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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohrschalen aus gebundener Mineralwolle, bei welchem ein die gewünschte Wanddicke der Rohrschale ergebender Bahnabschnitt einer mit thermisch aushärtbarem, jedoch noch unausgehärtetem Bindemittel versehenen Mineralwollebahn um einen drehend angetriebenen rohrförmigen Wickelkern gewickelt und die so gebildete, noch unausgehärtete Rohrschale am Außenumfang des Wickelkernes durch Wärmeeinwirkung ausgehärtet sowie der Wickelkern aus der ausgehärteten Rohrschale herausgezogen wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 7 sowie einen Wickelkern nach Anspruch 13 und eine Rohrschale nach Anspruch 16.
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Rohrschalen dienen zur Wärme- und/oder Schalldämmung von Rohrleitungen oder anderen rohrförmigen Elementen. Aufgrund des damit gegebenen großen Anwendungsgebietes sowie insbesondere der damit verbundenen hohen Stückzahlen, steht die Wirtschaftlichkeit der Herstellung von derartigen Rohrschalen generell im Zentrum der Betrachtungen in der Fachwelt.
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Ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung von Rohrschalen geht dabei aus der
DE 10 2004 013 446 A1 hervor. Hier wird ein Bahnabschnitt einer Mineralwollebahn mit noch nicht ausgehärtetem Bindemittel am Umfang eines Wickelkernes aufgewickelt. Je nach Bemessung der Länge des aufzuwickelnden Bahnabschnitts der Mineralwollebahn, der Dicke des Vliesbahnabschnitts und dem Außendurchmesser des Wickelkerns ergibt sich hieraus eine Rohrschale mit einem vorbestimmten Innendurchmesser und Außendurchmesser entsprechend dem gewünschten Einsatzzweck. Im Anschluss wird dann das Bindemittel in der so gebildeten Rohrschale ausgehärtet und die äußere Umfangsfläche der Rohrschale zuweilen einer Endbearbeitung insbesondere durch Schleifen unterzogen. Abschließend wird die dann fertig hergestellte Rohrschale vom Wickelkern abgezogen.
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Dieses bekannte Verfahren betrifft dabei insbesondere eine vorteilhafte Weise zur Aushärtung des Bindemittels in der Rohrschale. Hierzu weist der Wickelkern umfangsseitig Perforationen auf, durch welche hindurch Heißgas an die Innenoberfläche der Rohrschale führbar und durch die Wanddicke der Rohrschale hindurch führbar ist. Hierdurch ergibt sich eine sehr homogene Aushärtung der Rohrschalen in sehr kurzer Zeit.
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Mit dem aus der
DE 10 2004 013 446 A1 bekannten Verfahren lassen sich somit in günstiger Weise Rohrschalen mit zirkularem Querschnitt herstellen. Daneben gibt es jedoch auch Anwendungsfälle, in denen Querschnittformen für Rohrschalen gewünscht sind, welche von einer kreisringförmigen Gestalt abweichen. Beispiele hierfür sind Dämmelemente für Schornsteinsysteme, da hier die inneren rauchgasführenden Rohrleitungen häufig auch in einem rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt vorliegen, wobei diese aus fertigungstechnischen Gründen in der Regel zudem abgerundete Ecken aufweisen. Die hierfür eingesetzten Rohrschalen werden derzeit in der Praxis zumeist aus mehreren, in der Regel vier Einzelsegmenten, aus Dämmstoffplatten zusammengesetzt und erhalten so ihre rohrförmige und mehreckige Querschnittgestalt. Dies ist jedoch in der Herstellung aufwändig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung derartiger Rohrschalen mit nicht zirkularem Querschnitt bereitzustellen, mittels denen der Fertigungsaufwand gegenüber dem Stand der Technik reduziert ist. Darüber hinaus soll auch eine derartige verbesserte Rohrschale bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Dieses zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Wickelkern einen polygonalen Querschnitt aufweist, wobei die Rohrschale beim Wickeln ebenfalls einen polygonalen Querschnitt erhält, und dass der Wickelkern mit einer nicht konstanten Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Wickelkerns in Abhängigkeit vom wirksamen Abstand des jeweils auf die äußere Umfangsfläche auftreffenden Bereichs des Bahnabschnitts von der Drehachse des Wickelkerns variiert, so dass die auf den aufzuwickelnden Bahnabschnitt beim Wickelvorgang einwirkenden Zugkräfte in geringerem Maße schwanken, insbesondere im Wesentlichen konstant sind.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es somit erstmals möglich, Rohrschalen mit einem nicht zirkularen Querschnitt, nämlich einem polygonalen Querschnitt, durch einen Wickelvorgang herzustellen. Dies erlaubt eine deutlich effizientere Herstellungsweise von derartigen polygonalen bzw. vieleckigen Rohrschalen.
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Insbesondere gelingt es erfindungsgemäß somit erstmals, derartige polygonale Rohrschalen in Großserie aus einem Stück herzustellen. Damit entfällt das Zusammenfügen mehrerer Einzelsegmente, wie dies noch im Stand der Technik erforderlich war. Die hiermit verbundene Reduzierung der Verarbeitungsschritte führt zu einer Einsparung an Arbeitsleistung, Arbeitszeit und Herstellungskosten.
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Darüber hinaus lassen sich nun im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders maßgetreue Rohrschalen mit geringen Fertigungstoleranzen bereitstellen. Ferner zeichnen sich die so hergestellten Rohrschalen auch durch eine besonders gute Homogenität des Dämmmaterials aus, so dass sich hier besonders gute Wärmedämm- bzw. Schalldämmeigenschaften erreichen lassen. Vor allem ist es aufgrund der erfindungsgemäß verbesserten Verfahrensweise möglich, das Dämmmaterial zielgerichteter und sparsamer einzusetzen, da weniger ”Übermaß” für eventuelle Inhomogenitäten vorzusehen ist.
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Von weiterem Vorteil beim erfindungsgemäßen Verfahren ist dabei, dass das zu wickelnde Mineralwollematerial im Zuge des Wickelvorgangs trotz des an sich nicht gleichbleibenden Bewegungsablaufs keinen übermäßigen Belastungen ausgesetzt wird, welche zu einer Zerstörung des Gefüges der Mineralwolle führen könnten.
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Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass als Maßstab für den Antrieb des Wickelkerns die beim Aufwickeln auf den Bahnabschnitt einwirkenden Zugkräfte gewählt und möglichst konstant gehalten werden. Wie sich im Zuge der Erfindung gezeigt hat, wäre ein Antrieb des Wickelkerns mit gleichmäßiger Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit deswegen problematisch für das Mineralwollematerial, weil sich durch den polygonalen Querschnitt des Wickelkerns je nach Drehlage unterschiedliche Hebellängen des Wickelkerns an der Stelle ergeben, an welcher der Bahnabschnitt auf die äußere Umfangsfläche des Wickelkerns bzw. des dort bereits vorliegenden Teilwickels auftrifft. Mit anderen Worten würde sich bei konstanter Drehzahl des Wickelkerns dann eine besonders hohe Zugkraft auf das Mineralwollematerial ergeben, wenn ein Eckbereich des Wickelkerns am Mineralwollematerial angreift und dieses mit sich zieht. Die könnte es zu einem Zerreißen der Mineralwollebahn kommen, zumal das Bindemittel zu diesem Zeitpunkt noch nicht ausgehärtet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren trägt dieser Erkenntnis Rechnung und sieht eine Steuerung der Winkelgeschwindigkeit des Wickelkerns in der Art vor, dass zu jedem Zeitpunkt des Wickelvorgangs im Wesentlichen die gleiche Umfangsgeschwindigkeit für den Abzug des Bahnabschnitts von einer Zuführeinrichtung gegeben ist und somit im Wesentlichen gleichbleibende Zugkräfte auf das Mineralwollematerial einwirken. Dabei wird auf den technologischen Grundzusammenhang zurückgegriffen, nach dem die Umfangsgeschwindigkeit direkt von der Winkelgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl und dem wirksamen Radius abhängt.
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Damit wird ein schonendes Aufwickeln des Mineralwollematerials auf den Wickelkern erzielt. Darüber hinaus werden Inhomogenitäten im Mineralwollematerial vermieden, da es nicht zu unterschiedlichen Dehnungsbeanspruchungen der Mineralwollebahn in unterschiedlichen Wickelphasen kommt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich somit in Serienfertigung in sehr kurzer Zeit polygonale Rohrschalen in hoher Maßgenauigkeit, Passgenauigkeit und mit besonders homogenen Materialeigenschaften bereitstellen.
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Hierbei ist zwar aus der
DE 23 09 866 A ein Herstellungsverfahren für eine Rohrschale bekannt geworden, bei dem ebenfalls ein Wickelkern in polygonaler Form zum Einsatz kommen kann. Dies dient in der entsprechenden Ausführungsform jedoch dazu, um eine kreisringförmige Rohrschale auszubilden, welche in Teilbereichen auf der Innenseite elastisch verformbar ist. Damit soll sie unter angemessenem Druck stabil gegen die äußere Oberfläche von zu dämmenden Rohren mit verschiedenen Durchmessern zu liegen kommen. Weiterhin soll damit vermieden werden, dass die ganze Rohrschale weich oder nachgiebig bereitgestellt werden muss. Nach der Lehre dieses Standes der Technik sind dazu elastisch komprimierbare Leisten auf der Innenseite der Rohrschale vorgesehen. Wird dabei der hier in einer Ausführungsform vorgeschlagene dreieckige Kern als Wickeldorn eingesetzt, so erhalten diese nachgiebigen Leisten im Wesentlichen die Gestalt von ebenen Verbindungsflächen zwischen abgerundeten Eckbereichen im Querschnitt der Rohrschale.
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Um hier die gewünschte Nachgiebigkeit dieser Leisten im Innenbereich zu erzielen, ist es nach diesem Stand der Technik ferner vorgesehen, dass die Materialmenge im Bereich der Leisten im Wesentlichen gleich der Materialmenge in den anderen Bereichen der Rohrschale ist. Die Dichte in der Wandung der Rohrschale ist dementsprechend im Bereich der Leisten geringer als in den anderen Bereichen, so dass sich die Leisten besonders gut zusammendrücken lassen.
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Mit diesen Leisten auf der Innenfläche der Rohrschale wird dabei zwar eine von der reinen Zirkularform abweichende Querschnittgestalt an der Innenseite der Rohrschale bereitgestellt; sie dienen jedoch weiterhin nur dazu, ausschließlich Rohrelemente mit zirkularem Querschnitt aufzunehmen. In diesem Stand der Technik ist überdies herausgestellt, dass die Querschnittgestalt an der Außenseite der Rohrschale in jedem Fall zirkularzylindrisch ist. Mit anderen Worten wird durch die Verfahrensweise gemäß der
DE 23 09 866 A letztlich wiederum nur eine Rohrschale zirkularer Querschnittsgestalt geschaffen, auch wenn die Innenfläche der Rohrschale aufgrund der elastisch komprimierbaren Leisten im unbelasteten, das heißt nicht montierten Zustand, keine exakte Zirkularform aufweist.
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Dieser Stand der Technik war somit nicht geeignet, um die Erfindung vorwegnehmen zu können. Insbesondere geht hieraus auch keinerlei Hinweis auf die Problematik der unterschiedlichen zur Wirkung kommenden Zugbelastungen auf das Mineralwollematerial bei einem polygonalen Wickelkern hervor. Vielmehr ist aufgrund der Gegebenheiten in der
DE 23 09 866 A davon auszugehen, dass das Mineralwollematerial mehr oder minder spannungsfrei um den Wickelkern herumgelegt wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 6.
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So kann die Winkelgeschwindigkeit des Wickelkerns derart gesteuert werden, dass die auf den Bahnabschnitt beim Wickelvorgang einwirkenden Zugkräfte um maximal 10% vom Sollwert abweichen. In praktischen Versuchen hat sich gezeigt, dass das Mineralwollematerial innerhalb eines derartigen Toleranzbereiches Querzugbelastungen besonders zuverlässig beschädigungsfrei aufnehmen kann. Die Prozesssicherheit wird somit hierdurch erhöht. Eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit der Verfahrensdurchführung wird erreicht, wenn der Wickelkern derart gesteuert wird, dass die Zugkräfte um maximal 5% vom Sollwert abweichen.
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Ferner ist es auch möglich, dass die Rohrschale beim Wickeln einen quadratischen Querschnitt erhält, wobei ein Wickelkern mit einem im Wesentlichen quadratischen Querschnitt eingesetzt wird. Derartige Rohrschalen, lassen sich besonders gut als Dämmung für Schornsteinsysteme und dergleichen einsetzen. Damit lassen sich nun erfindungsgemäß erstmals auch für dieses Anwendungsgebiet in kostengünstiger Weise in Großserie geeignete passgenaue Rohrschalen bereitstellen. Hierbei ist es von weiterem Vorteil, wenn die Rohrschale beim Wickeln abgerundete Eckbereiche im Querschnitt erhält, wobei hierzu ein Wickelkern mit im Querschnitt abgerundeten Eckbereichen eingesetzt wird. Damit ist eine noch exaktere Anpassung der Rohrschalen an die entsprechenden Rohrleitungen in Schornsteinsystemen oder dergleichen möglich, da diese aus fertigungstechnischen Gründen in der Regel ebenfalls abgerundete Ecken aufweisen. Eine derart weitergebildete erfindungsgemäße Rohrschale kann somit ihre Wärmedämmwirkung in besonders effizienter Weise auf geringst möglichen Raum entfalten.
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Wenn die Rohrschale im Querschnitt mit leistenförmigen Erhebungen an der Innenfläche von ebenen Schalenbereichen ausgebildet wird, wobei ein Wickelkern mit im Querschnitt nutenförmigen Vertiefungen an der Außenseite von ebenen Flächenbereichen eingesetzt wird, lassen sich auch an den erfindungsgemäßen Rohrschalen leistenförmige Erhebungen bereitstellen. Mit diesen lässt sich eine stabile Anlage der Rohrschale an der äußeren Oberfläche des zu dämmenden Rohrkörpers erreichen, selbst wenn hier aufgrund von Fertigungstoleranzen ein Spalt zwischen diesen Elementen nicht auszuschließen ist.
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Dabei ist es ferner vorteilhaft, wenn der aufzuwickelnde Bahnabschnitt mittels einem Andruckelement, wie insbesondere einem Ende eines Förderbands, gegen die Außenfläche des Wickelkerns bzw. einen dort ggf. bereits vorliegenden Wickel gedrückt wird, wobei das Andruckelement hierzu je nach Drehlage des Wickelkerns gegenüber diesem derart nachgeführt wird, dass eine Spaltbreite zwischen dem Andruckelement und der Außenfläche des Wickelkerns bzw. eines dort ggf. bereits vorliegenden Wickels im Wesentlichen konstant bleibt. Damit ist ein exaktes Aufgreifen und Mitnehmen des Bahnabschnitts durch den Wickelkern unabhängig von dessen jeweiliger Drehlage möglich. Die Nachführbewegung des Andruckelements gleicht dabei die sich aus der Kontur des Wickelkerns ergebenden unterschiedlichen Abstände an dessen Außenumfang gegenüber der Drehachse aus und sorgt so beständig für einen geeigneten Anlagedruck des Vlieses am Wickelkern. Damit wird ein besonders gleichmäßiges Aufwickeln des Bahnabschnitts auf den Wickelkern ermöglicht. Zudem wird eine Beschädigung der Vorrichtungsbestandteile ebenso vermieden, wie ein Zerreißen der Vliesbahn bei zu geringer Spaltbreite, oder ein unkontrolliertes Aufwickeln bei einem zu großen Spalt.
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Ferner ist es auch möglich, dass im Anschluss an die Aushärtung der Außenumfang der ausgehärteten, noch am Wickelkern abgestützten Rohrschale in einer Bearbeitungsstation, insbesondere einer Schleifstation mit einem Schleifelement, materialgebend fertig bearbeitet wird, wobei der Wickelkern mit einer nicht konstanten Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird, und wobei die Winkelgeschwindigkeit des Wickelkerns in Abhängigkeit vom Abstand des auf den Außenumfang der Rohrschale einwirkenden Bearbeitungselements von der Drehachse des Wickelkerns variiert. Damit lässt sich eine Endbearbeitung am Außenumfang der ausgehärteten Rohrschale, sofern dies gewünscht ist, trotz deren polygonaler Gestalt besonders effizient durchführen. In analoger Weise zum Wickelvorgang ist es auch hier zur Erzielung eines gleichmäßigen Bearbeitungsergebnisses an der Oberfläche der Rohrschale von Vorteil, wenn die Bearbeitung gleichmäßig in allen Bereichen erfolgt, unabhängig davon, ob das Bearbeitungselement in der Bearbeitungsstation auf einen Eckbereich oder eine ebene Fläche an der Rohrschale einwirkt. Dem wird hier dadurch Rechnung getragen, dass durch die Variation der Winkelgeschwindigkeit des Wickelkerns eine im Wesentlichen gleiche Umfangsgeschwindigkeit an allen Punkten an der Umfangsfläche der Rohrschale eingestellt wird. Damit lässt sich in effizienter Weise eine gleichmäßig an der Oberfläche nachbearbeitete Rohrschale erzielen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die gestellte Aufgabe in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruches 7 gelöst. Dementsprechend ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Rohrschalen aus gebundener Mineralwolle ausgebildet mit einer Wickelstation, an der ein die gewünschte Wanddicke der Rohrschale ergebender Bahnabschnitt einer mit thermisch aushärtbarem, jedoch noch unausgehärtetem Bindemittel versehenen Mineralwollebahn um einen drehend angetriebenen rohrförmigen Wickelkern aufwickelbar ist, einer Aushärtestation, zum Aushärten der so gebildeten Rohrschale am Außenumfang des Wickelkernes durch Wärmeeinwirkung, und einer Abziehstation, in welcher der Wickelkern aus der Rohrschale herausziehbar ist. Dabei zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass der Wickelkern einen polygonalen Querschnitt aufweist, und dass die Vorrichtung ferner eine Steuerungseinheit aufweist, mittels welcher der Wickelkern mit einer nicht konstanten Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Wickelkerns in Abhängigkeit vom wirksamen Abstand des jeweils auf die äußere Umfangsfläche auftreffenden Bereichs des Bahnabschnitts von der Drehachse des Wickelkerns variiert, so dass die auf den aufzuwickelnden Bahnabschnitt beim Wickelvorgang einwirkenden Zugkräfte in geringerem Maße schwanken, insbesondere im Wesentlichen konstant sind.
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An dieser Vorrichtung lässt sich somit das erfindungsgemäße Verfahren in besonders vorteilhafter Weise ausführen. Insbesondere lassen sich damit sie die oben erläuterten Vorteile im Hinblick auf die Ausbildung von verbesserten Rohrschalen erzielen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 8 bis 12. Mit diesen lassen sich analog die oben anhand der entsprechenden Verfahrensschritte erläuterten Vorteile erreichen.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nach Anspruch 13 ein Wickelkern für eine erfindungsgemäße Vorrichtung bereitgestellt. Dieser zeichnet sich durch einen polygonalen Querschnitt aus.
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Der erfindungsgemäße Wickelkern stellt ein wesentliches Ausrüstungselement für die erfindungsgemäße Vorrichtung dar. Insbesondere dient er als Nachrüstelement für bereits im Einsatz befindliche Vorrichtungen, um diese in der erfindungsgemäßen Weise auszugestalten. Er ist insofern ein selbstständig handelbares Gut.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wickelkerns sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 14 und 15. Damit werden die oben bereits erläuterten Vorteile erzielt.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nach Anspruch 16 eine Rohrschale mit einem polygonalen Querschnitt bereitgestellt, welche durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt ist. Diese Rohrschale weist die oben bereits erläuterten Vorteile auf.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Rohrschale sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 17 und 18, wobei die sich hieraus ergebenden Vorteile ebenfalls bereits oben im Detail dargelegt wurden.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 teilweise im Schnitt einen erfindungsgemäßen Wickelkern mit schematisch dargestellten seitlichen Drehkonussen;
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2 einen Schnitt durch den Wickelkern gemäß 1;
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3 eine schematische Darstellung der verschiedenen Arbeitsschritte bei der erfindungsgemäßen Erzeugung einer Rohrschale;
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4 den Wickelkern in einer Darstellung gemäß 1 mit darauf angeordneter ausgehärteter Rohrschale unmittelbar vor dem Abziehen der Rohrschale; und
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5 einen Schnitt durch eine fertige Rohrschale.
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In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 der Wickelkern insgesamt bezeichnet. Der Wickelkern 1 besteht aus einem inneren Stützrohr 2 und einem äußeren Tragrohr 3 für die Rohrschale, die in 1 nicht näher dargestellt ist.
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Das innere Stützrohr weist an seinen beiden Enden konusförmige Aufnahmen 4 und 5 auf. Mit diesen Aufnahmen 4 und 5 können Drehkonusse 6 und 7 zusammenarbeiten, wie sie in 1 schematisch vereinfacht dargestellt sind. Der Drehkonus 6 dient lediglich der zentrierten Aufnahme des Stützrohrs 2, um dieses mittels einer Abtriebswelle 8 eines Drehantriebes drehend antreiben zu können. Dies trifft auch für den Drehkonus 7 zu, der jedoch darüber hinaus einen zentralen Kanal 9 aufweist, über den während der Drehbewegung Gas in den Innenraum des Stützrohres 2 eingeleitet werden kann.
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Für die Drehmitnahme des Stützrohres 2 an den Drehkonussen 6 und 7 genügt in der Regel die Reibungsmitnahme an den Aufnahmen 4 bzw. 5; bei Bedarf kann aber natürlich auch eine geeignete Formschluss-Mitnahmevorrichtung vorgesehen werden.
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Das Stützrohr 2 weist relativ große Perforationslöcher 10 auf, durch welche hindurch Heißluft in einen Vorlageraum 11 zwischen dem Außenumfang des Stützrohres 2 und dem Innenumfang des Tragrohres 3 gelangen kann. Die Enden 12 und 13 des Tragrohres 3 sind im Wesentlichen gasdicht mit dem Außenumfang des Stützrohres 2 verbunden, so dass der Vorlageraum 11 zur Seite hin abgeschlossen ist. Jedoch weist die Wand des Tragrohres 3 eine Vielzahl kleiner Perforationsöffnungen 14 auf, durch welche Heißgas aus dem Vorlageraum 11 durch die Wand des Tragrohres 3 hindurchströmen kann und sodann auf die Innenoberfläche der in 1 nicht näher dargestellten Rohrschale trifft und deren Wand durchströmt. Auf diese Weise kann das Mineralwollematerial der Rohrschale durch den intensivst denkbaren Kontakt mit der Heißluft schnell erwärmt und nach Verdampfung des im Bindemittel enthaltenen Wassers vollends ausgehärtet werden. Die große Anzahl kleiner Perforationslöcher 14 gewährleistet dabei eine homogene Heißluftströmung ohne lokale Schwankungen des Strömungsprofils.
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Gemäß der Darstellung in 2 weist das Tragrohr 3 einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt mit ebenen Flächenbereichen 3a auf, welche jeweils über einen abgerundeten Eckbereich 3b miteinander verbunden sind. Mittig in den ebenen Flächenbereichen 3a ist außenseitig zudem jeweils eine nutenförmige Vertiefung 3c ausgebildet. Die Perforationslöcher 14 sind zur Vereinfachung der Darstellung hier nicht eingezeichnet.
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Beim Aufwickeln des Materials der Rohrschale auf den Wickelkern 1 überdecken Teile des Mineralwollematerials die Enden 12 und 13 des Tragrohres 3, wie dies aus 4 ersichtlich ist. Wenn der Wickelkern 1 aus der fertigen Rohrschale herausgezogen wird, so bildet je nach Zugrichtung eines der Enden 12 und 13 eine Anschlagschulter für das dortige Mineralwollematerial. Um eine Beschädigung der Rohrschale durch den Ziehvorgang des Wickelkernes zu vermeiden, sind die Perforationen in Endbereichen 15 und 16 nahe den Enden 12 und 13 des Tragrohres 3 abgedeckt, wenn es sich beim Blech des Tragrohres 3 um perforiertes Standardmaterial handelt, oder weggelassen worden, wenn die Perforationslöcher 14 erst für die vorliegenden Zwecke in das Material der Wand des Tragrohres 3 eingebracht worden sind. Auf diese Weise wird verhindert, das Mineralwollematerial in der Nachbarschaft der an den Enden 12 und 13 gebildeten Schultern ausgehärtet wird, so dass dieses Mineralwollematerial beim Ziehvorgang für den Wickelkern leicht aufgeweitet und ausgerissen werden kann, ohne dass dies auf den Rest der Rohrschale eine negative Auswirkung hätte.
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Es gibt Anwendungsfälle für derartige Rohrschalen
24, bei denen es erforderlich ist, einen im freien Innenmaß erweiterten Endabschnitt an einem Ende der Rohrschale
24 auszubilden. Dies ist etwa bei Schornsteindämmschalen der Fall, wie sie aus der
DE 199 09 787 A1 ersichtlich sind, auf die wegen weiterer Einzelheiten insoweit vollinhaltlich Bezug genommen wird. Für einen solchen Fall weist das Tragrohr
2 an dem Ende
12 oder
13, an dem die Aufweitung des Innenmaßes der Rohrschale vorgenommen werden soll, eine vorspringende Schulter
12a auf, deren Maßvergrößerung gegenüber dem Hauptteil des Tragrohres
2 der endseitigen Erweiterung der Rohrschale
24 entspricht. In
4 ist mit den strichpunktierten Linien
24a jeweils angedeutet, bis zu welcher Stelle der abgezogene Rohling der Rohrschale
24 beim Besäumen abgeschnitten wird; wie daraus ersichtlich ist, liegt die Schulter
12a axial innerhalb der benachbarten Linie
24a im Nutzbereich der fertigen Rohrschale
24, so dass die entsprechende Erweiterung des lichten Innenmaßes am Endprodukt zur Auswirkung gelangt. Die axial außerhalb der Linien
24a liegenden Teile des in
4 sichtbaren Rohlings der Rohrschale
24 dürfen beim Abziehen beschädigt werden, da sie beim Besäumen abgeschnitten werden. Wird mit einer derartigen Schulter
12a gearbeitet, so kann der Rohling der Rohrschale
24 natürlich nur über das der Schulter
12a gegenüber liegendem Ende
13 des Tragrohres
2 bzw. des Wickelkernes
1 abgezogen werden.
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Nachfolgend werden anhand von
3 die verschiedenen Arbeitsschritte zur Herstellung einer Rohrschale erläutert. Wie hieraus ersichtlich ist, wird ein Bahnabschnitt
17 einer Mineralwollebahn auf einem Förderband
18 zu einer insgesamt mit
19 bezeichneten Wickelstation geführt. Der Bahnabschnitt
17 wird dadurch erzeugt, dass in an sich bekannter Weise eine Mineralwollebahn an der zur Bildung des Bahnabschnittes gewünschten Stelle abgerissen wird, wie dies auch im Stand der Technik nach der
DE 197 04 988 A1 erläutert ist, so dass hierauf Bezug genommen werden kann. Dadurch entstehen vordere und hintere Endbereiche des Bahnabschnittes
17 mit allmählich abnehmender Dicke, wodurch beim Aufwickelvorgang auf den Wickelkern
1 ein sanfter Übergang des Materialanfangs und des Materialendes erzielt wird.
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Der Bahnabschnitt
17 wird auf diese Weise von dem Förderband
18 zur Wickelstation
19 geführt, in der ein Wickelkern
1 in der aus
1 ersichtlichen Art zwischen Drehkonussen
6 und
7 gehalten oberhalb der abgabeseitigen Umlenkwalze
20 des Förderbandes
18 angeordnet ist. Der Bahnabschnitt
17 läuft somit in den Spalt zwischen der Umlenkwalze
20 und dem Wickelkern
1 ein. Eine Mitnahme des Materials des Bahnabschnitts
17 am Wickelkern
1 kann dadurch erfolgen, dass ein Drehkonus
7 mit Gaskanal
9 verwendet wird, und dieser an eine Unterdruckquelle angeschlossen wird, wie dies beim Stand der Technik nach der
DE 197 04 988 A1 der Fall und näher erläutert ist, so dass hierauf Bezug genommen werden kann. Dann wird das vordere Ende des Bahnabschnittes
17 durch Unterdruck am Außenumfang des Wickelkernes
1 gehalten und so gewickelt.
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Alternativ kann jedoch auch eine Umschlagwalze 21 verwendet werden, die beim Einlauf des Bahnabschnittes 17 in den Spalt zwischen der Umlenkwalze 20 und dem Wickelkern 1 an Schwenkarmen 22 um die Achse der Umlenkwalze 20 herum nach oben geschwenkt wird und das Material des vorderen Endes des Bahnabschnittes 17 um den Wickelkern 1 herum umschlägt.
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Die Drehzahl des Wickelkerns 1 ist dabei derart variabel, dass die beim Aufwickeln auf den Bahnabschnitt 17 einwirkenden Zugkräfte möglichst konstant gehalten werden. Hierzu ist eine in der Figur nicht gezeigte Steuereinheit am Drehantrieb vorgesehen, welche die Winkelgeschwindigkeit des Wickelkerns 1 geeignet in nicht konstanter Weise steuert. Dadurch wird trotz der von der jeweiligen Drehlage des Wickelkerns 1 und der Lagendicke des bereits aufgewickelten Vliesmaterials bestimmten unterschiedlichen Hebellänge des Wickelkerns 1 an der Stelle, an welcher der Bahnabschnitt 17 auf die äußere Umfangsfläche des Wickelkerns 1 bzw. des dort bereits vorliegenden Teilwickels auftrifft, hier eine im Wesentlichen konstante Umfangsgeschwindigkeit bereitgestellt. Dabei ist die Winkelgeschwindigkeit bei einem Auftreffen des Bahnabschnitts 17 auf einen Eckbereich 3b des Wickelkerns 1 bzw. darauf vorliegendem Teilwickel geringer als in den dazwischen liegenden ebenen Flächenbereichen 3a. Damit kann auch die auf den aufzuwickelnden Bahnabschnitt 17 beim Wickelvorgang einwirkende Zugkraft im Wesentlichen konstant gehalten werden. Hierdurch wird ein Zerreißen der Mineralwollebahn vermieden.
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Die Drehzahl des Wickelkernes 1 wird in der vorliegenden Ausführungsform ferner so gesteuert, dass sich an seinem Umfang eine gegenüber der Laufgeschwindigkeit des Förderbandes 18 bzw. der Umfangsgeschwindigkeit der Umlenkwalze 20 erhöhte Geschwindigkeit ergibt. Hierdurch wird das vom Wickelkern 1 erfasste Material des Bahnabschnitts 17 einem Zug und einer Streckung unterworfen, welche die laminare Ausrichtung der Fasern weiter unterstützt, so dass die Fasern noch besser in Umfangsrichtung des Rohrschale angeordnet sind und somit einen günstigen λ-Wert der Rohrschale erbringen. Zugleich erfolgt dabei eine gewisse Homogenisierung des Materials im Bahnabschnitt 17 beim Aufwickelvorgang. Darüber hinaus wird durch eine solche Zugspannung natürlich eine straffe Anlage des Materials des Bahnabschnitts 17 ohne Faltenbildung am Umfang des Wickelkernes 1 sichergestellt.
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Das abgabeseitige Ende des Förderbandes 18 ist bei 23 höhenverstellbar abgestützt. Auf diese Weise wird die Umlenkwalze 20 je nach Drehlage des Wickelkerns 1 gegenüber diesem nachgeführt, um in Anlage zu verbleiben und eine im Wesentlichen gleichbleibende Spaltbreite bereitzustellen. Zudem wird die Umlenkrolle 20 mit zunehmender Dicke des Wickels der Rohrschale auf dem Wickelkern 1 nachgeführt, also in ihrer Höhenlage der momentanen Wickeldicke angepasst. Insbesondere dann, wenn die seitlichen Schwenkarme 22 der Umschlagwalze 21 ebenfalls längeneinstellbar gehalten sind, kann die Umschlagwalze 21 nach dem Umschlagen des vorderen Endes des Bahnabschnittes 17 weiter am Umfang des Wickelkernes 1 verbleiben und dort als zusätzliche Andruckrolle für den Wickelvorgang wirken.
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Nach dem Ende des Wickelvorganges in der Wickelstation 19 wird der Wickelkern 1 mit dem darauf befindlichen Material für die mit 24 bezeichnete Rohrschale in eine Aushärtestation 25 übergeben. Hier wird der Wickelkern 1, der an seinen beiden aus dem Material der Rohrschale 24 herausragenden Enden des Stützrohres 2 an Aufnahmen 26 eines Transportbandes 27 abgestützt ist, von beiden Seiten her von Drehkonussen 7 mit Luftkanälen 9 erfasst, wobei der Außenmantel der Drehkonus 7 mit den konischen Aufnahmen 4 und 5 des Stützrohres 2 eine im wesentlichen gasdichte Verbindung bildet. In dieser Position wird im dargestellten Beispielsfalle von beiden Seiten Heißluft in den Innenraum des Stützrohres 2 gefördert, von wo sie über die Perforationen 10 des Stützrohres 2 in den Vorlageraum 11 und von dort über die Wand des Tragrohres 3 in das Material der Rohrschale 24 gelangen kann. Dadurch wird das Material der Rohrschale 24 erwärmt, derart, dass zunächst der hohe, im Bindemittel enthaltene Wasseranteil verdampft und sodann die Polymerisationstemperatur erreicht wird. Dadurch ergibt sich eine weitestgehend homogene Aushärtung des Materials der Rohrschale 24 in kurzer Zeit.
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Dadurch, dass die Rohrschale 24 auf dem Wickelkern 1 in der Aushärtestation 25 gedreht wird, wird der Einfluss des Auftriebs der Heißluft auf die Gleichmäßigkeit der Aushärtung ausgeschaltet, so dass mit relativ geringem Überdruck der Heißluft gearbeitet werden kann, ohne die Homogenität der Aushärtung in Frage zu stellen.
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Im Hinblick auf die einteilige Ausführung des Wickelkernes 1 bzw. des Tragrohres 3 ist die Innenoberfläche der Rohrschale 24 von ausgezeichneter Maßhaltigkeit und Glätte. Die Außenoberfläche hingegen bedarf im vorliegenden Ausführungsbeispiel noch der Bearbeitung. Hierzu wird in einer Schleifstation 28 die Außenoberfläche der Rohrschale 24 mittels einer Schleifwalze 29 geschliffen, wie dies an sich bekannt ist. Dabei ist von großem Vorteil, dass die Rohrschale 24 immer noch an ihrer Innenseite durch den Wickelkern 1 abgestützt ist, so dass sich durch Einstellung eines gewünschten Abstandes zwischen der Außenfläche des Tragrohres 3 und der Umfangsfläche der Schleifwalze 29 eine Wandstärke mit hoher Homogenität und Maßhaltigkeit ergibt. Da die Rohrschale 24 durch Wicklung um den Wickelkern 1 erzeugt wurde, ergibt sich durch den Schleifvorgang auch perfekte Zentrizität. Somit weist die Rohrschale außerordentlich hohe Homogenität der Aushärtung und ausgezeichnete Oberflächengüte sowohl der Innen- als auch der Außenoberfläche bei bester Maßhaltigkeit auf.
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Dabei wird der Wickelkern 1 mit einer nicht konstanten Winkelgeschwindigkeit angetrieben, wobei dieser in Abhängigkeit vom Abstand des auf den Außenumfang der Rohrschale 24 einwirkenden Bearbeitungselements von der Drehachse des Wickelkerns 1 variiert. Damit lässt sich eine Endbearbeitung am Außenumfang der ausgehärteten Rohrschale 24 trotz deren polygonaler Gestalt besonders effizient durchführen. In analoger Weise zum Wickelvorgang wird auch hier zur Erzielung eines gleichmäßigen Bearbeitungsergebnisses an der Oberfläche der Rohrschale erreicht, dass die Bearbeitung gleichmäßig in allen Bereichen erfolgt, unabhängig davon, ob das Bearbeitungselement in der Bearbeitungsstation auf einen Eckbereich oder eine ebene Fläche an der Rohrschale 24 einwirkt. Dem wird hier dadurch Rechnung getragen, dass durch die Variation der Winkelgeschwindigkeit des Wickelkerns 1 eine im Wesentlichen gleiche Umfangsgeschwindigkeit an allen Punkten an der Umfangsfläche der Rohrschale 24 eingestellt wird. Damit lässt sich in effizienter Weise eine gleichmäßig an der Oberfläche nachbearbeitete Rohrschale erzielen.
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Die Aushärtestation 25 und die Schleifstation 29 sind von einer Abdeckhaube 30 gekapselt, aus welcher gemäß Pfeil 31 Luft abgesaugt wird. Auf diese Weise wird sowohl der bei der Aushärtung entstehende Wasserdampf als auch der beim Schleifen entstehende Schleifstaub abgeführt.
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An einer mit
32 bezeichneten und nur symbolhaft dargestellten Ziehstation wird der Wickelkern
1 aus dem Innenraum der Rohrschale
24 herausgezogen. Hierzu kann jede geeignete Ziehvorrichtung verwendet werden, wie sie beispielsweise auch in der
DE 197 04 988 A1 veranschaulicht und erläutert ist, so dass hierauf Bezug genommen werden kann. Dabei kann das Stützrohr
2 an seinem von der Ziehvorrichtung zu ergreifenden Ende mit Formschluss-Eingriffsmitteln versehen sein, welche einen formschlüssigen Eingriff der Ziehvorrichtung erlauben, beispielsweise eine umlaufende Nut oder vorstehende umfangsseitige Vorsprünge. Das diesem benachbarte Material über dem die Ringschulter bildenden Ende
12 bzw.
13 des Tragrohres
3 ist in der geschilderten Weise nicht ausgehärtet und kann so beim Ziehen des Wickelkernes leicht verformt werden.
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Sodann wird die Rohrschale 24 einer Besäumstation 33 zugeführt, an der die seitlichen Enden der Rohrschale mit symbolhaft dargestellten Sägen 34 an den strichpunktierten Linien 24a (vgl. 4) abgeschnitten werden, und so die Rohrschale 24 auf Länge geschnitten wird, wobei sich gut ausgehärtete und damit formstabile Stirnseiten der Rohrschale 24 ergeben. Die fertig bearbeitet Rohrschale ist hier mit 24' bezeichnet. Von der Besäumstation 22 gelangt die Rohrschale 24' schließlich in einen Aufnahmebehälter 35 für den Abtransport.
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Die Vorrichtung arbeitet taktweise, um zu vermeiden, dass die Heißluftanschlüsse in der Aushärtestation 25 und die Drehhalterung für den Wickelkern 1 in der Schleifstation 28 beweglich gehalten werden müssen. Infolge der sehr intensiven gleichförmigen Erhitzung des Mineralwollematerials der Rohrschale 24 in der Aushärtestation 25 ergibt sich eine Taktzeit von beispielsweise einer Rohrschale pro Minute, wobei in der Aushärtestation 25 bei Bedarf auch zwei oder mehr nebeneinander liegende Heißluftanschlüsse vorgesehen sein können, um eine Mehrzahl von Rohrschalen 24 in hintereinander angeordneten Stationen gleichzeitig auszuhärten. Hinsichtlich der unterschiedlichen Innenmaße von Rohrschalen 24 genügt es häufig, Wickelkerne 1 mit gleichen Stützrohren 2 zu verwenden, wobei unterschiedliche Innenweiten bzw. endseitig erweiterte Innenweiten der Rohrschalen 24 durch entsprechende Verbreiterung des Vorlageraums 11 erzielt werden können. So können alle oder jedenfalls viele Größen von Rohrschalen 24' mit ein und derselben Stützrohrdimensionierung gefertigt werden, bezüglich deren die Drehkonusse 6 und 7 optimiert sind.
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In 5 ist schließlich ein Schnitt durch eine fertige Rohrschale 24' gezeigt. Diese weist einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt mit ebenen Schalenbereichen 24a auf, welche jeweils über abgerundete Eckbereiche 24b miteinander verbunden sind. An der Innenfläche der ebenen Schalenbereiche 24a sind mittig jeweils leistenförmige Erhebungen 24c ausgebildet.
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Die Erfindung lässt neben den erläuterten Ausführungsformen weitere Gestaltungsansätze zu.
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Die Parameter der gesteuerten Einstellung der Winkelgeschwindigkeit des Wickelkerns werden für den jeweiligen Einsatzfall vorteilhafterweise durch geeignete Versuche ermittelt. Insofern ist es nicht erforderlich, die Abweichung die Winkelgeschwindigkeit des Wickelkerns derart einzustellen, dass die beim Wickelvorgang einwirkenden Zugkräfte um maximal 10% vom Sollwert abweichen. Für manche Einsatzfälle, wie z. B. bei speziellen Mineralwollematerialien oder Bindemittelarten, sind auch größere Abweichungen möglich, ohne dass es zu einer relevanten Verschlechterung der Eigenschaften der Rohrschale kommt. Die angegebenen Sollwertabweichungen dienen insofern zur Orientierung und geben Aufschluss darüber, in welchen Bereichen besonders zuverlässig gute Rohrschalen erzielbar sind.
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Ferner ist die polygonale Gestalt des Wickelkerns bzw. der daran hergestellten Rohrschale nicht auf eine quadratische Form beschränkt. In manchen Schornsteinsystemen oder anderen Einsatzbereichen kommen auch rechteckige Rohrleitungen zum Einsatz. In verschiedenen anderen Einsatzfällen insbesondere bei zu dämmenden Elementen mit größeren Abmessungen ist es jedoch auch möglich, Rohrschalen mit einem sechseckigen, achteckigen oder einem anderen mehreckigen Querschnitt einzusetzen. Auch diese Querschnittformen lassen sich durch Bereitstellung eines entsprechend ausgebildeten Wickelkerns problemlos durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung herstellen.
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Der Radius der abgerundeten Ecken am Wickelkern bzw. der Rohrschale bestimmt sich nach dem Anwendungsfall bzw. der Gestalt der zu dämmenden Rohrleitung. Er kann dementsprechend in weiten Bereichen variieren. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Ecken im Querschnitt des Wickelkerns bzw. der Rohrschale quasi nicht abgerundet sind, so dass im Wesentlichen exakt vieleckige Rohrschalen hergestellt werden. Dieses insbesondere bei Rohrschalen der Fall, die eine größere Anzahl als vier Ecken aufweisen.
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Ferner sind auch nicht erforderlich, die Rohrschale mit leistenförmigen Erhebungen an der Innenfläche von deren ebenen Schalenbereichen auszubilden. Für viele Anwendungsfälle dürfte die herstellbare Passgenauigkeit der Rohrschalen auch ohne derartige Leisten hinreichend sein.
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Dementsprechend kann dann auch auf die nutenförmigen Vertiefungen an der Außenseite der ebenen Flächenbereiche am Wickelkern verzichtet werden.
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Ferner kann je nach den verfahrenstechnischen bzw. vorrichtungstechnischen Gegebenheiten auch auf das Andruckelement verzichtet werden, welches gegen die Außenfläche des Wickelkerns gedrückt wird und nachführbar ist. In einfachen Fällen genügt ein freies Abziehen des Mineralwollebahn-Bahnabschnitts von einem Zuführelement oder dergleichen auf den Wickelkern.
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Anstatt einem Schleifschritt für die Endbearbeitung der Außenfläche der Rohrschale kann auch ein anderes Verfahren zur Oberflächenveredelung eingesetzt werden wie zum Beispiel ein Fräsen etc.
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Überdies ist es in vielen Fällen auch möglich, auf die Nachbearbeitung des Außenumfangs der ausgehärteten Rohrschale zu verzichten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Rohrschale zum Beispiel bereits werksseitig verdeckt eingebaut wird, wie bei vormontierten Schornsteinsystemen oder dergleichen, oder eine Kaschierung etc. am Außenumfang angebracht wird.
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Ferner ist es auch nicht erforderlich, dass der Wickelkern in axialer Richtung aus der ausgehärteten Rohrschale herausgezogen wird. In manchen Anwendungsfällen ist es vorgesehen, die Rohrschale längs zu schlitzen, so dass dann eine Entnahme des Wickelkerns auch durch diesen Schlitz grundsätzlich möglich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004013446 A [0003]
- DE 102004013446 A1 [0005]
- DE 2309866 A [0015, 0017, 0018]
- DE 19909787 A1 [0045]
- DE 19704988 A1 [0046, 0047, 0057]
