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Verfahren und Form zur Herstellung von rohrförmigen Gegenständen aus Polytetrafluoräthylen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von rohrförmigen Gegenständen aus Polytetrafluoräthylen.
Polytetrafluoräthylen (weiterhin abgekürzt P. T. F. Ä.)-besser bekannt als Teflon, die Marke des
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neues Mitglied der Kunststoff-Familie ist und sich von andern bisher bekannten Stoffen durchaus unterscheidet. Es besteht in der Tat ein ausgeprägter Unterschied zwischen P. T. F. Ä. und den ihm am nächsten liegenden chemischen Nachbarn, wie Trichlorfluoräthylen (z. B. Marke Kel-F".) Infolge der einzigartigen chemischen Eigenschaften von P. T. F. Ä. besteht eine grosse Nachfrage nach verschiedenartigen, aus ihm hergestellten Gegenständen. Ein typisches Bild ist der Wunsch bzw. die Forderung nach einem biegsamen rohrförmigen Balg, der als Ausdehnungsverbindung oder biegsame Kupplung zwischen Leitungen aus P. T. F. Ä. oder andern Stoffen verwendet werden kann.
Solche Elemente sind zwar tatsächlich schon hergestellt worden, jedoch dadurch dass sie aus einem stark wandigen rohrförmigen oder vollen Rohling durch Spanabhebung herausgearbeitet wurden. Dies bedeutet natürlich kostspielige Arbeitsvorgänge und einen erheblichen Materialverlust und führt nicht zu einem wirtschaftlich tragbaren Ergebnis.
Die Erfindung beruht auf der Feststellung, dass biegsame Bälge oder ähnliche Gegenstände aus P. T. F. Ä. durch Auswahl des richtigen Ausgangsmaterials und Einblasen in Formen mittels besonderen Vorrichtungen unter besonderen Bedingungen hergestellt werden können. Es wurde ferner ermittelt, dass aus Rohren Bälge geformt werden können, die biegsamer sind, als normalerweise bei der Biegung eines ziehharmonikaförmig gefalteten Rohrabschnittes erwartet werden kann. Gemäss der Erfindung können Bälge aus P. T. F. Ä. geformt werden, die Nuten und die Nuten verbindende Seitenwände von wesentlich dünnerer Wandstärke haben als die daneben liegenden Rippen und die sich dann anschliessenden rohrförmigen Enden.
Die dünneren Wände verbessern die Biegsamkeit des Balges und erhöhen seine V ol1kommenheit und Lebensdauer.
Es wurde insbesondere gefunden, dass ein gesintertes Rohr aus P. T. F. Ä., das durch Strangpressen einer pastenförmigen Mischung des Harzes und eines geeigneten Auspresshilfsmittels erzeugt worden ist, mittels Einblasens in Formen nachgeformt werden kann. Jedoch wurde festgestellt, dass für die maximale Biege-Lebensdauer des fertigen Erzeugnisses zwei Punkte wesentlich sind : Erstens muss das durch Strangpressen hergestellte Rohr schnell abgeschreckt werden, vorzugsweise durch Eintauchen in ein Wasserbad, nachdem es gesintert wurde. Zweitens muss das Rohr durch Abschrecken gekühlt werden, nachdem es nachgeformt wurde, wie weiterhin noch ausführlicher erläutert werden wird.
Das Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen Gegenständen aus P. T. F. Ä. besteht erfindungsgemäss darin, dass ein gesintertes Rohr aus pastenförmigem, stranggepresstem Polytetrafluoräthylenharz in eine Form eingelegt wird, sodann das Rohr an seinen Enden abgedichtet und im Abschnitt zwischen seinen Enden erhitzt wird, wonach unter Einwirkung eines Druckmediums der Mittelteil des Rohres verformt und schliesslich unter Aufrechterhaltung des Druckes abgekühlt wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Form zur Durchführung des Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Formmantel rohrförmige Gestalt aufweist und aus zwei zylindrischen Abschnitten sowie aus einem aus zwei halbzylindrischen Teilen zusammengesetzten Mittelteil besteht, wobei die Innenseite des Mittelteiles Formhöhlungen aufweist, sowie Mittel zur Sicherung der zylindrischen Abschnitte an den
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Enden des zusammengesetzten Mittelteils vorgesehen sind, und dass zum Halten der Enden des gesinterten Körpers in der Form Stopfen vorgesehen sind, die in die zylindrischen Abschnitte einsetzbar sind.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind zur Ableitung der Wärme von den Enden des gesinterten Körpers die Endabschnitte der Form dickwandiger als der Mittelteil der Form.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt in Verbindung mit dem Einblasen von P. T. F. Ä. in Formen liegt noch darin, dass der Formdruck verhältnismässig hoch ist und beträchtlich höher liegt als der Druck, der für das Formblasen gewöhnlicher thermoplastischer Stoffe mit vergleichbarer Wandstärke erforderlich ist. Der Druck, der hier zum zufriedenstellenden Formen eines bestimmten Rohres aus P. T. F. Ä. erforderlich ist, liegt tatsächlich nur wenig unter dem Druck, bei dem die Wände des Rohres aufgerissen werden würden.
Diese Tatsache bildet die Grundlage bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Enden des Rohres auf einer geringeren Temperatur als der zu formende Mittelteil gehalten werden. Dadurch, dass die Temperatur an den Enden des Rohres niedrig gehalten wird, wird auch die Möglichkeit ausgeschlossen, dass am Umfang der Stopfen während des Blasens Leckstellen entstehen.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Form mit einem eingelegten Rohr aus P. T. F. Ä., wobei ein Zwischenzustand im Gesamtverfahren dargestellt ist ; Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1 ; Fig. 3 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 1, wobei das Rohr bereits geformt worden ist ; Fig. 4 eine Ansicht des hergestellten Balgs.
Eine typische zum Formblasen von Rohrlängen aus P. T. F. Ä. geeignete Form ist in Fig. 1, 2 und 3 dargestellt. Die Formzone, die den mittleren Teil der Gesamtform einnimmt, wird durch die Halbschalen 10 und 12 gebildet. Die Halbschalen sind gegeneinander durch die Zentrierzapfen 14 festgelegt
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Der zylindrische Teil 20 ist bei 31 durch Schweissen od. dgl. mit einem Flansch 30 verbunden, der an seinem Umfang eine Anzahl von Bohrungen mit Versenkungen 34 zur Aufnahme von Schrauben 36 hat.
Ferner ist der Flansch mit einer Mittelbohrung versehen, die ein Innengewinde 38 zum Einschrauben des Stopfens 40 hat.
Der zylindrische Teil 22 ist in gleicher Weise mit einem Flansch 42 verbunden, der mit dem Flansch 30 identisch ist. Werden die Bohrungen mit den Versenkungen 34 in den Flanschen 30 und 42 aufeinander ausgerichtet, so können die Stirnteile durch die Zugstangen 44 mittels der Schrauben 36 vereinigt werden.
Die Flanschen 30 und 42 haben eine massive Gestalt, um die Wärmeableitung und-abstrahlung zu erhöhen, damit die Stopfen aus den bereits erwähnten Gründen auf einer ausreichend niedrigen Temperatur gehalten werden.
Um die Form für den Betrieb zusammenzusetzen, wird eine Rohrlänge 46 aus im pastenförmigen Zustand stranggepresstem gesintertem abgeschrecktem P. T. F. Ä. in die Form eingesetzt, wobei ein Ende gegen den Bodenstopfen 50 angelegt wird, der bereits vorher in den Flansch 42 eingeschraubt wurde (vgl.
Fig. 1). Der Stopfen 50 verhindert eine axiale Bewegung des Rohres 46, das eine verhältnismässig starke Wandung haben kann, wenn der Kopfstopfen 40 mittels eines Zapfenschlüssels eingeschraubt wird, der in die Löcher 52 einsetzbar ist. Beim Einschrauben des Stopfens 40 in den Flansch 30 presst sich die kegelige Fläche 54 in das Rohrende 56 ein und drückt dieses gegen die kegelige Fläche 58 des zylindrischen Teiles 20.
Ist ein Ende des Rohres 46 in der Form festgelegt, dann kann der Bodenstopfen 50 entfernt und durch einen andern Stopfen 60 ersetzt werden, vergl. Fig. 3. Der Stopfen 60 erfasst das Rohrende 48 in gleicher Weise wie der Stopfen 40. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass der Stopfen 60 mit einem Kanal 62 versehen ist, um die Form von übermässigem Druck zu entlasten, der durch Feuchtigkeit der zugeführten Luft verursacht werden könnte. In ähnlicher Weise hat der Stopfen 40 einen Kanal 64, der jedoch insofern vom Kanal 62 abweicht, als er am Anfang eine Versenkung zum Einsetzen einer Schlaucharmatur od. dgl. hat, um mittels eines angeschlossenen Schlauches Luft oder ein inertes Gas unter Druck in das Innere des Rohres 46 einzuführen.
Hinzuweisen ist noch auf die massive Gestalt der Stopfen 40 und 60, die zur Begrenzung der Temperatur an den Formenden beiträgt.
Mit der völlig zusammengesetzten Form nach Fig. 3 kann nunmehr das Formen des Rohres stattfinden.
Durch beliebige Mittel wird dem mittleren Teil der Form Wärme zugeführt. Als zufriedenstellend wurde gefunden, eine offene Flamme oder einen Brenner zu verwenden, jedoch kann stattdessen ein Heizmantel benutzt werden. Die Temperatur wird soweit erhöht, bis sich das Äussere der Formzone auf etwa 3150 befindet. Dieser Wert liegt grob gerechnet 16-20'unterhalb des Gelpunktes von P. T. F. Ä., wobei jedoch die Ansichten über den genauen Temperaturwert, bei dem es ein Gel bildet, etwas auseinandergehen. Nach einer kurzen Zeitspanne kann unter Beibehaltung dieser Temperatur angenommen werden, dass sich der in der Formzone liegende Teil des Rohres 46 auf einer Temperatur von nahezu 3150 befindet.
Sodann wird Luft oder ein inertes Gas durch den Kanal 64 des Stopfens 40 eingeführt. Der Druck richtet sich nach der Wandstärke des Rohres 46. Es wurde festgestellt, dass 1, 76 bis 2, 11 at benötigt werden, um ein Rohr mit einer Wandstärke von 0, 56 mm zu formen. Eine 1, 5 mm starke Wand erfordert etwa 7 at, während bei einer Wandstärke von 2, 5 bis 3, 3 mm etwa 14 at benötigt werden. Wie ermittelt wurde, kann die Luft oder das Gas einigermassen schnell, jedoch nicht augenblicklich eingelassen werden. Normalerweise ergibt sich eine hinreichende Verzögerung durch die Zeit, die eine Bedienungsperson zum
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Öffnen des Ventils in der Luft- oder Gasleitung benötigt. Das Rohrinnere soll innerhalb etwa 15-30 sec den Formdruck erreichen.
Wird die Form in der beschriebenen Weise beheizt, so passt sich der mittlere Teil des Rohres 46 unter
Einwirkung eines Druckmediums der Form an, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Infolge der Beheizungsart haben die Teile des Rohres 46, die mit den Rippen 66 in Berührung sind bzw. auf diesen Rippen liegen, eine höhere Temperatur als die Teile, die über den Nuten 28 liegen (vgl. Fig. 1). Wenn daher das Rohr- innere unter Druck gesetzt wird, so kommt das Material an den heissen Teilen zum Fliessen, so dass das fertige Rohr eine unterschiedliche Wandstärke hat. Wie in Fig. 3 angedeutet ist, haben die Rippen 68 des fertigen Balgs noch fast die gleiche Stärke wie die Endteile 48 und 56, während die Nuten und die
Seitenwände 70 und 72 wesentlich dünner sind. Dies ergibt eine deutliche Erhöhung der Biegsamkeit.
Durch Regelung der Beheizung kann aber gegebenenfalls auch eine gleichmässigere Wandstärke erzeugt werden.
Die noch unter Druck stehende und geschlossene Form wird in ein Wasserbad eingetaucht. Zur
Erleichterung dieses Vorganges kann für die Verbindung des Stopfens 40 mit der Luft oder Gasquelle ein Schlauch aus Polytetrafluoräthylen verwendet werden. Der Schlauch muss die von der Form auf ihn gelangende Hitze aushalten können. Nach dem Abschrecken wird die Luft- oder Gaszufuhr abgestellt und die Form vom Druck entlastet. Hiernach werden die Stopfen entfernt, die Form wird auseinander- genommen und das geformte Rohr bzw. der Balg entnommen. Das Fertigerzeugnis ist in Fig. 4 dargestellt.
Das beschriebene Verfahren kann zu einem Fertigerzeugnis führen, das Fehlerstellen aufweist, beispielsweise Stellen, wo sich das Material übereinander gefaltet hat oder sogar gerissen ist. Diese Fehler können dadurch überwunden werden, dass 10-15% des endgültigen Formdruckes im Rohr 46 schon während der ganzen Aufheizungszeit der Form erzeugt werden. Wenn beispielsweise starkwandige Rohre geformt werden, die einen Druck von 14 at erfordern, wurde es als zufriedenstellend gefunden, im Rohr 46 einen Druck von etwa 1, 4 bis 1, 7 at zu halten, während seine Temperatur erhöht wird. Es ist anzunehmen, dass die Fehler in erster Linie durch die Ausdehnung der Luft entstehen, die zwischen den Wänden des Rohres 46 und der Form eingeschlossen ist, während die Form aufgeheizt wird.
Das Bestehen eines kleinen Innendruckes wirkt der Bildung von Blasen in der Rohrwand entgegen, bevor der für das Formen des Balgs benötigte Druck ausgeübt wird.
Es wurde festgestellt, dass ein biegsamer Balg, der in der beschriebenen Weise hergestellt ist, eine sehr lange Biegelebensdauer und erhebliche Biegsamkeit hat sowie Betriebstemperaturen bis zu etwa 260 aushalten kann, ohne seine Gestalt zu verlieren.
Obwohl als Ausführungsbeispiel eine Form beschrieben wurde, mit der ein schraubenförmig gewellter Balg hergestellt werden kann, kann die Form selbstverständlich auch für anders gestaltete Bälge ausgebildet werden. Es können gegebenenfalls konzentrische Ringe für das Formen von Bälgen benutzt werden. Ferner ist es möglich, in der Luft- oder Gasleitung ein Entlastungsventil einzubauen, wobei dann der Entlüftungskanal 62 weggelassen und der Kanal 64 erweitert werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen Gegenständen aus Polytetrafluoräthylen, dadurch gekennzeichnet, dass ein gesintertes Rohr aus pastenförmigem, stranggepresstem Polytetrafluoräthylenharz in eine Form eingelegt wird, sodann das Rohr an seinen Enden abgedichtet und im Abschnitt zwischen seinen Enden erhitzt wird, wonach unter Einwirkung eines Druckmediums der Mittelteil des Rohres verformt und schliesslich unter Aufrechterhaltung des Druckes abgekühlt wird.