ES2209760T3

ES2209760T3 - Aparato y procedimiento para la union por fusion de un tubo y de elementos de acoplamiento.

Info

Publication number: ES2209760T3
Application number: ES00202935T
Authority: ES
Inventors: Cin Smith
Original assignee: Uponor Aldyl Co Inc
Current assignee: Uponor Aldyl Co Inc
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2017-01-24
Also published as: EP0882194A1; TR199801421T2; AU1316597A; WO1997027418A1; ES2173417T3; DE69710869T2; DE69710869D1; EP1054206A3; EP1054206B1; EP1054206A2; DE69726468D1; US6193834B1; DE69726468T2; EP0882194B1

Abstract

Un elemento de calentamiento por inducción (60) adaptado para formar una junta por fusión entre un elemento de acoplamiento (80) y un tubo por una etapa de fusión, que está dotado de un medio (68, 71) para situar y mantener su posición con relación al elemento de acoplamiento o al tubo, o a ambos, antes de la etapa de fusión, caracterizado por el hecho de que el elemento de calentamiento comprende un entramado o rejilla de calentamiento por inducción (61) conectado a un anillo o bucle de inducción vertical (65) apto para recibir una corriente alterna inducida, a fin de que circule a través de dicho entramado.

Description

Aparato y procedimiento para la unión por fusión de un tubo y de elementos de acoplamiento.

Se refiere esta invención a un aparato y a un procedimiento para la unión por fusión entre un tubo y elementos de acoplamiento, y más particularmente a un aparato y a un procedimiento perfeccionados donde un elemento calentador de nueva concepción se sitúa en disposición insertable entre un elemento de acoplamiento y una porción del tubo.

Existen diversos aparatos y procedimientos ordinarios para la unión por fusión de tubos hechos con polietileno, tales como los que utilizan fusión por calor, electrofusión o técnicas de fusión por inducción. La electrofusión utiliza un procedimiento ordinario de calentamiento por resistencia en el cual se moldea una bobina de alambre en espiral típicamente moldeada en su interior, dentro del elemento termoplástico de acoplamiento. Se aplica directamente una corriente eléctrica a la bobina de alambre, por medio de terminales situados en dicho elemento, con lo cual se obtiene que la bobina caliente el material termoplástico a una temperatura que ablanda el mismo suficientemente para unir por fusión el tubo al elemento de acoplamiento.

En el documento GB1149716 se describe una bobina de resistencia eléctrica calentadora utilizable como manguito de soldadura destinado a unir tubos de plástico a elementos de acoplamiento, describiendo el tubo y el elemento de acoplamiento un anillo dentro del cual queda montado el manguito soldador. La bobina comprende una resistencia eléctrica insertada dentro de una cubierta de material plástico de dimensiones exactamente definidas, con el fin, según se indica, de aportar una adecuada eficacia de soldadura. El diseño propuesto complica la fabricación y es difícil efectuar la conexión de la bobina con una fuente externa de energía. Además, los hilos conductores existentes presentan la posibilidad de fugas desde la zona de conexión.

En un procedimiento ordinario de fusión por inducción destinado a conectar un tubo y un elemento de acoplamiento, se moldea un elemento calentador dentro del elemento termoplástico de acoplamiento. Se induce la corriente a través del elemento calentador mediante una bobina básica de inducción que se sitúa alrededor de la parte del elemento de acoplamiento que contiene el elemento calentador. La temperatura de este último se eleva lo suficiente para ablandar o fundir el material del elemento de acoplamiento y el material constitutivo del tubo, con lo cual se produce la unión por fusión entre el elemento de acoplamiento y el tubo. Se describen ejemplos de procedimientos de unión por fusión bajo inducción y aparatos correspondientes en los documentos DE-A-2136656, EP-A-026191 y EP-A-513391. Tales aparatos requieren un elemento de acoplamiento con un elemento calentador moldeado en su interior. Por tanto, tales procedimientos no pueden utilizarse con los elementos de acoplamiento ordinarios existentes hechos con plástico, que no contienen un elemento calentador moldeado en su interior.

El documento GB 2272663 describe un tubo de plástico dotado de una porción de mayor diámetro en un extremo, provisto en su superficie interna o a proximidad de su superficie interior de una unidad de calentamiento. Se inserta un segundo tubo de plástico que se trata de unir en la porción más amplia y se activa la unidad de calentamiento. En la fabricación del tubo dotado de dicha porción de mayor diámetro, se calienta y se ablanda un extremo del tubo, formándose así un hueco más amplio, y se incorpora la unidad generadora del calor, en una forma de ejecución, insertando a presión la unidad generadora del calor utilizando un molde de núcleo en su penetración por dicho hueco. La unidad generadora de calor puede ser una bobina de electrofusión insertada en un material plástico, o bien un elemento desnudo de fusión por inducción.

La unidad generadora de calor para la electrofusión del documento GB2272663 no resulta adecuada debido a la necesidad de establecer una gran pestaña para recibir los terminales de la bobina, difícil de moldear y costosa de fabricar. El elemento desnudo para fusión por inducción, aunque se inserte a presión dentro del hueco, no queda completamente rodeado de material plástico y puede sobrecalentarse y quedar sujeto a desbordamiento térmico. Una vez que se inicia el desbordamiento térmico en una parte del elemento, su resistencia cambia espectacularmente y esa zona del elemento absorbe la corriente (tensión, energía) de modo que el resto del elemento deja de calentar. La zona sobrecalentada del elemento puede también causar una degradación local del material termoplástico. En tales casos, por lo general, no puede haber contención de la zona de fusión y por tanto es imposible establecer una buena unión por fusión.

En el documento DE930203, se describe un elemento de conexión intermedia que puede soldarse a un tubo de plástico, el elemento de conexión está dotado de un hilo conductor de resistencia calentadora que queda insertado bajo una cara de plástico del elemento de conexión y dispuesto en espiral desde una cavidad tubular interna de la parte de plástico.

Es evidente que son necesarios un aparato y un procedimiento que puedan utilizarse para unir por fusión un elemento de acoplamiento y un tubo, utilizando técnicas de inducción y un elemento de acoplamiento ordinario que no contenga un elemento calentador moldeado en su interior.

Cada uno de los documentos CH-A-336980, CH-A-349404 y CH-A-576326 describen cada uno un elemento de acoplamiento por electrofusión donde son insertables un collarín separado hecho con material plástico y unos hilos de resistencia eléctrica incluidos en él son insertables entre un elemento de acoplamiento (por ejemplo un acoplador en forma de manguito) y un tubo antes de efectuarse la fusión. El documento CH-A-532996 describe una variación de esto en forma de una placa constituida por conductores eléctricos revestida de material plástico e insertada entre las superficies coincidentes de un elemento acoplador de asiento para la subsiguiente fusión.

Un objeto de esta invención es el de proporcionar un aparato de unión por electrofusión y un procedimiento que puede utilizarse con elementos de acoplamiento ordinarios para unir un tubo ya sea directamente, ya indirectamente, a un elemento de acoplamiento o a otro tubo.

Otro objeto de esta invención es el de suministrar un elemento calentador por inducción de nueva concepción que puede rápida y fácilmente instalarse en el lugar requerido dentro de un elemento de acoplamiento ordinario hecho con material termoplástico o dentro de un elemento de acoplamiento por electrofusión en el cual se omite el elemento calentador moldeado en el interior.

Estos y otros objetos de la presente invención se logran con un aparato que emplea un elemento calentador por inducción de nueva concepción.

Según la presente invención, se establece un elemento calentador por inducción conforme a la reivindicación 1.

Preferentemente, dicho elemento calentador por inducción comprende una placa plana deformada en configuración cilíndrica.

Tal elemento de calentamiento por inducción puede comprender un alambre conductor preformado.

El elemento calentador por inducción queda preferentemente insertado por completo en un material polimérico termoplástico fusible o revestido con el mismo, material dotado de zonas periféricas de material plástico que no incluyen el entramado o rejilla y formándose así zonas frías que ayudan a contener la masa fundida durante la etapa de fusión.

La invención comprende también un aparato para la unión por fusión de un tubo y de un elemento de acoplamiento según quedan definidos.

El elemento de acoplamiento puede estar dotado de una pestaña, pudiendo montarse el elemento calentador por inducción sobre la misma, de modo que ambos elementos definan en su conjunto una cavidad tubular traspasante.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a un aparato para unir por fusión un tubo y un elemento de acoplamiento, comprendiendo:

: un elemento calentador por inducción, el cual queda incluido totalmente en un material polimérico termoplástico fusible o bien revestido por el mismo,

: un elemento de acoplamiento dotado de una pestaña, pudiendo montarse el elemento calentador por inducción sobre dicha pestaña, de manera que el elemento de acoplamiento y el elemento de calentamiento por inducción definan en su conjunto una cavidad tubular traspasante, y

: siendo montable una parte del tubo sobre la citada pestaña, con lo cual el elemento calentador por inducción puede, al ser activado, establecer una unión por fusión entre el elemento de acoplamiento y la citada porción del tubo,

caracterizándose porque dicho elemento calentador por inducción comprende un entramado calentador por inducción, en serie con anillo de inducción montado al exterior del citado elemento de acoplamiento.

En otro aspecto, la invención aporta un procedimiento de unión por fusión entre un tubo y un elemento de acoplamiento, empleando un aparato según queda definido, incluyendo el procedimiento las siguientes etapas:

: montar el elemento calentador por inducción sobre la pestaña del elemento de acoplamiento, de manera que éste y el elemento calentador definan en su conjunto una cavidad tubular traspasante,

: montar una porción del tubo sobre dicha pestaña, de inducir una corriente alterna en el anillo de inducción que fluya a través del entramado calentador por inducción para producir una unión por fusión entre el elemento de acoplamiento y la citada parte del tubo.

El aparato y el procedimiento según esta invención pueden utilizarse para la unión por fusión de tipo normal, de elementos de acoplamiento en uso ya sea directamente o no con respecto a un tubo. Tal como se utiliza en toda esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones, la expresión elementos de acoplamiento se refiere a todo elemento de acoplamiento que signifique un hueco o una pestaña para realizar una unión con un tubo o elemento similar.

La porción calentadora de un elemento de calentamiento por inducción puede comprender un alambre conductor preformado, un sólido conductor de forma tubular, una rejilla conductora de configuración tubular, cualquier otro elemento de forma adecuada que pueda utilizar un experto en esta técnica o cualquier combinación de todo ello. Se describen también configuraciones adecuadas para el elemento de calentamiento por inducción, por ejemplo, en los documentos GB2272643 y EP-A-572546.

Puede utilizarse cualquier procedimiento adecuado para la fabricación del elemento de calentamiento por inducción según la invención. No obstante, en un procedimiento particularmente preferido según la invención, el material conductor del elemento de calentamiento por inducción, que puede comprender una bobina, un entramado o rejilla u otra forma adecuada de material conductor, queda sobremoldeado con un material polimérico termoplástico adecuado. Se prefiere particularmente utilizar un entramado de material conductor, ya que así la rejilla o entramado de material conductor puede confeccionarse separadamente y sobremoldearse después con una delgada capa (preferentemente de 1,0 a 10,0 mm) de material polimérico termoplástico. El material termoplástico será de preferencia polietileno, aunque pueden también emplearse otras poliolefinas, y otros polímeros termoplásticos.

Es una práctica común y ordinaria raspar o desprender en otra forma una capa exterior del material constitutivo del tubo antes de establecer una junta por fusión.

En otra forma preferida de ejecución de la invención, el elemento calentador por inducción puede instalarse en fábrica sobre el elemento de acoplamiento antes de enviar éste al cliente. Tal instalación puede comprender, por ejemplo, la fusión del elemento calentador por inducción sobre el elemento de acoplamiento activando el elemento calentador por inducción en una primera etapa de calentamiento. Tal fusión puede asegurar, con un adecuado control de fabricación, que se fusione el elemento calentador por inducción sobre el elemento de acoplamiento bajo hermeticidad a los gases.

Se puede generar, por ejemplo, un flujo de corriente a través del material conductor por inducción de una corriente alterna en una bobina primaria situada a proximidad o alrededor del elemento calentador. Son ya conocidos por los expertos en esta técnica generadores adecuados de inducción y otros procedimientos y aparatos apropiados de inducción destinados a inducir corriente alterna, por ejemplo según se describe en los documentos EP-A-568316 y EP-A-566317. En un procedimiento preferido según la invención, el generador de inducción es un generador de alta frecuencia, según descrito en el documento EP-A-566316.

Los materiales poliméricos para el acoplamiento con tubos y la cubierta o revestimiento aplicada al elemento calentador son bien conocidos por los expertos en esta técnica y puede utilizarse cualquier material apropiado en combinación o en lugar de polietileno. El polietileno u otros materiales poliméricos pueden ser total o parcialmente de enlace cruzado, siempre que se disponga de suficiente material polimérico fusible para establecer una junta por fusión. Por otra parte, son bien conocidos por los expertos en esta técnica materiales y configuraciones para el elemento calentador y pueden intercambiarse los mismos sin salir de los resultados deseados y logrados con el aparato y el procedimiento de esta invención.

Estos y otros objetos y características de la presente invención se comprenderán mejor por la siguiente descripción detallada, tomada en conjunción con los adjuntos dibujos, en los cuales:

las figuras 1, 2 y 3 muestran respectivamente en planta, en alzado lateral y en alzado de extremo un elemento en forma de placa de configuración cilíndrica, para calentamiento por inducción, según la invención; y

las figuras 4 y 5 muestran respectivamente una vista inferior y una vista en perspectiva desde un lado, de un elemento de conexión intermedia dotado de un elemento en forma de placa cilíndrica para calentamiento por inducción, según la invención.

Las figuras 1 a 5 ilustran la utilización de un elemento calentador por inducción que comprende un disco plano o una placa cilíndrica. Con referencia en primer lugar a las figuras 1 y 2, diremos que el elemento 60 para calentamiento por inducción comprende un entramado plano 61 para calentamiento por inducción, que comprende unos juegos de hilos conductores 62 unidos entre sí y conectados a unos terminales 63, 64.

Los terminales quedan por su parte conectados a un anillo vertical de inducción 65 que puede apreciarse mejor en la figura 3. Todo el elemento calentador queda incluido en un material polimérico termoplástico fusible que está constituido en "zonas frías" 66, 67 alrededor de las circunferencias interior y exterior del elemento calentador, y en unas proyecciones de ajuste automático a presión, la primera, 68, montada sobre una lengüeta 69 en un apéndice 70, y un segundo par 71, montado sobre el anillo 65 vertical de inducción.

Las figuras 4 y 5 representan el uso del elemento de calentamiento por inducción de las figuras 1 a 3, con un elemento de conexión intermedio. Este elemento, representado en general en 80, está dotado de una zona de asiento 81, que tiene una superficie interna 82 adaptada para unirse por fusión a la superficie de un tubo, un cuerpo hueco vertical 83 y un tubo 84 de ramificación. En el extremo superior del cuerpo 83 hay un casquete roscado 85 que puede llevar incorporado un elemento cortador roscado capaz de enroscarse sobre el cuerpo 83 para cortar un orificio en el cuerpo del tubo (no representado). El elemento de acoplamiento tiene también un esconce 86 que puede recibir la primera proyección 68 de ajuste automático a presión, y un borde opuesto 87 alrededor del cual pueden quedar situadas las proyecciones 71.

El conjunto del elemento de acoplamiento y del elemento calentador por inducción puede apreciarse mejor en la figura 4, en la cual se ha representado el entramado 61 en posición montada sobre el lado inferior del elemento de acoplamiento 80. El entramado o rejilla es suficientemente flexible para ajustarse al contorno de la superficie interna 82 del asiento 81, y se mantiene en posición por las proyecciones de ajuste automático a presión 68 y 71 antes de la fusión. En la práctica, se induce una corriente alterna en el anillo de inducción 65, la cual fluye a través del entramado 61 de calentamiento por inducción, fundiendo o ablandando el material termoplástico circundante y formando una junta por fusión entre la zona de asentamiento 81 y la superficie del tubo.

Claims

1. Un elemento de calentamiento por inducción (60) adaptado para formar una junta por fusión entre un elemento de acoplamiento (80) y un tubo por una etapa de fusión, que está dotado de un medio (68, 71) para situar y mantener su posición con relación al elemento de acoplamiento o al tubo, o a ambos, antes de la etapa de fusión, caracterizado por el hecho de que el elemento de calentamiento comprende un entramado o rejilla de calentamiento por inducción (61) conectado a un anillo o bucle de inducción vertical (65) apto para recibir una corriente alterna inducida, a fin de que circule a través de dicho entramado.

2. Un elemento según la reivindicación 1, en el cual el citado elemento calentador por inducción comprende una placa plana (60) deformada en una configuración cilíndrica.

3. Un elemento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el cual dicho elemento calentador por inducción comprende un hilo conductor preformado (62).

4. Un elemento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual elemento calentador por inducción (60) está totalmente encerrado en una materia polimérica termoplástica fusible, dotada de zonas periféricas (66, 67) de materia plástica que no incluyen el entramado y de tal manera que se forman zonas frías que ayudan a contener la masa fundida durante la etapa de fusión, o revestido por tal materia polimérica.

5. Un elemento según la reivindicación 4, en el cual dichas zonas de materia plástica están moldeadas con la materia plástica que contiene el elemento calentador por inducción.

6. Un elemento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el medio de colocación en posición y de mantenimiento comprende una o varias proyecciones (68, 71) que son aptas para ajustar automáticamente a presión ya sea sobre el elemento de acoplamiento, ya sea sobre el tubo, o ya sea sobre ambos.

7. Un aparato para la unión por fusión de un tubo respecto a un elemento de acoplamiento, que comprende un elemento tal como queda definido en cualquiera de las reivindicaciones precedentes y un elemento de acoplamiento (80).

8. Un aparato según la reivindicación 7, en el cual el elemento de acoplamiento (80) está dotado de una brida (81), siendo el elemento calentador por inducción (60) capaz de quedar montado sobre dicha brida, de tal manera que el elemento de acoplamiento y el elemento calentador definen en conjunto un orificio traspasante.

9. Aparato para la unión por fusión de un tubo respecto a un elemento de acoplamiento (80) que comprende:

- un elemento calentador por inducción (60), estando este elemento totalmente encerrado dentro de una materia polimérica termoplástica fusible o revestido por la misma;

- un elemento de acoplamiento (80) dotado de una brida (81), pudiendo el elemento calentador por inducción ser montado sobre dicha brida, de tal manera que el elemento de acoplamiento y el elemento calentador definen en conjunto un orificio traspasante; y

- siendo capaz una parte del tubo de quedar montada sobre dicha brida, por lo cual el elemento calentador por inducción puede, al ser activado, suministrar una junta por fusión entre el elemento de acoplamiento y dicha parte del tubo,

caracterizado por el hecho de que dicho elemento de calentamiento por inducción comprende un entramado o rejilla de calentamiento por inducción (61) en serie con un anillo o bucle de inducción (65) montado al exterior de dicho elemento de acoplamiento.

10. Un aparato según la reivindicación 9, en el cual dicho elemento calentador por inducción es tal como queda definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

11. Un procedimiento de unión por fusión de un tubo respecto a un elemento de acoplamiento, que emplea un aparato tal como queda definido en una de las reivindicaciones 9 ó 10, comprendiendo el procedimiento las etapas consistentes en:

: montar el elemento de calentamiento por inducción sobre la brida del elemento de acoplamiento de tal manera que el elemento de acoplamiento y el elemento calentador definan juntos un orificio traspasante;

: montar una parte del tubo sobre dicha brida, e inducir una corriente alterna en el anillo de inducción (65), que circulará a través del entramado de calentamiento por inducción (61) para suministrar una unión por fusión entre el elemento de acoplamiento y dicha parte del tubo.

12. Un procedimiento según la reivindicación 11, en el cual se retira una capa externa de materia de la parte del tubo que está en contacto con el elemento calentador por inducción, antes de ser puesta en contacto con el elemento calentador por inducción.