具有热扩散层的热收缩部件及组装热收缩部件的方法
阅读：840发布：2020-05-11
专利汇可以提供具有热扩散层的热收缩部件及组装热收缩部件的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且具有热扩散层的热收缩部件及组装热收缩部件的方法。本 发明 涉及一种热收缩部件和组装热收缩部件的方法。热收缩部件具有膨胀状态下的第一尺寸(102A，104A)和收缩状态下的第二尺寸(102B，104B)，至少一个第一尺寸(102A)大于对应的第二尺寸(102B)，并且热收缩部件(100，100A，100B)包括热收缩层(108)，以及布置为与热收缩层(108)的至少一部分热 接触 的至少一个加热单元(120)，加热单元(120)可操作为将热收缩层(108)加热到其热收缩 温度 。加热单元(120)包括至少一个导电引线(106，116)，以及至少一个热扩散层(124)，其布置为与至少一个导电引线(106)热接触，以用于分散由导电引线(106)产生的热量。，下面是具有热扩散层的热收缩部件及组装热收缩部件的方法专利的具体信息内容。
1.一种热收缩部件，其具有膨胀状态下的第一尺寸(102A，104A)和收缩状态下的第二尺寸(102B，104B)，所述第一尺寸(102A)中的至少一个大于对应的第二尺寸(102B)，并且所述热收缩部件(100，100A，100B)包括：
热收缩层(108)，以及
至少一个加热单元(120)，其布置为与所述热收缩层(108)的至少一部分热接触，所述加热单元(120)可操作为将所述热收缩层(108)加热到其热收缩温度，
其中所述加热单元(120)包括至少一个导电引线(106，116)，以用于由流动通过所述引线(106，116)的电流加热，以及至少一个热扩散层(124)，其布置为与所述至少一个导电引线(106，116)热接触，以用于分散由所述导电引线(106，116)产生的热量。
2.根据权利要求1所述的热收缩部件，其中所述至少一个热扩散层(124)包括至少一个金属层(132)和/或其中所述至少一个热扩散层(124)包括至少一个塑料层(130)和/或至少一个具有金属涂层的塑料层。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的热收缩部件，其中至少一个热扩散层(124)至少部分地布置在所述至少一个导电引线(106，116)与所述热收缩层(108)之间。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的热收缩部件，其中至少一个热扩散层(124)布置为至少部分地包围所述至少一个导电引线(106，116)和所述热收缩层(108)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的热收缩部件，其中所述加热单元(120)还包括至少一个隔热层(130)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的热收缩部件，其中所述导电引线(106，116)至少部分地嵌入在嵌入材料(126)内。
7.根据权利要求6所述的热收缩部件，其中所述嵌入材料(126)包括粘合剂和/或热熔材料或乳胶或润滑剂。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的热收缩部件，其中所述加热单元(120)布置在所述热收缩层(108)的外表面上，并且其中，所述热收缩部件(100)还包括压缩元件(142)，所述导电引线(106)布置在所述压缩元件(142)与所述热收缩层(108)之间，使得所述压缩元件(142)在所述热收缩层被加热时，优选地至少在加热所述热收缩层的阶段期间，至少部分地将所述导电引线(106)压向所述热收缩层(108)。
9.根据权利要求8所述的热收缩部件，其中所述压缩元件(142)包括弹簧(148)和/或弹性体套管(146)和/或热收缩套管(144)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的热收缩部件，其中所述至少一个导电引线(106，116)具有大于1·107S/m的电导率。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的热收缩部件，其中所述热收缩层(108)至少部分地形成为具有纵向轴线(110)的套管，以用于覆盖至少一个电连接。
12.根据权利要求中的任一项所述的热收缩部件，其中所述导电引线(106)由导电膜(116)形成，或者其中所述导电引线(106)由具有圆形、椭圆形或多边形的截面的金属线形成，和/或其中所述导电引线(106)包括铜和/或铝，和/或其中所述至少一个热扩散层(124)包括铜和/或铝。
13.一种组装热收缩部件的方法，所述热收缩部件具有膨胀状态下的第一尺寸(102A，
104A)和收缩状态下的第二尺寸(102B，104B)，所述第一尺寸(102A)中的至少一个大于对应的第二尺寸(102B)，并且所述方法包括以下步骤：
提供在膨胀状态下的热收缩部件(100)，所述热收缩部件(100)包括热收缩层(108)，以及布置为与所述加热部件的至少一部分热接触的至少一个加热单元(120)，所述加热单元(120)可操作为将所述热收缩层(108)加热到其热收缩温度，其中所述加热单元(120)包括至少一个导电引线(106，116)以及至少一个热扩散层(124)，其布置为与所述至少一个导电引线(106，116)热接触，以用于分散由所述导电引线(106，116)产生的热量；
将电源连接到所述加热单元(120)；
加热所述加热单元(120)至少一段时间，优选地直到所述热收缩部件(100)开始收缩到所述第二尺寸为止。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在加热所述加热单元(120)和/或所述热收缩部件的步骤期间，馈入到所述导电引线(106)中的电能随着时间而减少。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述电源可操作为提供低于60V的DC电压或
25V RMS的AC电压，以在20分钟或更少的加热时间期间将所述热收缩部件(100)加热到至少
120℃的温度。
具有热扩散层的热收缩部件及组装热收缩部件的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种热收缩部件及一种组装热收缩部件的方法。
背景技术
[0002] 在本发明的意义上，热收缩部件涉及由以下材料制成的制品：该材料通过施加足够的热量从膨胀状态收缩成具有小得多的尺寸的收缩状态。热收缩部件(以下也称为热收缩产品)广泛用作接头套管或其他电缆附件。
[0003] 本发明利用可热恢复制品(独立地尺寸热不稳定制品)作为热收缩层。通常，这种制品由能够赋予其弹性或塑料记忆特性的材料制成，该材料被加热到一定温度并在压力下变形为不同于其常规构型的构型，然后在保持压力的状态下冷却。如果制品由全部或部分结晶的材料制成，在无定形区域中至少部分地交联，并且在处于或高于该材料的结晶熔点的温度下变形，则该制品将具有弹性记忆。具有弹性记忆的制品直到它再次被至少加热到其晶体熔融温度之前，不会恢复其初始构型。如果制品由非晶态材料制成的，它被加热到该制品可以由压力而变形的温度，然后该变形的制品具有塑性记忆的特性。可热恢复材料的示例可见于美国专利No.2,027,962和美国专利No.3,086,242。当然，如本领域技术人员所知，热收缩层可以由任何合适的材料制成。此外，本发明还包括多层布置，其附加地包括弹性和/或半导电和导电层。
[0004] 为了安装用于LV、MV和HV应用的热收缩产品，通常使用明火，例如煤气喷灯。更少见地，也使用功率为几千瓦的热风枪。然而，热风枪仅限于薄壁产品，例如LV套管和壁厚在1-4mm范围内的模制部件。例如，在电子应用中，其中套管的壁厚通常在膨胀状态下小于
1mm，通常使用具有陶瓷辐射特征的热风枪或通道加热器。
1mm，通常使用具有陶瓷辐射特征的热风枪或通道加热器。
[0006] 已知通过添加将电能转化为热能的至少一个层到产品来收缩热收缩产品。从DE 1941327 A1中已知一种导电的可热恢复制品，其通过使电流穿过该制品以将其升高到其恢复温度而使得其恢复。导电制品，例如管状的套管，以良好的传热关系放置到非导电的可热恢复构件，特如管状套管，从而作为该不导电构件的加热器，两个构件基本上同时恢复。套管的导电材料是炭黑填充的交联聚乙烯，其被使得可热恢复。还公开了其他交联聚合物、非结晶聚合物，例如聚氨酯和离聚物，以及弹性体，例如硅橡胶。导电套管被两个绝缘套管围绕，或狭缝导电套管围绕可热恢复的非导电套管，并在非导电套管完全恢复后被剥离。到导电套管的电连接是通过鳄鱼夹或其他常规夹具或电极建立的。
[0007] 然而，这些已知的布置遭受以下缺点：即使对于薄壁的套管，收缩步骤所需的时间通常也超过15分钟，因此太长以至于不具有成本效益。
[0008] 此外，已知为加热系统提供流体管道以防止由管道传导的流体冻结。但是，这些除霜系统仅允许约60至80℃的最高温度，因此不适用于收缩要求温度高于120℃的热收缩产品。
[0009] 在能源技术领域之外，已知使用电加热用于通过热塑性联接部件来接合管道。如例如欧洲专利EP 1190839 B1和EP 0798099 B1中所公开的，具有嵌入线的模制部件设置在待接合的两个管道的端部部分之上。链接到电源的电子驱动系统然后产生足够的热量，以熔化管道的端部，然后端部相互焊接在一起和/或与模制部件焊接在一起。对于此应用领域，管道基本上不会更改它们原始直径，并且每个接头部件仅用于一个特定直径的管道。当将这种系统应用于在热收缩过程期间通常经历直径减小约10％至75％的膨胀直径的热收缩部件时，模制部件会失去与热收缩产品的机械接触。
[0010] 最后，本领域中存在基于电阻丝的多个加热系统。这些导线由特殊的金属合金制成，其电阻值比铜或铝的电阻值高约10至100倍。可以看到使用电阻加热丝的缺点在于，这些标准电阻加热丝具有较高的电阻率，因此提供较高的耗散热能密度，使得为了通过施加约24V的电压以达到120℃或更高的温度，只需要较短的导线长度。这如此短的导线长度会引起严重的问题，无法在典型的热收缩产品(如MV接头体)的整个表面和体积之上正确分散热量。此外，电热丝的成本要比铜线高得多。
[0011] 此外，发现当在允许的时间内使用导线对热收缩材料进行加热时(例如，对于壁较厚的MV接头体为10分钟)，它们的温度可能达到150℃或更高，有时甚至达到450℃。在这些情况下，热的导线的直接接触可能引起热收缩材料由于材料降解而失效。例如，可能会发生热收缩套管的分裂或热收缩套管上薄的表面导电层的破坏，一旦电缆附件通电就会导致电气故障。因此，必须确保加热丝可以操作以产生高温，同时避免损害热收缩部件。
[0012] 除了避免温度峰值和在导电引线处的局部过热之外，快速且均匀地向热收缩材料输入能量对于实现短的收缩时间至关重要，短的收缩时间是具有市场竞争力所需的。特别地，必须确保基本上管状的热收缩部件在其整个圆周上快速且均匀地收缩。热收缩电缆附件在其安装过程中会大幅度改变其直径以便适应各种电缆直径。这些范围取得特征强烈影响加热系统。对于电缆附件来说，均匀的收缩以便封闭接头和端子的轴向接口很重要。如果热收缩产品是用于对环境密封的套管，则需要均匀收缩，例如以融化布置在套管内部的热熔胶并以软化套管本身，以便允许适当的密封。
[0013] 在圆周上的均匀收缩可以发生在以下两个主要阶段期间：首先，当对热收缩部件进行加热时以及在可见的收缩期间，第二，在热收缩产品已基本上收缩到基板上之后。后者是关于不均匀加热的巩固。
[0015] 本发明的目的是提供一种具有改进的性能和可靠性的热收缩部件和收缩热收缩部件的方法，从而克服或至少基本上减少上述问题和缺点。
发明内容
[0017] 本发明基于以下的思想：通过提供与至少一个导电引线热接触的热扩散层，用于分散由导电引线产生的热量，可以实现热量围绕热收缩层的整个圆周更均匀地分布。因此，可以实现在特别短的时间内热收缩部件均匀径向收缩。此外，热扩散层服务于以下目的：避免可能损坏热收缩层的热峰。
[0018] 必须注意的是，当在下文中提到“层”时，其并不旨在意味着下面的物体必须被该层完全覆盖。
[0019] 特别地，根据本发明，提供了一种热收缩部件，其在膨胀状态下具有第一尺寸，在收缩状态下具有第二尺寸，第一尺寸中的至少一个大于对应的第二尺寸。热收缩部件包括热收缩层和至少一个加热单元，其布置为与所述热收缩层的至少一部分热接触，所述加热单元可操作为将热收缩层加热到其热收缩温度。热收缩温度定义为热收缩层为了恢复到其初始构型而必须被加热到的温度，在许多情况下优选地到约120℃的热收缩温度。加热单元包括：至少一个导电引线，用于由流动通过引线的电流加热；以及热扩散层，其布置为与至少一个导电引线热接触，用于周向地和/或轴向地分散导电引线产生的热量。有利地，该概念允许在高温下运行金属线，并确保热量快速且均匀地传递到热收缩层。对于典型的MV接头体，可以实现约10分钟的收缩时间。
[0020] 此外，通过在导电引线和热收缩层之间设置热扩散层用于分散由导电引线产生的热量，可以实现热量在热收缩层处更均匀地分散。因此，可以避免可能毁坏或损坏热收缩层的热峰，或者可以显着降低它们的可能性。
[0021] 已经发现了特定的金属膜和/或聚合物膜和/或多层膜(例如金属/聚合物结合体)用作热扩散层适合于解决上述问题。根据本发明，金属层或具有高导热率的层在沿着热收缩部件的圆周的方向上分散热能。聚合物膜将选自耐高温的聚合物膜，其在受热时不会变得太软和/或降解。热扩散膜层可任选地涂覆有粘合剂、热熔体、润滑剂等以包围加热丝，并进一步在周向和轴向方向上的热传递。热扩散层的厚度有利地在几个μm的范围内，优选地低于400μm，以便确保当热收缩层收缩成最终尺寸时，热扩散层在热条件和机械条件下足够光滑地折叠和/或顺应。如果仅局部地设置热扩散层，则厚度优选地小于1mm。具有热扩散性质的多层材料可以彼此相邻地布置。这可以通过围绕套管缠绕几层膜来实现。
[0022] 根据有利的实施例，热扩散层包括至少一个金属层。必须注意的是，本发明还旨在包括以下情况，即热扩散层和导电引线形成为一个一体的金属膜，从而提供相当均匀、几乎无峰的热传递到热收缩层中。
[0023] 折叠和/或顺应的充分容易对于维持加热单元与热收缩层的机械接触是重要的，并且对于避免给热收缩产品的表面造成任何损害也很重要。在收缩过程期间的高温，热收缩层是机械敏感的，表面容易变形或刺穿。
[0024] 例如，可以有利地使用铜或铝。对于本领域技术人员显而易见的是，也可以使用任何其他金属或金属合金。铜和铝的优点是它们具有优良的导热性能，同时具有耐腐蚀和成本效益。替代地，可以使用具有良好导热性的填料材料。有利地，至少一个热扩散层设置在至少一个导电引线与热收缩层之间。该布置的优点在于，热扩散层非常靠近热收缩层，从而将产生的热量有效地传递到热收缩材料中。此外，可以避免可能毁坏或损坏热收缩层的热峰，从而避免破坏例如电缆附件的材料和部件。
[0025] 已经发现了即使聚合物层的壁厚小于400μm且甚至小于100μm，也可以起到避免热峰的作用。
[0026] 替代地或附加地，可以设置布置为包围至少一个导电引线和热收缩层的热扩散层。这样的构造与如下几何形状兼容，在该几何形状中，导电引线直接施加在热收缩层上，例如以印刷导电迹线的形式，或当嵌入在例如与热收缩层一起共同挤出的层中时。
[0027] 根据本发明的另一有利的实施例，加热单元还包括至少一个隔热层。在本发明的上下文中，术语“隔热层”旨在表示由具有比热扩散层显著低的导热率的材料制成的层。隔热层可以有利地布置在加热单元周围，以减少热量散发到外部，从而提高收缩过程的能量效率。此外，还可以在热扩散层和热收缩层之间设置一个或多个隔热层，以增强主要在金属层内的在轴向和周向方向上的热分散作用。用于在层内而不是通过层分散热量的基本原则是交替地堆叠导热性较高和导热性较低的材料。例如，可以交替金属层和聚合物层。此外，发现了网或具有切口的膜也可以用作导热性较低的层。由非有机织物形成的网也可以用作导热性较低的层。
[0028] 根据本发明的有利实施例，导电引线至少部分地嵌入在嵌入材料内。发现了嵌入金属线的方法对于降低金属线过热的可能性是有用的。
[0029] 为了实现较短的收缩时间(例如对于MV关节体为10分钟)，在热收缩产品收缩时一直连续加热是重要的。使用热传导作为热传递的手段解决了该目的。为了提供足够的热传导，必须确保加热丝和热扩散膜以及位于加热丝与热收缩层之间的和/或围绕加热丝的嵌入装置紧密接触。例如，加热单元可以粘附地接合到热收缩层。这是特别简单的使热收缩部件的所有部分互连的方法。
[0030] 替代地或附加地，加热单元布置在热收缩层的外表面上，并且热收缩部件还包括压缩元件，导电引线布置在所述压缩元件和热收缩层之间，使得压缩元件至少在热收缩层被加热的一部分时间期间，优选的在大部分或全部加热时间内，将导电引线压向热收缩层。压缩元件施加指向热收缩部件的中心的机械力，使得在热收缩层的直径减小时，加热单元始终保持与热收缩层紧密接触。压缩元件可以例如包括弹簧或弹簧系统或具有弹性行为的物体，例如弹性体部件，其在热收缩层处于膨胀状态时被预拉伸。此外，作为压缩元件的物体可以至少在热收缩部件收缩时的热条件下具备有弹性行为，例如附加的热收缩套管，其在热收缩层处于膨胀状态时处于膨胀状态。
[0031] 当使用具有较高电导率的导电引线用于加热具有任何类型的导电性热收缩层(包括电绝缘层)时，并通过经由引线的截面的尺寸设置总电阻，使用一段长度足够长、可以与使用电阻丝相比实现更高的表面积覆盖率的导电引线，就可以在足够短的时间间隔内达到收缩LV、MV或HV热收缩部件的温度。可以看出，导电率大于1·107S/m，优选地大于2.2·107S/m(例如，铜的电导率为6.0·107S/m，铝的电导率为3.76·107S/m)，当相应地选择截面积时(例如对于圆形截面，直径小于1mm，优选地小于0.4mm)，长度可以为1到15m。这样的加热系统在23℃时产生的总电阻例如可以在0.3Ω至6.0Ω的范围内，并且可以以5V到25V的电压为导电引线供电。使用具有这种相对较高电导率的材料和适当减小的截面面积，允许覆盖热收缩部件的更大的表面积。更准确地说，在非恢复状态下，电热丝之间的周向距离可以小于50mm，优选地小于20mm，从而显著减少了分散热量的问题。而且，与使用典型的电阻丝相比，可以使用便宜得多的导线材料。当然，可以使用多个这种加热系统。
[0032] 有利地，电绝缘热收缩层至少部分形成为具有纵向轴线的套管，用于覆盖至少一个电连接。这种套管例如是高压电缆附件的一部分。
[0034] 下文中使用的术语“高压”旨在涉及大约1kV以上的电压。特别地，术语“高压”旨在包括电力传输的通常标称电压范围，即中压，MV，(约3kV至约72kV)，高压，HV，(约72kV至约245kV)，以及超高压(目前至约500kV)。当然，未来也可以考虑更高的电压。这些电压可以是直流(DC)电压或交流(AC)电压。在下文中，术语“高压电缆”旨在表示适用于在大于约1kV的电压下承载大于约1A的电流的电缆。相应地，术语“高压附件”旨在表示适用于互连高压设备和/或高压电缆的装置。特别是，高压附件可以是终端或电缆接头。
[0035] 本发明还适用于涉及低于1kV的电压的所谓的“低压”(LV)范围。本发明的原理可以进一步应用于用于电子应用的热收缩产品。
[0036] 根据本发明的表述“套管”旨在表示直管形的套管以及用于分支接头、弯头、弯曲、破裂、包缠、棚子等的不同形状的盖。
[0037] 有利地，加热单元布置在套管的外表面上。这允许制造容易热收缩部件。加热单元可以直接布置在套管的外表面上，或者在套管和加热单元之间具有附加层。然而，加热单元当然也可以布置在套管的内表面上、或套管内、或在套管的堆叠体中的某个位置处，以便保护加热单元在安装发生之前不被损坏，或以便改善传热。
[0038] 根据本发明的有利实施例，导电引线由具有圆形、椭圆形或多边形的截面的金属线形成。如上所述，截面被形成为足够小以产生总的欧姆电阻也使用小的安全电压导致足够的加热。
[0039] 根据本发明的导电引线也可以由导电膜形成。这种导电膜可以通过蚀刻和光刻或本领域技术人员已知的丝网印刷技术来制造。此外，导电膜也可以在金属化图案已经结构化之后直接制造可以热收缩层上、或在中间层上、或在附接到热收缩层的载体层或箔上。
[0041] 本发明还涉及一种组装热收缩部件的方法，该热收缩部件在膨胀状态下具有第一尺寸，在收缩状态下具有第二尺寸，第一尺寸中的至少一个大于对应的第二尺寸。方法包括以下步骤：
[0042] 提供在膨胀状态下的热收缩部件，所述热收缩部件包括电绝缘的热收缩层，以及布置为与所述加热部件的至少一部分热接触的至少一个加热单元，所述加热单元可操作为将热收缩层加热到其热收缩温度，其中加热单元包括至少一个导电引线以及至少一个热扩散层，其布置为与导电引线热接触，用于分散由导电引线产生的热量；
[0043] 将电源连接到加热单元；
[0044] 对加热单元进行加热至少一段时间，优选地开始，当热收缩部件收缩到第二尺寸时。
[0045] 有利地，例如由电池提供的安全电压用于对加热单元进行加热。在本发明的上下文中，“安全电压”是指例如低于60V的DC电压或25V RMS的AC电压。优选地，使用产生24V直流电压的电池。加热优选地在大部分时间或所有时间进行，直到热收缩部件达到最终收缩尺寸为止。
[0046] 根据有利的实施例，热收缩部件是LV、MV或HV电缆附件。
[0047] 根据本发明的方法需要根据热收缩部件的壁厚和材料组成，在20分钟或更短的加热时间内将热收缩部件加热到至少120℃的温度。该较短的时间与使用明火收缩传统产品的时间跨度兼容。
[0048] 由于热缩电缆附件固有的大幅度的直径减小，加热丝的周向间距在收缩期间会逐渐减小，导致热密度增加。该影响可以通过随着时间减少馈送到导电引线中的电功率来补偿。因此，热量输入在整个收缩时间内保持持平，并且过热风险最小化。本领域技术人员可以理解，最关键的是将足够的热量传递到热收缩产品中以引发收缩。此后，所需能量少得多，主要用于补偿热量损失。附图说明
[0049] 附图并入说明书中并形成说明书的一部分以说明本发明的若干实施例。这些附图与描述一起用于解释本发明的原理。这些附图仅仅是为了说明如何制造和使用本发明的优选和替代示例的目的，而不应被解释为将本发明限制为仅示出和描述的实施例。此外，实施例的几个方面可以单独地或以不同的组合以形成根据本发明的解决方案。因此可以将以下描述的实施例单独考虑或以其任意组合考虑。从以下对本发明的各种实施例的更具体的描述中，进一步的特征和优点将变得显而易见，如附图中所示，其中相同的附图标记指代相同的元件，并且其中：
[0050] 图1是热收缩过程的示意图；
[0051] 图2是加热单元的细节的示意图；
[0052] 图3是另一加热单元的细节的示意图；
[0053] 图4是另一加热单元的细节的示意图；
[0054] 图5是另一加热单元的细节的示意图；
[0055] 图6是根据本发明的导电引线的若干截面的比较；
[0056] 图7是常规电阻加热丝的截面与可与本发明一起使用的导电引线的若干截面的比较；
[0057] 图8是可与本发明一起使用的另一加热单元的细节的示意图；
[0058] 图9是根据本发明的有利实施例的加热单元的细节的示意图；
[0059] 图10是根据本发明的另一有利实施例的加热单元的细节的示意图；
[0060] 图11是根据本发明的另一有利实施例的加热单元的细节的示意图；
[0061] 图12是图11的细节；
[0062] 图13是根据本发明的另一有利实施例的加热单元的细节的示意图；
[0063] 图14是根据本发明的另一有利实施例的加热单元的细节的示意图；
[0064] 图15是根据本发明的另一有利实施例的加热单元的细节的示意图；
[0065] 图16示出了制造加热单元的步骤；
[0066] 图17是根据本发明的另一有利实施例的加热单元的细节的示意图。
[0067] 图18示出了根据图9的加热单元的热扩散机制；
[0068] 图19示出了根据图11的加热单元的热扩散机制；
[0069] 图20示出了根据另一有利实施例的加热单元的热扩散机制；
[0070] 图21示出了根据另一有利实施例的加热单元的热扩散机制；
[0071] 图22示出了根据另一有利实施例的加热单元的热扩散机制；
[0072] 图23示出了根据另一有利实施例的加热单元的热扩散机制；
[0073] 图24示出了根据另一有利实施例的加热单元的热扩散机制；
[0074] 图25是根据本发明的有利实施例的热收缩部件的细节的示意图；
[0075] 图26是根据本发明的另一有利实施例的热收缩部件的细节的示意图；
[0076] 图27是根据本发明的另一有利实施例的热收缩部件的细节的示意图；
[0077] 图28是根据本发明的另一有利实施例的热收缩部件的细节的示意图；
[0078] 图29是根据本发明的另一有利实施例的热收缩部件的细节的示意图；
[0079] 图30是根据本发明的另一有利实施例的热收缩部件的细节的示意图。
具体实施方式
[0080] 现在将参考附图进一步解释本发明，并首先参考图1。图1示意性地示出了可热收缩的接头套管100A、100B的热收缩过程。热收缩套管100A处于膨胀状态，在膨胀状态下它具有第一尺寸。特别地，在膨胀状态下的热收缩套管100A的内径102A大于待覆盖的部件(图中未示出)的外径，且壁厚104A比在最终安装状态下的壁厚薄。
[0081] 通过施加热量，热收缩套管从膨胀状态100A转变为收缩状态100B下的热收缩套管(由箭头所指示)。为了在热的影响下收缩，套管100包括至少一个热收缩层108。
[0082] 本发明利用可热恢复的制品(独立地尺寸热不稳定制品)作为热收缩层108。当然，如本领域技术人员所知，热收缩层可以由任何合适的材料制成。此外，本发明还包括多层布置，其附加地包括弹性层。热收缩层和/或弹性层可包括电绝缘和/或半导电和/或导电层或部件。
[0083] 收缩套管100B的内径102B紧密配合在覆盖的部件(图中未示出)之上，且壁厚104B与膨胀状态相比增加了。如本领域技术人员所知，热收缩过程导致直径减小多达膨胀状态下的直径的75％。如以上已述，根据本发明的原理可以应用于直管形的套管100以及应用于用于分支接头、弯头、弯曲等的不同形状的盖。套管100收缩到其上的部件可以是圆柱形的，或者它可以具有截面为多边形和/或截面沿着部件的纵向轴线变化的区域。
[0084] 根据本发明，热收缩步骤通过经由导电引线106施加电能来执行，导电引线例如是具有大于1·107S/m的电导率的导电线。图2至图5示出了形成加热单元120的导电引线106如何可以布置在热收缩产品上的示例。引线106可以设置为与热收缩层直接接触，或者可以设置在非收缩材料的层(例如弹性体层或热塑性层)上。端子引导到外部用于连接电源(在图中未示出)。优选地，电源是供给例如24V的DC电压的电池。导电导线106的整个长度由特定直径和待达到的电阻值确定，当选择0.1mm至0.4mm范围内的直径时，其总计约为1至15m。
[0085] 从图2可以看出，多个长形的导线部分112可以布置为平行于热收缩套管100的纵向轴线110。单独的导线部分112可以以曲折结构的方式串联互连，以形成一个连续的电引线106。附加地，纵向部分112中的一些可以互连以形成长形的闭合回路，那些回路中的多个平行地互连。部分112可以布置在热收缩套管100的外部或在其内表面上。此外，它们也可以由其他的层覆盖(如后面所述)。从中心线110看，部分112也可以布置在不同的平面中。
[0086] 具有纵向导线部分112的实施例具有的优点是，一旦热收缩层108收缩，导线部分112就变得彼此靠近布置，但是不会显著变形或错位。如果覆盖的部件的截面为多边形的和/或其尺寸沿着纵向轴线变化，则导线部分在某种程度上符合该外部轮廓。尽管如此，在热收缩过程期间不会出现尖锐的边缘或破裂。这意味着由于导线的强烈变形而引起的分离或增加电阻的区域的可能性较小。重要的是要注意，当使用包含铜和/或铝的加热丝时，其直径小于当使用电阻丝时的直径。因此，可以降低在导线的强烈变形点处断裂或电阻增加的风险。
[0087] 图3示出了如下示例，其中多个环形导线114布置在套管100上以形成导电引线106。这些线环114沿着纵向长度110等距布置，并且基本上垂直于纵向轴线110。当然，环也可以布置为彼此之间有不同的距离。此外，当使用椭圆形而不是圆形几何形状时，环114还可以被布置为与纵向轴线110成不同于90°的角度。
[0088] 环114可以以串联和/或并联电连接。对于串联连接，环可能不会围绕热收缩套管100的圆周完全封闭。
[0089] 图4描绘了一种布置，其中一个连续的导电引线106以螺旋配置围绕热收缩层108缠绕。该配置特别容易组装。绕组也可以布置为在相邻匝之间具有变化的距离。
[0090] 对于本领域技术人员而言显而易见的是，根据图2、图3和图4的上述说明的布置也可以彼此组合，如这在图5中示例性地示出的。根据该实施例，一层纵向部分112与一层环形导线114组合，其中哪层是顶层而哪层是底层是任意的。也可以组合多于两层以形成根据本发明的加热单元。在电气上，这些层可以并联和/或串联连接。
[0091] 有利地，不同层中的导线将与另一层的导线电绝缘。这可以通过使用单独覆盖有电绝缘体的导线和/或通过在导线的相邻层之间布置绝缘材料来实现。
[0092] 参考图6，说明了根据本发明的导电引线106的若干示例。本发明的发明人已经认识到，当减小截面面积和/或相应的增加长度时，也可以使用高导电材料来实现适合于由安全电压(例如24V DC)产生约120℃到最高450℃的温度的电阻。导线106的截面可以是圆形(导电引线106A)、椭圆形(导电引线106B)或多边形(导电引线106C)。此外，导电引线也可以由膜116形成。必须注意，在所有附图中图均未完全按比例绘制。特别地，导电膜116的厚度被放大。
[0093] 导电膜116例如可以由通过光刻工艺蚀刻的金属化层形成。替代地，也可以使用丝网印刷或其他印刷技术来将导电膜116沉积在热收缩层上或附加层上，例如热塑性膜。
[0094] 参照图7，将更详细地说明根据本发明的导电引线的电阻。图7示出了具有相同电阻的布置，当使用相同电压供电时导致相同的加热效果。特别地，将标准电阻加热线118的截面与铜线106或导电铜膜116进行比较。当假设铜线106A和导电膜116仅具有电阻线的比电阻的1％时，为了给具有相同长度的一段引线提供相同的总电阻，它们需要的截面面积仅为电阻线118的截面积的1％。
[0095] 可替代地，如果铜线106A的长度是电阻线118的5倍，则截面为电阻线118的截面的20％的铜线106A与电阻线118具有相同的电阻。
[0096] 由于经济和可靠性的考虑，电热丝106的数量和直径需要在一定的范围内。在导线106具有非常小的直径的情况下，需要减少它们的数量和/或长度。否则，电阻会增加太多，且24V或更低的电压无法产生足够大的电流来将导线加热到至少120℃的温度。另一方面，如果导线110具有太大的截面，则它们的电阻可能变得太低。然后必须增加长度，以便增加电阻。否则，导线106将不会被充分加热。从而增加了成本。另一选择是(至少在热收缩部件的特定区域内)使用两个或多个并联的电热丝电路。然后，电流根据电路的相对电阻分流。
这允许选择截面较小的导线，同时获得与较大尺寸导线相同的最终电阻。换句话说，两个导线并联连接，并且与基准导线相比，具有其一半的截面。但是，由于经济上的考虑，例如细导线相对于标准导线的成本以及可靠性问题，该原则受到了一定的限制，因为处理直径小于
100μm的极细导线比较麻烦。
这允许选择截面较小的导线，同时获得与较大尺寸导线相同的最终电阻。换句话说，两个导线并联连接，并且与基准导线相比，具有其一半的截面。但是，由于经济上的考虑，例如细导线相对于标准导线的成本以及可靠性问题，该原则受到了一定的限制，因为处理直径小于
100μm的极细导线比较麻烦。
[0097] 除了仅使用导电引线106作为加热单元120之外，还可以提供附加的加热元件122。该实施例如图8所示。
[0098] 根据有利的实施例，导电引线106仅产生可忽略的热量。热量的主要部分由附加的加热元件122产生。加热元件122可以例如由半导体加热元件形成。互连加热元件122的导电引线106既可以形成为导线的部分，也可以形成为膜状的导电引线。可以采用参考图6说明的任何直径。
[0099] 有利地，半导体加热元件122可以具有正温度系数(PTC)，从而提供固有的过热保护。
[0100] 此外，根据另一个有利的实施例，可以将传感器添加到热收缩部件中。这些传感器可以配置为监视和/或驱动加热和收缩过程，并且例如将反馈提供给电缆接头器和/或电驱动系统，例如，安装是否成功完成。特别地，当将加热单元实现为膜布置时，传感器和加热单元可以形成在附接到套管的共同的柔性基板上。
[0101] 对于导电导线的所有上述布置，本发明提出提供一种用于将由导电导线产生的热量散布在热收缩层108的圆周的周围的手段。热扩散层124允许将更均匀和更快的能量输入到热收缩层108中。此外，如果将热扩散层布置在加热丝106和热收缩层108之间，则也适合于避免热尖峰和对热收缩层108的潜在损害。
[0102] 从图9可以得出，加热单元120包括(至少在热收缩部件100的特定区域中)根据本发明的附加的热扩散层124。例如，热扩散层124可以由诸如铜或铝的金属形成，或者由通过添加合适的填料而具有增强的导热性的聚合物形成。
[0103] 此外，热扩散层124还可替代地或附加地包括一个或多个金属层。有利地，导电加热丝106不应彼此直接接触或与导电表面直接接触，以避免局部短路，该局部短路将以不确定的方式影响整个加热系统的总电阻。因此，在金属热扩散层124设置为与导电引线106接触的情况下，各个引线可以例如被薄的电绝缘层覆盖。在示例性布置中，加热丝106可以在轴向方向上附接到接头体的热收缩套管(如图2所示)，直径小于400μm并且在周向地彼此间隔约5mm至30mm。通过这种设置，厚度小于400μm的铜或铝的单个膜足以显著促进接头体的圆周的周围的均匀收缩。
[0104] 图10示出了另一种有利的布置，其中第二热扩散层124布置为覆盖导电引线106。
[0105] 根据图11所示的另一有利实施例，导电引线106可以至少部分地嵌入在嵌入材料126内。嵌入材料126可以例如包括粘合剂、热熔材料、乳胶或润滑剂，或任何其他合适的材料，其至少部分地包围导电引线106并改善朝向热扩散层124的热传递，如将参照图18至24更详细地解释。上述材料中的附加填料可以改善效果。
[0106] 导电引线106可以包括形成芯的金属引线156，该芯被电绝缘层154覆盖。图12中绘示了此细节。如果引线106可以与形成热扩散层124的上表面的金属层直接接触，则这种布置是有利的。
[0107] 图13示出了加热单元120的另一有利实施例。根据该实施例，导电引线106完全被嵌入材料126围绕。附加的覆盖层128布置在嵌入材料126的顶部上。如图13所示，热扩散层124可以由电绝缘塑料层130形成，并且覆盖层128可以由金属层132形成。由于存在电绝缘的嵌入材料126，导线106不一定必须涂覆有电绝缘层，而可以使其裸露。
[0108] 图14和图15示出了加热单元120的另一有利实施例，其允许电热丝106没有绝缘涂层。根据该实施例，首先将导线106附接到塑料膜130。从与导线106相对的一侧，如箭头134所示，附接有热扩散金属层132。图15显示了最终组装的加热单元120。因此，热扩散层124形成为包含至少一个金属层132和至少一个电绝缘塑料层130的双层。
[0109] 根据如图16所示的另一有利实施例，金属层132和塑料层130均可以覆盖有构成嵌入层126的粘合剂。然后，如安装方向134和136所示，将导电引线106夹在这两个膜之间。该实施例的优点在于，可以容易地处理加热单元120。必须注意，根据本发明，塑料层130和/或金属膜132可以用作热扩散层124。可以自由选择在导电引线106和热收缩层之间布置塑料层130还是金属膜132。
[0110] 图17示出了另一有利的实施例，其中一个以上的加热单元120A、120B上下叠置。热扩散层124可以由金属或塑料膜形成。一旦使用金属膜，为了避免不受控制的短路，导电引线106可以涂覆有电绝缘层。
[0111] 参考图18至图24，将针对热收缩部件100的各种有利实施例更详细地说明根据本发明的热扩散理念。图18示出了第一实施例，其中，将加热丝106布置在热收缩层108(例如，热收缩套管)上，并具有附加的塑料热扩散层124。如箭头138所示，热流以热收缩层108不会经历与直接接触导线106时所经历的相同的温度峰值的方式偏离。因此，可以避免在热收缩层108处因过热而损坏。
[0112] 当附加地提供嵌入材料126的层时，更多的热量到达热收缩层108，并且热量被更均匀地分散。这种配置如图19所示。如果嵌入材料126和热扩散层124是电绝缘的，则导电引线106不必是电绝缘的。然而，出于可靠性的原因，优选地提供绝缘。
[0113] 关于以上说明的实施例，始终假设热扩散层124是覆盖热收缩层108的较大部分的连续层。但是，如图20所示，也可以仅在导电引线106附近设置热扩散材料124。有利地，热扩散材料由直接在导电线106下面的金属膜132的迹线形成。有利地，粘合剂形成嵌入材料126，该嵌入材料至少部分地围绕导线106并且在制造期间便于处理。
[0114] 从与使用塑料层130的图19的比较中可以看出，根据图20的布置实现了几乎相同程度的热扩散，特别是以大约相同的程度避免了热收缩层108处的高温峰值。如果如图20所示仅将热扩散层局部设置，则其厚度优选在1mm以下。
[0115] 另一方面，图21示出了具有形成热扩散层124的连续的金属膜132的布置。嵌入材料126至少部分地包围导电引线106。如箭头138示意性所示，由于材料的高导热率，在金属层132的平面内，热流在与金属层132的厚度交叉的方向上分布。此外，热流以热收缩层108不会经历与直接接触导线106时所经历的相同的温度峰值的方式偏离。因此，可以避免在热收缩层108处因过热而损坏。通过附加地提供嵌入材料126的层，均匀分散的更多热量到达热收缩层108。如果嵌入材料126是电绝缘的，则导电引线106不必是电绝缘的。
[0116] 当然，也可以优选地以交替的方式布置具有更高和更低导热率的一个或多个层，以形成多层热扩散层。这种多层热扩散层124的示例在图22中示出。根据该示例，在热收缩层108上布置具有高导热率的热扩散层，例如金属层132。金属层132被导热率较低的层(例如塑料层130)覆盖。导电引线106布置在第二金属层132上，第二金属层132沉积在塑料层130的顶部上。有利地，导电引线106至少部分地嵌入在嵌入材料126内。如箭头138所示，热流被金属层132在层的相应平面内强烈地散布。在其从导线106到热收缩层108的途中，热量被相当均匀地散布，以便在热收缩部件100的圆周的周围提供均匀的能量输入，并避免在热收缩层108处出现任何破坏性的温度峰值。通过这种布置以及参照其他附图说明的布置，热扩散层允许加热丝在更高的温度下工作，从而确保了在整个产品上更均匀地发生加速的收缩过程。
[0117] 通过由具有导电膜迹线116的印刷图案的柔性箔130形成加热单元120，可以达到类似的热分散模式。柔性箔130可以例如是由聚酰亚胺(PI)制成的聚合物载体膜，其包括形成导电迹线116的铜层，如图23所示。由于这样的事实，即导电膜不仅沿相对较小的表面积与基板接触(这是例如具有圆形截面的导线的情况)，与加热丝106相比，热量已经分散在更大的面积上。此外，PI箔130进一步散发所产生的热量，如热流箭头138所示。当然，也可以添加附加的覆盖层，优选也由与载体箔相同的材料制成。布置在PI箔130和热收缩层108之间的附加金属层(图中未示出)增加了热传递。这样的金属层也可以支持仅将这种加热系统的较小的件布置在热收缩层108上，从而在某些情况下降低了成本。
[0118] 此外，如图24所示，导电膜线116也可以被嵌入材料126覆盖。
[0119] 必须提到的是，市场上可以买到的塑料膜具有不同的铜层厚度(例如，5μm至25μm之间)。这些尺寸当然导致导电膜116的不同宽度，从而以不同的百分比覆盖圆周。
[0120] 如上所述，为了将热量最佳地传递到热收缩层108，需要加热单元120和热收缩层108之间的紧密接触。图25示出了有利的实施例，其中加热单元120在界面140处牢固地结合到热收缩层108。图25所示的加热单元120的结构如图13示例性地所示。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，根据本发明的任何其他加热单元也可以结合至热收缩层108的表面。除非使用粘合剂将加热单元120结合到热收缩层108，否则有利的是，作为界面140的一部分的加热单元120的层(或至少表面层)是可以化学结合到热收缩层108的表面的塑料材料。
[0121] 根据本发明的另一有利的实施例，可以设置一个或多个附加的压缩层142，以将加热单元120压向热收缩层108。最佳地，在整个热收缩期间，压缩层142保持加热单元120与热收缩层108紧密接触。然而，由于电热丝106也产生大量的热辐射，因此可以容许一定程度的分层并因此紧密接触的损失，并且仍然允许合理的收缩性能。也很重要的是，将大量的热能传递到热收缩层中直到开始收缩。之后，要传递相对少量的热量。如图26所示，压缩层142可以包括第二热收缩层144和/或预拉伸的弹性体层146。
[0122] 附加地或替代地，如图27所示，压缩元件142可以包括弹簧148或包括多个弹簧的弹簧系统，用于将加热单元120压在热收缩层108上。
[0123] 必须提到的是，第二热收缩层144和预拉伸的弹性体层146可以形成为一个以上的短环。
[0124] 图28至图30示出了如何将导电引线106拉紧的示例，尽管与热收缩层108发生了热扩散接触。首先，如图28所示，可以将导电引线接收在热收缩层108的相应形成的凹部150中，从而建立形状配合。此外，导电引线106可以被嵌入在嵌入材料(该图中未示出)中。可以添加热扩散层(图中未示出)以包含该布置。
[0125] 在导电引线由导电膜116形成的情况下，可以将其直接或经由电绝缘膜130附接到热收缩层108。这种布置如图29所示。例如，可以将薄的结构化金属膜116结合到表面，或者将导体116印刷到热收缩层108的表面上。替代地，如对于印刷电路板(PCB)制造已知的那样，热收缩层108的表面也可以涂覆有金属层，然后通过蚀刻步骤对其进行图案化。
[0126] 此外，如图30所示，导电引线106也可以嵌入与热收缩层108紧密接触的嵌入材料和/或附加的热收缩层152内。嵌入步骤可以例如通过共挤出来执行。
[0127] 必须注意的是，在上述任何实施例中，都必须避免气穴，因为空气会从室温膨胀到120℃以上，产生的气泡足以阻碍足够的热扩散和/或产生热收缩产品的不希望的变形。因此，除非充分避免气泡的存在，否则可能损坏热收缩部件。
[0128] 综上所述，本发明提供了收缩广泛使用的能源产品的选择，例如LV、MV、甚至是HV接头体、端子、套管(例如重装套管)和模制零件(例如破裂、靴和帽)，其不使用明火而是使用电能。因为该应用通常是现场安装，所以电源有益地使用电池，该电池可以在电缆接线工作人员的厢式车中得到，也可以运送到安装地点。替代地，可以使用发电机，该发电机可以在厢式车中得到，也可以在有限的距离内运输。出于安全原因，可以将电压值限制在20V的量级内，最大24V。为了与使用明火达到的安装时间兼容，典型的MV接头体的收缩时间不应超过最多10分钟。
[0129] 为了缩短收缩时间，加热丝和膜的温度应尽可能高，最好高于热收缩产品的破坏温度。避免温度峰值的方法主要解决了局部破坏的问题。此外，该方法可以显著地帮助将要传递的热能散布到热收缩部件中，从而确保理想地在整个表面积上进行热传递。
[0131] 本发明提供了用于在热收缩部件的整个圆周的周围实现均匀收缩的理念。如上所述，在两个主要阶段期间，圆周周围可以出现更均匀的收缩：首先，在对热收缩部件进行加热时以及在其可见的收缩期间，其次，在热收缩产品基本收缩到基底上之后。
[0132] 为了在对热收缩部件进行加热期间以及在其可见的收缩期间在圆周的周围获得均匀的收缩，首先可以提供覆盖热收缩部件的大部分圆周的散热器。这些部件可以覆盖不同的圆周量，具有一定的壁厚和/或层数以散布热量，或者用更隔热的材料制成多层。
[0133] 此外，可以使用具有较大截面的导线以产生对更长的长度的需求，并在制造过程期间便于处理。
[0135] 此外，特定尺寸的导电膜可用于加热。应当注意，用于该应用的镀锌铜膜的可以在5μm至25μm的范围内及以上。为了产生与根据本发明使用的铜线相同的膜的截面(例如，直径：0.22mm，截面：0.038mm2)，膜的宽度对于5μm厚度为7.6mm，对于9μm厚度为4.2mm，对于25μm厚度为1.5mm。
[0136] 在热收缩产品基本上收缩到基底上之后，实现圆周周围的均匀收缩的原理包括使用厚壁、多层加热系统和/或附加层以产生更大的热容量(例如，可以为此使用图11、14、22所示的布置)。其次，可以使用具有较高热容量的材料：铜和铝等金属，聚乙烯、聚酰亚胺等聚合物，以及热熔胶，胶泥作为顺应层，可选地具有高填料水平以储存更多的热量。根据图24的布置是该构思的具体实施例，因为层152可以被视为吸收热能的层，而不仅仅是散布，热量然后传递到热收缩套管中以改善收缩效果。
[0137] 本发明可以有利地与以下示例性具体尺寸和特性一起使用。
[0138] 尽管根据本发明可以使用任何种类的电热丝，但是除了常规的电阻丝之外，还可以使用电导率至少为1·107S/m的电热丝。电源优选提供的电压是低于60V的DC电压或25V RMS的AC电压。
[0139] 此外，加热导体的截面积在0.007mm2至0.8mm2之间，相当于直径为0.1至1.0mm的导线。导电膜必须具有相应的尺寸，通常，这些膜的厚度范围为5μm至25μm。导体在加热期间的温度至少为120℃，最高450℃。120℃的值是热收缩产品的典型收缩温度。有一些变体会在110℃时收缩，而一种不用于能源产品的非常特殊的材料会在65℃时开始收缩。考虑到对环境的温度损失，导体的温度必须远高于120℃。
[0140] 以上参数限定了广阔的工作空间。取决于热收缩产品和导体的几何形状，可以例如根据以下示例来限定加热系统。
[0141] 典型的MV接头体的壁厚为热收缩层(加弹性层)的3.5mm，长度为420mm，外径为68mm(表面积为9dm2)。在成功的试验中，使用了六个加热单元，每个单元的导线为3.3米(直径为0.22mm)。在提供24V电源的情况下，这六个加热单元并联连接，并加热到200℃至350℃的导线温度。收缩时间为10分钟，采用隔热和热扩散方式。
[0142] 如果选择较小的导线直径，则每个加热单元的导线的米数要较小。因此，要配置六个以上的加热单元，以允许24V电源将热收缩部件加热到所需温度。其他成功的试验使用直径为0.8mm，长度为4m的电阻丝，提供了两个厚度小于300μm的金属层作为热扩散层。
[0143] 如果另一种热收缩产品的表面积较小，则需要较少数量的加热单元(因此导线的米数也较少)。
[0144] 如果另一种热收缩产品的壁厚较小，则需要的加热系统的数量也相应减少，导线的米数也相应减少。对壁厚的依赖性似乎不是线性的。看起来，即使是产生10mm的总壁厚的多个热缩套管的堆叠体，也可以使用与壁厚3.5mm的典型MV接头体相同的设置来加热。当然，这取决于特定热收缩材料的整体收缩行为。通过调整热收缩材料的成分，可以改变收缩温度和收缩的难易程度。
[0145] 附图标记列表
[0146]
[0147]
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