KR0178381B1 - 열 용접에 의한 플라스틱 요소와의 상호 접합용 커넥터 - Google Patents

열 용접에 의한 플라스틱 요소와의 상호 접합용 커넥터 Download PDF

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지. 로지에
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Abstract

본 발명은 가열 용융 플라스틱으로 만들어진 요소의 용접을 위하여 전기저항기(10)를 갖춘 연결 성분에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 저항기를 전기적 절연층으로 피복되어 있으며 교차점을 가지는 단일 와이어 행태, 및 단락이 와이어에서 발생되도록 상호 접합되게 되는 성분의 용융 온도 내지 이들의 열 손상온도 사이의 온도에서 용융되는 피복층을 갖고 있어서 와이어에 교류의 공급중단이 이루어진다.
본 발명은 가스 공업에서 사용되는 폴리에틸렌 파이프의 열용접에 특히 사용된다.

Description

열용접에 의한 플라스틱 요소와의 상호 접합용 커넥터
제1도는 2개의 파이프의 끝과 끝을 연결하기 위하여 본 발명에 따른 열저항기를 형성하는 망상 전도성 네트를 구비한 슬리브를 채용한 연결시스템 중앙부분의 단면도.
제2도는 제1도의 연결시스템에 사용하기 위하여, 특정 실시예로서 실린더 형태의 니트 양말 또는 일종의 갑옷형태를 갖는 전도성 네트의 부분사시도.
제3도는 제2도의 Ⅲ부분에 대한 길이방향 단면 확대도.
제4도는 제2도의 Ⅳ부분에 대한 확대도.
제5도는 제1도 저항 와이어의 또 다른 가능한 구성의 개략도.
제6도는 시간 함수로서 제1도 커텍터의 저항기내에서 전류 순환의 경향을 도시한 도면.
제7도는 특정 실시예로서 파이프에 교차 연결시키기 위하여 분기장치를 채용한 또 다른 연결시스템의 중앙부분의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 슬리브 6,8,44 : 파이프
10 : 전기저항기 12,14 : 단자
13 : 절연피복층 16 : 스트립
10 : 분기장치 42 : 새들
본 발명은 적어도 부분적으로 열-용융물질로 이루어진 부품의 조립에 관한 것이다.
현재까지, 상기 조립은 기본적으로 열용접에 의하여 실시된다. 더욱이, 이러한 기술은 널리 이용되고 있으며, 특히 배관망에서의 파이프(특히, 925㎏/㎥ 정도 이상의 밀도를 갖는 폴리에틸렌파이프) 사이를 접합시키기 위하여 가스산업에 이용된다.
현재 널리 쓰이는 방법에 의하면, 연결되어야 할 부품인 파이프는 커넥터에 의하여 조립된다.
이러한 부품(슬리브, 분기장치 등)의 형태가 어떠하든간에, 상기 부품은, 파이프의 표면에 대향하게 되는 부품의 표면 근처에 배열되는 코일식 전기전도성 와이어로 통상 구성되고 부품의 두께내에 몰입되어 있는 전기 열저항기를 보통 갖고 있다.
용접작업은, 상호 대향 용접될 부품의 일부분을 배치하고, 주울효과에 의해 저항기를 가열하여 상기 부품의 주위 플라스틱의 연화를 일으켜 용융시키고, 그 결과 용접을 수행하는 전원(정류된 교류전원 같은) 에 코일식 전기 와이어를 연결함으로써 실행된다.
양질의 용접, 즉 기체 유체에 대하여 밀봉된 접합 및 만족스러운 기계적 저항을 얻기 위하여, 가열 시간은, 냉각 후에 부품들 사이에 정확한 용접을 얻을 수 있게 하는 최소의 지속시간과 부품에 열손상을 야기시킬 수 있는 시간보다 짧은 최대의 지속시간 사이여야 한다.
오늘날 직면하는 심각한 문제는, 가열구역의 분배 및 적절한 순간, 예를 들어 양질의 용접을 얻기 위한 조건들이 동시에 나타날 때, 정확하게 가열을 중단하도록 상기 가열을 제어하는 가능성에 관한 것이다.
그러나, 현재에 있어서 이러한 이상적인 순간을 검출하기 위하여 채용되는 수단 및 기술은 어떠한 경우에는 비효율적이다.
본 발명은 무엇보다도 먼저 최상의 가능한 가열상태를 검출하고, 절연층으로 통상 피복되며 가열될 부품을 구성하는 플라스틱 내에 배치되는 단일 와이어로부터 이러한 목적을 위하여 얻어지는 저항기로의 전기공급을 그 순간 차단하는데 이용하는 방법을 제공하며, 이러한 방법은 상기 피복된 저항 와이어가 와이어 가닥이 겹쳐지는 교차점을 가지며, 와이어의 절연피복층을 구성하는 물질의 용융온도는 부품의 플라스틱 용융온도보다 더 높은 최소 온도와 이와 동일한 부품에 대한 열손상 온도보다 더 낮은 최대 온도사이에 있도록 선택되며, 와이어를 피복하는 절연층이 그 용융온도까지 가열될 때까지, 그리고 저항와이어의 교차점의 적어도 일부에서 단락이 일어날 때까지 상기 저항기에 전기가 공급되는 단계, 단락에 이어서 전압 및/ 또는 세기의 변화가 검출되는 단계, 및 저항기에 대한 전류의 공급이 차단되는 단계로 특징지어 진다.
따라서, 열교환 표면이 코일식 와이어가 관계되는 곳보다 더 커질 것이기 때문에, 부품의 더 균일한 가열을 얻을 수 있다. 더욱이, 저항 와이어의 절연층이 용융되지 않는 한, 저항기의 단락 위험은 일어나지 않는다. 또한, 이 절연층의 용융동안에, 최초 단락이 발생함으로써 부품이 열손상 받기 전에 가열을 중단할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 방법에 부연하여, 본발명은 또한 열-용융 플라스틱으로 제조되는 요소에 대한 커넥터에 관한 것으로, 이러한 동일요소의 대응 표면에 연결되기 위한 표면을 가지며, 상기 커넥터는 전기절연물질의 층으로 피복된 단일 와이어로 얻어지고, 연결표면을 둘러싸는 물질을 용융시켜 상기 커텍터 및 요소 사이를 용접시키기 위하여 상기 연결표면 부근에 배열되는 전기 저항기를 포함하고 있으며, 이 커넥터는 피복된 저항와이어가 교차점을 갖고 있으며, 와이어의 절연 피복층을 구성하는 물질의 용융 온도가 부품의 플라스틱의 용융온도보다 높은 최소온도 내지 동일 부품에 대한 열손상의 온도보다 낮은 최대온도 사이에 있는 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 최적 가능온도의 검출 및 상기 언급한 타입의 커넥터의 저항기에 전원 공급을 차단하는데 사용될 수 있는 장치에 관한 것이며, 이 장치는 와이어의 절연피복층의 용융온도까지 와이어를 가열하기 위하여 피복저항 와이어에 전기 에너지를 공급하는 수단, 와이어의 절연 피복층의 용융온도에서 상기 저항 와이어상의 단락을 실질적으로 검출하는 검출수단, 및 상기 검출수단이 상기 단락을 검출 하였을 때 이 저항와이어로의 전기 공급을 차단하기 위한 차단수단을 포함한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부도면을 참조하여 아래에서 더욱 상세히 개시 될 것이다.
먼저 제1도를 참조하면, 1은 전체적으로 도시되는 전기 용접 접합관을 예시하며, 열-용융 플라스틱으로 만들어진 몸체를 구비한 연결 슬리브(2)를 포함하고, 그 중앙 오리피스(4)내에 열-용융 플라스틱으로 만들어지고 슬리브 몸체와 마찬가지로 실질적으로 원형 단면을 갖는 2개의 원통형 파이프(6,8)의 각각의 단부(6a,8a)가 체결된다.
파이프(6,8)는 동일 축상에, 그리고 실질적으로 슬리브 오리피스의 축(2a)상에 배열되어 있으며, 오리피스(4)의 직경(φ)보다 약간 작은 외경을 갖고 있어서, 슬리브 및 파이프는 상호 대향하는 대응표면(4b;6b,8b)을 가지며, 용접중에 그것들에 의해 서로 접합 가능하게 된다.
상호 접합될 슬리브의 몸체 및 파이프를 생산하는데 사용될 수 있는 플라스틱은 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리뷰틸렌, 및 폴리프로필렌 등이다.
파이프를 상호 접합하기 위하여, 슬리브(2)는 2개의 제거 가능한 연결단자(12,14)에 의하여 정류된 교류와 같은 전원(15)에 연결된 전기 열저항기(10)를 가지고 있어서, 부품 서로에 대한 용접을 일으키도록 저항기의 온도를 충분히 올리수 있으며, 그 결과 실질적인 가스-밀봉 접합 및 이 부품들이 사용되기에 적합한 기계적 저항이 얻어진다.
본 발명에 따라서, 저항기(10)는 제4도에서 11a, 11b, 11c로 표시되는 바와 같이, 와이어의 일부가 겹치는 교차점을 가진 단일 전기 전도성 와이어로 형성되어 있다. 양호한 상태에서 최적의 가능한 가열온도를 얻는데 방해가 되는 단락을 방지하기 위하여, 와이어(10)는 전기 절연층(13; 제3도)으로 피복되어 있다. 본 발명에 따라서, 이 피복층(13)은 부품(2)의 용융가능한 몸체( 및 상호 접합하게 되는 파이프)를 구성하는 플라스틱의 용융온도보다 더 높은 최소의 온도와 이러한 동일부품을 열손상시킬 수 있는 온도보다 낮은 최대의 온도 사이의 용융온도를 갖는다. 종래에, 손상온도는 이러한 부품의 실제구조를 형성하는 사슬의 균열 또는 파괴 온도를 나타낸다.
플라스틱 부품에 대한 열손상은 과도한 용융 및 분자사슬의 비가역 파괴 후에 연기의 누출 및/ 또는 부품내의 캐비티 형성에 의하여 확인된다. 용융된 물질이 튀는 현상 및 용접 말기의 누출이 손상된 용접 구역에서 가끔 관찰된다.
부품의 온도가 이 손상온도에 이르기 전에 절연층이 용융되기 때문에, 상기 문제점은 본 발명의 방법을 채택함으로써 방지될 수 있다. 이 절연층이 막 용융되자마자, 저항기의 교차점 중에 적어도 일부가 벗겨진 와이어 가닥사이의 직접적인 접촉의 결과로 단락될 것이다.
부품의 외측에서, 이 와이어는 전류 또는 전압 측정수단(21)에 연결되어 있기 때문에, 제6도(저압의 급등도 도시되어 있음)에 예시되는 바와 같이 전류의 급등을 일으키는 최초 단락을 즉각 검출하는 것이 가능할 것이다.
제6도의 실시예에서, 최초 단락은 약64V의 일정한 전압으로 저항기에 전류의 공급을 시작한 후 100초 내지 120초 사이에서 발생한다. 따라서, 100초와 120초 사이의 이 순간에, 이 변화는 검출될 것이며, 그에 따라 23부분(제1도)에서 회로를 개방시켜 전류의 공급이 차단된다.
절연층의 용융온도에 상응하는 약300℃ 내지 350℃까지 절연층의 전기적 절연성질을 유지하도록 절연층(13)의 종류 및 두께를 선정하여, 부품(본실시예에서는 폴리에틸렌으로 제조되었음)이 열에 의하여 손상되기 전에 어떤 범위를 허용한다.
제1도에서 알 수 있듯이, 저항기(10)는 슬리브 오리피스(4)의 표면(4b)과 바로 인접한 곳에, 경우에 따라 이 표면상에 직접, 배열 또는 몰입되어 있어서, 부품의 가열 구역이 상호 접합될 파이프에 가능한 한 가까이 놓인다.
제1도에서, 저항요소(10)는, 파이프쪽으로 향해 있는 내부면의 부근에서 상호 마주보는 2개의 파이프 단부를 분리시키는 공간(e)과 대향하여 연장되어 있는 얇은 스트립(16)과 같은 보호수단을 부분적으로 구비하고 있다.
이 스트립(16)의 기능은, 가열동안에 용융된 물질이 자유공간(e)으로 흘러들어가 파이프를 적어도 부분적으로 막게 되는 가능성을 방지하기 위하여, 상기 언급된 서로 마주보는 파이프의 단부에 대향하는 냉각영역을 생성시키는 것이다.
그 기능을 수행하도록, 스트립(16)은 저항기의 전체 내부 둘레에 걸쳐서 표면상에 연장될 수 있으며, 예를 들면 금속과 같이 파이프의 주위 플라스틱, 슬리브 및 심지어 저항기의 용융 온도보다 더 높은 용융온도를 갖는 재질로 제조될 것이다.
일반적으로, 이 스트립은 바람직하게 전기 전도성을 가지며, 그 두께는 약0.3㎜내지 0.5㎜사이일 것이다.
제2도는 제1도의 부품에 사용될 수 있는 저항기(10)의 바람직한 제1실시예를 예시한다.
이 실시예에서, 저항기는 기계적 결합력의 확보와 와이어의 겹침 또는 교차점(11a,11b등)의 제공을 위하여, 단일와이어로 짜여진 갑옷부분의 모양과 유사한 외형을 가지며, 대체로 원형단면인 실질직으로 원통형 형상이고, 서로 얽혀있는 연속적인Ω형상 고리를 포함한다.
일예로서, 이러한 망은 0.3㎜내지 0.5㎜두께의 구리와이어로 형성될 수 있으며, 수백 미크론 두께의 폴리에스테르이미드를 기초로 한 절연체로 피복된다. 와이어는 약1Ω내지 10Ω의 전기적 저항을 가지며, 약4 및 80 내지 100㎟사이의 면적(S)의 망사(제4도에 도시)를 형성할 수 있다.
제조되면, 관형 망은 160㎜의 길이(L; 제2도에 도시) 및 65㎜의 직경을 가질 수 있다.
약 2.7Ω의 망 저항으로, 280초 동안 저항기에 32볼트의 일정한 용접전압을 공급함으로써 만족스러운 결과를 얻을 수 있었다.
제조와 관련하여, 단일 와이어로 제조된 상기 망의 사용에 의해, 네트에 부피를 지나서 와이어의 2개 대향 끝(11d,11e;제2 도)을 단순히 연장시킴으로써 슬리브(또는 제7도에서 도시된 분기장치와 같은 어떤 다른 연결부품)의 단자(12,14)에 전기적으로 연결되는 이점을 얻을 수 있으며, 계속하여 상기 대향 끝은 보조적인 도선을 첨가할 필요없이 완전히 종래 방식에 의하여 단자(12,14)에 직접 연결될 수 있다. 그러한 바람직한 실시예는 제1도에 분명히 도시되어 있다.
그러나, 저항기(10)의 다른 실시예도 고려될 수 있다.
더욱이, 제5도는 일련의 만곡부를 가지는 저항기의 예를 예시하며, 필수적인 요소는 와이어 가닥이 겹치는 교차점이 있다는 것이고, 저항기 피복층의 용융온도에서 단락이 일어나는 잠재적 구역을 제공한다.
또한, 제7도는 제1도에서 예시된 슬리브와 다른 커넥터를 예시하지만, 이러한 부품은 2개의 파이프를 교차 연결하기 위하여 가스 기술분야에 사용되는 분기장치로 알려진 형태이기 때문에, 그 자체로서 완전하게 주지되어 있다.
전체적으로 도시된 분기장치(40)는 파이프(44)를 부분적으로 덮을 수 있는 새들(42)의 형태를 부분적으로 취하고 있다.
제1도의 슬리브와 같이, 장치(40)는 제거가능한 연결단자(12,14)를 구비하고 있다.
본 실시예에서, 가열 저항기은 제1도의 저항기와 동일한 방식으로 형성되나, 대체로 반원통형 형태를 갖는다.
슬리브에 있어서와 같이, 26으로 표시되는 저항기는 물질의 연속성이 있는 방식으로 분기장치의 두께내에 바람직하게 몰입되어 있다.
장치(40)와 파이프(44)사이을 용접 하기전에, 저항기는 절단없이 대체로 균일한 표면을 갖는다.
반면에, 제7도에 도시된 바와 같이, 부품의 용접 및 냉각후에, 저항기는 파이프(44)의 오리피스(54)와 동축으로 만들어지고 저항기를 관통하는 오리피스(27)를 가지며, 이를 통하여 오리피스(54)는 분기장치의 섕크(58)의 내부통로(56)와 연이어 통하고, 이 통로(56)를 통하여 제2파이프(도시되지 않음)가 섕크(58)의 자유단 부상에 브랜칭됨으로써 제1파이프(44)가 연결될 다른 파이프와 연이어 통하게 된다.

Claims (8)

  1. 최상의 가능한 가열상태를 검출하고, 전기 절연물질의 층(13)으로 피복되어 있는 단일 와이어(10)로 형성되며 부품을 구성하는 플라스틱내에 배열되어 있는 저항기에 전기적 공급을 차단하기 위한 방법에 있어서, 상기 피복된 저항 와이어는 와이어 가닥이 겹쳐지는 교차점(11a,11b)을 가지며, 와이어의 절연 피복층(13)을 구성하는 물질의 용융온도는 부품의 플라스틱의 용융온도보다 높은 최소온도와 동일 부품에 대한 열손상 온도보다 낮은 최대의 온도 사이에 있도록 선택되며, 와이어를 피복하는 절연층이 그 용융온도까지 가열될 때까지, 그리고 저항 와이어의 교차점의 적어도 일부에서 단락이 일어날 때까지 상기 저항기에 전기자 공급되는 단계, 이 단락에 이어서 전압 및/ 또는 세기의 변화가 검출되는 단계, 및 저항기에 대한 전류의 공급이 차단되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 열-용융 열가소성 플라스틱으로 적어도 일부가 형성된 파이프부품을 연결하기 위한 커넥터에 있어서, 상기 커넥터는 적어도 일부가 열-용융 열가소성 플라스틱으로 형성되고 상기 파이프부품에 상기 커넥터를 용접하기 위하여 상기 케넥터의 열가소성 물질을 가열하기 위한 적어도 하나의 단일 전지저항기(10)를 구비하고 있으며, 상기 전기저항기는 전기적 절연물질의 피복층(13)으로 덮혀 있는 단일 와이어를 포함하며, 상기 절연물질은 상기 파이프부품의 열가소성물질의 용융온도보다 더 높고 상기 파이프 부품에 대해 열손상을 일으키는 온도보다 더 낮은 용융온도를 가지며, 상기 와이어는 상기 와이어가 겹쳐지는 복수의 교차점(11a,11b)을 제공하도록 배치되어 있어서, 상기 와이어가 상기 절연물질의 상기 용융온도 이상으로 가열될 때, 상기 와이어가 상기 교차점의 적어도 일부에서 전기접촉을 일으키는 것을 특징으로 하는 커넥터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 피복된 저항 와이어(10)는 얽혀 있는 일련의 고리로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터.
  4. 제2항에 있어서, 상기 절연물질은 300℃ 내지 350℃ 범위의 용융온도를 가지는 것을 특징으로 하는 커텍터.
  5. 제2항에 있어서, 상기 절연물질이 폴리에스테르이미드인 것을 특징으로 하는 커텍터.
  6. 제2항에 있어서, 상기 와이어는 약 0.3㎜ 내지 0.5㎜의 직경 및 약 1Ω내지 10Ω사이의 저항을 갖는 구리 와이어로 형성되는 것을 특징으로 하는 커넥터.
  7. 제2항에 있어서, 상기 전지저항기가 원통형상의 망을 형성하는 것을 특징으로 하는 커넥터.
  8. 제2항에 있어서, 상기 전기저항기에 전류를 공급하는 수단(15), 상기 전기저항기에서의 단락을 검출하는 수단(21), 및 단락이 일어날 때 상기 전류를 차단하는 차단수단(23)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커넥터.
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