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Verfahren zur Wärmebehandlung eines Rohres aus Polytetrafluoräthylen od. dgl. und Kern zur Ausübung des
Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Rohres aus Polytetra- fluoräthylen od. dgl., wobei das Rohr innerhalb eines Schutzrohres erhitzt wird. Die Erfindung kann am besten mit Bezug auf die Arbeitsweise bei der Behandlung des oben erwähnten besonderen Kunstharzes beschrieben werden und die folgende Beschreibung ist demgemäss hierauf beschränkt. Jedoch kann die Er- findung selbstverständlich, wie auch aus den nachfolgenden Erläuterungen ersichtlich ist, bei der Be- handlung anderer Kunststoffe angewendet werden, die Behandlungs- oder Formungseigenschaften ähnlich denen des Polytetrafluoräthylens haben.
Die Herstellung von Rohren aus Polytetrafluoräthylen ist bisher auf solche verhältnismässig kurzer
Länge beschränkt. Diese Beschränkung ist besonders ausgeprägt bei der Herstellung von Rohren grossen
Durchmessers, etwa von 2 cm und mehr. Zur Zeit werden die Rohre im Strangpressverfahren erzeugt, wo- bei dieselben mit begrenzter Länge aus einer pastenförmigen Mischung des Kunstharzes mit einem
Schmiermittel ausgepresst werden. Das Auspressen findet bei Raumtemperatur statt. Hiebei entsteht ein äusserst zerbrechliches Produkt, das gesintert werden muss, damit es die verschiedenen Eigenschaften er- hält, derentwegen für solche Rohre grosser Bedarf vorliegt.
Um das ausgepresste Rohr zu sintern, muss es in einen Ofen oder einen andern umschlossenen Raum gebracht werden, in dem es bei erhöhten Tempe- raturen einem Erwärmungs- und Sinterungsvorgang unterworfen wird.
Wie bereits erwähnt wurde, ist das Material vor dem Sintern äusserst zerbrechlich und muss sorgfältig behandelt werden. Ein bekanntgewordenes Verfahren besteht darin, das ausgepresste Rohr innerhalb eines Schutzrohres, beispielsweise eines Stahlrohres, anzuordnen. das einen etwas grösseren Innendurchmesser hat. Auf diese Weise können theoretisch Rohre grosser Längen behandelt werden, weil das Schutzrohr über seine ganze Länge ohne Durchhängen im Ofen gelagert werden kann. Es hat sich jedoch gezeigt, dass das Schutzrohr gewisse ungünstige Wirkungen auf das Endprodukt ausübt.
So tritt beim Sintern von ausgepressten Rohren grosser Länge Innerhalb des Schutzrohres eine Erscheinung auf. die man als "Einziehen" bezeichnen kann und welche in einer Verminderung des Durchmessers des Rohres innerhalb eines mittleren Abschnittes gegenüber dem Durchmesser an den Enden des Rohres besteht. Die versuchsweise Erklärung dieser Erscheinung liegt in der Tatsache, dass das Rohr während des Erwärmens und Sinterns in Längsrichtung zusammenschrumpft. Beim Schrumpfen gleiten die Rohrenden auf der Innenfläche des Schutzrohres und die infolge der Wandreibung entstehende Zugkraft bewirkt bei einem genügend langen Rohr ein Strekken desselben in seinem mittleren Abschnitt.
Eine weitere ungünstige Wirkung ergibt sich beim Eintauchen eines von dem Schutzrohr umgebenen, bereits gesinterten Rohres in ein Abschreckbad. Es wurde festgestellt, dass bei allen Rohren - mit Ausnahme der Rohre kleinen Durchmessers - im Augenblick des Eintauchens ein Zusammenfallen stattfindet. Anzunehmen ist, dass dieses Zusammenfallen durch die Entwicklung von Dampf in dem von den Wänden des Rohres und des umgebenden Schutzrohres begrenzten Raum verursacht wird.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, längere Rohre aus Polytetrafluoräthylen od. dgl. als bisher möglich einer Wärmebehandlung zu unterziehen, ohne dass ein wesentliches Einziehen im Durchmesser oder ein Zusammenfallen des Rohres eintritt.
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Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass in das Rohr vor der Wärmebehandlung zur Verhin- derung einer radialen Verformung desselben ein lose passender, der Querschnittsform des Rohres entspre- chender Kern eingesetzt und nach der Wärmebehandlung wieder entfernt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen 'Fig. l eine schematische Darstellung eines Rohres, das innerhalb eines Schutzrohres gelagert ist, um die
Erscheinung des Einziehens zu veranschaulichen, Fig. 2 eine Stirnansicht des Schutzrohres mit dem darin gelagerten Rohr und dem in dieses eingesetzten Kern, Fig. 3 einen Längsschnitt nach der Linie 3 - 3 der
Fig. 2, Fig. 4 eine schematische Darstellung der Einrichtung zum Einführen eines biegsamen, schrauben- förmig gewundenen Drahtkernes von einer Vorratsrolle aus in das Kunstharzrohr.
In Fig. 1 ist das Schutzrohr 10 im Längsschnitt dargestellt, während das gesinterte Rohr 14 in Ansicht gezeigt ist. Die gestrichelte Umrisslinie 12 stellt das ausgepresste Rohr in dem Zustand dar, wie es in das
Schutzrohr 10 zum Sintern eingebracht wird. Wie aus der etwas übertriebenen Darstellung zu entnehmen ist, hat das gesinterte Rohr im Mittelbereich 16 eine eingezogene Form erhalten. Der Grund hiefür kann, was bereits erwähnt wurde, in der durch Reibung erzeugten Zugwirkung in den Bereichen der Flächenbe- rührung 18 und 20 gesehen werden. Es ist erklärlich, dass dieser Fehler bei kurzen Rohren nicht merklich in Erscheinung tritt.
Bei längeren Rohren macht sich dieser Fehler aber mehr und mehr bemerkbar. Es gibt also eine Gren- ze hinsichtlich der maximalen Länge far Rohre, die nach diesem Verfahren gesintert werden können. Wie ebenfalls schon erwähnt wurde, ergibt sich auch eine Neigung zum Zusammenfallen des Rohres, wenn es in das Abschreckbad eingetaucht wird.
In den Fig. 2 und 3 ist die erfindungsgemässe Massnahme dargestellt, die zur Lösung der beiden er- wähnten Probleme dient. Das tragende Schutzrohr ist hier wieder mit 10 bezeichnet, während das ausge- presste Rohr mit 12 bezeichnet ist. Gemäss der Erfindung ist in das Rohr 12 ein leichter Kern, vorzugs- weise biegsam und in Form einer Stahldrahtwendel 32, eingesetzt. Die Drahtwendel 32 hat einen im wesentlichen kreisförmigen Umriss und etwa zwei Windungen auf 2, 5 cm Länge. Um beste Ergebnisse zu erhalten, wird der Aussendurchmesser des Kernes vorzugsweise mit etwa neun Zehntel des Innendurch- messers des Rohres 12 vor dem Sintern gewählt. Ferner wird die Drahtwendel vorzugsweise aus einem rostfreien Stahl hergestellt.
Praktisch kann ein beliebiger Kohlenstoffstahl oder ein anderes Metall benutzt werden, das gegen Korrosion bei Hitze höchst widerstandsfähig ist. Schliesslich ist ohneweiters verständ- lich, dass die Wendel auch aus Kunststoff bestehen kann, sofern der betreffende Kunststoff die Sinterungs- temperatur aushält.
Aus einem noch nicht ganz geklärten Grund hat das Vorhandensein der Wendel 32 innerhalb des Roh- res 12 während dessen Sinterung die Wirkung, dass das oben erwähnte Einziehen merklich vermindert
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Form zu verlieren und eine elliptische Form anzunehmen. wodurch die Berührungsfläche zwischen ihm und dem Schutzrohr grösser wird. Wenn diese Voraussetzung zutrifft, so kann weiterhin angenommen werden, dass die Wendel 32 das Rohr 12 in einer fast kreisförmigen Gestalt hält, wodurch die Flächenberührung minimal gehalten wird. Diese Erläuterung beruht jedoch nur auf einer Vermutung und erhebt keinen Anspruch auf Richtigkeit. Ausschlaggebend ist, dass das Vorhandensein des Kernes den unerwarteten Erfolg hat, das Einziehen zu vermindern.
In ähnlicher Weise bewirkt der Kern 32 eine innere Abstützung für das Rohr während des Abschrekkens, so dass ein Zusammenfallen desselben verhindert wird. Bei der Herstellung von Rohren mit l, 8 und 2,5 cm Durchmesser wurde festgestellt, dass bei beiden eine Wicklung aus Draht von 1, 6 mm Durchmesser vorteilhaft ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Festigkeitseigenschaften der Rohrwände unbeeinträchtigt bleiben.
Die Benutzung einer Wendel als Kern hat gegenüber andern Kernformen einen besonderen Vorteil, wie in Fig. 4 schematisch veranschaulicht ist. Hier ist die Wendel 32 auf einer Vorratsrolle 42 aufgewickelt, von der aus sie in das Rohr 12 eingeführt werden kann. Ein solcher biegsamer Kern erfordert nur wenig Raum zur Lagerung und beim Einführen in das Rohr während der Ausführung des Verfahrens. Dieser Vorteil wird deswegen besonders erwähnt, weil nunmehr verständlich wird, dass gewisse Gesichtspunkte des Verfahrens der Erfindung auch mit einem starren oder halbstarren Kern erfüllt werden können. Eine der hiebei zu beachtenden Beschränkungen ist jedoch, dass der Kern ein geringes Gewicht haben muss, damit er nicht in die Wand des Rohres eindringt, während das Rohr gesintert wird.
Immerhin kann aber die Anwendung eines perforierten Rohres aus Metall oder einem andern geeigneten Material erwogen werden, u. zw. wenn dies beim Sinterungsvorgang nicht möglich ist, wenigstens beim Abschreckvorgang.
Selbstverständlich kann der Kern entweder vor dem Abschreck-oder vor dem Sinterungsvorgang ein-
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gesetzt werden. Er kann nur für die Verminderung des Einziehen oder nur für die Verhinderung des Zusammenfallens beim Abschrecken oder für beide Zwecke verwendet werden. Ferner können natürlich auch andere Stoffe als rostfreier Stahl für das äussere Schutz- bzw. Lagerrohr verwendet werden, sofern sie den Sinterungs- und den Abschreckvorgang aushalten, obwohl als Schutzrohr ein Rohr aus rostfreiem Stahl bevorzugt wird.
Die richtige Wahl der Grösse des Kernes ist für seine Wirkung bestimmend. Während des Sinterns eines Rohres aus Polytetrafluoräthylen od. dgl. schrumpft dieses nicht nur in Längsrichtung, sondern auch im Durchmesser. Das radiale Schrumpfmass kann für jeden Rohrdurchmesser experimentell bestimmt werden. Der Kern wird dann vorzugsweise so dimensioniert, dass sein Durchmesser gerade etwas geringer ist als der minimale Innendurchmesser, den das Rohr durch das erwähnte Schrumpfen erreicht hat. Hiedurch wird ein Einbetten oder Verklemmen des Kernes im Rohr ausgeschlossen und ein leichtes Entfernen des Kernes aus dem Rohr ermöglicht.
Beim Herausziehen erweist sich die Wendelform des Kernes wieder als entschieden vorteilhaft, denn ein solcher Kern kann selbst dann leicht entfernt werden, wenn ein ungewöhnlich starkes radiales Schrumpfmass vorliegt. Dies ergibt sich aus der Natur einer Wendel, deren Durchmesser beim Strecken in Längsrichtung kleiner wird.
Das die Grundlage der vorliegenden Erfindung bildende Verfahren wurde mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform vollständig beschrieben. Selbstverständlich können aber zahlreiche Abänderungen und Verbesserungen vom Fachmann vorgenommen werden, ohne sich aus dem Bereich des Erfindungsge- dankens zu entfernen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Wärmebehandlung eines Rohres aus Polytetrafluoräthylen od. dgl.. wobei das Rohr innerhalb eines Schutzrohres erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in das Rohr vor der Wärmebehandlung zur Verhinderung einer radialen Verformung desselben ein lose passender, der Querschnittsform des Rohres entsprechender Kern eingesetzt und nach der Wärmebehandlung wieder entfernt wird.