DE1479310A1

DE1479310A1 - Method and device for the production of metal-plastic composite pipes

Info

Publication number: DE1479310A1
Application number: DE19651479310
Authority: DE
Inventors: Camille Gossiaux
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-07-28
Filing date: 1965-07-26
Publication date: 1969-05-29
Also published as: DE1928733U; FR1410340A; DE1479310B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metall-Kunststoff-Verbundrohren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbundrohren mit einem Kunststoffinnenrohr und einem Metallaussenrohr. Method and device for the production of metal-plastic composite pipes The invention relates to a method and a device for the production of composite pipes with a plastic inner pipe and a metal outer pipe.

Für viele technische Anwendungen werden in zunehmendem Masse die bisher üblichen einfachen Metall- oder Kunststoffrohre durch Verbundrohre ersetzt. Das gilt insbesondere für Rohrleitungen, in welchen Flüssigkeiten oder Gase unter hohen und möglicherweise auch stark schwankenden Drucken zirkulieren. Diese Rohrleitungen müssen dann starken und raschen inneren Druckstössen der Druck- flüssigkeiten widerstehen und häufig auch gegenüber äusseren Erschütterungen und Belastungen widerstandsfähig sein. For many technical applications increasingly the usual simple metal or plastic pipes are replaced with composite pipes. This applies in particular to pipelines in which liquids or gases circulate under high and possibly also strongly fluctuating pressures. These pipelines then have to withstand strong and rapid internal pressure surges from the pressure fluids and often also be resistant to external vibrations and loads.

Diese Aufgaben können in hervorragender Weise von Verbundrohren erfüllt werden, die mit einem etwas elastisch nachgiebigen Kunststoffinnenrohr ausgerüstet sind, welches eine Dämpfung von Resonanzeffekten infolge von raschen periodischen Druckstössen bewirkt, dessen glatte geschmeidige Oberfläche dem durchströmen- den Druckmittel nur einen vernachlässigbaren Strömungswiderstand entgegensetzt und das ausserdem aufgrund seiner Korrosionsbe- ständigkeit auch aggressiven Druckmedien widersteht. Gegen äussere Beschädigungen wird dieses Kunststoffrohr durch das äussere Metallrohr geschützt. These tasks can be fulfilled in an excellent way by composite pipes that are equipped with a somewhat elastically flexible plastic inner pipe, which dampens resonance effects as a result of rapid periodic pressure surges , the smooth, supple surface of which offers only a negligible flow resistance to the pressure medium flowing through , and that too also withstands aggressive pressure media due to its corrosion resistance. This plastic tube is protected against external damage by the outer metal tube.

Die Herstellung derartiger Metall-Kunststoffverbundrohre ist jedoch, insbesondere wenn es sich um Verbundrohre kleinen Durchmessers handelt, mit Schwierigkeiten verbunden. Häufig reicht die nach den üblichen Herstellungsverfahren erzielte Featigkeit der Verbindung zwischen Kunststgffinnenrohr und Metallaussen- rohr nicht aus, um auch beim nachträglichen Verbiegen derartiger Verbundrohre eine einwandfreie Haftung der Kunststoffinnenwand am Metallrohr zu gewährleisten. In der Tat erfordert es die An- wendung derartiger Verbundrohre häufig, dass man den zu mon- tierenden Verbundrohrabschnitt innerhalb verhältnismässig kleiner Entfernungen stark verbiegen muss, indem man beispielsweise knie-oder U-förmige Rohrabschnitte mit kleinem Krümmungsradius erzeugt. Es hat sich gezeigt, dass dann bei den bisher bekannten Verbundrohren das innere Kunststoffrohr die Neigung hat, sich an den Stellen der stärksten Krümmung von der Innenwand des Metall- rohres zu lösen, da ja die Kunststoffmasse andere elastische Eigen- schaften als das Metallrohr hat. An den Krümmungsstellen werden daher häufig durch Ablösung des Kunststoffinnenrohres vom Metall- rohr Taschen gebildet, welche die Festigkeit des Verbundrohres an diesen Stellen beeinträchtigen. The preparation of such metal-plastic composite tubes is, however, particularly when it comes to composite tubes of small diameter, combined with difficulties. Often the feature of the connection between plastic inner tube and metal outer tube achieved by the usual manufacturing processes is not sufficient to ensure perfect adhesion of the plastic inner wall to the metal tube even when such composite tubes are subsequently bent. In fact, the use of such composite pipes often requires that the composite pipe section to be assembled has to be bent sharply within relatively small distances, for example by producing knee -shaped or U-shaped pipe sections with a small radius of curvature . It has been shown that in the previously known composite pipes, the inner plastic pipe then has the tendency to detach itself from the inner wall of the metal pipe at the points of greatest curvature, since the plastic compound has different elastic properties than the metal pipe. At the points of curvature , pockets are therefore often formed by detachment of the plastic inner pipe from the metal pipe, which pockets impair the strength of the composite pipe at these points.

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Verbundrohren aus einem Metallrohr und einem Kunststoffrohr durch Ziehen bzw. Drücken durch einen Ziehstein bekannt, nach welchem das zunächst lose in das Metallrohr eingesetzte Kunststoffrohr vor dem eigentlichen Zieh- vorgang durch Ausübung eines beiderseitigen axialen Drucks auf seine Endstirnflächen verkürzt und derart gestaucht wird, dass durch Vergrösserung seines Aussendurchmessers dieses Rohr an der Innenwand des Metallrohres zur Anlage kommt. Auf diese Weise sollen unerwünschte axiale Zugspannungen im Kunststoff vermieden und vorteilhafte tangentiale und axie,le Druckvorspannungen erreicht werden. Dieses bekannte Verfahren erfordert also vor dem eigentlichen Ziehvorgang eine ziemlich komplizierte Stauchoperation, wobei darauf geachtet werden muss, dass sich das Kunststoffrohr bei diesem Stauchprozess nicht etwa radial nach innen verbiegt oder faltet. A method for producing composite pipes from a metal pipe and a plastic pipe by pulling or pushing through a drawing die is already known, according to which the plastic pipe, which is initially loosely inserted into the metal pipe, is exerted on its end faces prior to the actual drawing process by exerting axial pressure on both sides is shortened and compressed in such a way that, by enlarging its outer diameter, this tube comes to rest against the inner wall of the metal tube. In this way, undesired axial tensile stresses in the plastic should be avoided and advantageous tangential and axial compressive stresses should be achieved. This known method therefore requires a rather complicated upsetting operation before the actual drawing process, whereby care must be taken that the plastic pipe does not bend or fold radially inwards during this upsetting process.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile ein Verfahren zur Herstellung derartiger Verbundrohre zu schaffen, nach welchem auf einfache Weise während des Ziehens in der Kunststoffmasqe vorteilhafte Druckvorspannungen erzielbar as sind und gleichzeitig/Verbundrohr verhältnismässig stark gestreckt wird. Ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung von Verbundrohren mit einem Kunatstoffinnenrohr und einem Metallaussenrohr, wobei das Kunststoffrohr lose in das Metallrohr eingeschoben, das eine Ende dieses zunächst lose zusammengesetzten Verbundrohres unter Querschnittsverringerung in die Düse einer Rohrziehvorrichtung eingeführt und dann durch diese Düse hindurchgezogen wird, ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass während des Ziehens mittels eines nach dem Einführen des vorderen Verbundrohrendes in die Düse ins Innere des Verbundrohres eingesetzten konischen Innendorns unmittelbar vor dem Bereich der Düse eine radial nach aussen gerichtete Kompressiorskraft auf das Kunststoff- rohr ausgeübt wird. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekenn- zeichnet, dass der konische Innendorn das sich verjüngende innere Ende einer sonst zylindrischen Stange ist, deren anderes Ende aus dem hinteren offenen Verbundrohrende herausragt und an einer stationären Auflage befestigt ist, und dass der Durchmesser des zylindrischen Bereichs der Stange wenigstens näherungsweise dem ursprünglichen Innendurchmesser des Kunststoffrohres entspricht. The invention is based on the object of creating a method for producing such composite pipes while avoiding these disadvantages, according to which advantageous compressive prestresses can be achieved in a simple manner during the drawing in the plastic mesh as are and at the same time / composite pipe relatively stretched will. Starting inserted from a process for production of composite pipes with a Kunatstoffinnenrohr and a metal outer tube, wherein the plastic tube loosely into the metal tube which is inserted one end of this loosely assembled composite pipe with cross-sectional reduction in the nozzle of a tube pulling device and then pulled through this nozzle, which is Method according to the invention, characterized in that during the drawing, a radially outward compressive force is exerted on the plastic pipe directly in front of the area of the nozzle by means of a conical inner mandrel inserted into the interior of the composite pipe after the front composite pipe end has been inserted into the nozzle. A device for carrying out the method is characterized in that the conical inner mandrel is the tapering inner end of an otherwise cylindrical rod, the other end of which protrudes from the rear open composite pipe end and is attached to a stationary support, and that the diameter of the cylindrical rod Area of the rod at least approximately corresponds to the original inner diameter of the plastic pipe.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass man mit dem Verfahren nach der Erfindung auch insbesondere Polyamide als Werkstoff für das Kunststoffinnenrohr verarbeiten kann. Bisher war man nämlich der Ansicht, dass sich Polyamid zur Verarbeitung durch Ziehen bzw. Strecken nicht eignet. Mit dem Verfahren nach der Erfindung ist es jedoch möglich, wie sich gezeigt hat, dass beispielsweise ein Polyamid-Ausgangsrohr von 1 m Länge ohne Schwierigkeiten auf eine Endlänge von 4 m gezogen werden kann. Bei dieser Streckung erfährt das Material gleichzeitig infolge einer gewissen Orientierung seiner Moleküle eine wesentliche Erhöhung seiner Festigkeit in Ziehrichtung. Diese Materialdeformation, die beim Verfahren nach der Erfindung stattfindet und die durch einen geeignet dimensionierten Innendorn der Ziehvorrichtung in kontrollierter Weise realisiert wird, soll im Folgenden mit "Fliessen" bezeichnet werden und schliesst ausser der Streckung und der Reduzierung des Innen- und Aussendurchmessers des Ausgangskunststoffrohres gleichzeitig eine Kompression der Rohr- wandstärke ein, durch welche das Kunststoffmaterial eine Vorspannung erhält, die eine sehr feste Haftung auf der Innenwand des Metallrohres, auch beim späteren Biegen des fertigen Verbundrohres, garantiert. It has been shown, surprisingly, that the method according to the invention can also be used in particular to process polyamides as the material for the plastic inner tube. Until now, it was of the opinion that polyamide was unsuitable for processing by drawing or stretching. With the method according to the invention, however, it is possible, as has been shown, that, for example, a polyamide starting pipe of 1 m length can be drawn to a final length of 4 m without difficulty. During this stretching, the material experiences a significant increase in its strength in the direction of drawing due to a certain orientation of its molecules. This material deformation, which takes place in the method according to the invention and which is realized in a controlled manner by a suitably dimensioned inner mandrel of the pulling device, is to be referred to below as "flow" and includes both the stretching and the reduction of the inner and outer diameter of the starting plastic tube at the same time a compression of the pipe wall thickness, by means of which the plastic material receives a pre-tension that guarantees a very firm adhesion to the inner wall of the metal pipe, even when the finished composite pipe is later bent.

Die Erfindung wird anhand der einzigen Figur an einem im Schnitt dargestellten, sich im Herstellungsprozess befindlichen Metall-Kunststoff-Verbundrohr beispielsweise näher erläutert. Die erste Verfahrensstufe besteht darin, dass ein Kunststoffrohr 2, das später das Kunststoffinnenrohr des Verbundrohres bildet, in ein äusseres Metallrohr 1 eingeführt wird. Der Aussendurchmesser des Kunststoffrohres 2 ist um nur soviel kleiner als der Innendurch- messer des Metallrohres 1, dass das Kunststoffrohr 2 ohne grosse Schwierigkeiten in das Metallrohr 1 eingeschoben werden kann. The invention is explained in more detail, for example , with reference to the single FIGURE of a metal-plastic composite pipe which is shown in section and is in the manufacturing process. The first process stage consists in inserting a plastic pipe 2, which later forms the plastic inner pipe of the composite pipe, into an outer metal pipe 1 . The outside diameter of the plastic pipe 2 is only so much smaller than the inside diameter of the metal pipe 1 that the plastic pipe 2 can be pushed into the metal pipe 1 without great difficulty.

Der zweite Verfahrensschritt besteht darin, dass ein Ende dieses zunächst nur lose zusammengesetzten Verbundrohres unter ent- sprechender ßuerschnittsverringerung in die Düse einer Rohrzieh# form 3 einzuschieben. Diese Rohrziehform kann aus einer einfachen Lochscheibe mit einer einzigen Oeffnung bestehen. Der Durchmesser der Düsenöffnung ist kleiner als der Aussendurchmesser des Metall:, rohres. An dieses, durch die Düsenöffnung hindurchgeschobene Ende des Verbundrohres wird eine nicht darge*_tellte Z4ehvorrichtung befestigt. In das andere offene Ende des lose zusammengesetzten Verbund- rohres wird eine Stange 5 eingeführt, deren vorderes Ende 7 konisch ausgebildet ist und den Innendorn der Rohrziehform bildet. Die vordere Stirnfläche des kegelförmigen Dorns 7 befindet sich etwa in der Ebene der Düseneintrittsöffnung. Das hintere, aus dem Verbundrohr heraus- rangende Ende 6 der Stange 5 ist an einer stationären Auflage befestigt. Der Durchmesser des zylindrischen Stangenteils entspricht etwa dem ursprünglichen Innendurchmesser des Kunststoffrohres 2, während der Durchmesser des stirnseitigen Endes des Dorns 7 dem gewünschten Enddurchmesser des fertigen Verbundrohres angepasst ist. The second process step is that to insert one end of this first loosely assembled composite tube under ßuerschnittsverringerung of corresponding to the nozzle of a tube drawing # shape. 3 This tube drawing mold can consist of a simple perforated disc with a single opening. The diameter of the nozzle opening is smaller than the outer diameter of the metal pipe. At this end of the composite pipe pushed through the nozzle opening, a toothing device (not shown) is attached. A rod 5 is inserted into the other open end of the loosely assembled composite pipe, the front end 7 of which is conical and forms the inner mandrel of the pipe drawing mold. The front face of the conical mandrel 7 is located approximately in the plane of the nozzle inlet opening. The rear end 6 of the rod 5 protruding from the composite pipe is fastened to a stationary support. The diameter of the cylindrical rod part corresponds approximately to the original inside diameter of the plastic pipe 2, while the diameter of the front end of the mandrel 7 is adapted to the desired end diameter of the finished composite pipe.

Während der dritten Verfahrensstufe wird das Verbundrohr mittels der nicht dargestellten Ziehvorrichtung im Sinne der Pfeile IV-IV durch die Rohrziehform hindurchgezogen. Während dieses Ziehvorganges erfahren Innen- und Aussenrohr des Verbundrohres eine Durch- messerverringerung und gleichzeitig eine Verlängerung, während ausserdem das innere Kunststoffrohr 2 in radialer Richtung komprimiert wird. Zur Erzielung eines gleichförmigen Innendurchmessers des fertigen Verbundrohres ist der Dorn 7 derart konisch ausgebildet, dass das Kunststoffrohr 2 während des Passierens des konischen Dorns 7 eine stetige Verringerung seiner Wandstärke erfährt und gleichzeitig unter Vorspannung gegen die Innenfläche des Metall- rohres 1 gepresst wird. Auf diese Weise wird durch den konisch aus- gebildeten Dorn 7 ein kontrolliertes Fliessen der Kunststoffmasse erreicht. During the third process stage, the composite pipe is pulled through the pipe drawing mold in the direction of arrows IV-IV by means of the pulling device (not shown). During this drawing process , the inner and outer tubes of the composite tube experience a diameter reduction and, at the same time, an elongation, while the inner plastic tube 2 is also compressed in the radial direction . To achieve a uniform inside diameter of the finished composite pipe, the mandrel 7 is conical in such a way that the plastic pipe 2 experiences a steady reduction in its wall thickness as it passes the conical mandrel 7 and is simultaneously pressed against the inner surface of the metal pipe 1 under prestress. In this way, the conical mandrel 7 achieves a controlled flow of the plastic compound.

Gleichzeitig wird durch die konische Ausbildung des Dorns 7 am Ende der Stange 5 erreicht, dass die beim Ziehen . des Verbundrohres infolge der Reibung zwischen Kunststoffrohr und Stange auf diese Stange ausgeübten Zugkräfte weitgehend durch die Kompressionskräfte kompensiert werden, welche die-Masse des Kunststoffrohres während ihrer ISeformation als Reaktionskraft auf die Konusfläche des Dorns 7 ausübt. Würde man, wie bisher beim Ziehen von Rohren mit sehr kleinem Durchmesser üblich, eine sehr feine Drahtsaite oder eine Saite aus anderem Material verwenden, dann bestände die grosse Gefahr, dass diese Saite unter der Wirkung der durch Reibung auf sie ausgeübten Zugkräfte reisst. At the same time is achieved by the conical design of the mandrel 7 at the end of the rod 5 that when pulling . of the composite pipe due to the friction between the plastic pipe and rod , tensile forces exerted on this rod are largely compensated for by the compression forces which the mass of the plastic pipe exerts as a reaction force on the conical surface of the mandrel 7 during its deformation. If you were to use a very fine wire string or a string made of a different material , as has been the practice up to now when pulling pipes with a very small diameter, there would be a great risk that this string would break under the effect of the tensile forces exerted on it by friction.

Ein nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestelltes Verbundrohr mit einer aus vorgespanntem Kunststoff bestehenden Innenwand kann anschliessend nach Belieben, den jeweiligen Anwendungen entsprechend, verformt werden; die Rohre können beispielsweise im rechten Winkel, knieförmig oder auch in U-Form gebogen werden. Dabei bleibt die vorgespannte Kunststoffinnenwand des Verbundrohres stets ohne die Gefahr einer Lockerung formschlüssig an der Innenwand des Metall- rohres haften, da ja insbesondere der vorgespannte Kunststoff an der Altssenseite einer Krümmungsstelle nachgeben kann. Das Verfahren nach der Erfindung hat ferner den grossen Vorzug, dass es auf die exakten Abmessungen der zur Herstellung des Verbundrohres verwendeten Metall- und Kunststoff-Ausgangsrohre keineswegs ankommt und die Toleranzen dieser Ausgangsrohre in weiten Grenzen schwanken können, da die definierten endgültigen Abmessungen des Verbundrohres durch die gleichzeitig als Kalibriervorrichtung dienende Ziehvorrichtung bestimmt sind. A composite pipe produced by the method according to the invention with an inner wall made of prestressed plastic can then be deformed as desired, depending on the respective application; the tubes can be bent, for example, at right angles, knee-shaped or in a U-shape. The pretensioned plastic inner wall of the composite pipe always remains positively attached to the inner wall of the metal pipe without the risk of loosening, since in particular the pretensioned plastic can yield on the old side of a point of curvature. The method according to the invention also has the great advantage that it does not depend on the exact dimensions of the metal and plastic starting pipes used to manufacture the composite pipe and the tolerances of these starting pipes can vary within wide limits, since the defined final dimensions of the composite pipe the pulling device serving as a calibration device at the same time are intended.

Der Zustand der zur Herstellung der Verbundrohre verwendeten Kunststoffmasse der Innenrohre 2 wird zweckmässigerweise derart gewählt, dass zwar bereits eine teilweise Aushärtung bzw. Polymerisation stattgefunden hat, damit das einzuschiebende Kunststoffrohr eine gewisse Formbeständigkeit besitzt, jedoch noch eine für den Ziehprozess günstige Viskosität vorhanden ist.The condition of the plastic compound of the inner pipes 2 used to manufacture the composite pipes is expediently selected such that, although partial curing or polymerization has already taken place, so that the plastic pipe to be inserted has a certain dimensional stability, it still has a favorable viscosity for the drawing process.

Claims

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! ii Process for the production of composite pipes with a plastic inner tube and a metal outer tube, the plastic tube loosely in inserted into the metal tube, one end of which is initially loosely set composite pipe with a reduction in cross-section in the nozzle of a Pipe drawing mold is inserted and then pulled through this nozzle, characterized in that wä: _ .. @ rd of pulling by means of one after the Inserting the front composite pipe , #; into the nozzle into the interior of the bundle tube inserted ko:.:. scha: z inner mandrel (7) immediately before loading rich of the nozzle on a radially outwardly directed compression force the Nunstsbffrohr (2) is exercised. 2. The method according to claim 1, characterized in that the for Manufacture, the composite pipe used art;: @@@@ -: zasse during the Drawing not yet complete,: ä: dig out.I * rtet bz% .v. pol_, == is erized. 3. Device for performing the method according to claim 1, there- durc_ --z: * L: cnn indicates that the conical ir. thorn is the s = ch tapering inner box (l) of an otherwise cylindrical set -: - # e i5) is its other End (b) protrudes from the rear open composite pipe end and at one station ; the support is attached, and that the diameter of the cylindrical area of the bar is at least approximately your original Inn \. ; idu r cL-, nesze_ des (2) corresponds.