Schleudergiessvorrichtung
Die Schweizer Patentschrift Nr. 507 010 beschreibt eine Vorrichtung zur Abtrennung einer Komponente aus einem Fluidgemisch unter Ausnützung der unterschiedlichen Durchgangsgeschwindigkeiten der Gemischkomponenten durch permeable schlauchförmige Membranen.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung, welche zur Herstellung der oben genannten Trennvorrichtung verwendet werden kann. Sie betrifft eine Vorrichtung zum Schleudergiessen von Böden an in einer Trennvorrichtung für Fluide angeordnete Schlauchbündel, gekennze#ichnet durch einen Stützrahmen, eine drehbare, auf dem Stützrahmen angeordnete Halteeinrichtung, einen Antrieb für die Halteeinrichtung, auf der Halteeinrichtung angeordnete Stütz- und Haltemittel für ein um die Drehachse der Halteeinrichtung zu bewegendes Schlauchbündel, die das Bündel mit seinen beiden Endabschnitten in einer solchen Lage halten, in der die Drehachse senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Schläuche und des Schlauchbündels steht und einen Abstand von den Endabschnitten des Bündels aufweist, ferne eine von der Halteeinrichtung getragene Giesseinheit mit einer Giessform,
wobei die Giesseinheit derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie einen Endabschnitt des Schlauchbündels so umfasst, dass eine bestimmte Menge eines Giesswerkstoffes mit dem Ende des Schlauchbündels in Berührung bringbar ist, eine von der Halteeinrichtung getragene und mit der Giesseinheit zusammenwirkende Einrichtung zum Einleiten des Giesswerkstoffes in die Giessausnehmung der Giesseinheit während der Drehung der Halteeinrichtung, der Giesseinheit und des Schlauchbündels.
Die Erfindung ist an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine Fluidtrennvorrichtung,
Fig. 2 und 2a Querschnittansichten nach der Linie 2-2 in Fig. 1, bei Fig. 2a mit etwas vergrössertem Massstab,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von einzelnen kleineren Schlauchbündeln aus durchgehenden Schläuchen,
Fig. 4 eine vereinfachte Seitenansicht eines Schlauchbündels in flachgelegtem Zustand, das eine Bündeleinheit zur Verwendung in einer Trennvorrichtung gemäss Fig. 1 darstellt,
Fig. 5 eine vereinfachte Seitenansicht eines einzelnen Schlauchbündels bzw. einer einzelnen Wicklung in flach zusammengelegtem Zustand, das von einer porösen Umhüllung umschlossen und radial zusammengehalten ist,
Fig.
6 eine Teilseitenansicht mehrerer umhüllter Schlauchbündel, die zu einem grösseren Hauptbündel vor dem Einbau in die Trennvorrichtung zusammengefasst sind,
Fig. 7 eine Teilansicht eines Hauptbündels aus umhüllten Schlauchbündeleinheiten in einer Lage, aus der es nach Überstreifen einer porösen Aussenumhüllung in den Mantel einer Trennvorrichtung gemäss Fig. 1 einbauen lässt,
Fig. 8 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 7, bei der jedoch die poröse Aussenumhüllung zur Querkontraktion aller Schlauchbündeleinheiten bzw. einzelner Schlauchbündel dient, damit das Hauptbündel in dem Gehäuse der Trennvorrichtung eingebracht werden kann,
Fig.
9 einen Teillängsschnitt durch zusammengezogene Schlauchbündel in ihrer Lage im Gehäuse der Trennvorrichtung mit einer auf den Mantelstirnflansch aufgesetzten Gussform zum Angiessen eines flüssigkeitsdichten Schlauchbodens,
Fig. 10 einen Teillängsschnitt durch den Kopf der Trennvorrichtung mit abgenommener Gussform und noch nicht entferntem, überstehendem, angegossenem Teil des Schlauchbodens,
Fig. 11 einen Fig. 10 entsprechenden Teillängsschnitt eines abgewandelten fertigen angegossenen Schlauchbodens in seiner Lage im Gehäuse der Trennvorrichtung, wobei der Schlauchboden gegen eine radial äussere vorgesehene Schicht einer schweren unvermischbaren Flüssigkeit in der Gussform während eines Schleudervorgangs geformt wurde, um die Schlauchbündelenden frei von Gusswerkstoff zu halten,
Fig. 12 eine teilperspektivische Ansicht einer Zentrifugier- bzw.
Schleudervorrichtung zur Herstellung des angegossenen Schlauchbodens der Permeations-Trennvorrichtung gemäss Fig. 1, auf die ein Gehäuse mit angeschraubten Giessformen aufgespannt ist, und
Fig. 13 eine Teilseitenansicht einer abgewandelten Aus führungsform der Schleudervorrichtung nach Fig. 12 zum Angiessen von Schlauchböden auf jeweils einer Seite an mehrere Trennvorrichtungen gleichzeitig.
Eine Grundform einer Permeation-Trennvorrichtung für Fluide ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung beruht auf dem selektiven Durchgang von Gasen oder Flüssigkeiten durch nichtporöse Membranen oder Scheidewänden durch Permeation oder aktivierte Diffusion. Man stellt sich den Vorgang normalerweise so vor, dass sich das gasförmige oder flüssige Medium in einer Fläche einer nichtporösen Festwand löst, unter Einfluss eines Konzentrations- oder eines Druckgefälles durchwandert und auf der anderen Seite der Membran wieder austritt. Die Trennung erfolgt dann, wenn die Komponenten des Fluidgemisches Durchgangsgeschwindigkeiten durch nichtporöse Membranen aufweisen.
Die Trennung aufgrund unterschiedlicher Permeation hat man bereits mit Membranen aus Platin, Palladium und deren Legierungen, Silikaten und gewissen Gläsern und verschiedenen polymeren Materialien durchgeführt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Permeations Trennvorrichtung 100 gemäss Fig. 1 weist einen flüssigkeitsdichten rohrförmigen Mantel 101 aus Stahl od. dgl. auf, der sich an beiden Enden in den Abschnitten 107 konisch erweitert und Stirnflansche 102 aufweist. Im Mantelrohr 101 ist ein Einlass 109 und ein Auslass 108 im Bereich der konischen Erweiterungen 107 vorgesehen. Das Mantelrohr nimmt relativ eng gepackt eine grosse Anzahl sehr dünner Schläuche 111 aus einer polymeren Verbindung, wie beispielsweise Poly äthylenterephthalat, auf. Die Schläuche sind, siehe Fig. 1, in einer Reihe etwa gleich grosser Schlauchbündeleinheiten 110 zusammengefasst, die jeweils durch eine längliche, flexible und poröse Umhüllung 112 fest zusammengehalten sind.
Zusätzlich sind alle umhüllten Schlauchbündel 110 durch eine grosse längliche, flexible und poröse Aussenumhüllung 113 zusammengefasst. In beiden Enden des Mantelrohres 101 ist ein flüssigkeitsdichter angegossener Schlauchboden (gegossenes Wandteil) 950 vorgesehen, welcher vorzugsweise aus einer polymeren Verbindung, wie beispielsweise einem Epoxyharz, besteht. Die Schläuche erstrecken sich zwischen den Schlauchböden 950 parallel zueinander und zur Achse des Mantelrohres und reichen mit ihren offenen Enden durch die Schlauchböden, in welche sie flüssigkeitsdicht eingebettet sind, hindurch. An beiden Enden ist das Mantelrohr 101 mit Deckeln 103 abgeschlossen, welche zusammen mit den angegossenen Schlauchböden 950 eingeschlossene Kammern 130 bilden, die mit dem Innern der Schläuche in Verbindung stehen.
Jede Kammer 130 weist einen Leitungsanschluss 104 und einen Flansch 105 auf, der gegen den Flansch 102 des Mantelrohrs mittels Schrauben 106 verschraubt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine nachgiebige, ringförmige Dichtung K aus einem geeigneten Material wie Gummi oder Neopren zwischen jedem angegossenen Schlauchboden 950 und Mantelrohr 101 sowie zwischen jedem Schlauchboden und Deckel 103 zur Abdichtung vorgesehen. Der Deckel 103 kann aus Stahl hergestellt sein.
Die umhüllten Schlauchbündel 110 aus den Schläuchen 111 sind im Hauptabschnitt des Mantelrohrs 101 zwischen den konischen Endabschnitten 107 relativ enggepackt angeordnet. Dadurch, dass die flexiblen und porösen Umhüllungen 112 die Schläuche fest zusammenhalten, behalten sie diese Lage bei, obwohl sie sich eng an die benachbarten Schlauchbündel und an die Innenwandung des Rohrmantels anlegen können. Dadurch ergibt sich gegebenenfalls eine Verformung jedes Schlauchquerschnittes, um eine höhere Packungsdichte zu erreichen, als man sie bei festem kreisförmigem Querschnitt erhielte. Dies geht insbesondere aus Fig. 2a hervor. Die Schlauchbündel und die einzelnen Schläuche selbst berühren einander und teilweise das Mantelrohr in Form schmaler Längszonen, siehe Fig. 2 und 2a.
Der innere konische Abschnitt 107 an beiden Enden des Mantelrohrs 101 wirkt mit dem entsprechenden konischen Abschnitt des benachbarten angegossenen Schlauchbodens 950 unter Entwicklung einer Keilwirkung zusammen, um die benachbarten Teile flüssigkeitsdicht gegeneinander zu halten.
Die gleiche Wirkung tritt aufgrund des Angriffs zwischen den betroffenen konischen Abschnitten der Deckel 103 und den angeschlossenen Schlauchböden 950 auf.
Ein besonders wichtiges Merkmal der Trennvorrichtung ist die Innenfläche SF des angegossenen Rohrbodens 950.
Diese Fläche ist relativ glatt, ununterbrochen, eben und frei von jeglichen scharfen Formen oder Vorsprüngen in Richtung der Schläuche. Diese Formgebung muss unbedingt erreicht und aufrechterhalten werden, so dass eine flüssigkeitsdichte Verbindung um die Schläuche, ohne die wirksame Oberfläche der Schläuche zwischen den Schlauchböden zu vermindern, besteht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Innenfläche SF des angegossenen Schlauchbodens konkav gekrümmt, siehe Fig. 1. Diese Formgebung rührt vom Schleudergiessen her, das zur Herstellung der Schlauchböden 950 vorzugsweise angewendet wird. Es ist an späterer Stelle beschrieben.
Die Schläuche 111 können aus jedem polymeren Werkstoff bestehen, der sich für eine selektive oder differentielle Membran-Permeation eignet. Als Werkstoffe kommen in Frage: Olefine, Ester, Amide, Silicone, Äther (ether), Nitrile oder Sulfid-Polymere sowie jedes andere geeignete Polymer oder Copolymer. Geeignete Schläuche lassen sich aus Polyäthylenterephthalat, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyhexamethylenadipymid, Copolymere von Tetra fluoräthylen und Hexafluorpropylen, Celluloseacetat, Äthylcellulose, Polystyrol, Copolymere von Butadien und Styrol und aus vielen anderen Polymeren und Copolymeren auf verschiedene Weise herstellen, beispielsweise durch Ausspinnen aus der Lösung oder aus der Schmelze.
Die polymeren Schläuche haben einen Aussendurchmesser von vorzugsweise etwa 10 bis 500 Mikron und eine Wandstärke von etwa 1 und 100 Mikron. Als besonders vorteilhaft haben sich Schläuche mit einem Aussendurchmesser zwischen 20 und 250 Mikron und einer Wandstärke zwischen 2 und 50 Mikron erwiesen.
Die flexiblen und porösen Umhüllungen 112 und 113 können aus jedem geeigneten, natürlichen, regenerierten oder synthetischen Werkstoff geeigneter Festigkeit und Ver träglichkeit mit dem zu trennenden Fluidgemisch, dem polymeren Werkstoff, aus dem die Schläuche bestehen, und dem Material, aus dem die angegossenen Schlauchböden gefertigt sind, und den anderen Materialien, mit dem die Umhüllungen in Berührung kommen, gefertigt sein. Die Umhüllungen können ferner jeden zweckmässigen Aufbau haben, solange sie nur porös und flexibel sind. Es ist jedoch das sehr gleichmässige Querkontraktionsvermögen sehr erwünscht und bedeutsam.
Das Mantelrohr kann jede zweckmässige oder beliebige Querschnittsform aufweisen, braucht also nicht einen kreisförmigen Querschnitt zu haben; es muss aus einem verträglichen Werkstoff ausreichender Festigkeit bestehen. Zylindrische metallische Mäntel, beispielsweise aus Stahlrohr, sind geeignet, da sie relativ einfach herzustellen und zusammenzubauen sind. Die Grösse des Mantelrohres für die Trennvorrichtung kann sehr unterschiedlich sein. Sein Durchmesser kann zwischen einem und vielen Zentimetern und seine Länge zwischen einem und vielen Dezimetern liegen.
Eine Vorstellung von der Wirksamkeit der Konstruktion bei Verwendung von Schläuchen ergibt sich daraus, dass eine zweckmässig aufgebaute Trennvorrichtung aus einem Mantelrohr mit etwa 15 cm Durchmesser und 2,40 m Länge etwa 12 Millionen Schläuche enggepackt aufnehmen kann, um eine wirksame Membranfläche von etwa 1860 m2 zu ergeben.
Die angegossenen Schlauchböden 950 können ebenfalls aus jedem geeigneten härtbaren oder verfestigbaren Werkstoff ausreichender Festigkeit und Verträglichkeit mit den anderen Teilen der Vorrichtung bestehen. Verwendbar sind Lötmittel, Zemente, Wachse, Klebemittel, natürliche und synthetische Harze. Diese Materialien für die Schlauchböden können aushärten oder erstarren aufgrund einer Gefrieroder Kühlbehandlung, nur einer Kühlbehandlung oder aufgrund von chemischen Reaktionen, die eine Polymerisation, Kondensation, Oxydation oder einen anderen Aushärteprozess bewirken.
Weitere zweckmässige Eigenschaften des härtoder erstarr- bzw. verfestigbaren Materials sind aber: niedrige Viskosität im flüssigen Zustand für das gute Eindringen zwischen die Schläuche der Schlauchbündel vor der Verfestigung oder dem Aushärten, eine hohe Dichte für ein gutes Verhalten während des Schleudergiessens, das an späterer Stelle beschrieben ist, keine Gasentwicklung oder ähnliche physikalische Änderung während der Verfestigung, keine oder nur eine äusserst geringe Volumenveränderung während der Verfestigung und eine möglichst niedrige Wärmeentwicklung während der Verfestigung. Synthetische und organische Harze sind für den Schlauchboden in Verbindung mit den bevorzugten polymeren Verbindungen, aus denen die Schläuche bestehen, besonders geeignet, insbesondere Epoxyharze.
Die Beschreibung der Betriebs- und Wirkungsweise einer erfindungsgemässen Trennvorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, erfolgt zunächst anhand der ersten Stufe einer mehrstufigen Trennanlage. Für viele Gastrennungen bzw.
-entmischungen, bei denen die Komponente mit der höchsten Permeationsgeschwindigkeit von einem Fluidgemisch abzutrennen ist, aber nur einen kleinen Mischungsanteil ausmacht, hat es sich in der ersten Stufe als vorteilhaft erwiesen, das Ausgangsgemisch zunächst durch das Innere der Schläuche zu leiten und die durch die Schlauchwände durchgegangene Flüssigkeit von der Aussenwand der Schläuche abzuziehen. Hierbei wird, siehe Fig. 1, der Einlass-Strom des Ausgangsgemisches durch den Einlass 104 unter erhöhtem Druck in die Kammer 130 auf der linken Seite, siehe Fig. 1, der Vorrichtung eingebracht. Aus dieser Kammer 130 fliesst das Fluidgemisch durch das Innere der Schläuche und Schlauchbündel 110 zur Kammer 130' auf der rechten Seite der Vorrichtung.
Wird eine geeignete Druck- und/oder Konzentrationsdifferenz zwischen der Innen- und Aussenseite der Schläuche aufrechterhalten, dringt ein Teil der Komponente des Ausgangsgemisches mit der höheren Permeationsgeschwindigkeit angereichert nach aussen durch die Schlauchwände in den Raum zwischen der Innenwand des Mantelrohres 101 und der Aussenseite der Schläuche durch.
Der Teil des Gemisches, der die Kammer 130' erreicht, im folgenden Ausfluss genannt, aus dem der Anteil mit der höchsten Permeationsgeschwindigkeit durch die Schlauchwände wegdiffundiert ist, wird durch den Auslass 104 abgezogen.
Die mit der Komponente höherer Permeationsgeschwindigkeit (der leichteren Komponente) angereicherte Fraktion des Ausgangsgemisches, die durch die Schlauchwände durchgedrungen ist, und im folgenden Durchlass genannt ist, wird aus dem Inneren des Mantelrohres mit gegenüber dem Einlassgemisch erniedrigtem Druck über den Auslass 108 abgezogen. Vorteilhaft ist es, bei der Trennung gleichzeitig einen Spülfluidstrom, den ein Teil des Einlasses bei erniedrigtem Druck bilden kann, in das Mantelrohr 101 durch den Einlass 109 entlang der Aussenseite der Schläuche innerhalb des Mantels zu führen und durch den Auslass 108 abzuziehen. Um einen hohen wirksamen Konzentrationsgradienten aufrechtzuerhalten, soll das Spülfluid im Gegenstrom zum Einlassgemisch geführt sein.
Die bevorzugte Verwendung schleudergegossener Schlauchböden an den Enden der Schläuche erscheint für die gesamte Vorrichtung zur Erzielung eines wirksamen flüssigkeitsdichten Schlauchbodens und Abdichtung der sehr dünnen enggepackten Schläuche gegeneinander und gegenüber dem Mantelrohr besonders wichtig, damit das Bodenmaterial, solange dieses flüssig ist, nicht zwischen und entlang den Schläuchen aufgrund der Kapillarwirkung nach dringt, was zu Hohlräumen im Boden führen könnte und durch Überziehen der Schlauchoberflächen die wirksame Membranfläche innerhalb des Mantelrohres verkleinern würde.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 1 kann in verschiedenster Weise verwendet und kombiniert werden, um Trennsysteme bzw. -anlagen mit mehreren parallelen oder hintereinandergeschalteten Trenneinheiten je nach Wunsch und Bedarf aufzubauen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Herstellung der Permeabilitäts-Trennvorrichtungen ist in den Fig. 3 bis 13 dargestellt.
Die Schläuche werden auf Spulen einzeln oder als Stränge aufgewickelt angeliefert. Diese Spulen können vorteilhafterweise in einer auf Rädern B verfahrbaren Rahmenkonstruktion 700 aus senkrechten Trägern 701 und waagrechten Trägern 702 drehbar angeordnet werden und über entsprechende Führungselemente E auf eine Wickelvorrichtung 800 abgezogen und zu Schlauchbündeln aufgewickelt werden. Die Wickelvorrichtung weist in einem senkrechten Ständer 704 mit Grundplatte 703 eine waagrecht gelagerte Welle 705 auf, auf deren einem Ende die über einen endlosen Riemen 707 antreibbare Riemenscheibe 706 und auf deren anderem Ende eine Scheibe 708 mit Radialarmen 709 sitzt, auf deren achsparallele Arme 710 die Schlauchbündel in die Ausschnitte 711 gewickelt werden.
Ist ein entsprechendes Bündel 110 gewickelt, und dieses von der Wickelvorrichtung 800 abgenommen, so wird es mit zwei Haken 720 an diametral gegenüberliegenden Stellen gefasst und zu einem flachen Bündel, siehe Fig. 4, gelegt.
Während das Bündel 110 in dieser Form unter Spannung durch die Haken 720 gehalten ist, wird eine poröse und flexible Hülle 112, vorzugsweise, wie oben angegeben, rundgestrickt, über das Schlauchbündel in Längsrichtung gestreift.
Es wird eine derartige Hülle 112 verwendet, die sich unter einer in Längsrichtung wirkenden Zugkraft in Querrichtung zusammenzieht und ihren Umfang verkleinert. Die Hülle 112 kann, nachdem sie akkordeonähnlich auf eine rohrförmige Hülse N gefaltet wurde, mit deren Hilfe, über das Bündel 110 aufgebracht werden. Durch Aufbringung einer in Längsrichtung wirkenden Zugspannung auf die Enden der Hülle 112 zieht sich diese in Querrichtung zusammen und drückt auf diese Weise das Schlauchbündel fest und eng zusammen, so dass es eine hohe Packungsdichte aufweist. Die flexible und poröse Hülle ist durch geeignete Material- und Konstruktionswahl ausreichend fest und abriebbbeständig ausgebildet, um nicht nur eine Kompressionskraft auf das Bündel aufbringen zu können, sondern dieses auch während des Zusammenbaus der Trennvorrichtung und deren Betrieb gegen Beschädigungen wirksam zu schützen.
Mehrere solcher umhüllter Schlauchbündel werden als nächstes am einen Ende parallel und vertikal zueinander mittels eines ringförmigen Rings oder einer Platte 721, in die die Haken 720 eingehängt werden, zu einem grossen Bündel zusammengefasst, siehe Fig. 6. Die Platte 721 ist in geeigneter Weise aufgehängt, beispielsweise an einer vertikalen Kette 723, die sich durch das Innere des Mantelrohrs 101 erstreckt, siehe Fig. 7. Die so aufgehängten umhüllten Schlauchbündel werden dann, wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt, durch eine oder mehrere grössere flexible und durchlässige äussere Umhüllungen 113 umgeben, wie dies für die einzelnen Bündel im Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert ist.
Die oder jede äussere grosse Umhüllung wird dann ebenfalls in Längsrichtung gezogen, um die einzelnen Schlauchbündel in Querrichtung zu verdichten, so dass das gesamte Bündel dann in das Mantelrohr 101 mittels der Kette 723 eingezogen werden kann.
Nachdem das eine grosse zusammengesetzte und umhüllte Schlauchbündel in das Mantelrohr 101 eingebracht ist, wird eine Gussform 905b auf die Stirnseiten des Mantelrohrs, siehe Fig. 9, aufgeschraubt. Es kann zweckmässig sein, vorher noch eine ringförmige nachgiebige Dichtung K aus geeignetem Material, beispielsweise Gummi oder Neopren, in den konischen Abschnitt des Mantels einzubringen. Die Gussform 905b wird flüssigkeitsdicht gegen den Flansch 102 des Mantels 101 mit ihrem Flansch 907 durch Schrauben 906 verbunden. Der Gussformraum MC umgibt die Endabschnitte der Schlauchgruppen, die den Endabschnitt des gesamten Bündels bilden, siehe Fig. 9. Das flüssige Gussmaterial lässt sich in die Gussform 905b über den Einlass 908a einbringen.
Während der Drehung des Mantelrohrs 101 mit der angeschraubten Gussform 905b in der Weise, dass die Fliehkräfte in Richtung des Pfeils CF in Fig. 9 wirken, wird ein erhärtender Giesswerkstoff, beispielsweise eine Epoxyharzmischung oder ein anderes Material, wie es bereits vorn angegeben ist, in den Hohlraum der Form, die die Endabschnitte der einzelnen Schlauchbündel umgreift und am konischen Abschnitt des Mantelrohrs anliegt, eingeleitet. Durch die Fliehkräfte wird verhindert, dass der Giesswerkstoff entlang den Schläuchen in das Innere des Mantelrohrs hochkriecht und bewirkt, dass es eine glatte innere gekrümmte Oberfläche SF bildet, die zusammenhängend, eben und in Richtung der Schläuche frei von scharfen Vorsprüngen od. dgl. ist. Aufgrund der Zentrifugalkräfte stellt sich auch die konkav zylindrische Form der Oberfläche SF ein, wie sie in den Fig. 1 und 9 dargestellt ist.
Während der Mantel wei tergedreht wird, lässt man das Giessmaterial zu einem flüs sigkeitsdichten Gusskörper bzw. Schlauchboden 950, der die
Schläuche eng umgibt, und auch am Mantel flüssigkeitsdicht anliegt, erhärten oder erstarren. In Fig. 7 ist der so gebildete
Gusskörper mit abgenommener Gussform dargestellt. Als nächstes sind der Endabschnitt des Gusskörpers und die
Schlaufenenden der Schlauchbündel abzutrennen. Hierzu wird der Gusskörper entlang der Linie CL, siehe Fig. 10, durch geschnitten. Dadurch werden gleichzeitig auch die Einlass öffnungen in den eingebetteten Schläuchen gebildet. Als günstig hat sich erwiesen, zunächst den Gusskörper 950 durchzusägen und anschliessend mit einem rasiermesser scharfen Instrument durch weiteres Abtragen von der Stirn fläche des Schlauchbodens die Schläuche zu öffnen.
Als letztes wird auf diese Seite des Mantels der äussere Abfluss deckel 103 aufgesetzt, siehe Fig. 1. In gleicher Weise wird anschliessend die andere Seite der Trennvorrichtung ausgebil det.
Eine abgewandelte Herstellungsweise für den angegossenen Schlauchboden sieht im Gegensatz zur zuvor beschriebenen vor, dass ausser dem Gussmaterial gleichzeitig eine mit diesem nichtvermischbare Flüssigkeit höherer Dichte in die Gussform während des Schleuderns eingeleitet wird. Unter der Wirkung der Fliehkraft setzt sich die spezifisch dichtere bzw. schwerere Flüssigkeit zwischen der Aussenwand der Giessform und dem erhärtenden flüssigen Giesswerkstoff ab.
Es wird so viel schwere Zusatzflüssigkeit zugegeben, dass sich bei der Erhärtung des Giesswerkstoffs und nach Abzug der schwereren Zusatzflüssigkeit ein angegossener Schlauchboden gebildet hat, wie er in Fig. 11 dargestellt ist, aus dem die Schlaufenenden der Schlauchbündel frei hervorstehen.
Anschliessend braucht dann nur noch das Ende des ganzen Schlauchbündels entlang der Linie CL', siehe Fig. 11, abgetrennt und die Enden der im Schlauchboden eingebetteten und über diesen hervorstehenden Schläuche geöffnet zu werden. Beim Schleudern wird zweckmässig zunächst der erhärtende Giesswerkstoff und danach erst die nicht mit diesem vermischende dichtere bzw. schwerere Flüssigkeit in die Form eingebracht. Hierdurch entsteht ein Überzug auf den Endabschnitten der Schläuche aus dem erhärtenden Gusswerkstoff, der trotz der Zugabe der sich nichtvermischenden Flüssigkeit bleibt und als dünne Schicht auf den Schläuchen aushärtet, was das spätere Trennen und Öffnen der Enden erleichtert.
Als nichtvermischende Flüssigkeiten lassen sich mehrere Materialien verwenden, vorausgesetzt, dass sie dichter als der erhärtende Gusswerkstoff sind, mit den Schläuchen und dem Gusswerkstoff keine Reaktion eingehen und wieder abziehbar sind. Die Zusatzflüssigkeit kann auch zeitweilig härtbar sein, beispielsweise durch Ausgelieren, Polymerisieren od. dgl., wenn es nur anschliessend durch Erhitzen, Depolymerisieren, Lösen od. dgl. ohne den erstarrten Schlauchboden anzugreifen, wieder entfernbar ist. In Verbindung mit einigen erhärtenden Materialien ist Wasser eine zweckmässige, nichtmischende Flüssigkeit, die notfalls mit Agar, Gelatine, Polyvinylalkohol oder einem der synthetischen oder natürlichen Gummis verdickt oder gelatiniert werden kann. Es lassen sich auch Paraffinwachse mit niedrigem Schmelzpunkt und zu Fetten eingedickte Kohlenwasserstofföle verwenden.
Besonders vorteilhafte, nichtvermischende Flüssigkeiten in Verbindung mit Epoxyharzen als erhärtenden Gusswerkstoffen sind halogenierte Flüssigkeiten, wie beispielsweise die von der Minnesota Mining and Manufacturing Company unter der Handelsbezeichnung Kel-F vertriebenen Fluorcarbonöle.
Diese Öle haben eine ausreichend höhere Dichte als Epoxyharze und bilden daher eine schärfere Trennfläche bei mässigen Zentrifuglakräften.
In den Fig. 12 und 13 ist eine weitere vorteilhafte Vorrichtung zum Herstellen der angegossenen Schlauchböden der erfindungsgemässen Permeations-Trennvorrichtungen dargestellt.
Fig. 12 stellt eine auf einer Schleudervorrichtung montierte Trennvorrichtung gemäss Fig. 1 dar, die zum Giessen eines Schlauchbodens 950 vorbereitet ist. Die abnehmbaren Gussformen 905a und 905b sind mit den Flanschen 102 des Mantelrohrs 101 mittels ihrer Flanschen 907 und Schrauben 906 flüssigkeitsdicht befestigt. Die Einlassanschlüsse 908a und 908b, durch die der erhärtende Gusswerkstoff in die Form 905a und 905b eingelassen wird, befinden sich in der Nähe des äusseren Randes der Gussformen, können jedoch auch an anderer Stelle in diese einmünden.
Die Schleudervorrichtung weist einen rohrförmigen Ständer 909, eine nicht dargestellte Drehachse, eine Antriebsriemenscheibe 911, einen Riemen 912, einen Motor 913, einen Ständerfuss 914, ein Fundament 915, eine Klemmeinrichtung 916 sowie weitere Teile zur Halterung und Drehung der Trennvorrichtung auf.
Ferner weist die Schleudervorrichtung eine Einlasseinrichtung für erhärtende Gusswerkstoffe in die Gussformen 905a und 905b auf. Diese kann in Form einer hydraulischen Gleitringeinrichtung 917 ausgebildet sein, siehe Fig. 12. Sie ist auf der Schleudervorrichtung befestigt und besteht aus einer dicken Platte, in die von oben mehrere konzentrische Rillen 918a, 918b trägt, in welche der aushärtende oder erstarrende Gusswerkstoff eingelassen und über Rohre 919a, 919b in die Gussform 905a und 905b abgezogen werden kann.
Die hydraulische Gleitringeinrichtung 917 kann zwei, vier oder mehrere Rillen 918a, b... für die Zufuhr des Giesswerkstoffs aufweisen, um deren Einleitung in die Gussformen 905a und 905b an einem oder mehreren Niveaus zu ermöglichen. Die Rillen 918a, ... . sind zum Auslass hin zweckmäs- sig etwa exzentrisch ausgebildet, um den Giesswerkstoff unter dem Einfluss der Fliehkraft zu ihren Auslässen und durch die Rohre 919a, b... in die Giessformen zu drücken.
Ferner sind die Rillen 918a, b... zweckmässig so geformt, dass sie das Übertreten von Gussflüssigkeit über ihre Ränder während der Drehung verhindern.
Die Gusswerkstoffe lassen sich in die hydraulische Gleitringeinrichtung 917 auf jede bekannte Weise einführen. Sie lassen sich beispielsweise aus Behältern 920a, b... über Ventile 921a, b . .... .in abgemessenen Mengen durch die Rohre 922a, b ... in die Rillen 198a usw. einbringen. Die hydraulische Gleitringeinrichtung und ihre ihr zugeordneten Teile bewirken während der Drehung der Schleudervorrichtung eine gute und wirksame Einleitung des Gusswerkstoffs in die Gussformen 905a und 905b.
Vor dem Angiessen eines Schlauchbodens mit der Schleudervorrichtung gemäss Fig. 12 müssen folgende Vorarbeiten ausgeführt worden sein: Die Schläuche müssen zu Schlauchgruppen zusammengefasst und in das Mantelrohr 101 eingebaut worden sein, die Gussformen 905a und 905b an den Stirnseiten des Mantelrohrs in der dargestellten Weise befestigt sein und der Schwerpunkt der ganzen Einrichtung gefunden und mittels normaler Schrauben oder Muttern, die auf die Schrauben 906 aufgeschraubt werden, ausbalanciert werden. Nach dem statischen Ausbalancieren wird die Trennvorrichtung auf die Schleudervorrichtung aufgesetzt und festgeklammert. Dann erst werden die hydraulische Gleitringeinrichtung 917 und die Zufuhrleitungen 919a, b... zwischen der dicken Platte (dem Ringkörper) und den einzelnen Anschluss-Stücken der Gussformen 905a und 905b montiert.
Der Schleudergiessvorgang sieht folgende Stufen vor: Anschalten des Motors 913 und Hochlaufenlassen, bis die Zentrifugalkraft in den Gussformen den gewünschten Wert annimmt. Einfüllen von aushärtendem oder erstarrendem Gusswerkstoff und, sofern erforderlich, einer nichtvermischenden schweren Zusatzflüssigkeit in die Gussformen über den hydraulischen Gleitringkörper und seine Anschlussleitungen. Der Giesswerkstoff wird mit solcher Geschwindigkeit eingelassen, dass ihm in den Gussformen genügend Zeit zum Eindringen und vollständigen Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Schläuchen bleibt. Während der Giessflüssigkeitszufuhr wird die Schleudervorrichtung, wie bereits angegeben, mit solcher Drehzahl betrieben, dass sich in den Gussformen die gewünschte Zentrifugalkraft ergibt.
Anschliessend lässt man noch so lange weiterdrehen, bis die Erstarrung und Aushärtung der Gussmasse erfolgt ist und sie ihre Form beibehält.
Nachdem der Giesswerkstoff ausreichend ausgehärtet ist, hält man die Schleudervorrichtung an und nimmt die Trennvorrichtung von ihr ab. Man kann die Trennvorrichtung dann noch eine Zeitlang ruhen lassen, um das Gussmaterial völlig aushärten zu lassen. Anschliessend ist gegebenenfalls die nichtvermischende Zusatzflüssigkeit abzulassen, sind die Gussformen abzunehmen, die Schlauchenden abzutrennen, (ist mit keiner nichtvermischenden Flüssigkeit gearbeitet worden, so ist auch der überschüssige Gusswerkstoff mit abzuschneiden) Öffnen der Schlauchenden zum Freilegen der Strömungswege und Aufschrauben der äusseren Deckel 103, um die Einlassräume 130 und 130' der Trennvorrichtung einzuschliessen.
Die Trennvorrichtung ist betriebsbereit, nachdem die übrigen erforderlichen Anschlüsse vorgenommen sind und sie mit einer Gemischquelle und Einrichtungen zum Abzug des abgetrennten Produktes verbunden sind.
Eine weitere Ausführungsform einer Schleudervorrichtung zum Angiessen von Schlauchböden 950 an die Trennvorrichtung ist in Fig. 13 dargestellt. Diese Schleudereinrichtung weist einen ortsfesten Ständer 923, eine Achse 924, einen Antriebsmotor 925 und andere Teile zur Unterstützung und Drehung von Trennvorrichtungen 101 auf. Auf die Achse 924 kann wieder ein hydraulischer Gleitringkörper 917 aufgesetzt sein, der über flexible Schläuche 919a, ... . den Schleifringkörper 917 mit den Gussformen 905a und 905b verbindet. Mit der Achse 924 ist oben noch eine Tragplatte 929 mit angelenkten Dreharmen 926a, b... drehfest angebracht. Die Dreharme sind gleichmässig am Umfang der Platte 929 so verteilt, dass jeweils zwei einander diametral gegenüberliegen.
An ihnen sind zwei, vier oder mehrere Mantelrohre 101 mittels Bügeln 927a, b... angelenkt, wobei die Bügelenden am Flansch 102 des Mantels 101 und das Mittelteil am Drehzapfen 928 des Dreharms 926 befestigt ist.
Solange sich die Schleudereinrichtung nicht dreht, hängen die Trennvorrichtungen senkrecht nach unten, wie dies gestrichelt in Fig. 13 angedeutet ist. Der Betrieb dieser Vorrichtung gleicht im wesentlichen derjenigen gemäss Fig. 12.
Die Lage der Einlässe 908a, siehe Fig. 9, durch die der Giesswerkstoff eingelassen wird, kann ohne weiteres verändert werden. Diese Einlässe können am Boden der Gussforman angeordnet sein, so dass der Giesswerkstoff oder die sich nicht mit diesem vermischende Flüssigkeit fortschreitend die Luft aus den äusseren Stellen der Schlauchbündel zu deren Mitte hin verdrängen; sie können jedoch auch an der Seite der Gussform vorgesehen sein. Der Einlass durch den Boden ist im allgemeinen immer dann vorzuziehen, wenn mit einer sich nichtvermischenden Flüssigkeit gearbeitet wird und wenn der Gusswerkstoff dazu neigt, sich ungleichmässig in die Schlauchbündel einzuziehen.
Dagegen wird der Einlass an der Seite immer dann günstig sein, wenn der Giesswerkstoff der nichtvermischenden Flüssigkeit überschichtet werden soll und er zum Schwinden während des Aushärtens neigt und wenn nochmals weiterer Giesswerkstoff dem schon teilweise ausgehärteten Giesswerkstoff zugegeben werden soll, um kleine Schwindrisse und Lunker, Blasen od. dgl. völlig auszufüllen. Man kann auch verteilt mehrere Einlassöffnungen an den Gussformen vorsehen, wobei jede an das Zuleitungssystem angeschlossen ist, so dass die nichtvermischende Zusatzflüssigkeit und ein Teil des Giesswerkstoffes nur an einer Stelle und ein anderer Teil des Giesswerkstoffes an einer oder mehreren hiervon abgelegenen Stellen einführbar ist.
Bei Verwendung einer nichtvermischenden Zusatzflüssigkeit kann diese entweder vor oder nach dem Giesswerkstoff eingebracht werden. Das Einlassen der nichtvermischenden Zusatzflüssigkeit vor dem Giesswerkstoff ist dann vorzuziehen, wenn man es bequem über die Einlassöffnungen im Boden der Gussform und den Giesswerkstoff über Einlass öffnungen am oberen Ende der Gussform einbringen kann.
Das Einlassen des Giesswerkstoffes vor der dichteren, nichtvermischenden Zusatzflüssigkeit ist jedoch dann zweckmässig, wenn beide durch die Öffnungen im Boden der Gussform eingelassen werden müssen. Ferner ist es zweckmässig, den Giesswerkstoff zuerst einzulassen, wenn die nichtvermischende Flüssigkeit die Schläuche benetzt und durch den Giesswerkstoff nicht ohne weiteres von den Oberflächen der Schläuche wieder verdrängt werden kann. Auch ist der Giesswerkstoff zuerst einzubringen, wenn er die Schläuche benetzt und nicht ganz wieder von der nichtmischenden Flüssigkeit in dem gewünschten Bereich verdrängt werden kann. Unter diesen Bedingungen härtet ein dünner Giesswerkstoff-Film auf den Schläuchen aus und versteift diese, was das spätere Abtrennen der Schlauchenden und das Öffnen der Schläuche erheblich erleichtert.
Schliesslich lässt man den Giesswerkstoff dann zuerst ein, wenn die nichtmischende Flüssigkeit die Schläuche benetzt, weil sich so sehr praktisch sehr feste Abdichtungen ergeben, in denen die Schläuche gleichmässig über die ganze Fläche verteilt sind. Wird die nichtvermischende Zusatzflüssigkeit zuerst zugegeben, so müssen die Schläuche relativ weit auseinander liegen, damit das Gussmaterial zwischen sie fliesst, um eine gleichmässige Abdichtung zu bilden und nicht in der Nähe des Einlasses zu bleiben und die nichtzumischende Flüssigkeit in Bereiche zu drücken, die vom Giesswerkstoff ausgefüllt werden sollen. Die Höhe der zur Ausnützung der Vorteile, die die Erfindung bringt, erforderlichen Zentrifugalkraft hängt von mehreren Faktoren ab.
Wichtig ist die Grösse und Packungsdichte der Schläuche, die Viskosität und andere Fliesseigenschaften des Giesswerkstoffes, die Oberflächenspannung zwischen dem Giesswerkstoff und den Schläuchen und zwischen dem Giesswerkstoff und den Wänden der Gussform, die relativen spezifischen Dichten der Schläuche und des Gussmaterials und bei der anderen Ausführungsform der Schleudereinrichtung, bei der die Stützen oder Ständer aufgrund der Zentrifugalkräfte zusammen mit den Gussformen schwingen, das Gewicht und die Form der Ständer und Gussformen.
Es lassen sich Zentrifugalkräfte zwischen kleinen vielfachen und dem Hundertfachen der Erdanziehungskraft einstellen. Bevorzugt werden Zentrifugalkräfte etwa zwischen dem 50fachen und dem 200fachen der Erdanziehungskraft angewendet. Die niedrigsten noch wirksam werdenden Kräfte erhält man bei Beschleunigungen zwischen dem 5- und 25fachen der Erdanziehungskraft. Zentrifugalbeschleunigungen über dem 900fachen der Erdbeschleunigungen sollten jedoch vermieden werden, da sie zu einem Zusammenfallen der dünnwandigen Kunststoffschlauchwände führen können. Die Höhe der Zentrifugalkräfte lässt sich leicht durch Drehzahlre- gelung beeinflussen.