弹性电焊连接的制作方法

本发明涉及一种电焊配件，特别是用于连接或连结由热塑性塑料材料制成的管端部，包括由具有弹性模量e2的热塑性或其它可焊接塑料材料制成的主体和至少一个加热元件，所述加热元件优选是具有用于加热塑料材料的多个绕组的加热金属线圈。

背景技术：

用于连接或连结由热塑性塑料材料制成的管部件的电焊配件是已知的。通常构造为加热金属线圈并且通过电能输入产生足够热量的加热元件设置在接头的壁中以面向管，以便使待连接的部件被部分地熔融和焊接。

为了实现良好的焊接的连接，在传统的电焊配件的情况下，必须相应地清洁或剥离待焊接的面，以便去除外部的风化表面。如果没有进行管的剥离，或者所述剥离不充分，那么由于因为相当无弹性的塑料材料所产生的高应力，因而焊接的连接的断裂特性是脆性的，这尤其是因为在接头和管中的焊接区域的材料之间由于没有剥离或不充分剥离而导致的可能的没有材料上的整体结合而产生，原因是仅在适当剥离的情况下才实现材料上的整体结合，其中能够使分子在接头的以及待焊接的管中的焊接区域中建立材料上的整体连接，所述物质上的整体连接等同于基础材料的整体连接。

de19628916a1公开了一种相应的电焊配件，其构造为套筒，并且其中在焊接之前需要管的剥离。如上面已经提到的，该套筒的缺点在于：由于焊接的连接中的塑料材料可以产生高应力，在不充分剥离的管的情况下，这导致由于脆性产生的断裂。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种电焊配件，其在没有任何管剥离的情况下降低了焊接区域中的张力，并且在管和焊接之间的负载的情况下不会遭受由于脆性而产生的任何断裂。

根据本发明，该目的通过以下方案实现：优选是加热金属线圈的加热元件完全或部分地由不对应于主体的塑料材料或者相应地是与主体的塑料材料不同的塑料材料或者相应地具有特别是另一弹性模量的其他性质的塑料材料包围。这用于避免电焊配件和管之间的焊接中由于脆性而产生的断裂。

由此避免了在用于熔融的管表面的边界表面处产生脆性断裂特性，在大多数情况下脆性断裂特性在未剥离的管的情况下发生。

通过在优选是加热金属线圈的加热元件周围布置另一种塑料材料或相应地具有其它性质（特别是具有另一弹性模量）的塑料材料，当出现外力影响时，能够使焊接区域实现一定程度的弹性。例如在由于温度变化或由于压缩而产生弯曲或拉伸载荷的情况下，这是一个很大的优点，因为在达到断裂应力并且断裂产生之前由于弹性区域在加热元件或相应地在加热金属线圈周围能够实现高伸长率，原因是这种弹性材料由于其较高的弹性而仅非常缓慢地产生导致断裂的高应力。

一个优选实施例在于，包围优选是加热金属线圈的加热元件的塑料材料具有弹性模量e1，其中包围优选是加热金属线圈的加热元件的塑料材料的弹性模量e1小于主体的塑料材料的弹性模量e2。由于弹性模量e1小于主体的弹性模量e2，因此在焊接中或相应地在朝向管的边界表面中产生较低的应力，原因是接缝由另一塑料材料形成，所述另一塑料材料比主体的塑料材料更有弹力和弹性，并且由此可以进一步伸长直到发生断裂，所述断裂也发生在边界区域中。当焊接以所述焊接遭受断裂的方式过载时，这可以容易见到，原因是在这种情况下所述断裂以延展的方式构成，并且因此，在连接失效之前，首先遭受实质变形。

有利的是，包围优选是加热金属线圈的加热元件的塑料材料的弹性模量e1小于或等于主体的塑料材料的弹性模量e2的50％。由此，在相同载荷下应力减小。

优选地，加热金属线圈用作加热元件，但是也可以设想可以用作加热元件的导电塑料材料。也可以设想其他加热元件，其可以附接到接头或位于接头中，诸如导电带、导电衬套等等。

电焊配件具有主体，该主体优选地构造为套筒、接头或鞍状件。当主体被构造为套管时，所述主体用于连接两个管端部，其中管端部被推入配合到套筒中，管的外径支承在套筒的内径上，并且所述管端部焊接到所述套筒。

在接头是主体的情况下，管端部被推入配合到接头上，或者相应地管端部的内径支承在接头的外径上，所述端部和所述接头然后被焊接在一起。

作为另一个可能的实施例，存在作为鞍状件的主体构造。该鞍状件被放置在管上并能够使得分支管与其连接。

根据一个优选实施例，主体由聚丙烯（pp）、聚丁烯（pb）、聚氯乙烯（pvc）、聚偏二氟乙烯（pvdf）或聚乙烯（pe）制成。

有利的是，完全或部分地包围加热金属线圈的塑料材料是热塑性弹性体（tpe）、聚乙烯（pe）、低密度聚乙烯（ldpe）、混合聚乙烯（混合pe）或发泡聚乙烯（pe）。这些塑料材料具有的弹性模量e1低于主体的弹性模量e2，优选等于或小于主体的弹性模量e2的50％。

本发明的另一设计实施例在于，加热金属线圈设置在由具有弹性模量e1的塑料材料制成的中空圆筒中或相应地设置在所述中空圆筒的壁中。中空圆筒设置在主体的与管接触的那个周边上，也就是说在套筒的情况下设置在内周边上，在接头的情况下设置在外周边上，以及在鞍状件的情况下设置在鞍状件部件的内周边上。

另一种可能的设计中，加热金属线圈的金属线可以包覆有具有弹性模量e1的塑料材料，并且然后可以将所述金属线放入主体中。

同样有利的是，并非加热金属线圈的所有绕组都被具有弹性模量e1的塑料材料包围，也就是说，仅加热金属线圈的一对绕组由具有弹性模量e1的塑料材料包围，而其它绕组由具有弹性模量e2的主体的塑料材料包围。除了焊接中弹性的优点之外，这在具有弹性模量e2的塑料材料区域中还提供了可以吸收高轴向拉伸力的优点。

附图说明

将借助于附图来描述本发明的示例性实施例，其中本发明不仅限于这些示例性实施例。在图中：

图1示出了穿过电焊配件的纵向剖视图，该电焊配件构造成套筒，其具有由塑料材料的中空圆筒围绕的加热金属线圈；

图2示出了穿过电焊配件的纵向剖视图，该电焊配件构造成套筒，其具有由塑料材料的中空圆筒部分地围绕的加热金属线圈；

图3示出了穿过电焊配件的纵向剖视图，该电焊配件构造成套筒，其具有加热金属线圈，其中金属线包覆有另一种塑料材料；

图4示出了穿过电焊配件的纵向剖视图，该电焊配件构造成套筒，其具有加热金属线圈，该加热金属线圈在具有另一种塑料材料的绕组之间具有没有另一种塑料材料的绕组；

图5示出了穿过电焊配件的纵向剖视图，该电焊配件构造成接头，其具有由塑料材料的中空圆筒围绕的加热金属线圈；

图6示出了穿过电焊配件的纵向剖视图，该电焊配件构造成鞍状件，其具有由塑料材料的中空圆筒围绕的加热金属线圈；和

图7显示了参考焊接区域中使用的塑料材料的弹性模量的应力/伸长率的图。

具体实施方式

图1中所示的图示出了电焊配件1，其具有作为主体2的套筒。套筒在其内周边上具有加热金属线圈5，加热金属线圈5用于加热塑料材料，并且从而用于将主体2焊接到管端部3。加热金属线圈5被不同于在主体2的构造中所使用的塑料材料4包围，或者相应地由具有与主体2的塑料材料不同的性质的塑料材料包围。加热金属线圈5周围的塑料材料4具有低于主体2的弹性模量的弹性模量e1。在图1所示的实施例中，加热金属线圈5设置在由不同种类的塑料材料4形成的中空圆筒中，或设置在所述中空圆筒的壁中。由此，一方面加热包围加热金属线圈的更大弹性的塑料材料4以及管的塑料材料，这然后能够实现焊接。更大弹性的塑料材料4的使用减小了焊接中或相应地在朝向管的边界表面中产生的应力，因此在焊接失效的情况下不会在焊缝和焊接的管之间导致由于脆性而产生的断裂。由于焊接区域中的更大弹性的塑料材料4，在外部影响出现的情况下所述塑料材料4可以更好地屈服，或者更多地伸长，并且由于相应地其不太快地产生高应力，或者相应地不太快地达到材料失效的断裂应力。

图2中所示的电焊配件1的实施例示出了加热金属线圈5，其仅部分地由更大弹性或相应地不同的塑料材料4包围，仅是所述加热金属线圈5的一对绕组6由所述塑料材料4包围，而其它绕组6相应地由主体2的塑料材料7包围。一方面，这具有以下优点：包含具有较小弹性模量e1的塑料材料4的更大弹性的区域遭受较低的应力，加热金属线圈5的由主体2的塑料材料7包围的其他区域在高轴向拉伸力方面是有利的。

在图3示出了具有弹性模量e1的更大弹性的塑料材料的另一种替代布置，其中更大弹性的塑料材料4设置在加热金属线圈5的线圈金属线周围，或者金属线覆盖有塑料材料，并且然后将所述金属线设置在主体2中，所述主体在图3中构造为套筒，但也可以构造为接头或鞍状件。所有可能的布置和所示的设计实施例可以应用于所有主体2，无论是套筒、接头或另外的鞍状件。

图4示出了设计中的可能性，其中在这种情况下由主体2的塑料材料7直接包围的另一个线圈设置在加热金属线圈5的各个绕组6（其由不同的塑料材料4包围）之间。

图5示出了将加热金属线圈5布置在作为主体2的接头上的中空圆筒中的可能性，如图1所示，该中空圆筒由具有弹性模量e1的弹性塑料材料4制成。同样地具有加热金属线圈5的这种布置的鞍状件在图6中以类似的方式示出。

图7示出了参考具有不同塑料材料4,7的焊接的弹性模量的应力/伸长率的图。e1示出了与构造主体的塑料材料不同的塑料材料4的弹性模量，所述塑料材料4优选地构造以具更大弹性。e2示出了主体2的塑料材料7的弹性模量。εx是通过外部载荷（通过压缩或以其他方式施加的作用力）施加的伸长率。可以清楚地看出，在焊接区域中使用具有弹性模量e1的更大弹性的塑料材料4时，与在焊接区域中包括具有更大的弹性模量e2的主体2的塑料材料7的焊接（其是现有技术）相比，张力曲线更低地延伸。在产生力的情况下具有较小弹性模量e1的塑料材料4的较高弹性产生较小的应力，也就是说，为了获得断裂应力，需要显著更高的伸长率，直到断裂最终产生。

参考标记列表

1电焊配件

2主体

3管端部

4与主体的塑料材料不同的塑料材料（具有弹性模量e1）

5加热金属线圈

6绕组

7与主体的塑料材料相同的塑料材料

δ应力[n/mm²]

δ1具有与主体的塑料材料不同的塑料材料的焊接区域的边界表面中的应力[n/mm²]

δ2具有与主体的塑料材料相同的塑料材料的焊接区域的边界表面中的应力[n/mm²]

δb断裂应力[n/mm²]

e1包围加热金属线圈的塑料材料（与主体的塑料材料不同的塑料材料）的弹性模量

e2主体塑料材料的弹性模量

ε伸长率[％]

εx通过外部载荷施加的伸长率