DE1952270C2 - Verfahren zum Herstellen von Wellrohren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Wellrohren aus plastisch verformbarem Material gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung von Wellrohren, die mit kleinem Krümmungsradius in irgendeine beliebige Gestalt gebogen werden können und ihre Gestalt mit oder ohne wesentliche Rückfederung beibehalten. Die vom Rohr nach außen ragenden Wellen haben ungleich lange Seitenwände und im eng zusammengelegten Zustand sind die Seitenwände zur Achse um einen spitzen Winkel geneigt, wobei eine Art Sägezahnkontur erzeugt wird, die es ermöglicht, daß sich zur Ausbildung sehr enger Krümmungen eine Welle unter die benachbarte Welle legt

Bei dem Verfahren zum Herstellen der Rohre wird das glatte Kunststoffrohr auf einen Dorn aufgeschoben, der um einen gewissen Spielraum dünner ist als der Innendurchmesser des Rohres; das vordere Ende des Rohres wird verankert und am vorderen Ende erstreckt sich ein Anschlag im wesentlichen vom Rohr nach außen, wobei dieser Anschlag eine, wenn man hinter dem Rohr steht, in Aufschiebrichtung gegen die Aufschiebrichtung geneigte Anschlagwand aufweist; das Rohr wird von hinten her vorgeschoben, so daß es zu einer Folge von Wellen nach außen zusammengelegt wird, wobei die erste Wellung sich der Stirnseite der Anschlagwand anpaßt und die folgenden Wellen sich den vorhergehenden Wellen anpassen oder anformen. Der Kunststoff wird im Bereich des vorderen Endes auf etwa seine Erweichungstemperatur erhitzt. Das Rohr mit den noch eng aneinanderliegenden Wellen wird wärmebehandelt, während es sich noch auf dem Dorn befindet.

Die US-PS 23 47 101 beschreibt ein Verfahren, bei dem Wellrohre aus vulkanisierbarem Kautschuk hergestellt werden, wobei die gebildeten Wellen mit ihrer Achse senkrecht zur Längsachse des Rohres angeordnet sind, während die einzelnen Wellen unabhängig einzeln nacheinander gebildet werden, worauf das in dieser Weise vorgebildete Wellrohr in der gewellten Form festgelegt und einer Vulkanisation unterworfen wird. Ein Wellrohr dieser Art hat jedoch den Nachteil, daß es aufgrund der Form der Wellen geknickt wird, wenn es mit kleinem Krümmungsradius gebogen wird, und daß es ferner nicht in der gebogenen Gestalt bleibt, ohne zurückzufedern. Darüber hinaus schließt die Verwendung von vulkanisierbarem Kautschuk die Gefahr in sich, daß die einzelnen Wellen durch Vulkanisation miteinander verbunden werden (s. Seite 2, rechte Sp, Absatz 3). Ferner muß die Vulkanisation in einer getrennten Stufe durchgeführt werden, wobei es notwendig ist, eine gesonderte Halte- oder Sicherungshülse auf dem Dorn anzuordnen, während das Werkzeug zur Bildung der Wellungen vorher entfernt

ίο werden muß.

Die US-PS 33 70118 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Dichtmanschetten aus einem plastisch deformierbaren Material, nämlich Polytetrafluoräthylen, wobei ein Manschettenrohling auf einen Dorn geschoben, am vorderen Ende festgelegt und zur Bildung von Wellungen gegen einen Anschlag gestaucht wird. Dieses Verfahren unterscheidet sich vom Oberbegriff des Hauptanspruchs bereits darin, daß kein Schlauch, sondern ein an beiden Enden mit Bunden versehener Manschettenrohling, der nicht glatt ist, verwendet und keine Wärmebehandlung, um die fertige Manschette formbeständig zu machen, durchgeführt wird. Kein Merkmal des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs wird jedoch durch diese US-Patentschrift beschrieben oder nahegelegt. Ferner wird der Rohling in dem zu wellenden Bereich nicht auf ungefähr die Erweichungstemperatur erhitzt und nicht gegen eine Anschlagfläche gestaucht, die zur Längsachse geneigt ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von Kunststoffwellrohren, die mit kleinem Krümmungsradius gebogen werden können, ohne zu knicken, und die ihre Biegung ohne wesentliche Rückfederung beibehalten, deren Wellungen nach außen ragen und Seitenwände ungleicher Länge aufweisen, die bei eng zusammenliegenden Wellen zur Achse des Rohres geneigt sind und sich ohne zu knicken unter benachbarte Wellen falten können, wenn das Rohr mit kleinem Krümmungsradius gebogen wird.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs.

Es soll ein Abstand zwischen dem Außendurchmesser des glatten Domes und dem Innendurchmesser des Rohres vorhanden sein, der nicht größer als 0,762 mm bis hinab zu 0,0 mm und vorzugsweise 0,127 bis 0,762 mm ist und der am allerbesten etwa 0,254 mm beträgt, so daß eine Haftung am Dorn verhütet und die Neigung zur Bildung ungleichmäßiger Wellen vermieden wird. In den Zeichnungen zeigt

so F i g. 1 einen achsparallelen Schnitt durch ein erfindungsgemäß hergestelltes Wellrohr mit eng zusammenliegenden Wellen, aus dem die Sägezahnform der Wellen erkennbar ist;
F i g. 2 in einem achsparallelen Schnitt das in F i g. 1 dargestellte Wellrohr auseinandergezogen, aber noch gerade;

F i g. 3 in einer der F i g. 2 entsprechenden Darstellung das gleiche Wellrohr nach einer Biegung mit kleinem Krümmungsradius;

Fig.4 in einem schematischen Axialschnitt die Bildung der ersten Wellen bei einem Wellrohr gemäß den Fig. 1—3 gegen einen in Aufschiebrichtung geneigten Anschlag;

F i g. 5 in einer der F i g. 4 entsprechenden Darstel-

i)5 lung die Bildung weiterer ringförmiger Wellen mit sägezahnförmigem Längsschnitt, wobei F i g. 5 ein fortgeschrittenes Stadium der in F i g. 4 dargestellten Arbeitsweise zeigt;

Fig.6 in einem schematischen Axialschnitt die Bildung ringförmiger Wellen mit sägezahnförmigem Längsschnitt unter Verwendung einer gegen die Aufschiebrichtung geneigten Anschlagfläche.

Die bevorzugten Kunststoffe zum Herstellen der Rohre gemäß der Erfindung sind Fluorkohlenwasserstoffe, wie etwa Polytetrafluoräthylen (Teflon TFE), und das Mischpolymerisat des Tetrafluoräthylens und 5 — 35 Gew.-% Hexafluorpropylen (Teflon FEP).

Das Verfahren gemäß der Erfindung funktioniert nicht mit Polytrifluorchloräthylen (KeI-F).

Andere geeignete Kunststoffe sind anwendbar und das Rohr oder der Schlauch gemäß der Erfindung wurden aus Polyäthylen, flexiblem Polyvinylchlorid und bestrahltem Kunststoff hergestellt, der aus einem Gemisch aus Polyäthylen und Polypropylen hergestellt war. Auch andere geeignete Kunststoffe können benutzt werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung funktioniert nicht mit Nylon, Polypropylen, Polyurethangummi oder mit vulkanisiertem Neoprengummi.

Einer der Vorteile des erfindungsgemäß hergestellten Wellrohres ist im Unterschied zum herkömmlichen Wellrohr, daß es scharf und mit sehr kleinem Radius abgebogen werden kann, ohne daß die Gefahr einer Knickung besteht oder der innere Strömungsquerschnitt verkleinert wird. Das Rohr gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung behält seine neue Form ohne eine nennenswerte Rückfederung bei. Dies ist besonders kennzeichnend für das Rohr aus Polytetrafluoräthylen und dem Mischpolymerisat des Tetrafluoräthylens und 5 —35 Gew.-% Hexafluorpropylen, wobei die Wellen einen sägezahnförmigen Längsschnitt nach der Wärmehärtung haben.

Das in Fig. 1 dargestellte Rohr hat nach seiner Formung und Wärmehärtung eine Folge von Wellen 20, die an ihrer Außenseite enge U-förmige Umbiegungen 21 und an ihrer Innenseite enge U-förmige Umbiegungen 22 aufweisen, wobei die Seiten der Wellen im wesentlichen parallel verlaufen und aus einer kurzen Seite 23 und einer langen Seite 24 bestehen.

Wenn das Rohr gemäß der Darstellung in F i g. 2 gestreckt wird, verlauft die kurze Seite 23 der Welle im wesentlichen rechtwinklig zur Rohrachse und die lange Seite 24 der Welle ist geneigt zur Rohrachse, wobei die innenliegende Umbiegung 22 weiterhin spitzwinklig

5 oder scharf bleibt, während die außenliegende Umbiegung 21 etwas erweitert ist

In den Fig.4 und 5 ist eine Heizkammer 53 dargestellt

Wenn das Rohr nun mit kleinem Krümmungsradius

ίο gebogen wird, der beispielsweise in der Größenordnung seines eigenen Durchmessers liegt oder kleiner ist wie es die etwas größere Biegung gemäß F i g. 3 zeigt sind die kurzen Seiten 23 der Wellen an der Innenseite geneigt, sich unter die benachbarten Wellungen gemäß

ι i der Darstellung bei 25 zu bewegen, während die kurzen Seiten 23 der Wellen an der Außenseite eine den langen Seiten 24 der Wellen entgegengesetzte Neigung gemäß der Darstellung bei 26 anzunehmen bestrebt sind. Dieses Verhalten unterscheidet sich vollkommen davon,

2« was bei herkömmlichen sinusförmigen Wellungen auftritt, die sich nicht frei unter benachbarte Wellungen bewegen können, da beide Wellungen symmetrisch sind.

Diese Eigenschaft der sägezahnförmigen Wellungen

befähigt das Rohr gemäß der Erfindung besonders zur Verbiegung mit kleinem Krümmungsradius ohne Knickung und zur Beibehaltung der Biegung ohne erhebliche Rückforderung.

Wellrohre mit sägezahnförmiger Wellung der einzelnen ringförmigen Wellen wurden in einer mechanischen

in Versuchsanlage tausende Male gebogen, bevor sie versagten, und gleichartige Handversuche wurden auch ausgeführt. Wenn ein Bruch auftrat, so geschah dies im allgemeinen an der Oberseite der Wellung, wo die größte Kraft aufzutreten scheint.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung kann man die Wellrohre mit sehr verschiedenem Innendurchmesser herstellen, der 25,4 cm und größer sein oder auch nur 1,587 mm betragen kann.
Wellrohre mit den in der folgenden Tabelle angegebenen Dimensionen werden gemäß der Erfindunghergestellt:

Innendurchmesser des Rohres	Annähernder Wandstürkenbereich	Annähernder Wandstärken	Bevorzugte
in mm	in mm	bereich in % des Innen	Wandstärke
		durchmessers	in mm
1,524	0,152 bis 0,305	10 bis 20	0.203
6,35	0,254 bis 0,762	4 bis 12	0,381
9.525	0,381 bis 0,762	4 bis 8	0,508
12,7	0,457 bis 0,889	3,5 bis 7	0,508
15,9	0,457 bis 0,889	2,9 bis 5,6	0,508
19,1	0,508 bis 1,02	2,3 bis 4,6	0,635
22,2	0,508 bis 1,02	2,1 bis 4,2	0,762
25,4	0,508 bis 1,02	2 bis 4	0,762
50,8 und größer	0,508 bis 1,27	1 bis 2,5	0,889

Gewöhnlich wird das Wellrohr mit eng aneinanderliegenden Wellen aus einem geraden Kunststoffrohr hergestellt, das 2,5- bis 3mal so lang wie die Endlänge des Wellrohres ist Der Querschnitt des Ausgangsrohres braucht nicht kreisförmig zu sein, obwohl dies gewöhnlich der Fall ist, und zur Vereinfachung bezieht sich die folgende Erläuterung auf Rohre mit kreisförmigem Querschnitt

Bevorzugte Bereiche sind in den folgenden Tabellen angegeben.

Innendurchmesser	Minimale Wandstärke in mm zur
des Rohres in mm	möglichst guten Beibehaltung
	einer Stellung ohne Rückfederung
6,35	0,381
9,52	0,508
12,7	0,508
15,88	0,635
19,05	0,762
22,2	0,762
25,4	0,889

Versuche zeigen, daß, je dicker die Wand ist, desto kleiner die Anzahl der Wellen ist, die auf einer bestimmten Länge ausgebildet werden kann. Bei Teflon FEP hat man die folgenden Werte erhalten:

Innendurchmesser	Wandstärke	Wellen
in mm	in mm	je m
6.35	0,381	263
9,52	0,508	253
12,7	0,508	180
19,05	0,508	133
19,05	0,762	116
19,05	1,016	100
25,4	0.762	83

Gemäß der Darstellung in Fig.5 wird ein glatter Dorn in dem Rohr angeordnet, und zwar zweckmäßig dadurch, daß das Rohr auf den Dorn aufgeschoben wird. Der Dorn muß mindestens so dünn wie der lichte Durchmesser des Rohres sein. Ein Spielraum zwischen beiden ist nicht erforderlich, es ist jedoch sehr wünschenswert, wenn der Dorndurchmesser nicht mehr als 0,76 mm kleiner als der lichte Durchmesser des Rohres ist. Der Spielraum soll vorzugsweise zwischen 0,127 und 0,76 mm betragen und ist am besten etwa 0,254 mm groß. Wenn der Spielraum zu klein ist. besteht die Gefahr, daß das Rohr am Dorn hängenbleibt, wodurch die Wellenbildung beeinträchtigt wird, und wenn der Spielraum größer als 0,76 mm ist, bilden sich die Wellen ungleichmäßig und nicht wiederholbar, was unbefriedigend ist Am besten ist es, wenn der Dorn mit einer reibungsarmen Oberfläche versehen ist Dies erreicht man am besten durch Verwendung eines Doms mit einem Metallkern 30 und einem Mantel oder einer Hülse 31 aus Polytetrafluoräthylen oder Teflon PEP. Man kann auch ein Schmiermittel zwischen dem Dom und dem Rohr anwenden. Hierbei kann man Schmiermittel nach Art feinzerteilten Talkums benutzen, vorzugsweise benutzt man jedoch flüssige Schmiermittel, wie etwa ein öl und vorzugsweise wasserlösliches Polyalkylglykol (Union Carbide Ucon).

Nachdem der Dom 32 durch das Kunststoffrohr 33 geschoben worden ist, soll das Rohr an seinem vorderen Ende in Schubrichtung verankert werden. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß man das Rohr gegen den Dom mit einem Kragen 34 anpreßt, der das Rohr und den Dom fest zusammenhält, bis der Kragen geöffnet wird:

Zur Bildung der ersten Welle ist ein Anschlagring 38 vorgesehen, der sich auf der Rohraußenseite im wesentlichen radial erstreckt Der Anschlag weist eine zum hinteren Ende des Rohres gerichtete Stirnfläche 40 auf, die aus vielen erfindungsgemäßen Gesichtspunkten gegenüber der Achse zweckmäßig um einen Winkel von etwa 30 bis 60° C geneigt sein soll, so daß die Stirnfläche gemäß der Darstellung in den Fig.4 und 5 einen in Aufschiebrichtung oder gemäß der Darstellung in F i g. 6 einen gegen die Aufschiebrichtung geneigten Anschlag bildet. Beide Ahschlagformen bilden die oben beschriebenen Wellen mit sägezahnförmiger Gestalt, die für die vorliegende Erfindung überaus erwünscht sind; diese Anschläge bewirken die Bildung von ringförmigen und nicht von endlosen, schraubenlinienförmtgen Wellen, wenn der Anschlag symmetrisch zur Achse ist.

Die geeigneten Erweichungstemperaturen für die verschiedenen Materialien sind in der folgenden Tabelle angegeben;

Teflon FEP
ΤεΠοη TFE
Polyäthylen

etwa 121° C etwa 121° C etwa 49° C

Die Erweichungstemperatur wird gemäß ASTM (American Society for Testing Materials) D648-51 (4,64 kg/cm² = 66 psi) bestimmt.

Da viele Kunststoffe nicht längere Zeit hohen Temperaturen ausgesetzt werden dürfen, erhitzt man vorzugsweise nur das vordere Ende des Rohres, statt das gesamte Rohr zu erhitzen. Nach Belieben kann man einen Lufterhitzer nach Art eines Föhns oder einen Wärmestrahler benutzen und erforderlichenfalls kann man zur gleichmäßigen Erhitzung das Rohr drehen.

Nachdem die Wellen entlang dem Rohr eng aneinanderliegend gebildet worden sind, werden die Wellen im Rohr durch Wärmebehandlung stabilisiert. Hierzu bringt man den Dorn und das Rohr zu einer Heizvorrichtung oder in ein Heizmedium, bei dem es sich um ein Bad aus heißem Ul, ein Salzbad, ein flüssiges Heizmittel oder einen Luftofen handeln kann.

Geeignete Wärmebehandlungstemperaturen für verschiedene Materialien bei einer Anwendungszeit von wenigstens 10 Minuten sind in der folgenden Tabelle angegeben:

Teflon FEP 149°-204°C Teflon TFE 232° - 260° C Polyäthylen 77°- 88° C Flexibles Polyvinylchlorid 88° -104° C Bestrahltes Gemisch aus Polyäthylen und Polypropylen 107° - 121°C

Die Größen der Wellen steuert man durch folgende Faktoren: Innendurchmesser des Rohres, Wandstärke, Eigenart des Kunststoffes, die Temperatur und den Längszug.

Bei der bevorzugten Ausführungsform bewegt sich die Heizvorrichtung während der Wellenbildung rückwärts, so daß immer ein entsprechend erweichter Kunststoff zur Bildung der nächsten Wellungen bereitsteht

Im Unterschied zu den bekannten Verfahren ist das Rohr auf seiner Außenseite zwischen dem vorderen Anschlag und dem hinteren Kragen nicht gelagert oder umschlossen.

Nach Vollendung der Wellung auf der ganzen Länge des Rohres und demjenigen Teil der Länge des Rohres, der gewellt werden soll, werden das Rohr und der Dorn durch Lösung der Kragen herausgenommen und in einen Wätmehärtungsofen oder dergleichen gebracht

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Wellrohren aus plastisch verformbarem Material, wobei man ein glattes Rohr auf einen Dorn aufschiebt, an seinem vorderen Ende festhält, zur Bildung von Wellungen gegen einen Anschlag treibt und durch Wärmebehandlung formbeständig macht, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Rohr aus thermoplastischem Kunststoff vor dem Wellen in dem zu wellenden Bereich auf etwa die Erweichungstemperatur erhitzt und das Rohr gegen eine zur Längsachse geneigte Anschlagfläche treibt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Erwärmung mit fortschreitender Wellenbildung am Rohr nach hinten verschoben wird.