Die Erfindung betrifft ein Band nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Hohlkörpers aus dem Band nach dem Patentanspruch 1 und einen nach diesem Verfahren hergestellten Hohlkörper.
Bänder der eingangs genannten Art sind bekannt. Sie werden aus thermoplastischen Kunststoffen, wie z.B. PVC, hergestellt und zwar durch Extrudieren. Dies kann mittels eines mobilen Extruders in situ, also beispielsweise auf einer Baustelle, gemacht werden. Häufiger werden die Bänder aber in Herstellerbetrieben gefertigt. Sie werden im Anschluss an ihre Herstellung kompakt aufgewickelt und können somit platzsparend gelagert und transportiert werden. Die Breite der Bänder kann in weiten Grenzen variieren und ihre Länge ist vor allem dadurch begrenzt, dass das fertige, zu einer Spule aufgewickelte Band nicht ein zu hohes Stückgewicht oder Volumen aufweisen sollte.
Um aus diesen Bändern zylindrische Hohlkörper zu fertigen, werden sie im Herstellerbetrieb oder auf einer Baustelle schraubenlinienförmig, meist über einen Wickeldorn, aufgewickelt und die im gewickelten Zustand benachbarten beiden Randbereiche der Bänder werden miteinander verbunden. Das Wickeln in situ hat den Vorteil, dass sehr lange Rohre produziert werden können, während beim Wickeln im Herstellerbetrieb nur relativ kurze Rohre hergestellt werden können, da sie anschliessend z.B. per Bahn oder Lastwagen transportiert werden müssen.
Aus einem Band einer bestimmten Breite lassen sich Hohlkörper mit verschiedenen Durchmessern erzeugen, je nach der Steigung der Wicklungen am Hohlkörper.
Im allgemeinen werden die Randbereiche der Bänder so ausgebildet, dass sie sich im gewickelten Zustand überlappen, wobei dann Flächen entgegengesetzter Bandseiten einander zugewandt sind. Da man beim fertigen Hohlkörper eine kontinuierliche zylindrische Innenwandung bevorzugt, wird der Bandquerschnitt mit Vorteil so ausgebildet, dass er eine Stufe aufweist, derart, dass die später als Innenwand dienenden Bandflächen einschliesslich des überlappten Randbereiches einen ersten Längsstreifen bilden, und dass die überlappenden, den anderen Randbereich bildenden Teile einen zwei ten Längsstreifen bilden, der nicht in derselben Ebene liegt wie der erste.
Für Hohlkörper mit überlappenden Randbereichen müssen Vorsprünge und Ausnehmungen an entgegengesetzten Bandflächen derart angeordnet sein, dass sie beim Wickeln zusammentreffen. Der Vorsprung ist bei bekannten Bändern wulstartig ausgebildet und füllt die Ausnehmung, die als Ausstülpung ausgebildet ist, nicht vollständig aus, kommt aber mindestens teilweise zur satten Anlage, so dass man sowohl eine Dichtfläche wie auch die Wirkungen einer Labyrinthdichtung erhält.
Um einen absolut dichten Hohlkörper zu erhalten, sind bei bekannten Ausführungsbeispielen die Randbereiche des Bandes so geformt, dass sie Flächen aufweisen, die am gewickelten Hohlkörper im Überlappungsbereich eine schraubenlinienförmige Kammer bilden, in welche ein Dichtungsstreifen eingelegt werden kann. Das Einlegen dieses separaten Dichtungsbandes oder Streifens kompliziert aber den Herstellungsprozess und trägt dennoch nicht zu erhöhter Festigkeit und Dauerhaftigkeit der Verbindung bei. Sind die Ansprüche an die Festigkeit und Dichtheit höher, so wurden bisher am Band Flächen vorgesehen, welche im überlappten Zustand miteinander verklebt wurden. Dadurch suchte man nicht nur einen besseren Dichtungseffekt, sondern auch eine Fixierung der Hohlkörperform zusätzlich zur Fixierung durch die im gegenseitigen Eingriff befindlichen Ausnehmungen und Vorsprünge zu erhalten.
Es hat sich aber gezeigt, dass solche Klebestellen insbesondere infolge alterungsbedingter Veränderungen keine dauerhafte, zuverlässige Fixierung und Dichtung ergeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird somit darin gesehen, ein Band der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich zu solchen zylinderförmigen Hohlkörpern aufwickeln lässt, die dauerhaft sind bezüglich Form und Dichtheit, und ferner das Verfahren zur Herstellung der Hohlkörper aufzuzeigen.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Band der eingangs genannten Art, welches in Patentanspruch 1 definiert ist.
Gegenstände der Erfindung sind ausserdem ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers das im Patentanspruch 7 definiert ist sowie der so hergestellte Hohlkörper.
Für die Bänder nach der Erfindung verwendet man thermoplastische Kunststoffe, wie beispielsweise PVC, Polyäthylen, Polypropylen, Polybutylen und ähnliche, die sich durch Extrudieren in erhitztem Zustand formen lassen. Die zusätzlich als Verschweissungsmittel verwendete Füllmasse besteht im wesentlichen jeweils aus dem gleichen Polymer wie das Band, wobei allerdings die Anteile an Zusätzen, wie z.B. Stabilisatoren und Gleitmittel, höher sein können.
Aus diesen Bändern werden zylindrische Hohlkörper gewickelt, z.B. Wandungen von Flüssigkeitstanks oder Trockensilos, oder aber äussere und/oder innere Schutzschichten für solche. Viel häufiger ist aber die Herstellung von Rohren verschiedener Länge, meist für drucklose Systeme, wie die Fertigung von inneren und äusseren Schutzmänteln für solche Rohre. Übliche Bandbreiten liegen im Bereich von 65 bis 200 mm, übliche Rohrdurchmesser liegen im Bereich zwischen 300 mm und 3000 mm. Übliche Rohrlängen sind 12 m bei Wicklung im Herstellerbetrieb, aber es lassen sich an der Baustelle auch Rohre mit fast unbegrenzter Länge herstellen. Die Bänderenden lassen sich nämlich vor dem Wickeln leicht miteinander durch Spiegelschweissen verbinden, ohne dass dadurch die Festigkeit, die Dichtheit oder die Dauerhaftigkeit der daraus erzeugten Rohre leidet.
Ein wichtiger Anwendungsbereich für die Bänder bzw. die daraus gefertigten Rohre liegt in der Möglichkeit, bestehenden Rohren, z.B. aus Guss, Beton oder Asbestzement, ein Innenrohr einzufügen, dessen lichte Weite nur unwesentlich kleiner ist als der Strömungsquerschnitt der Guss-, Beton- oder Asbestzementrohre. Auf diese Weise lassen sich veraltete Leitungssysteme in einfacher Weise und ohne grössere Arbeiten sanieren. Es genügt nämlich, z.B. längs eines Kanalisationsverlaufes im Abstand von jeweils bis zu 300 m kleine Schächte zu graben, bei welchen das Band oder eventuell mehrere zusammenzusetzende Bänder mittels einer üblichen Wickelvorrichtung in das Rohr eingebracht werden, um dort ein Innenrohr zu bilden. Die derart in ein bestehendes Rohr eingepassten Innenrohre können auch leichten Krümmungen der ursprünglichen Rohrleitung folgen.
Als Verbindungselement von im gewickelten Zustand benachbarten Randbereichen der Bänder dienen Vorsprünge und Ausnehmungen. Die Bänder können dabei so ausgebildet sein, dass einer der Randbereiche zwei Vorsprünge oder einen Vorsprung und eine Ausnehmung aufweist, während gleichzeitig der andere Randbereich zwei Ausnehmungen, oder eine Ausnehmung und einen Vorsprung aufweist.
Beim Aufwickeln der Bänder zwecks Herstellung der zylindrischen Hohlkörper wird meist so vorgegangen, dass sich die benachbarten Randbereiche überlappen. Jede Ausnehmung nimmt dann den für sie be stimmten Vorsprung federnd auf. Dabei sind die Vorsprünge im allgemeinen massiv und wenig nachgiebig, während die Ausnehmungen federnd nachgiebige Wandungen aufweisen. Es ist aber auch möglich, feste Ausnehmungen und federnde Vorsprünge vorzusehen.
Die Vorsprünge füllen die Ausnehmungen im allgemeinen nicht völlig aus. Dies hat verschiedene Vorteile, z.B. ist eine Herstellung mit grösseren Toleranzen möglich. Schliesslich kann der freie Raum in der Ausnehmung dazu dienen, eventuell überschüssiges Material aus der Kammer aufzunehmen, so dass die Aussenfläche des Rohres sauber bleibt.
Die Randbereiche können aber auch flanschartig ausgebildet sein, wobei an jedem Bandrand ein sich vertikal zur Bandfläche erstreckender Flansch vorgesehen ist. Diese Flansche enthalten die Ausnehmungen und Vorsprünge. Sie liegen im gewikkelten Zustand aneinander und verlaufen schraubenlinienförmig und radial zum Hohlkörper. Zusammengehörende Vorsprünge und Ausnehmungen müssen dabei an der gleichen Randfläche angeordnet sein.
Im folgenden wird speziell auf Bänder bzw. Hohlkörper mit sich überlappenden Randbereichen eingegangen, da diese die häufigeren Ausführungsarten bilden.
Erzeugt man einen Hohlkörper mit sich überlappenden Randbereichen der Bänder, so weist die das Band in zwei Längsstreifen teilende Stufe im allgemeinen eine Höhe auf, die ein Mehrfaches der Banddicke beträgt. Sie bildet vorzugsweise mit den angrenzenden Streifen einen Winkel, der kleiner ist als 90 DEG , damit die Innenwandung des gewickelten Hohlkörpers kontinuierlich und zylindrisch ist, auch wenn sich der Bandquerschnitt beim Aufwickeln elliptisch krümmt. Die untere äussere Stufenkante ist mit Vorteil abgerundet. Dadurch wird bewirkt, dass sie bei der Montage leicht an angrenzenden Teilen vorbeigleitet, und dass das entstehende Rohr innen optimal glatt ist.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, mindestens eine der im gewickelten Zustand die Kammer begrenzenden Flächen in Richtung der Kammer zu wölben oder mit einem Ansatz zu versehen, der im gewickelten Zustand einen Einbau in der Kammer bildet. Auf diese Weise verringert man den Kammer-Hohlraum und damit die Menge des Materials, das in die Kammer extrudiert werden muss, so dass weniger dieses Füllmaterial verbraucht und dieser Vorgang rationeller gestaltet werden kann. Ausserdem wird dadurch die Berührungsfläche zwischen Kammerwand und eingepresstem Füllmaterial grösser, wodurch eine innigere Verschmelzung zustande kommt. Bildet man den Einbau so aus, dass sich mit zunehmender Bauhöhe sein Querschnitt vergrössert, so erzielt man ausserdem eine Art Widerhakeneffekt gegen Kräfte, die die Verbindung lösen könnten.
Der Einbau wird vorteilhaft so dimensioniert, dass die im gewickelten Zustand freien Räume für die zu extrudierende Füllmasse etwa die Abmessungen der Banddicke haben. Einzelne oder alle Wandungen des Einbaus können in die Kammer ragende Wellen oder Rippen aufweisen, wodurch die Berührungsfläche mit der extrudierten Füllmasse grösser und dadurch die Verbindung verbessert wird.
Zur Gewichtsreduktion und Materialersparnis empfiehlt es sich ausserdem, den Einbau mit einem Hohlraum zu versehen, wobei seine verbleibenden Teile etwa die gleiche Wanddicke aufweisen sollten wie das Band. Es kann aber auch nur ein schmaler Spalt als Kammer übrigbleiben.
Anstelle eines Einbaus können auch mehrere in die Kammer ragende Rippen vorgesehen sein, die mit Vorteil ebenfalls annähernd gleich dick sein sollten wie das Band. Auch sie dienen dazu, die Berührungsflächen zwischen entsprechenden Bauteilen und eingepresster Füllmasse zu vergrössern. Solche Rippen können so ausgebildet sein, dass sie verbreiterte Endpartien haben, so dass sich ebenfalls ein Wider hakeneffekt, wie oben beschrieben, ergibt.
Das Verfahren, nach welchem aus den oben beschriebenen Bändern zylinderförmige Hohlkörper hergestellt werden, lässt sich nicht nur in einem Fabrikationsbetrieb, sondern vor allem bei Rohren zweckmässigerweise in situ direkt am Verwendungsort, also auf der Baustelle, durchführen. Mittels einer üblichen Wickelvorrichtung werden die Bänder schraubenlinienförmig zu Hohlkörpern aufgewickelt, wobei man die Randbereiche zweckmässigerweise, z.B. durch Heissluft, erwärmte. Die füreinander bestimmten Vorsprünge und Ausnehmungen werden dabei unter Krafteinwirkung zum Eingriff gebracht. Damit behält der Hohlkörper auch ohne weitere Massnahmen seine Form.
Die sich beim Wickelvorgang bildende Kammer wird mit zusätzlichem, an Ort und Stelle erhitztem Kunststoff gefüllt, den man bei entsprechender Temperatur und unter Druck hineinpresst, und zwar unter Verwendung eines speziellen Extrusionswerkzeuges bekannter Art.
Die Temperatur, auf die diese Füllmasse erhitzt werden muss, soll möglichst hoch, aber auf jeden Fall unter der Zersetzungstemperatur liegen.
Es empfiehlt sich sehr, diejenigen Flächen des Bandes, die die Wandungen der Kammer bilden werden, unmittelbar vor dem Wickeln zu reinigen und/oder aufzurauhen.
Die heisse Füllmasse verschweisst sich mit den ebenfalls erwärmten Wandungen der Kammer, so dass die benachbarten Randbereiche des Bandes unlösbar und dicht miteinander verbunden sind. Im Gegensatz zu einer Klebeverbindung, die mit einer Fremdmasse realisiert wurde, ist diese Schweissverbindung mit dem gleichen Material, aus dem das Band bzw. der Hohlkörper besteht, dauerhaft. Die Füllmasse weist die gleichen chemischen und mechanischen Eigenschaften auf wie der Hohlkörper, und die Schweissverbindung bildet daher im Gegensatz zu einer Klebeverbindung keine Schwachstelle am Hohlkörper, da keine verschiedenartige Schrumpfung und somit keine Spannungen entstehen. Hohlkörper, die nach diesem Verfahren hergestellt sind, sind somit einfach zu fertigen und entsprechen bezüglich Festigkeit und Dichtheit auf lange Dauer allen an sie gestellten Anforderungen.
Um die Festigkeit von zylindrischen Hohlkörpern, insbesondere von Wickelrohren, zu verbessern, ist es üblich, Rohre bzw. Bänder, aus denen die Rohre gewickelt werden, mit Verstärkungsrippen zu versehen. Diese Rippen verlaufen bei Wickelrohren schraubenlinienförmig. Neben gewöhnlichen Radialrippen sind solche mit verschiedenen Querschnitten bekannt. Beispielsweise können Rippen mit T-Profil verwendet werden, bei denen auch der Steg gewellt ausgeführt werden kann. Es ist auch bekannt, Rippen vorzusehen, deren Querschnitte geschlossene hohle Abschnitte aufweisen und die eine bessere Versteifungswirkung haben. Gelegentlich werden auch Hohlräume solcher Rippen mit Verstärkungsmassen gefüllt oder mit Drähten versteift. Alle diese Lösungen vermögen nicht voll zu befriedigen. Entweder ist die Wirkung der so gestalteten Rippen nicht ausreichend oder ihre Herstellung ist zu aufwendig.
Diese Nachteile werden gemäss einer Ausführungsform der Erfindung mit Rippen überwunden, die paarig ausgebildet sind und sich in einfacher Weise integral mit dem Band extrudieren lassen. Die Rippen sind zweckmässigerweise geradlinig begrenzt und es müssen keine Hohlprofile erzeugt werden. Die Wandstärke der Rippen ist zweckmässigerweise etwa gleich der Banddicke. Der Abstand der Mittel zweier Rippen paare beträgt im allgemeinen je nach Bandbreite und Banddicke ungefähr 6 bis 15 mm. Die Höhe jeder Rippe beträgt meist ungefähr 6 bis 15 mm. Die Rippen werden paarweise angeordnet. Je nach Durchmesser des Hohlkörpers können etwa zwei bis sechs Rippenpaare angeordnet werden. Sie weisen gegenüber der Mantelfläche des Hohlkörpers an ihrem Fusspunkt im allgemeinen eine Neigung von 40 bis 80 DEG , bevorzugt 60 DEG , auf und zwei Rippen eines Rippenpaares neigen sich zueinander.
Ihre freien Enden weisen einen sehr geringen Abstand auf, zweckmässigerweise ca. 1 bis wenige mm. Von radial zum Hohlkörper gerichteten, auf die Rippen wirkenden Kräften wirkt dann eine Komponente längs der Rippe und eine andere Komponente senkrecht zur Rippe. Diese letztere ist bestrebt, die Rippe so zu verbiegen, dass ihr oberes Ende auf das obere Ende der zweiten Rippe des gleichen Paares trifft. Sobald dies der Fall ist, bilden die beiden Rippen ein geschlossenes annähernd dreieckiges Verstärkungsprofil. Nach diesem Verfahren verstärkte Hohlkörper, die aus extrudierten Bändern gewickelt werden, weisen sowohl bei Verlegung im Freien als auch bei Erdverlegung eine wesentlich verbesserte Steifigkeit auf.
Eine solche Verstärkung eignet sich für alle zur Herstellung von Hohlkörpern verwendbaren Bänder, einschliesslich der oben beschriebenen Bänder.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Gegenstandes wird im folgenden anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Darin zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Band nach der Erfindung;
Fig. 2 vereinigte Randbereiche des Bandes der Fig. 1 in vergrösserter Darstellung; und
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Band zur Herstellung eines Hohlkörpers oder aus einem gewickelten Hohlkörper mit einem Paar Verstärkungsrippen, in vergrösserter Darstellung.
Das aus thermoplastischem Kunststoff extrudierte Band 2, dessen Querschnitt in Fig. 1 dargestellt ist, weist eine obere Fläche 4 auf, die im gewickelten Zustand den Aussenmantel eines Rohres bildet und eine untere Fläche 6, die im gewickelten Zustand den Innenmantel des Rohres bildet.
Dieses Band wird durch eine Stufe 8 in zwei Längsstreifen 10, 12 aufgeteilt. Die Stufe 8 bildet mit den Längsstreifen 10 und 12 spitze Winkel. Der in der Fig. 1 links angeordnete Streifen 10 bildet einen der Randbereiche des Bandes 2, der in der Fig. 1 rechts angeordnete Streifen 12 bildet an seinem äusse ren Ende den zweiten der Randbereiche 14 des Bandes 2. Die untere äussere Stufenkante 15 ist abgerundet.
Der Streifen bzw. Randbereich 10 ist, wie aus den Fig. 1 und 2 deutlich hervorgeht, an der unteren Bandfläche 6 mit zwei im Abstand voneinander angeordneten wulstartigen Vorsprüngen 18, 19 versehen, von denen jeder einen annähernd quaderförmigen Halsteil 20, 21 und einen daraus hervorgehenden, annähernd zylinderförmigen Kopfteil 22, 23 aufweist.
Dazwischen befindet sich ein Ansatz 24, der im wesentlichen als U-förmiger Kanal ausgebildet ist, mit Wanddicken, die annähernd gleich sind wie die Banddicke. Die Aussenflächen seiner Schenkel 26, 27 sind in ihrem untersten Abschnitt 28, 29 nach aussen verbreitert. Der Kanal schliesst mit dem ihn überdeckenden Teil des Bandes einen Hohlraum ein.
Der Randbereich 12 weist vier an der oberen Seite des Bandes und im Abstand voneinander angeordnete Rippen 30, 31, 32, 33 auf, von denen je zwei benachbarte eine kanalartige Ausnehmung 34, 35 begrenzen. Diese Ausnehmungen 34, 35 haben einen Querschnitt, der in seiner mittleren Höhe am grössten ist und sich nach oben und unten verjüngt. Die Rippe 33 ist aussen rechts durch eine vertikale Fläche begrenzt, während die anderen Rippen 30, 31, 32 durch Aussenflächen be grenzt sind, die im wesentlichen parallel zu ihren Innenflächen verlaufen. Die obere Aussenkante der Rippe 33 ist stark abgerundet. Diese Abrundung und die unten an sie anschliessende ebene Fläche erleichtern beim Zusammenfügen der Randbereiche das Darübergleiten der unteren Stufenkante 15.
Ist ein solches Band zu einem Rohr aufgewickelt, so überlappt gemäss Fig. 2 der Randbereich 10 den Randbereich 14. Die Ausnehmungen 34, 35 nehmen die Vorsprünge 18, 19 federnd auf, werden aber durch sie nicht vollständig ausgefüllt. Der Ansatz 24 ragt in eine Kammer 36, die durch einander zugewandte Teile des Bandes und der Ausnehmungen bzw. der diese begrenzenden Rippen gebildet wird und die durch den Ansatz 24 ein U-förmiges Profil enthält. Die Dicke dieses U-Profils entspricht etwa der Dicke des Bandes. Am fertigen Rohr ist diese Kammer mit einer Füllmasse aus dem gleichen thermoplastischen Kunststoff gefüllt, aus der das Band hergestellt ist. In der Zeichnung ist dies durch punktierte Schraffur angedeutet.
Diese zusätzliche Füllmasse verbindet sich mit den ebenfalls erwärmten Wandungen der Kammer 36 zu einer Verschweissung, wodurch die beiden Randbereiche integral miteinander verbunden sind. Am fertigen Rohr sind die ursprünglichen Strukturen nicht mehr erkennbar, da die sich überlappenden Randbereiche zusammen mit der zu sätzlichen Füllmasse einen kompakten Block bilden, wobei nur Räume 38, 39 auf dem Grund der Ausnehmungen 34, 35 und der Hohlraum im Ansatz 24 frei bleiben. Eventuell überschüssige Füllmasse kann in freie Räume 16, 17 beim Halsteil 20, 21 der Vorsprünge 18, 19 fliessen.
Ein aus einem Band gewickeltes Rohr bzw. ein Band zum Wickeln eines solchen Rohres, in Fig. 3 mit 102 bezeichnet, weist ausserdem mehrere Paare von Verstärkungsrippen 150, 151 auf. Die Rippen sind geradlinig begrenzt und schliessen mit der Bandfläche einen Winkel von 60 DEG ein. Die Wanddicke der Rippen ist ungefähr gleich wie die Dicke des Bandes. Da die beiden Rippen 150, 151 so angeordnet sind, dass sie sich einander zuneigen, bilden sie im Querschnitt mit dem ihre Fusspunkte verbindenden Abschnitt des Bandes ein annähernd gleichseitiges, an seiner Spitze offenes Dreieck. Die \ffnung an der Dreieckspitze ist ca. 1 bis 3 mm breit. Bei erdverlegten Rohren werden vertikal zur Rohrmantelfläche gerichtete Kräfte in den Rippen in zwei Komponenten aufgeteilt, nämlich in eine erste Komponente längs der Rippe und in eine zweite Komponente senkrecht zur Rippe.
Diese zweite Komponente hat das Bestreben, die Rippe durchzubiegen und dadurch die Neigung, die sie gegenüber dem Rohrmantel ein nimmt, zu verringern. Bei starker Durchbiegung gelangt die Rippe schliesslich mit der zweiten Rippe des gleichen Rippenpaares in Berührung, so dass sich ein geschlossenes Verstärkungsprofil ergibt. Die Höhe der Rippen im frisch extrudierten Zustand ist um ein weniges geringer als die Höhe der Stufe 8.
Die obige Beschreibung bezieht sich selbstverständlich nur auf ein einziges Ausführungsbeispiel des Bandes nach der Erfindung sowie des daraus gewickelten Rohres. In der Praxis sind zahlreiche andere Ausbildungsmöglichkeiten denkbar. Beispielsweise könnten die Vorsprünge und die Ausnehmungen vertauscht werden, oder es könnte an einem Randbereich ein Vorsprung und eine Ausnehmung und am anderen Randbereich entsprechend eine Ausnehmung und ein Vorsprung vorgesehen sein. Anstelle des U-förmigen Kanals, der den Einbau der Kammer bildet, wäre es auch möglich, mehrere Rippen anzuordnen. Ausserdem wäre es möglich, einzelne oder alle Wandungen dieses Einbaus zu wellen oder gerippt auszubilden. Es könnte auch ein Band verwendet werden, das derart ausgestaltet ist, dass der die Kammer begrenzende Abschnitt so geformt ist, dass das Kammervolumen verkleinert wird.
In diesem Fall könnte man auf einen Einbau verzichten.
Im vorliegenden Beispiel sind die Ausnehmungen nachgiebig und die Vorsprünge im wesentlichen starr ausgebildet. Es ist aber auch möglich, starre Ausnehmungen und nachgiebige Vorsprünge vorzusehen. Wesentlich ist nur, dass die beiden Randbereiche so aneinander fixiert sind, dass dazwischen eine Kammer gebildet wird, die mit zusätzlichem Kunststoff gleicher Art wie der Kunststoff, der das Band bildet, gefüllt werden kann. Auf diese Weise erhält man ein Rohr, das bezüglich Festigkeit, Dichtheit und Dauerhaftigkeit allen Ansprüchen genügt.
Die Verstärkungsrippen können an ihren oberen Enden Ansätze irgendwelcher Form aufweisen, die sich beim Verbiegen der Rippen aneinander abstützen, beispielsweise im Schnitt kreisförmige und geradlinig begrenzte Ansätze. Von Belang ist, dass sich unter senkrecht zum Rohrmantel gerichteter Belastung aus benachbarten Rippen hohle Verstärkungsprofile bilden.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von zylinderförmigen Hohlkörpern wird im folgenden ausführlich beschrieben und zwar unter Bezugnahme auf die Herstellung eines Rohres.
Dieses Verfahren kann sowohl in einem Fabrikationsbetrieb als auch in situ auf einer Baustelle durchgeführt werden. Die Durchführung des Verfahrens im Produktionsbetrieb hat den Vorteil, dass es leichter ist, die äusseren Bedingungen, insbesondere die Temperaturen, auf der gewünschten Höhe zu halten, als es im Freien möglich wäre. Der Nachteil bei der Herstellung der Hohlkörper im Produktionsbetrieb liegt vor allem in der begrenzten Länge der hergestellten Hohlkörper, die 12 m für Lastwagentransport und ca. 30 m für Bahntransport nicht überschreiten sollte.
Das Band, aus welchem die Rohre hergestellt wurden, war auf einer Spule aufgewickelt vom Produktionsbetrieb geliefert; es bestand aus einem handelsüblichen PVC mit einem Stabilisatorenanteil von 1,8 Gewichtsprozent und den üblichen Zusätzen. Das Band kann allerdings auch auf bekannte Weise durch einen mobilen Extruder in situ gefertigt werden.
Zur Durchführung des Verfahrens diente eine im wesentlichen bekannte Einrichtung, welche das linear zugeführte Band aufnahm, schraubenförmig über einem Wickeldorn aufwickelte, die jeweils benachbarten Randbereiche miteinander verband und das so entstandene sich dabei drehende Rohr abgab.
Soll ein Innen- bzw. Aussenschutzmantel für ein bestehendes anderes Rohr hergestellt werden, so erübrigt sich der Wickeldorn, da dann das andere Rohr gewissermassen als eine Art Wickellehre oder Wickeldorn dient.
Das Band wurde derart gewickelt, dass sich am Rohr benachbarte Randbereiche überlappten. Unmittelbar vor dem Wickeln wurden diejenigen Randbereiche, die anschliessend mit der Füllmasse in Berührung kamen, zwecks Vergrösserung ihrer Oberfläche und Reinigung mittels rotierender Messer aufgerauht.
Dieser Schritt kann auch mit anderen bekannten mechanischen Mitteln oder einem Lösungsmittel erfolgen. Die Randbereiche des Bandes wurden sodann durch zwei auf sie gerichtete Heissluftstrahlen auf ca. 70 bis 80 DEG C erhitzt und die sich überlappenden Randbereiche durch Rollen zusammengedrückt, so dass die Vorsprünge in die Ausnehmungen einrasteten. In der derart entstandenen, sich vom Rohr nach aussen erstreckenden Verbindung war eine leere Kammer entstanden.
Unmittelbar nachdem der Rohrabschnitt diese Stelle passiert hatte, gelangte er in den Mündungsbereich einer schnabelförmigen Düse, die die pastenförmige Füllmasse aus einem an sich bekannten Extruder in die erwärmte Kammer führte.
Diese Füllmasse enthielt das gleiche PVC mit einem Stabilisatoranteil von 4 Gewichtsprozent und wies eine Temperatur von 225 DEG C auf.
Sobald diese heisse Füllmasse auf die erwärmten Kammerwandungen auftraf, begann der Abkühlungs- und Erstarrungsprozess. Die Füllmasse verschweisste sich dabei integral mit den Kammerwandungen und man erhielt eine dichte, alterungsbeständige Verbindung der Randbereiche. Das Rohr wurde sodann noch mit Wasser oder Luft abgekühlt, um die Formstabilität beschleunigt zu erreichen.
Wenn anstelle eines freien Rohres ein Aussen- oder Innenmantel für einen bestehenden Hohlkörper hergestellt werden soll, so dient dieser Körper beim Aufwickeln als Wickeldorn, bzw. als Wickellehre. Das übrige Verfahren erfolgt auf dieselbe Weise, wobei sich die letzte Kühlstufe erübrigt.
Die obige Beschreibung bezieht sich selbstverständlich nur auf ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung von zylinderförmigen Hohlkörpern aus Bändern. In der Praxis sind zahlreiche Varianten denkbar, insbesondere betreffend die verwendeten Werkstoffe und Temperaturen.
The invention relates to a belt according to the preamble of claim 1, a method for producing a cylindrical hollow body from the belt according to claim 1 and a hollow body produced by this method.
Tapes of the type mentioned are known. They are made of thermoplastics, e.g. PVC, made by extrusion. This can be done in situ using a mobile extruder, for example on a construction site. However, the tapes are more often manufactured in manufacturing companies. They are compactly wound up after their manufacture and can thus be stored and transported in a space-saving manner. The width of the tapes can vary within wide limits and their length is primarily limited by the fact that the finished tape wound into a spool should not have an excessive piece weight or volume.
In order to produce cylindrical hollow bodies from these tapes, they are wound in a helical manner in the manufacturing company or on a construction site, usually via a winding mandrel, and the two edge regions of the tapes which are adjacent in the wound state are connected to one another. Winding in situ has the advantage that very long tubes can be produced, while only relatively short tubes can be produced during winding in the manufacturing company, since they can then be e.g. must be transported by train or truck.
Hollow bodies with different diameters can be produced from a strip of a certain width, depending on the pitch of the windings on the hollow body.
In general, the edge regions of the tapes are formed such that they overlap in the wound state, with surfaces of opposite tape sides then facing one another. Since a continuous cylindrical inner wall is preferred in the finished hollow body, the strip cross-section is advantageously designed in such a way that it has a step such that the strip surfaces later serving as the inner wall, including the overlapped edge region, form a first longitudinal strip, and that the overlapping, the other Parts forming the edge region form a second longitudinal stripe which is not in the same plane as the first.
For hollow bodies with overlapping edge areas, projections and recesses must be arranged on opposite strip surfaces in such a way that they meet during winding. In the case of known tapes, the projection is bead-like and does not completely fill the recess, which is designed as a protuberance, but at least partially comes into full contact, so that both a sealing surface and the effects of a labyrinth seal are obtained.
In order to obtain an absolutely tight hollow body, the edge regions of the tape are shaped in known embodiments so that they have surfaces that form a helical chamber on the wound hollow body in the overlap region, into which a sealing strip can be inserted. However, inserting this separate sealing tape or strip complicates the manufacturing process and still does not contribute to increased strength and durability of the connection. If the requirements for strength and tightness are higher, areas have previously been provided on the tape which were glued together in the overlapped state. As a result, it was not only sought to obtain a better sealing effect, but also to obtain a fixation of the hollow body shape in addition to the fixation through the mutually engaging recesses and projections.
However, it has been shown that such glue points do not result in permanent, reliable fixation and sealing, particularly as a result of aging-related changes.
The object of the invention is thus seen to provide a tape of the type mentioned, which can be wound into cylindrical hollow bodies that are durable in terms of shape and tightness, and also to show the method for producing the hollow body.
The invention thus relates to a belt of the type mentioned at the outset, which is defined in claim 1.
The invention also relates to a method for producing a hollow body, which is defined in claim 7, and to the hollow body thus produced.
The tapes according to the invention use thermoplastic materials, such as PVC, polyethylene, polypropylene, polybutylene and the like, which can be molded in a heated state by extrusion. The filler additionally used as a welding agent essentially consists of the same polymer as the tape, although the proportions of additives, e.g. Stabilizers and lubricants can be higher.
Cylindrical hollow bodies are wound from these tapes, e.g. Walls of liquid tanks or drying silos, or outer and / or inner protective layers for such. However, the production of pipes of different lengths is much more common, mostly for unpressurized systems, such as the production of inner and outer protective sheaths for such pipes. Usual band widths are in the range from 65 to 200 mm, usual pipe diameters are in the range between 300 mm and 3000 mm. The usual pipe lengths are 12 m for winding in the manufacturing company, but pipes of almost unlimited length can also be produced on site. The ends of the tapes can be easily joined together by mirror welding before winding, without the strength, tightness or durability of the tubes produced therefrom suffering.
An important area of application for the strips or the pipes made from them is the possibility of using existing pipes, e.g. made of cast iron, concrete or asbestos cement, to insert an inner pipe whose clear width is only insignificantly smaller than the flow cross section of the cast iron, concrete or asbestos cement pipes. In this way, obsolete pipe systems can be renovated easily and without major work. It is sufficient, e.g. digging small shafts along a sewerage course at intervals of up to 300 m, in which the tape or possibly several tapes to be put together are introduced into the pipe by means of a conventional winding device in order to form an inner pipe there. The inner pipes fitted in this way into an existing pipe can also follow slight curvatures of the original pipe.
Protrusions and recesses serve as the connecting element of adjacent edge regions of the strips in the wound state. The strips can be designed such that one of the edge regions has two projections or one projection and one recess, while at the same time the other edge region has two recesses, or one recess and one projection.
When the tapes are wound up to produce the cylindrical hollow bodies, the procedure is usually such that the adjacent edge areas overlap. Each recess then resiliently takes up the projection for them. The projections are generally solid and not very flexible, while the recesses have resilient walls. But it is also possible to provide fixed recesses and resilient projections.
The projections generally do not completely fill the recesses. This has several advantages, e.g. production with greater tolerances is possible. Finally, the free space in the recess can serve to absorb any excess material from the chamber, so that the outer surface of the tube remains clean.
However, the edge regions can also have a flange-like design, with a flange extending vertically to the belt surface being provided on each belt edge. These flanges contain the recesses and protrusions. They lie against each other in the coiled state and run helically and radially to the hollow body. Associated projections and recesses must be arranged on the same edge surface.
The following deals specifically with tapes or hollow bodies with overlapping edge areas, since these form the more common designs.
If a hollow body with overlapping edge regions of the strips is produced, the step dividing the strip into two longitudinal strips generally has a height which is a multiple of the strip thickness. It preferably forms an angle with the adjacent strips which is smaller than 90 °, so that the inner wall of the wound hollow body is continuous and cylindrical, even if the strip cross-section bends elliptically during winding. The lower outer step edge is advantageously rounded. This ensures that it easily glides past adjacent parts during assembly and that the resulting pipe is optimally smooth on the inside.
It has proven expedient to arch at least one of the surfaces delimiting the chamber in the wound state in the direction of the chamber or to provide it with an attachment which, in the wound state, forms an installation in the chamber. In this way, the chamber cavity is reduced, and with it the amount of material that has to be extruded into the chamber, so that less of this filling material is used and this process can be made more efficient. In addition, this increases the contact area between the chamber wall and the pressed-in filling material, which results in a more intimate fusion. If you design the installation in such a way that its cross-section increases with increasing height, you also achieve a kind of barb effect against forces that could loosen the connection.
The installation is advantageously dimensioned such that the free spaces in the wound state for the filler material to be extruded have approximately the dimensions of the strip thickness. Some or all of the walls of the installation can have shafts or ribs projecting into the chamber, as a result of which the contact area with the extruded filling compound becomes larger and the connection is thereby improved.
To reduce weight and save material, it is also advisable to provide the installation with a cavity, the remaining parts of which should have approximately the same wall thickness as the tape. However, only a narrow gap can remain as a chamber.
Instead of installation, a plurality of ribs projecting into the chamber can also be provided, which should advantageously also be approximately the same thickness as the band. They also serve to enlarge the contact surfaces between the corresponding components and the pressed-in filling compound. Such ribs can be designed so that they have widened end parts, so that there is also a barb effect, as described above.
The process by which cylindrical hollow bodies are produced from the strips described above can be carried out not only in a manufacturing company, but especially in the case of pipes in situ directly at the place of use, that is to say on the construction site. The tapes are wound helically into hollow bodies by means of a conventional winding device, the edge areas being expediently, e.g. heated by hot air. The projections and recesses intended for one another are brought into engagement under the action of force. The hollow body thus retains its shape without any further measures.
The chamber that forms during the winding process is filled with additional, locally heated plastic, which is pressed in at the appropriate temperature and under pressure, using a special extrusion tool of known type.
The temperature to which this filling compound has to be heated should be as high as possible, but in any case below the decomposition temperature.
It is highly recommended to clean and / or roughen those areas of the tape that will form the walls of the chamber immediately before winding.
The hot filling compound is welded to the walls of the chamber, which are also heated, so that the adjacent edge regions of the band are inseparably and tightly connected to one another. In contrast to an adhesive connection that was realized with a foreign mass, this welded connection with the same material from which the tape or the hollow body is made is permanent. The filling compound has the same chemical and mechanical properties as the hollow body and, unlike an adhesive connection, the welded joint therefore does not form a weak point on the hollow body, since there are no different types of shrinkage and therefore no stresses. Hollow bodies that are produced by this process are therefore easy to manufacture and meet all the requirements placed on them in the long term in terms of strength and tightness.
In order to improve the strength of cylindrical hollow bodies, in particular of winding tubes, it is customary to provide reinforcing ribs for tubes or strips from which the tubes are wound. These ribs run helically in the case of winding tubes. In addition to ordinary radial ribs, those with different cross sections are known. For example, ribs with a T-profile can be used, in which the web can also be corrugated. It is also known to provide ribs, the cross sections of which have closed hollow sections and which have a better stiffening effect. Occasionally, cavities of such ribs are filled with reinforcing materials or stiffened with wires. All of these solutions are not fully satisfactory. Either the effect of the ribs designed in this way is insufficient or their production is too complex.
According to one embodiment of the invention, these disadvantages are overcome with ribs which are formed in pairs and can easily be extruded integrally with the belt. The ribs are expediently delimited in a straight line and no hollow profiles have to be produced. The wall thickness of the ribs is expediently approximately equal to the strip thickness. The distance between the middle of two pairs of ribs is generally around 6 to 15 mm, depending on the bandwidth and strip thickness. The height of each rib is usually about 6 to 15 mm. The ribs are arranged in pairs. Depending on the diameter of the hollow body, about two to six pairs of ribs can be arranged. They generally have an inclination of 40 to 80 °, preferably 60 °, relative to the lateral surface of the hollow body at their base and two ribs of a pair of ribs incline to one another.
Their free ends are at a very small distance, advantageously about 1 to a few mm. From the forces directed radially to the hollow body and acting on the ribs, one component acts along the rib and another component perpendicular to the rib. The latter strives to bend the rib so that its top meets the top of the second rib of the same pair. As soon as this is the case, the two ribs form a closed, approximately triangular reinforcement profile. Hollow bodies reinforced according to this method, which are wound from extruded strips, have a significantly improved rigidity both when laid outdoors and when laid underground.
Such reinforcement is suitable for all tapes that can be used to produce hollow bodies, including the tapes described above.
A preferred embodiment of the object according to the invention is described in detail below with reference to the drawing. It shows:
1 shows a section through a tape according to the invention.
Fig. 2 combined edge areas of the band of Figure 1 in an enlarged view. and
Fig. 3 shows a detail of a tape for producing a hollow body or from a wound hollow body with a pair of reinforcing ribs, in an enlarged view.
The strip 2 extruded from thermoplastic material, the cross section of which is shown in FIG. 1, has an upper surface 4, which in the wound state forms the outer jacket of a tube and a lower surface 6, which forms the inner jacket of the tube in the wound state.
This band is divided into two longitudinal strips 10, 12 by a step 8. Step 8 forms acute angles with the longitudinal strips 10 and 12. The strip 10 arranged on the left in FIG. 1 forms one of the edge regions of the band 2, the strip 12 arranged on the right in FIG. 1 forms the second of the edge regions 14 of the band 2 at its outer end. The lower outer step edge 15 is rounded .
The strip or edge area 10, as can be clearly seen from FIGS. 1 and 2, is provided on the lower band surface 6 with two bead-like projections 18, 19 arranged at a distance from each other, each of which has an approximately cuboid neck part 20, 21 and one thereof emerging, approximately cylindrical head portion 22, 23.
In between there is an extension 24, which is essentially designed as a U-shaped channel, with wall thicknesses that are approximately the same as the strip thickness. The outer surfaces of its legs 26, 27 are widened outwards in their lowermost section 28, 29. The channel encloses a cavity with the part of the band covering it.
The edge region 12 has four ribs 30, 31, 32, 33 arranged on the upper side of the band and at a distance from one another, two adjacent ones of which delimit a channel-like recess 34, 35. These recesses 34, 35 have a cross section that is largest at its central height and tapers upwards and downwards. The rib 33 is delimited on the outside right by a vertical surface, while the other ribs 30, 31, 32 are delimited by outer surfaces which run essentially parallel to their inner surfaces. The upper outer edge of the rib 33 is very rounded. This rounding and the flat surface adjoining it at the bottom make it easier for the lower step edge 15 to slide over when the edge regions are joined.
2, the edge region 10 overlaps the edge region 14. The recesses 34, 35 receive the projections 18, 19 in a resilient manner, but are not completely filled by them. The projection 24 protrudes into a chamber 36 which is formed by mutually facing parts of the band and the recesses or the ribs delimiting them and which contains a U-shaped profile through the projection 24. The thickness of this U-profile corresponds approximately to the thickness of the band. On the finished pipe, this chamber is filled with a filling compound made of the same thermoplastic material from which the band is made. In the drawing, this is indicated by dotted hatching.
This additional filling compound connects to the likewise heated walls of the chamber 36 to form a weld, as a result of which the two edge regions are integrally connected to one another. The original structures are no longer recognizable on the finished tube, since the overlapping edge regions form a compact block together with the additional filling compound, only spaces 38, 39 remaining free due to the recesses 34, 35 and the cavity in the extension 24. Any excess filling material can flow into free spaces 16, 17 at the neck part 20, 21 of the projections 18, 19.
A tube wound from a band or a band for winding such a tube, designated 102 in FIG. 3, also has a plurality of pairs of reinforcing ribs 150, 151. The ribs are bounded in a straight line and enclose an angle of 60 ° with the belt surface. The wall thickness of the ribs is approximately the same as the thickness of the band. Since the two ribs 150, 151 are arranged in such a way that they incline towards one another, they form an approximately equilateral triangle which is open at its tip in cross section with the section of the band connecting its base points. The opening at the triangle tip is about 1 to 3 mm wide. In underground pipes, forces directed vertically to the pipe surface are divided into two components in the fins, namely a first component along the fin and a second component perpendicular to the fin.
This second component tends to bend the rib and thereby reduce the tendency it takes towards the tubular jacket. In the event of strong deflection, the rib finally comes into contact with the second rib of the same pair of ribs, so that a closed reinforcement profile results. The height of the ribs in the freshly extruded state is slightly less than the height of step 8.
The above description of course relates only to a single embodiment of the band according to the invention and the tube wound therefrom. In practice, numerous other training opportunities are conceivable. For example, the projections and the recesses could be interchanged, or a projection and a recess could be provided on one edge region and a recess and a projection on the other edge region. Instead of the U-shaped channel that forms the installation of the chamber, it would also be possible to arrange several ribs. In addition, it would be possible to corrugate individual or all walls of this installation or to form ribs. A band could also be used which is designed such that the section delimiting the chamber is shaped in such a way that the chamber volume is reduced.
In this case, installation could be dispensed with.
In the present example, the recesses are flexible and the projections are essentially rigid. However, it is also possible to provide rigid recesses and flexible projections. It is only essential that the two edge regions are fixed to one another in such a way that a chamber is formed between them, which can be filled with additional plastic of the same type as the plastic that forms the band. In this way you get a tube that meets all requirements in terms of strength, tightness and durability.
The reinforcing ribs can have lugs of any shape at their upper ends which are supported against one another when the ribs are bent, for example lugs which are circular and have a straight line in section. It is important that hollow reinforcement profiles are formed from adjacent ribs when the load is directed perpendicular to the pipe jacket.
An exemplary embodiment of the method according to the invention for the production of cylindrical hollow bodies is described in detail below, specifically with reference to the production of a tube.
This process can be carried out both in a manufacturing company and in situ on a construction site. Carrying out the process in the production plant has the advantage that it is easier to keep the external conditions, in particular the temperatures, at the desired level than would be possible outdoors. The disadvantage in the production of the hollow bodies in the production plant is primarily the limited length of the hollow bodies produced, which should not exceed 12 m for truck transport and approx. 30 m for rail transport.
The tape from which the pipes were made was supplied on a spool from the production company; it consisted of a commercially available PVC with a stabilizer content of 1.8 percent by weight and the usual additives. However, the tape can also be manufactured in situ in a known manner using a mobile extruder.
An essentially known device was used to carry out the method, which took up the linearly fed strip, wound it helically over a winding mandrel, connected the respectively adjacent edge regions to one another and released the resulting rotating tube.
If an inner or outer protective jacket is to be produced for an existing other tube, the winding mandrel is unnecessary, since the other tube then serves as a kind of winding gauge or winding mandrel.
The tape was wound in such a way that adjacent edge areas overlapped on the tube. Immediately before the winding, those edge areas which subsequently came into contact with the filling compound were roughened up in order to enlarge their surface area and to clean them with a rotating knife.
This step can also be carried out using other known mechanical means or a solvent. The edge areas of the tape were then heated to approx. 70 to 80 ° C. by two hot air jets directed at them and the overlapping edge areas were pressed together by rollers so that the projections snapped into the recesses. An empty chamber had formed in the connection that had thus formed and extended outward from the pipe.
Immediately after the pipe section had passed this point, it came into the mouth area of a beak-shaped nozzle which led the pasty filling compound from an extruder known per se into the heated chamber.
This filler contained the same PVC with a stabilizer content of 4 percent by weight and had a temperature of 225 ° C.
As soon as this hot filling mass hit the heated chamber walls, the cooling and solidification process began. The filling compound welded integrally to the chamber walls and a tight, age-resistant connection of the edge areas was obtained. The tube was then cooled with water or air to accelerate the dimensional stability.
If, instead of a free tube, an outer or inner jacket is to be produced for an existing hollow body, this body serves as a winding mandrel or as a winding gauge during winding. The rest of the process is done in the same way, eliminating the last cooling step.
The above description naturally only relates to one example of a method for producing cylindrical hollow bodies from strips. In practice, numerous variants are conceivable, particularly with regard to the materials and temperatures used.