くとも管底部と結合すべき
管端の数と等しくなっている。かかる音標を用いて、一
群の管端あるいはモジュールの全ての管端を同時に管底
部と溶接することが可能である。
管および管底部は実際に超音波によって溶融する材料か
ら製作することができる。例えば金属も好適である。た
だし管および管底部が熱可塑性プラスチック、例えばＰ
Ａ、　ＰＶＣ，ＡＢＳ、　ＰＥ。
ＰＰ、　ＰＶＤＦ等から製作すると有利である。熱可塑
性プラスチックの場合には音標の接触面にテフロン等を
噴霧するかまだは被覆すると有利である。
管および管底部を同一材料、場合により同一の熱可塑性
プラスチックから製作すると、特に良好な溶接結合が達
成される。
第１実施例 第１図には接触面２とガイドビン３がら成る、音標１の
自由端部が示されている。ガイドピン３が管４の内寸よ
りも僅かに小さな横断面寸法を有している。管４を、管
端が管底部６の外側の端面６と整列して終るように管底
部５の孔内にさし込む。音標１のガイドビン３は既に管
に対して同軸的に管４の管端内に入り込んでいる。
次いで音標１を更に沈め、かつ超音波で負荷すると、１
１極は加圧下に管端内の例えば第２図に示された深さに
沈めることができる。このときに管端はロート状部７と
して構成され、かつ１ｉｉｊ　Ｉｆ、！ｊに管底部５と
溶接される。
第１図と第２図に示されたざ一極ｌの実施例では１゛１
極１の接触面２は円錐台形状に構成されている。、 第２実施例 第３図ではざ・極９のガイドピン８は湾曲部１０を介し
て広がって、半径方向に延びる接触面■１に移行してい
る。１極９の自由端部のこの構成によって管底部１３の
外側の端面１２から突出した管１・１の管端を縁曲げし
、かつ管底部１３の外側の端面１２に溶接することが可
能である。
第３実施例 第４図にはがイドピン１６と接触面１７とを備えた、音
標１５の自由端部の実施例が示されている。溶接実施後
溶接部は隆起部として形成さｊＬｌ　この隆起部は管底
部１８内に押込まれている。管１９はこの隆起部（図示
せず）を介して管底部１８と溶接される。
第５図と第６図には２つの管底部２３と複数の管２０を
備えたモジュールの可能な構成が略示されている。ここ
では管２０は軸線のみで示されている。管２１は理解を
助けるために示されている。上記で詳説した、管端２２
において種々の形式で実施される溶接部は概観し易いよ
うに省略しである。
このようなモジュールをケーシングに入れ、かつそれぞ
れの用途に供給することができる。
管端と管底部とを結合する本方法は、１極を管端に挿入
する、すなわち管底部と管とを本発明による方法を実施
するに当って固定すると有利である。しかし本発明によ
る方法を、１極を固定し、かつ管底部を管端とともに１
極に対して動かし、かつ押しつけるようにして実施して
も本発明と等価であり、かつ本発明の範囲に含まれる。
発明の効果 本発明方法による超音波溶接によって管と管底部とは接
触面で短時間に均一に加熱されて、密な結合が管と管底
部との間で簡単な形式で得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は管底部とこの中に挿入された管端並びにガイド
ピンでもって管内に入り込んでいる音標の接触面の１実
施例を示す部分断面図、第２図は既に溶接された管底部
と管端並びに溶接時の位置にあるざ極の自由端部を示す
部分断面図、第３図は管底部とこの中に挿入された管端
並びにＢ−極の接触面の別の実施例を示す部分断面図、
第４図は１極の接触面の第３の実施例を示す図、第５図
は２つの管底部と溶接された管から成るモジュールの略
示断面図、第６図は第５図によるモジュールの平面図で
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　管端を管底部に密に結合するための方法において、
    管および管底部の少なくとも一方を超ざ波の作用下で熱
    くなる材料を用いて製作し、管端を管底部に所望の数設
    けられた孔の中に挿入し、かつ超音波範囲内で振動する
    音標を介して超音波振動を管端の周囲に伝えることを特
    徴とする、管端を管底部に密に結合する方法。 ２、管および管底部を超音波によって溶融する拐料を用
    いて製作し、管端を管底部に所望の数設けられた孔の中
    に挿入し、かつ少なくとも一時的に固定し、かつ超音波
    範囲内で軸方向に振動する、接触範囲内の横断面が結合
    すべき管端の内側の横断面積よりも大きな横断面積を有
    して坊る音標を管底部と結合すべき管端に同軸的に接近
    させ、かつ音標の接触面を介して接触させて軸方向の圧
    力負荷下に管端と管底部との間に溶接結合を特徴する特
    許請求の範囲第１項記載の方法。 ３　音標の接触面が管端に向き合う側でガイドビンによ
    って延長されておシ、該ガイｒピ／の外径が結合すべき
    管端の内径と等しいかまたは該内径よシも小さい、特許
    請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４、　音標の接触範囲内の横断面が管端に向き合う側か
    ら軸方向に離れるにしたがって大きくなる直径を有して
    いる、特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか
    １つの項記載の方法。 ５、　音標の接触面が円錐台形状に構成されている、特
    許請求の範囲第４項記載の方法。 ６、　音標が複数の接触面を有しており、接触面の数が
    多くとも管底部と結合すべき管端の数と等しい、特許請
    求の範囲第１項から第５項までのいずれか１つの項記載
    の方法。 ７、　管と管底部とが熱可塑性プラスチックから製作さ
    れている、特許請求の範囲第１項か第６項までのいずれ
    か１つの項記載の方法。 ８、管と管底部とが同一の熱可塑性プラスチックから製
    作されている、特許請求の範囲第１項記載の方法。
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