PT96015B

PT96015B - Elemento de ligacao do tipo com uma resistencia electrica aperfeicoada para a uniao mutua de elementos de plastico por termossoldadura

Info

Publication number: PT96015B
Application number: PT96015A
Authority: PT
Inventors: Denis Dufour; Francois Fortin
Original assignee: Gaz De France
Priority date: 1989-11-29
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1998-04-30
Also published as: DK0430762T3; PT96015A; US5141580A; FR2654978B1; DE69029647D1; ES2095244T3; DZ1461A1; GR3022237T3; DE69029647T2; FR2654978A1; EP0430762A3; EP0430762A2; ATE147322T1; CA2031032C; KR910009419A; EP0430762B1; CN1034483C; KR0178381B1; JPH03213327A; JP2961443B2

Description

DESCRIÇÃO

A presente invenção refere-se a união de componentes constituídos pelo menos em parte por material termofussível.

Actualmente tais uniões sao feitas essencialmente por termossoldadura. Além disso, esta técnica é largamente usada, especialmente na industria do gés, para realizar uniões de tubos nas redes de distribuição (em particular tubos de polietileno com uma densidade superior a cerca de 925 Kg/m³).

De acordo com um processo que está hoje muito difundido, os componentes a ligar, usualmente tubos, sao unidos por meio de um componente de ligaçao.

Qualquer que seja o tipo deste componente (manga, tomada de derivaçao), convencionalmente terá, embebida na sua espessura, uma resistência elêctrica de aquecimento, constituída geralmente por um fio condutor eléctrico enrolado em helice, disposto na vizinhança da superficie do componente que deve colocar-se em frente da superfície do

tubo ou tubos.

A operaçao de soldadura e realizada colocando as partes dos componentes a soldar uma em frente da outra e ligando o fio eléctrico enrolado em hélice a uma fonte de energia eléctrica (por exemplo uma fonte de corrente alternada rectificada) que, por efeito de Jouíe, aquecera a resistência e provocara o amolecimento do material plástico circundante dos componentes para provocar a sua fusão, efectuando-se assim a soldadura.

A fim de esta soldadura ser de boa qualidade, isto é, para obter uma junção vedada contra os fluidos gasosos e uma resistência mecânica satisfatória, o tempo de aquecimento tem de estar entre uma duraçao mínima que torne possível obter uma soldadura correcta entre os componentes depois do arrefecimento, e uma duraçao inferior a que pode provocar danos nos componentes.

Um problema sério que se encontra actualmente refere-se ã distribuição da zona de aquecimento e a possibilidade de controlar este aquecimento de modo a interrompê-lo precisamente no momento oportuno, por exemplo quando as condiçoes para uma boa soldadura se apresentarem simultaneamente.

Porem, os meios e as técnicas usados actualmente para detectar este instante ideal mostram-se em muitos casos ineficazes.

Por conseguinte, a presente invenção proporciona, em primeiro lugar, um processo destinado a detectar a melhor condição possível de aquecimento e para depois interromper o fornecimento de corrente electrica a resistência, obtida para este fim a partir de um arame único coberto com uma camada de material isolante e disposto no interior de um material plástico que constitui o componente a aquecer, sendo este processo caracterizado por:

- tendo o referido arame de resistência revestido pontos nos quais os cordoes do arame se intersec2 •M-enearsjeCTUO

tam, escolhe-se a temperatura de fusão do material que constitui a sua camada de revestimento isolante de modo que esteja situada entre uma temperatura mínima mais elevada do que a temperatura de fusão do plástico do componente e uma temperatura máxima inferior à temperatura de degradaçao térmica desse mesmo componente;

- alimenta-se a referida resistência com corrente eléctrica, até que o revestimento da camada isolante seja aquecido até à sua temperatura de fusão e ate que se produzam curtocircuitos em pelo menos alguns dos pontos de intersecção do fio da resistência,

- faz-se a detecção das variações de tensão e/ou de intensidade resultantes destes curtocircuitos, e

- interrompe-se então o fornecimento de corrente á resistência.

Poderá assim obter-se um aquecimento mais uniforme dos componentes, visto que a superfície de permuta de calor será maior que quando se trata de um fio enrolado em helice. Alem disso, enquanto o fio de resistência nao tiver o seu revestimento isolante fundido, evita-se qualquer risco de curtocircuito da resistência. Também durante a fusão desta camada se aproveita a ocorrência dos primeiros curtocircuitos aquecimento para interromper o antes de os componentes de danificarem termicamente.

Alem de a este processo, a presente invenção também se refere a um componente de ligaçao para elementos feitos de plástico termofusíveis e tendo uma superfície para o ligar a uma superfície correspondente destes mesmos elementos, compreendendo o referido componente uma resistência electrica obtida a partir de um fio único revestido com uma camada de material isolante electricamente e disposto na vizinhança da referida superfície de ligação, para efectuar a fusão do material que a envolve e para induzir a soldadura entre o referido componente e os elementos, sendo este componente caracterizado por o fio de resistência revestido ter

pontos de intersecçao, e por a temperatura de fusão do material que constitui a sua camada de revestimento isolante ser tal que se situa entre uma temperatura mínima mais elevada que a temperatura de fusão do plástico do componente e uma temperatura maxima mais baixa do que a temperatura de degradaçao térmica desse mesmo componente.

Além disso, a presente invenção também se refere a um dispositivo que pode ser usado para detectar o melhor aquecimento possível e para interromper o fornecimento de energia eléctrica à resistência de um componente do tipo atrás referido, compreendendo este dispositivo meios para fornecer energia eléctrica ao fio de resistência revestido para aquecer este último atê â temperatura de fusão da sua camada de revestimento isolante, meios de detecção para detectar curtocircuitos na referida resistência subtancialmente a temperatura de fusão da camada de revestimento isolante e interromper o fornecimento de corrente eléctrica a este fio de resistência quando os referidos meios de detecção tiverem detectado esses curtocircuitos.

Outras explicações, características e vantagens da presente invenção surgirão da descrição seguinte feita com referência aos desenhos anexos, dados apenas a título de exemplo nao limitativo e cujas figuras representam:

A fig. 1, uma vista geral, em corte central, de um sistema de ligaçao que utiliza uma manga para ligar dois tubos topo-a-topo, estando esta manga equipada com uma rede de malhas condutora que forma uma resistência de aquecimento segundo a presente invenção;

A fig. 2, uma vista em prespectiva da rede condutora que, neste exemplo particular, toma a forma de uma meia tricotada ou de uma espécie de casaco de malha, com a forma de um cilindro para ser usado em ligação com o sistema da fig. 1;

A fig. 3, o pormenor identificado por (III) na fig. 2, numa vista ampliada em corte longitudinal;

A fig. 4, analogamente numa vista ampliada, o pormenor identificado por (IV) na fig. 2;

A fig. 5, uma vista esquemática de outra formaçao possivel do arame de resistência da fig. 1;

A fig. 6, a curva da corrente na resistência do componente da fig. 1, em função do tempo; e

A fig. 7, uma ilustração em corte transversal central de um outro sistema de ligaçao que, neste exemplo particular, utiliza uma tomada de derivaçao para uma ligaçao transversal a um tubo.

Fazendo em primeiro lugar referência a fig. 1, ela ilustra uma união termossoldável, designada globalmente por (1), e compreendendo uma manga de união (2), equipada com um corpo feito de um material plástico termofusível, em cujo orifício central (4) se encaixam as extremidades respectivas (6a) e (8a) de dois tubos cilíndricos (6) e (8) de secção substanciaimente circular, tal como o corpo da manga feitos de plástico termofusível.

Os tubos (6) e (8) estão dispotos coaxialmente e substanciaimente no eixo (2a) do orifício da manga e têm um diâmetro exterior ligeiramente menor do que o diâmetro 0 do orifício (4) , de modo que a manga e os tubos têm superficies correspondente opostas mutuamente (4b), (6b), (8b), por meio das quais serã possível uni-los uns aos outros durante a soldadura.

Os plásticos que podem ser usados para produzir o corpo da manga e os tubos a unir entre si podem ser em particular de polietileno, poliamida, polibutileno e polipropileno.

Para unir os tubos entre si, a manga (2) tem uma resistência eléctrica de aquecimento (10) ligada por dois terminais de ligaçao amovíveis (12) e (14) a uma fonte de energia electrica (15), tal como uma fonte de corrente alternada rectificada, capaz de assegurar uma elevação de

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temperatura suficiente da resistência para induzir a soldadura dos componentes entre si, verificando-se isso com uma junção substancialmente estanque aos gases e com uma resistência mecânica compatível com a utilização destes componentes.

De acordo com a presente invenção a resistência (10) é formada a partir de um fio condutor único, com pontos de intersecção, designados por (11a), (11b) e (11c) na fig. 4, onde se sobrepoem partes deste fio. Para impedir curtocircuitos prejudiciais para obter a melhor temperatura de aquecimento possível em boas condiçoes, o fio (10) é coberto com uma camada isolante eléctrica (13) (fig. 3). De acordo com a presente invenção, esta camada (13) tem uma temperatura de fusão entre uma temperatura mínima mais elevada do que a temperatura de fusão do plástico que constitui o corpo fusível do componente (2) (e dos tubos a unir entre si) e uma temperatura máxima inferior à temperatura de degradaçao térmica desses componentes. Convencionalmente, temperatura de degradaçao designará a temperatura do fussao ou rotura das cadeias que formam a verdadeira estrutura desses componentes.

A degradaçao térmica dos componentes plásticos manifesta-se pelo desprendimento de fumos e/ou pela formaçao de cavidades nos componentes depois da fusão excessiva e depois da rotura irreversível das cadeias moleculares. Salpicos de material fundido e mesmo derrames no fim da soldadura sao também observados por vezes no local das zonas de soldadura danificadas.

Tais problemas serão evitados adoptan do o processo segundo a presente invenção, visto que a camada isolante funde antes de se atingir a temperatura de degradaçao. Logo que esta camada está para fundir, pelo menos em alguns dos pontos de intersecção da resistência haverá curtocircuitos em consequência do contacto directo entre cordoes do fio, que sao então barras desnudadas.

Fora do componente, visto que este arame está ligado a meios de medição de corrente ou de tensão (21), sera possível imediatamente detectar estes primeiros a

curtocircuitos, de que resultam saltos de corrente, como se fig, 6 (podem também observar-se saltos de tensão).

No exemplo desta fig. 6, os primeiros curtocircuitos ocorrem entre 100 e 120 e depois do inicio do fornecimento de corrente à resistência com uma tensão constante de cerca de 64 V. Portanto, nesta altura, entre 100 e 120 s, estas variações serão detectadas e o corte da corrente é por conseguinte comandado, abrindo-se o circuito em (23) (fig. 1). Pareceria apropriado, na prática, escolher o tipo e a espessura do revestimento isolante (13) de modo que mantivesse as suas propriedades de isolamento térmico ate cerca de 300 a 350°C, o que corresponderia à sua temperatura de fusão, deixando assim uma certa latitude antes de os componentes (feitos de polietileno neste caso particular) correrem o risco de se degradar termicamente.

Como pode ver-se em particular a partir da fig. 1, a resistência (10) assim formada sera disposta ou embebida na vizinhança imediata da superfície (4b) do orifício (4) da manga, mesmo directamente nesta superfície, de modo que a zona de aquecimento dos componentes fica localizada o mais próxima possível dos tubos a unir entre si.

Na fig. 1, ver-se-á também que o elemento resistivo (10) está dotado localmente, na vizinhança da sua face interior voltada para os tubos, com meios de protecçao, tais como uma fina tira (16) que se estende em oposição ao espaço (e) que separa uma da outra as extremidades opostas dos dois tubos.

A função desta tira (16) é gerar uma zona fria oposta ás extremidades dos tubos enfrentadas para, durante o aquecimento, impedir a possibilidade de o material fundido fluir para o interior do espaço livre (e), com risco de obstrução dos tubos, pelo menos parcialmente.

Para que realize esta função, a tira (16) pode portanto estender-se na superfície por toda

a periferia da resistência e será produzida com um material, por exemplo metal, com uma temperatura de fusão mais elevada

do	que a do plástico	circundante dos tubos, da manga e mesmo
da	resistência.	Em termos gerais, esta tira será
de preferência condutora da electricidade e a sua espessura estará entre aproximidamente 0,3 e 0,5 mm. A fig. 2 ilustra uma primeira forma
de	realizaçao de uma	resistência (10) que pode ser usada no

componente da fig. 1.

Neste exemplo particular, esta resistência tem uma aparência comparável à de uma porção de um casaco de malha, com um arame urdido unico, com uma forma genericamente cilindrica, com uma secção transversal de forma substancialmente circular e compreendendo uma sucessão de aneis em forma de omega (A) entrelaçados uns com os outros, quer para assegurar uma coesão mecânica, quer para proporcionar a sobreposição ou pontos de intercepçao (11a), (11b), ... do fio.

Por exemplo, uma tal rede pode ser feita de arame de cobre com um diâmetro da ordem de 0,3 a 0,5 mm, coberto com um isolante a base de poliesterimida com uma espessura da ordem de algumas centenas de micrómetros. 0 fio pode ser entrelaçado para formar malhas (ver em especial a fig. 5) com uma área (S) entre 4 e 80 a 100 mm⁴, aproximadamente, com uma resistência eléctrica entre 1 e 10 ohms.

Uma vez produzida, a rede tubular pode ter um diâmetro da ordem de 65 mm para um comprimento L (fig. 2) da ordem de 160 mm.

Com uma resistência liquida de cerca de 2,7 ohms, foi possível obter resultados satisfatórios fornecendo a resistência uma tensão de soldadura constante de 32 V, aplicada durante 280 s.

No que respeita a produção, ver* -z se-a que a utilização de uma rede feita de um só fio tem a vantagem de permitir que esta rede seja ligada electricamente

aos terminais (12) e (14) da manga (ou de qualquer outro componente de ligação, tal como uma tomada de derivação (fig. 7), como resultado de uma simples extensão das duas extremidades opostas (lld) e (lie) (fig. 2) do fio para além do volume da rede, sendo estas extremidades depois susceptíveis de ser ligadas directamente aos terminais (12) e (14) de uma maneira completamente convencional, sem a necessidade de adicionar condutores suplementares. Uma tal forma de realizaçao, dada como exemplo, está representada claramente na fig. 1.

Poderiam no entanto considerar-se outras formas de realizaçao da resistência (10).

Além disso, a fig. 5 ilustra um exemplo no qual a resistência tem uma serie de meandros, sendo o factor essencial que há pontos de intersecçao onde os cordoes do fio se sobrepoem, proporcionando zonas potenciais de curtocircuitos a temperatura de fusão da camada de revestimento da resistência.

Alêm disso, a fig. 7 ilustra um componente de ligaçao diferente da manga ilustrada na fig. 1, mas perfeitamente conhecido em si, visto que este componente e do tipo conhecido pela designação de tomada de derivação, usada na tecnologia do gás para a ligaçao transversal de dois tubos.

Esta tomada de derivaçao, designada globalmente por (40), toma a forma local de uma sela (42) susceptível de cobrir localmente um tubo (44).

Como a manga da fig. 1, a tomada (40) estã equipada com terminais de ligação amovíveis (12) e (14).

Neste exemplo particular, a resistência de aquecimento usada é formada da mesma maneira que na fig. 1, mas com uma forma substancialmente semicilíndrica.

Tal como com a manga, a resistência, designada aqui por (26), é vantajosamente embebida na espessura da tomada de derivaçao, de modo tal que ha continuidade de n

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material.

Antes da soldadura entre a tomada (40) e o tubo (44), a resistência tinha uma superfície substancialmente uniforme, sem qualquer corte.

Pelo contrário, como pode ver-se na fig. 7, depois da soldadura e do arrefecimento dos componentes, esta mesma resistência era atravessada por um orifício (27) coaxial com o orifício (54) do tubo (44), através do qual este ultimo comunica com a passagem interior (56) do fuste (58) da tomada de derivaçao e, através deste canal (56), com o outro tubo, ao qual o primeiro (44) deve ser ligado pela derivaçao de um segundo tubo (nao representado na extremidade livre do fuste (58).

Claims

REIVINDICAÇÕES

- I^a Processo para detectar a condição de aquecimento melhor possível e para interromper o fornecimento de corrente eléctrica a uma resistência, obtida a partir de um arame único (10) revestido com uma camada (13) de material isolante da electricidade e disposto no interior de um plástico que constitui um componentes, caracterizado por:

tendo o referido arame de resistência revestido pontos de intersecçao (11a,11b), nos quais se sobrepoem troços de arame se escolher a temperatura de fusão do material que constitui a sua camada isolante (13) de modo que ela esteja entre uma temperatura mínima mais elevada do que a temperatura de fusão do plástico do componente e uma temperatura máxima mais baixa do que a temperatura de danificação térmica deste mesmo componente τ n gswi

- se alimentar a referida resistência elêctrica com corrente elêctrica até o revestimento da camada isolante ser aquecido até à sua temperatura de fusão e até se provocarem curtocircuitos em pelo menos alguns dos pontos de intersecçao do arame de resistência,

- se detectarem, em tensão e/ou em intensidade, estes curtocircuitos, e se interromper então o fornecimento de corrente à resistência.

- 2^ã Componente de ligaçao para elementos feitos de plástico termofusível do tipo que consiste em, pelo menos parcialmente, material termofusivel compativel com o plástico dos referidos elementos e tendo uma superfície (4b) para o ligar a uma superfície correspondente (6b,8b) destes mesmos elementos (6,8), compreendendo os referidos elementos (2,40) uma resistência elêctrica (10), obtida a partir dum arame único revestido com uma camada (13) de material isolante eléctrico, e disposto na vizinhança da referida superfície de ligaçao, para efectuar a fusão do material que envolve o mesmo e para induzir a soldadura entre o referido componente e os elementos, caracterizado por o arame de resistência revestido (10) ter pontos de intersecçao (11a,11b) onde se sobrepõem troços do arame e por a temperatura de fusão do material que constitui a sua camada de revestimento isolante (136 ser tal que está entre uma temperatura mínima mais elevada do que a temperatura de fusão do plástico do componente e uma temperatura maxima mais baixa do que a temepratura da danificaçao térmica deste mesmo componente.

- 3- Componente de ligaçao de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o arame de resistência revestido (10) tomar a forma de um revestimento de malha que empreende uma série de argolas entrelançadas umas nas outras.

Componente de ligaçao de acordo com a reivindicação 2 ou a reivindicação 3, caracterizado por a referida camada (13) de material isolante eléctrico preservar as suas propriedades de isolamento electrico ate aproximadamente 300 a 350°C.

- 4^a - 5^a Componente de ligaçao de acordo com qualquer das reivindicações 2 a 4 do tipo que tem dois terminais de ligaçao eléctrica (12,14) caracterizado por, na espessura do componente (2), a ligaçao electrica de uma parte nua do arame condutor revestido (10) aos referidos terminais (12,14) se fazer por meio de dois troços (lld,lle) deste arame situados em extremidades opostas.

-6^aComponente de ligaçao de acordo com qualquer das reivindicações 3 a 5, caracterizado por o referido revestimento de malha ser formado por arame de cobre com o diâmetro de cerca de 0,3 a 0,5 mm e com uma resistência de cerca de 1 a 10 ohms e revestido com uma camada isolante eléctrica à base de poliesterimida.

- 7^a Componente de ligaçao de acordo com qualquer das reivindicações 3 a 6, caracterizada por a área (S'S) das malhas da rede condutora estar compreendida 9 entre cerca de 4 e 80 a 100 mm .

- 8^a Dispositivo para a detecção da melhor condição possível de aquecimento e para a interrupção do fornecimento de energia eléctrica a uma resistência (10) obtida a partir de um arame único revestido com uma camada (13) de material isolante eléctrico e disposto no interior de um plástico que constitui um componente (2,40), caracterizado por o arame de resistência revestido (10) ter pontos de intersecçao (11a,11b,...) e por a temperatura de fusão do material que constitui a sua camada de revestimento isolante (13) estar compreendida entre uma temperatura mínima mais elevada do que a temperatura de fusão do plástico do referido componente (2,40) e a uma temperatura maxima mais baixa do que a temperatura da danificaçao térmica deste componente, compreendendo o referido dispositivo além disso, meios (15) para fornecer energia electrica ao arame de resistência revestido, para aquecer este ultimo, até ã temperatura de fusão da sua camada de revestimento isolante (13), meios de detecção (21) para detectar curtocircuitos no referido arame de resistência substancialmente à temperatura de fusão da sua camada de revestimento isolante e meios de interrupção (23) para interromper o fornecimento de energia eléctrica a este arame de resistência quando os referidos meios de detecção (21) tiverem detectado tais curtocircuitos.

A requerente reivindica a prioridade do pedido francês apresentado em 29 de Novembro de 1989, sob o n«. 89 15707.

Lisboa , 28 de Novembro de 1990