专利名称:热塑连接件的电热熔接方法与设备的制作方法
本发明介绍一种利用电加热来把配置有电阻加热元件的热塑连接件熔接到其他塑料另件(诸如塑料管接头等)上去的方法与设备。
由热塑材料形成的、可用电热熔接的连接件一般包括一种邻接于连接件内表面的电阻加热线圈或元件，这种连接件是准备熔接到一个或一个以上的其他的热塑另件(例如塑料管段)上去的。这种电阻加热元件一般是一种配置在连接件的热塑材料中的电阻丝线圈，并被连接到附装在连接件的一个外表面的各电触点上去。这种可用电热熔接的连接件的实例在美国4，147，926号及4，349，219号专利中描述过。
在把连接件熔接到邻接的塑料另件的过程中，电源被通过(例如)电缆而接到电触点，于是电能就可供到连接件的电阻加热元件上去。该加热元件就对连接件和邻接的热塑另件进行加热到可使热塑材料熔化的温度，从而它们可熔接在一起。
形成的熔接质量主要取决于加到连接件加热元件上的适当电能量(guantity of electric power)。如果电能供得太少，则产生热量太少而形成熔接强度太低。如果电能供得太多，则连接件和与之熔接的塑料另件就会过热而变形，从而熔接效果不佳。其他影响熔接质量的各种因素包括加热元件的各种异常情况，例如短路、装配调整不好和熔接的表面接触不良等。
为了向可用电热熔接的热塑连接件提供电能，已经采用了各种类型的控制和电源发生设备。最初，这种设备是由操作人员手动控制的，而在熔接时把电能供到连接件的加热元件上去的量是靠视觉观察来确定的。新近，控制设备已有改进，从而操作人员可对设备进行手动程序控制以便根据连接件的具体尺寸来向连接件的加热元件提供预定的电能量。最近还在可用电热熔接的连接件中配置了加热线圈和各别的电阻。这些电阻的阻值是根据连接件的大小及其所需电能而选定的。电能的控制设备连同这种相配的连接件就可用来检测各种电阻值并可自动地据此向加热线圈供给预定量的电能。这种连接件和控制设备的各种实例在美国4，486，650号专利中描述过。
虽然这些连接件包括各别的电阻和自动地以预定的电能量向连接件的加热线圈供给电能的控制设备一般已可取得相当好的结果，但是还有值得注意的改进余地。
按照本发明的一个方面，提供了一种方法，这种方法可利用电加热来对配置有电阻加热元件的热塑连接件进行熔接，从而在熔接过程期间向加热元件供给一种经过调整的电能量(regulated quantity of electric power)，而保证达到高质量熔接。上述方法包括以下步骤
a)将上述连接件连接到一个被控电源(controlled electric power source)，从而上述连接件的上述电阻加热元件就被供有受控电能(controlled electric power);
b)检测流过上述连接件的上述电阻加热元件的电流初始值，并将这个初始值与对各种尺寸的连接件预定的电流电平进行比较，从而确定上述所要熔接的连接件的尺寸以及应向上述连接件的上述电阻加热元件供给受控电能的总时间，以便保证达到高质量的熔接。
c)在上述受控电能被供到那里期间，连续检测上述连接件的上述电阻加热元件的一个或一个以上的电性能。并将各预定时间间隔内的这种性能与对在步骤(b)中确定的连接件尺寸所预定的电流电平进行比较，从而确定在该时间间隔内正在进行的熔接过程是否失常;以及
d)当在步骤(c)中上述正在进行的熔接过程被确定为失常时，或相反当根据步骤(b)中所确定为达到高质量熔接所需的总时间结束时，就停止向上述连接件的上述电阻加热元件供电。
按照本发明的另一方面，提供了一种设备，这种设备可利用电加热对一种配置着被接到一对附装在上述连接件上的一对电触点的电阻加热元件的热塑连接件进行熔接，从而在熔接过程中向加热元件提供一种经过调整的电能量，并保证达到高质量熔接，上述设备包括有第一电能发生装置，用以产生受控电能;电流传感器装置，用以检测电气接通到那里的上述电能发生装置流来的电流值;连接到上述电能发生装置的电缆，并适合于活络地连接到上述连接件的上述电触点，用以把电能传导到上述连接件的上述电阻加热元件;电气连接在上述电能发生装置和上述电缆之间的开关转换装置;以及一台可通过操作连接到上述电流传感器装置和上述开关转换装置的计算机，用以接收流过上述连接件的上述电阻加热元件的电流，并将其与相应于各种尺寸的连接件所预定的电流电平进行比较，从而确定准备熔接的连接件的尺寸和为达到高质熔接而应当向上述连接件的上述加热元件供给恒压电源的总时间，并用以在预定时间间隔将这种数值与各相当于所要熔接的连接件的尺寸的预定电流电平进行比较，从而确定在此时间间隔内正在进行上述熔接过程是否失常，并在上述熔接过程被确定为失常时或相反被确定为达到高质量熔接的总时间结束时，用以操作上述转换开关以终止向上述连接件的上述加热元件供电。
利用这样的方法与设备，热塑连接件就不需要各别电阻或其他指示所需电能的器件了。根据本发明，每个连接件的全部熔接过程都受到比较式监控，以保证连接件和本工艺过程的其他方面都没缺陷，并向连接件提供合适的电能量。
本发明的方法与设备能自动确定和精确地控制所要供给加热元件的电能量，并能在熔接过程中预先确定连接件的质量以及在这种连接件损坏时就停止向该连接件供电。
它也可考虑到连接件的初始温度，并可在熔接过程期间，使加热元件的温度可随着所流过那里的电流而被比较地监控，以保证高质量熔接。
为了使本发明更加易于明了，仅通过实例同时参考附图进行以下说明，图中
图1是可用电热熔接的热塑套的一个侧视图，该套有一对已被插入其中的管段的末端，在关系上示意地示出了本发明的一种实例方案的电源与控制设备;
图2是图1中的连接件、塑料管段和电源及控制设备部分的放大截面图;
图3是沿图2的3-3线而取的部分顶视图;
图4是图1中的电源与控制设备的一个连接器的放大视图;
图5是沿图4的5-5线而取的底视图;
图6是表示各不同连接件的电流-时间关系曲线图;
图7是本发明的电源和控制设备电路原理示意图，它被连接到一个具有一个配置有一个电阻加热元件的热塑连接件。
现在参考图1和图2，图中示出一个用电热可熔接的热塑套10，有一对热塑管段12和14的末端被插入其中。热塑套10被示出有一对热塑管段12和14的末端被插入其中。热塑套10包括一对附装到那里的电触点连接器16和18，用以承受被对应地连接到电缆24和26的末端的、可移动的、互补的电连接器20和22。电缆24和26被连接到一个电源和控制设备，该设备将在下面详述。
正如图2最好地示出那样，热塑连接件10，一个电阻加热元件28(包括其内表面32的邻接部分)，最好是在形成热塑套10的热塑材料内配置的一种电阻加热丝绕成的线圈。加热丝28的两端被连接到连接器16和18的电插脚34和36。
连接器20和22对应地包括有电插座38和40，该插座是用来与连接器16和18的电插脚34和36相啮合的，而这些插座被对应地接到从电缆24和26延伸出的导线39和40。连接器22也能有一个温度传感器件42，例如热敏电阻，RTD，或处于与被连接到(也从电缆26延出的)多芯线43的插座接头40成热传导关系的热电偶。当电插座接头40与电插脚36啮合时，器件42检测电插脚36的温度，为的是要检测代表整个热塑套10外表面的初始温度。
如图2和3所示，连接件10的连接器16已在其内面的四周可选择地铸塑上一条或一条以上(最好是1～9条)纵向标脊(code ridge)31，这些标脊中的一条或一条以上也可加大，因此可对互补接触器20起定位作用。连接件10的每种尺寸大小能包括一个有特定数量和(或)排列标脊31的连接器16以表明具体的大小尺寸。例如，在图3所示的排列(5条标脊)可表明一个5英寸(12.7厘米)大小连接件。如图2、4和5所示，互补连接器20也可有选择地包括9条与连接器16的标脊31互补的纵向凹槽33。连接器20也包括一个标脊检测器件，例如微型开关37被配置在各凹槽33中以检测其内的标脊现状。微型开关37电气连接到从电缆24上伸出的多芯导线27的导线35上。
现参看图7，本发明的电源与控制设备30被大略地示为通过电缆24和26以及连接器16、18、20和22连接到热塑套10的加热元件28上。设备30包括有一个由导线39和41接到连接器20和22的电插座38和40的被控电压源45。通过导线53和55对应地把一个低压电源47接到导线39和41。
一个用以检测从电源45流到加热元件28的电流的电流传感器46，通过一根导线59电气连接到电源45，该导线59上带有其输出信号，通过导线48接到电子计算机50。一个用以在最低电源电压被加到那里时检测加热元件28的电阻的电阻传感器57，通过导线61而被接通到电源47，导线61上带有其输出信号，通过导线63接到计算机50。前面说明过的温度传感器件42通过连到那里的导线43和电缆26延伸到计算机50，而连接器20的微型开关37都通过多芯导线27接到计算机50。
在加热元件28与可由计算机操作通过导线54而接通的电源45之间的电路中提供有开关转换器件52，例如TRIAC或SCR。在将电源47连接到导线39和41的电路中备有同样的开关转换器件65，通过导线67连接到计算机50。计算机包括一个通过操作可连接到那里的读出模件51，用以可见地指示出设备30的各种操作方式，例如由于一个损坏的连接件所引起的停止运转等。并且，通过导线70，计算机50被连接到通信接口69，再被依次连接到一个调制解调器72，第二个计算机74和一个打印机76。
在操作中，连接器20和22是首先被连接到连接器16和18的，当设备30被接通电源时，计算机50首先闭合开关转换器件65，从而通过导线39、41、53以及55接通低压电源47与连接件10的加热元件28之间的电路。加到加热元件28的低压电源是处在一个最低电平-足以使电阻传感器57测量出加热元件28的电阻而不致显著地加热该元件。这样测出的电阻值通过导线63传递到计算机50，于是计算机50就打开开关转换器件65。
计算机50可确定对应于测得电阻值的加热元件28的初始温度，而连接件10的初始外表面温度由计算机50利用温度传感器件42和接到那里的导线43而检测。并且，计算机50可选择地利用连接器16中的标脊、连接器20的微型开关37的相应动作以及被连到那里的导线27检测连接件10的大小尺寸。
接着计算机50就闭合开关转换器件52，从而通过导线39和41接通被控电压电源45和加热元件28之间的电路。计算机50利用电流传感器46和导线48检测流过加热元件28的初始电流值。由计算机50，将加热线圈28的初始温度和流过那里的初始电流值同不同温度下，各种大小尺寸的连接件在计算机存储器内的预定的电流电平进行比较，以便确定所要熔接的连接件的大小尺寸。这种大小尺寸能可选择地与被微型开关37表明的连接件的大小尺寸进行比较，如果是相同的话，则被控电压电源继续对加热元件28供给电能，并且这种为了保证达到高质量熔接而应当供给元件28电能的总时间可确定如下。
参看图6，图中示出当在对两种不同大小尺寸的连接件利用被控电能达到高质量熔接期间的电流-时间的关系曲线。上边的曲线60代表对2英寸热塑套的熔接过程，下边的曲线62代表对1英寸(2.54厘米)热塑套的熔接过程。如图所示，对于不同大小尺寸的热塑套来说，其电流电平是不同的;并且，当利用合适的受控电能量而形成高质量熔接时，每一种尺寸与类型的可用电热熔接的连接件具有该连接件的电流-时间特性曲线关系。
计算机50在其存储器中包括这种对于种种电热可熔接的连接件不同初始温度下的电流-时间关系的信息，从而计算机50就能进行所述的比较，并从流过加热元件的电流的初始值识别其所要熔接的连接件的尺寸大小。在识别连接件时，计算机确定受控电能应向加热元件供给能量的总时间，以达到高质量熔接。例如，参考图6，如果流过某一连接件的加热元件的电流初始值被规定为64，则计算机将确定该连接件就是由曲线60代表的2英寸(5厘米)的热塑套。然后该计算机也将从曲线60确定为达到高质量熔接受控电能应向加热元件供给电能的总时间，该总时间就是由66所规定的时间。
计算机50在受控电能被加到那里的这段时间内连续检测流过所要熔接的连接件的加热元件的电流值，并以预定时间间隔将这数值与为所要熔接的连接件的尺寸大小所预定的电流电平进行比较，例如图6的2英寸(5厘米)热塑套，该计算机就会将实际的电流电平以频繁的预定时间间隔与曲线60的电流电平进行比较。只要所检测的电流电平大体上与存储器中的某个所要熔接的连接件尺寸相应的电流电平相同，该计算机就使熔接过程继续进行到总的所需时间。如果所检测的电流电平偏离存储器中的电流电平，正如图6中虚线68所示的例子那样，则计算机50就确定该正在进行的熔接过程为失常而通过切断电源来停止熔接过程，所以设备30的操作者就被通过读出器51而告知停止运转及其理由。
因此，通过本发明的方法，为了保证达到高质量的熔接，一个或一个以上的电性能，例如所要熔接的连接件的加热元件的电阻、电流量等，就可被不断地检测或确定。如果这样的电性能由于短路、连接件调正不良、表面接触不良等而失常时则熔接过程就被停止。
上述由计算机50所检测的连接件10的外表面初始温度和连接件10的加热元件的初始温度，能通过计算机50用来计算对于构成所要熔接的连接件与同它接触的管段最佳数量的热塑材料要熔化所需的总时间，以及必要时调整前面确定的总时间。
只要熔接过程正常进行，就可继续进行到所需时间结束，于是计算机50就可通过操作开关转换器件52，停止从电源47向所要熔接的连接件10的加热元件28供电。在从电源47停止供电之际，计算机50能像上述测量加热元件28的初始温度一样地再次测量加热元件28的电阻并确定其最终的温度。
为了有利于达到高质量熔接，设备30的被控电压源45可向所要熔接的连接件的加热元件提供交流电流。该交流电流的频率最好被调整到能使所要熔接的连接件由于流过该连接件的加热元件的交流电流产生的磁场而振动。这种振动有利于促进软化了的连接件与其他所要熔接到那里的塑料另件的热塑材料的熔合。
为了集中由交流电流所产生的磁场并对由此产生的振动进行放大，可将金属导电材料附加到、或包含在可熔接的热塑连接件内。例如，如图2所示，可将铁粉29悬浮在热塑材料中以形成连接件10。
在上述熔接过程完成时或完成期间，计算机50在其存储器中记录了在熔接过程中所检测和确定的各种温度、电流值以及其他变量。例如，计算机50能记录连接件外表面的初始温度、连接件的加热元件的初始温度、连接件的大小尺寸、应当向连接件供给恒压电能的确定时间、在向连接件的加热元件供给恒压电能期间的电流值、加热元件的最终温度以及向加热元件供给恒压电能的总时间。这样的记录信息能通过连接到那里的通信接口69和调制解调器72传递到远方的第二计算机74。这些信息可由连接到计算机74的打印机76打印出来或以件任何其他方式所利用。如果由于熔接过程失常而停止电能的供应，则该失常的性质就可从记下的信息中得知。
权利要求
1、一种用电热熔接热塑连接件(10)的方法，该热塑连接件具有配置其内的电阻加热元件(28)从而在熔接过程期间向加热元件供给一种经过程调整的电能量，而保证达到高质量熔接，上述方法的特征在于以下步骤a)将上述连接件(10)连接到一个被控电源(45)，从而上述连接件的上述电阻加热元件(28)就被供有受控电能。
b)检测流过上述连接件的上述电阻加热元件(28)的电流初始值，并将这个初始值与对各种尺寸的连接件预定的电流电平进行比较，从而确定上述所要熔接的连接件的尺寸以及应向上述连接件的上述电阻加热元件(28)供给受控电能的总时间，以便保证达到高质量熔接；
c)在上述受控电能被供到那里期间，连续检测上述连接件的上述电阻加热元件(28)的一个或一个以上的电性能，并将各预定时间间隔内的这种性能与对在步骤(b)中确定的连接件尺寸所预定的电流电平进行比较，从而确定在该时间间隔内正在进行的熔接的过程是否失常；以及
d)当在步骤(c)中上述正在进行的熔接过程被确定为失常时，或相反当根据步骤(b)中所确定为达到高质量熔接所需的总时间结束时，就停止向上述连接件的上述电阻加热元件供电。
2、按照权利要求
1规定的方法，其特征在于，它还包括以下步骤检测上述连接件的初始温度量级和将这种温度量级同在步骤(b)中确定的对连接件的尺寸大小所预定的相应温度量级进行比较，从而，由于上述初始温度量级的结果而如果需要调整的话，则就确定对上述连接件的电阻加热元件应当供应受控电能的总时间进行所需的调整;并根据上述调整，改变按照步骤(b)所确定的总时间。
3、按照权利要求
2规定的方法，其特征在于还包括以下步骤在上述受控电源被加到那里的期间，检测上述连接件的上述电阻加热元件的温度值，并将各预定时间间隔内的这种温度值同在步骤(b)中确定的连接件各尺寸所对应的温度值进行比较，从而确定在此时间间隔中正在进行的熔接过程是否失常;并由于这种温度比较的结果，当上述正在进行的熔接过程被确定为失常时，就停止向电阻加热元件供给受控电能。
4、按照权利要求
1、2或3规定的方法，其特征在于向上述连接件的上述电阻加热元件供给受控电源的电流是交流电流。
5、按照权利要求
4规定的方法，其特征在于上述交流电流的频率达到这样一个量级以致由此产生的磁场可使上述连接件在上述熔接过程中振动。
6、按照前面任一权利要求
规定的方法，其特征在于，步骤(c)包含为了在没显著地加热上述元件情况下，测量上述元件的电阻，而以最低的电压电平向上述加热元件供电，并将测得的上述加热元件的阻值用来确定上述元件的初始温度。
7、按照权利要求
6规定的方法，其特征在于它包括记录这样一些信息的步骤，即涉及到上述熔接过程的信息包括上述加热元件的初始温度、连接件的尺寸大小和应该向那里供电的时间、在供电时间中所测得的电流的数值以及向上述连接件的上述加热元件供应恒压电源的总时间。
8、利用电加热对配置有电阻加热元件(28)的热塑连接件(10)进行熔接的设备，该电阻加热元件是被连接到附装在上述连接件(10)上的一对电触点(16、18)上的，从而在熔接过程中向加热元件提供一种经过调整的电能量并保证达到高质量熔接，上述设备的特征在于它包括有第一电能发生装置(45)，用以产生受控电能;电流传感器装置(46)，用以检测电气接通到那里的上述电能发生装置(45)流来的电流值;连接到上述电能发生装置的电缆(24、26)，并适合于活络地连接到上述连接件(10)的上述电触点(16、18)，用以把电能传导到上述连接件(10)的上述电阻加热元件(28);电气连接在上述电能发生装置(45)和上述电缆(24、26)之间的开关转换装置(52);以及一台计算机(50)，通过操作可被连接到上述电流传感器装置(46)和上述开关转换装置(52)，用以接收流过上述连接件(10)的上述电阻加热元件(28)的电流并将这个电流值与对各种尺寸的连接件所预定的电流电平进行比较，从而确定所要熔接的连接件的尺寸和为达到高质量熔接而应当向上述该连接件的上述加热元件供给恒压电源的总时间，并用以在预定时间间隔内将这种数值与所要熔接的连接件的尺寸的预定电流电平进行比较，从而确定在此时间间隔内正在进行的上述熔接过程是否失常，并且如果在上述熔接过程被确定为失常或相反在被确定为达到高质量熔接的总时间结束时，用来操作上述转换开关以停止向上述连接件的上述加热元件供电。
9、按照权利要求
8规定的设备，其特征在于该设备还包括有温度传感器装置(42)，它被连到上述电缆(24、26)并适合于连接到上述连接件的至少一个上述电触点上，上述计算机(50)通过操作可连接到上述温度传感器装置(42)，用以根据上述连接件的初始温度调整向上述加热元件(28)供给上述电能的总时间，并在上述电能供到那里的时间周期中的预定时间间隔时用来将上述加热元件(28)的温度与所要熔接的连接件的尺寸大小所对应的预定温度值量级进行比较，从而确定在这样的时间间隔上正在进行的熔接过程是否失常。
10、按照权利要求
8或9规定的设备，特征在于上述电能发生装置产生交流电流。
11、按照权利要求
10规定的设备，特征在于由上述电能发生装置(45)所产生的上述交流电流的频率是在这样的量级以致上述连接件(10)由于在上述熔接过程中由此产生的磁场而振动。
12、按照权利要求
11规定的设备，特征在于上述连接件包括有附加剂(29)，用以集中由上述流经它的电阻加热元件(28)的上述交流电流所产生的磁场，并由此增强由上述交流电流引起的上述连接件的振动。
13、按照权利要求
12规定的设备，特征在于上述用以集中上述磁场的附加剂(29)是用以增加线圈面积的导磁率的、悬浮在组成上述连接件的热塑材料中的铁粉。
14、按照权利要求
8～13中任一要求规定的设备，特征在于它还包括有第二电能发生装置(47)，用以产生为不显著地加热上述元件而测量上述加热元件电阻(28)的低压电能，和电阻传感器装置(57)用以检测被连接到上述第二电能产生装置(47)的上述加热元件的电阻值，上述电阻传感器装置(57)可通过操作而连接到上述计算机(50)。
15、一种可用电热来熔接一种大体上如在上文参考附图所描述的并如在附图中所示明的热塑连接件的方法。
16、可用电热来熔接一种大体上如在上文参考附图所描述的并如在附图中所示明的热塑连接件的设备。
专利摘要
一种用电热熔接热塑连接件的方法和设备。以受控电能加到连接件的加热元件，而将流过加热元件的初始电流与各种尺寸的连接件的预定电流电平比较，从而确定连接件的尺寸和为达到高质熔接而应向加热元件供给受控电能的总时间。当检测到正在进行的熔接过程为失常时，或相反在为该连接件预定的总时间结束时，就停止供电。
文档编号B29C65/34GK86103309SQ86103309
公开日1986年11月12日 申请日期1986年5月13日
发明者拉塞尔·G·拉姆齐 申请人:中央塑料公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan