DE2033936A1

DE2033936A1 - Fadenwickelrohr mit Gewinde und Ver fahren zu semer Herstellung

Info

Publication number: DE2033936A1
Application number: DE19702033936
Authority: DE
Inventors: Jack Lowrie Milwaukee Wis McLarty (VStA) P
Original assignee: Universal Oll Products Company, Des Piaines, 111 (V St A )
Priority date: 1969-07-09
Filing date: 1970-07-08
Publication date: 1971-02-04
Also published as: BR7020443D0; AU1738170A; ZA704690B; GB1312350A; NL7010196A; CA926317A; FR2054957A5; US3572392A

Description

Fadenwickelrohr mit Gewinde und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft aus Fäden gewickelte Rohre mit Gewinde, nachstehend als Fadenwickelrohre bezeichnet, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Gemäß der Erfindung erfolgt ein spiralförmiges Aufwickeln von harzimprägnierten Glasfaserfäden auf einen Dorn oder Kern, der an den Enden oder wenigstens einem Ende in Form schraubenförmiger Gewindegänge gerieft ist. Das spiralförmige Aufwickeln erfolgt mit einer Ganghöhe, die größer als die Ganghöhe des Gewindes ist. Die radiale Lage der aufgewickelten Glasfaserfäden in Bezug auf die Rohrachse ändert sich alternierend, wodurch sowohl Innenais auch Außenrohrgewinde an den Enden des endgültigen Rohrs gebildet werden. .

Bei herkömmlichen Fadenwickelrohren mit Gewinde sind die Gewinde gewöhnlich in die Enden des Rohrs eingeschnitten. Dies ergibt zwar scharfe (distinct) Gewinde auf dem Rohr, jedoch hat diese Ausbildung eine Reihe von Nachteilen. Da die

009886/1988

Oberfläche des Rohrs eingeschnitten wird, bestehen die Gewindezähne aus im wesentlichen parallelen zerschnittenen •Glasfasersträngen, die in Harz eingebettet sind. Wenn die Gewindezähne mit entsprechenden Zähnen eines anderen Gewindestücks in Eingriff treten, wirken die Kräfte zwischen den Flächen der Zähne nur im Sinne einer Scherung gegen die Molekularharzbindung. Es treten keine Zugkräfte an den Zähnen, die längs der Glasfaserfäden des Fadenwickelrohrs wirken, auf, da die Fäden zur Bildung der Gewindegänge zerschnitten worden sind. Bei dem Fadenwickelrohr gemäß der Erfindung bleiben die Glasfaserfäden unzerschnitten und die Kräfte zwischen benachbarten Zähnen wirken im Sinne eines Zugs in der Längsrichtung der Glasfaserfäden und.einer Scherung über den Querschnitt eines jeden Fadens, so daß die Festigkeit der Glasfaserfäden anstelle nur der geringen Festigkeit der Faser-Harz-Bindung ausgenutzt wird.

Die nach dem Verfahren der Erfindung gebildeten Rohrgewinde sind Gewinden, die durch Wickeln einer Anzahl von Glasfaserfäden in einer axialen Richtung längs des schraubenförmigen Gewindeganges gebildet werden, deutlich überlegen. In einem solchen Falle sind die Aufwickelganghöhe und die Gewindeganghöhe identisch. Eine derartige Aufwickelganghöhe ist ungeeignet für ein gut ausgebildetes Rohr und es ist eine aufwendige Umprogrammierung der Fadenaufwickelmaschine erforderlich, um eine solche Aufwickelganghöhe nur an den Rohrenden herbeizuführen. Weiterhin sind die gebildeten Gewinde so ungenau, daß sie große Toleranzen erforderlich machen,, was zu axialem Schlupf zwischen benachbarten Rohrschüssen führt und ein vollständiges Auseinanderziehen benachbarter Rohre nach sich ziehen kann.

Infolge der besonderen Ausbildung und Herstellungsweise des Rohres gemäß der Erfindung hat das erzeugte Rohr ein formgenaues Rohrgewinde mit einer Toleranz zwischen ineinandergreifenden Gewindegängen von z.B. 0,38 nun (0,015 inches) bei einem Rohr mit einem Durchmesser von mindestens 10,2 cm (4 in-

009886/1988

ches). Benachbarte Rohrschüsse mit ineinandergreifenden Gewinden halten große axiale und radiale Kräfte ohne Schlupf oder Auseinandergleiten aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fadenwickelrohr mit Gewinde zu schaffen, das nicht die vorstehend erläuterten und ähnliche Mängel bekannter Rohre aufweist, bei dem die Glasfaserfäden für die Bildung von Außen- bzw. Innenrohrgewinden nicht zerschnitten sind, bei dem die Gewindetoleranz klein genug ist, um einen axialen Schlupf oder ein Auseinandergleiten miteinander in Eingriff stehender Gewinde zu verhindern, und das in einem einzigen fortlaufenden spiralförmigen WickelVorgang ohne besondere oder zusätzliche Bearbeitungsbehandlungen des fertigen Rohrs und ohne umfangreiche Reprogr aminierung der Fadenwickelmaschine zur Erzeugung der Rohrgewinde hergestellt werden kann.

In Verbindung hiermit bezweckt die Erfindung weiterhin die Herstellung von fadengewickelten Rohrschüssen, die keine Flansche, Hülsen oder andere gesonderte Verbindungsmittel benötigen, um Rohrschüsse aneinander zu befestigen. Vielmehr kann ein Rohr gemäß der Erfindung selbst als Hülse zur Verbindung von Rohrschüssen unterschiedlicher Art dienen. Das Rohr kann auch als Kupplungsglied zwischen einem mit Gewinde versehenen Abschnitt und einem gewindefreien Abschnitt eines Rohrs benutzt werden. Gewindefreie Rohrschüsse ergeben sich häufig, wenn Rohrstränge an der Verarbeitungsstelle auf die erforderliche Länge geschnitten werden. Ein derartiges Kupplungsglied kann beispielsweise benutzt werden, um einen mit Gewinde versehenen Schuß eines Fadenwickel- oder Stahlrohrs mit einem glatten gewindefreien Rohrschuß zu verbinden.

Die Fadenwickelrohre gemäß der Erfindung können für jegliche Zwecke, für die Fadenwickelrohre derzeit verwendet werden, aber auch für weitere Zwecke, für die sich herkömmliche Fadenwicke lrohre bisher als unbrauchbar erwiesen haben, benutzt

009886/1988

werden. Eines dieser weiteren Anwendungsgebiete ist der Einsatz von Fadenwickelrohren als Bohrlochfutter. Bisher waren die herkömmlichen Befestigungsmittel für Fadenwickelrohre nicht stark genug, um das Gewicht von vielen Fadenwickelrohrschüssen, wie sie beim Absenken des Rohrs in ein Bohrloch aneinander aufgehängt werden, auszuhalten. Die Gewinde des erfindungsgemäß ausgebildeten Rohres sind dagegen stark genug, um das Gewicht von mehr als 250 Rohrschüssen von 6,1 m Länge (20 Fuß), bei senkrechter Aufhängung, auszuhalten.

^ Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Fadenwickelrohres mit Gewinde vorgesehen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Dorn, der einen gewindefreien Mittelabschnitt und wenigstens ein in Form eines Rohrgewindes ausgebildetes Ende aufweist, mindestens teilweise mit einem klebverhindernden Trennmittel überzieht, auf den Dorn harzimprägnierte Glasfaserfäden spiralförmig mit einer Aufwickelganghöhe , die größer als die Rohrgewindeganghöhe ist, bis zur Ausbildung eines an einem oder beiden Enden Innen- und Außengewinde aufweisenden Fadenwickelrohres aufwickelt, die harzimprägnierten Fäden aushärtet und mindestens einen Teil des Dorns aus dem Fadnwickelrohr entfernt.

& Wenngleich ein erfindungsgemäß ausgebildetes Rohr

ein oder mehrere mit Innen- oder Außengewinde versehene Enden unterschiedlicher Ausbildungen aufweisen kann, umfaßt das Rohr vorzugsweise ein Kernende (male end),einen Mittabschnitt und ein Hülsenende (female end), wobei das Kernende und das Hülsenende ineinander passende Gewinde aufweisen. Bei der bevorzugten Ausbildung ist der Nenndurchmesser des einen Endes des Dorns kleiner als der Durchmesser des anderen Endes des Dorns. Das kleinere Ende wird zur Bildung des Kernendes des Fadenwickelrohrs benutzt. Das andere Ende des Dorhs dient zur Bildung des Hülsenendes des Fadenwickelrohrs. Der Dorn wird in einer Fadenwickelmaschine angeordnet und in der angegebenen Weise spiralförmig mit harzimprägnierten Qasfaserfäden umwickelt. Hierdurch wird ein fa-

009886/1988

2033938

dengewickeltes Grundrohr mit einem Kernende, einem Mittelabschnitt und einem Hülsenende erzeugt.

Vor dem Aushärten werden der Mittelabschnitt und das Hülsenende des Fadenwickelrohrs vorzugsweise zusätzlich mit harzimprägnierten Glasfaserfäden überwickelt, um in diesen Bereichen eine zusätzliche Verstärkung herbeizuführen. Es werden jedoch keine Verstärkungsfäden über das Äußere des Kernendes des Rohrs gewickelt, da dies das Außengewinde unscharf machen und das Kernende verdicken würde, so daß es nicht mehr in ein benachbartes Hülsenrohrende paßt. Die zusätzlichen Glasfaserfäden werden um den Mittelabschnitt und das Hülsenende des Rohrs mit einer Ganghöhe der Verstärkungswicklung gewickelt, die größer als die vorgenannte bei der Bildung des Grundrohrs angewendete Aufwickelganghöhe ist. Das Äußere des Hülsenendes wird also spiralförmig mit verstärkenden harzimprägnierten Glasfaserfäden mit einer Ganghöhe der Verstärkungswicklung, die größer als die ursprüngliche Aufwickelganghöhe ist, überwickelt. Hierdurch werden die Rillen auf der äußeren aber nicht auf der inneren Oberfläche des Hülsenendes des Rohres überdeckt, gleichzeitig werden der Mittelabschnitt und das Hülsenende des Rohres verstärkt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der erläuterten Ausbildung ist das Ende des Doms, das den kleineren Durchmesser aufweist, etwas konisch verjüngt ausgebildet, während das andere Ende des Doms eine etwas konisch erweiterte Form aufweist. Hierdurch ergibt sich ein an beiden Enden etwas konisch gestaltetes Rohr, das einen Sicherheitspreßsitz eines Kernrohrendes in einem benachbarten Hülsenrohrende gestattet.

Die Rillen in der Innenoberfläche des Kernendes des Rohrs können mit einem verstärkenden Füllmaterial, das mit dem Rohr verklebt, ausgefüllt werden. Dieses Füllmaterial kann auf verschiedene Weise in das Rohr eingebracht werden. Ein Weg be steht darin, die Innenfläche des Gewindes mit einem verstärkenden, mit dem Rohr bindenden Füllmaterial zu bedecken. Dieses Füllmate-

009886/1988

2Q33936

rial wird normalerweise durch das Ende des Rohrs eingebracht und die Rohröffnung wird danach ausgeräumt, um eine glatte innere Rohrbohrung zu erzeugen.

Bei einer abgewandelten Herstellungsueise weist das Kernende des Dorns einen entfernbaren Ring mit einer gerillten Außenfläche und einer glatten Innenfläche auf; weiter umfaßt der Dorn einen glatten Mittelabschnitt und ein Hülsenende. Der Dorn, abgesehen von dem entfernbaren Ring am Kernende, wird mit einem klebverhindernden Trennmittel überzogen. Der Ring und nur dieser verklebt dann mit den harzimprägnierten Glasfaserfäden. Der Rest des Dorns wird nach dem Aushärten aus dem Fadenwickelrohr entfernt, während der Ring in dem Fadenwickelrohr bleibt. Der Ring ist normalerweise mit den anderen Teilen des Dorns durch Aufschieben verbunden, etwa über einen Vorsprung des Mittelabschnitts des Dorns. Nach dem Aufwickeln und Aushärten wird der Rest des Dorns aus dem Ring herausgezogen, wobei der Ring in dem Rohr verbleibt und einen Teil der inneren Oberfläche des Rohrs bildet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden der Mittelabschnitt und da» Hülsenende des Rohrs mit einer Ganghöhe, die größer als die ursprüngliche Aufwickelganghöhe ist, überwickelt. Beim Überwickeln des Fadenwickelrohrs am Hülsenende haben die mit der größeren Ganghöhe aufgewickelten Fäden die Neigung, längs der Gewindespitzen zu verlaufen und hierdurch die Gewindefüße zu überbrücken. Diese Neigung ist jedoch gering, da die Glasfaserfäden nicht axial längs der Oberfläche des Rohrs verlaufen sondern spiralförmig in einem Winkel aufgewickelt werden. Die Umfangskomponente des Weges der verstärkenden Fäden führt dazu, daß die Glasfaserfäden in die Gewindefüße eintauchen und über die Flanken der Gewindegänge gehen. Wenngleich bei der bevorzugten Ausführungsform des Rohrs keine Brückenbildung von den Gewindespitzen vorliegt, kann der Winkel der spiralförmigen Aufwicklung noch weiter verkleinert werden. Dies führt zu einer gewissen aber zulässigen Brückenbildung. Der Aufwickelwinkel soll jedoch nicht so weit verringert werden, daß eine starke Brücken-

009886/1988

2033938

bildung, die die Verfestigungswirkung der verstärkenden Glasfa- " serfäden beeinträchtigt, eintritt. .

Ein größerer Flankenwinkel am Gewindefuß zwischen benachbarten Gewindeflanken führt zu einer proportionalen Zunahme der Aufwickelganghöhe, die angewendet werden kann, bevor eine Überbrückung der Gewindegänge eintritt. Eine solche Überbrückung, abgesehen von dem geringen Betrag, der in die Gewindetoleranz fällt, darf nicht auf der Außenseite des Kernendes des Rohrs vorliegen. Die einzige obere Begrenzung für die zulässige Aufwickelganghöhe der Glasfaserfäden ist daher die Ganghöhe, bei der eine Überbrückung einzutreten beginnt. Diese obere Grenze steigt mit zunehmendem Flankenwinkel des Gewindes und zunehmender Gewindesteighöhe und mit abnehmendem Abstand zwischen dem Gewindefuß und der Gewindespitze an. Vorzugsweise haben die Rohrgewinde einen Flankenwinkel vonnehr als 60°.

Die untere Grenze der Fadenaufwickelganghöhe ist gleich der Rohrgewindeganghöhe. Wenn die Fadenaufwickelganghöhe kleiner als die Rohrgewindeganghöhe ist, werden die Gewinde verschwommen und fehlerhaft. Es wurde gefunden, daß ein Winkel von 72 in Bezug auf die Rohrachse einen ausgezeichneten Faden-aufwickelwinkel für die Bildung von Gewinden mit einem Flankenwinkel von 120 darstellt. Sowohl die Fadenaufwickelganghöhe als auch die Rohrgewindeganghöhe sind natürlich von dem Rohrdurchmesser abhängig.

Das Fadenwickelrohr der Erfindung muß nicht konisch ausgebildet sein, bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Rohr jedoch eine Standard-Konizität von einer Längeneinheit in 16 auf. Bei Anwendung dieser Standard-Konizität sind normalerweise fünf volle Gewindegänge auf jedem Ende des Rohrs ausreichend, um Zugkräften zu widerstehen, die den glatten Mittelabschnitt über seine elastische Grenze hinaus beanspruchen würden.

Die Innenfläche am innersten Abschnitt des Hülsenendes des Rohrs verläuft vorzugsweise etwas schräg radial einwärts,

009886/1988

so daß sie in die Innenfläche des Mittelabschnitts des Rohrs übergeht. Das Kernende eines anderen Rohrschusses kann dann fest in dem Hülsenende sitzen, unabhängig davon, ob die Durchmessertoleranzen der Rohrenden am oberen oder unteren Ende des zulässigen Bereiches liegen. Außer der Verhinderung eines Spiels zwischen den Rohrenden führt diese dicht sitzende Einpassung zu einer Abdichtung des von den Rohren gebildeten Innenkanals gegenüber der äußeren Umgebung.

Die ineinander greifenden Enden von Rohrschüssen ge-

^ maß der Erfindung können bleibend oder ze^weise abgedichtet werden. Wenn das Rohr bleibend abgedichtet werden soll, können entweder die innere Gewindeoberfläche des Hülsenendes des Rohrs oder die äußere Gewindeoberfläche des Kernendes des Rohrs oder beide Fläche«mit einem Plastikzement überzogen werden, der bei der Aushärtung eine lecksichere Abdichtung und feste Bindung ergibt. Wenn nur ein zeitweiliger Eingriff der Gewinde gewünscht ist, ist es häufig zweckmäßig, ein Abdichtmaterial zwischen die ineinandergreifenden Gewinde einzubringen, jedoch ohne Herbeiführung einer Verklebung der ineinandergreifenden Rohrenden. Bei einer Ausbildung des Rohrs zur Erreichung dieser Abdichtung ist ein Ring aus einem Dichtungsmaterial, der im Umfang rund um den innersten Abschnitt der Innenfläche des Hülsenendes des Rohrs |l angeordnet ist, und ein weiterer Ring aus einem Dichtungsmaterial , der im Umfang rund um den innersten Abschnitt des Außengewindes des Kernendes des Rohrs angeordnet ist, vorgesehen. Bei diesem Dichtungsmaterials kann es sich entweder um eine deformierbare Rohrabdichtverbindung oder um eine aushärtbare Substanz, z.B. Polyurethan, die beispielsweise auf entsprechende Oberflächenbereiche der Rohrenden aufgesprüht wird, handeln. Bei Verwendung eines flexiblen Polyurethanschaums bindet dieser bei der Aufbringung mit der Rohroberfläche, wenn erjjedoch einmal gehärtet ist, bindet er nicht mit dem eingreifenden Ende eines anderen Rohrs. Ein Dichtungsmaterial auf der Innenfläche des Hülsenendes des Rohrs ist besonders zweckmäßig und wirksam, wenn es auf den

009886/1988

2033935

Abschnitt der Innenfläche aufgebracht wird, der in Bezug auf den Mittelabschnitt des Rohrs am weitesten innen liegt, d.h. auf den Abschnitt des Hülsenendes de§3 Rohrs, der dem Mittelabschnitt des Rohrs am nächsten liegt. Entsprechend ist ein Dichtungsmaterial am Kernende des Rohrs am wirksamsten, wenn es auf den Abschnitt der Außenfläche des Kernendes aufgebracht wird, der in Bezug auf den Mittelabschnitt des Rohrs am weitesten innen liegt, d.h. auf den Abschnitt des Kernendes des Rohrs, der dem Mittelabschnitt am engsten benachbart ist. Derartig behandelte und miteinander verbundene Gewinde von Kern- und Hülsenrohrenden weisen keinerlei Leckage in das oder aus dem Rohr auf«. Die insbesondere zu verhindernde Beschädigungsquelle ist ein Reißen oder Zerdrücken des Kernendes des Rohrs, entweder durch Gefrieren einer Flüssigkeit in deai Raum zwischen ineinandergreifenden Gewinden oder durch einen im Vergleich zu dem Innendruck innerhalb der Rohrschüsse hohen Druck eines fluiden Mediums zwischen den ineinandergreifenden Gewinden.

Eine weitere Anwendung des Fadenwickelgewinderohrs der Erfindung ist eine Benutzung als Kupplungsglied zwischen Rohrschüssen. Bei dieser Ausführungsform hat das Fadenwickelrohr ein Rohrgewinde in Form eines Innengewindes an dem einen Ende des Rohrs. Die Öffnung im anderen Ende des Rohrs ist unter Bildung eines Kragens verengt und es sind zwei Löcher durch die Außenwandung des Rohrs innerhalb des Kragens oder durch den Kragen selbst vorgesehen. Das Gewindeende des Rohrs kann ein mit Gewinde versehenes Kernende eines weiteren Rohrs aufnehmen. Ein anderer Rohrschuß mit einem Durchmesser gleich der durch den Kragen des Rohrs gebildeten Öffnung kann in das zweite Ende des Rohrs eingesetzt werden und wird darin gehalten, wenn ein Kleboder Bindemittel oder Zement durch eines der durch die Rohrwandung führenden Löcher eingeführt wird. Diese Ausführungsform des Rohrs kann zur Verbindung aneinander stoßender Fadenwickelrohrschüsse, Stahlrohrschüsse oder Rohrschüsse aus anderen Materialien verwendet werden. Die beiden durch die Wandung des Rohrs

009886/1988

- ίο -

führenden Löcher können sich im Abstand voneinander irgendwo in dem gewindefreien Abschnitt des Rohrs befinden, und das' zweite Loch ist zweckmäßig um 180 gegenüber dem ersten Loch versetzt.

Das Rohr dieser Ausführungsform wird zunächst auf ein Kernende eines weiteren Rohr Schusses,, der aus irgendeinem Material bestehen kann, aufgeschraubt. Dann wird das gewindefreie Ende eines weiteren Rohrschusses, gewöhnlich das geschnittene Ende eines weiteren Rohrschusses, in die von dem Kragen gebildete kreisförmige öffnung eingesetzt, bis es einen Anschlag er-

P reicht, der von einem verdickten Teil der Rohrwandung gebildet wird und den Gewindeabschnitt von dem gewindefreien Abschnitt des Rohrs trennt. Ein plastisches Harz, z.B. ein Epoxy- oder Polyesterharz,wird dann durch eines der Löcher in der Wandung des Rohrs gedrückt. Das Harz füllt den-Raum, der von dem Anschlags der Innenwandung des Kragens, der Innenwandung des gewindefreien Abschnitts des Rohrs und der Außenwandung des eingesetzten gewindefreien Rohrschusses begrenzt wird«, Die verdrängte Luft entweicht durch das andere Loch der Rohrwandung und ein Ausfließen des Bindemittels durch das zweite Loch zeigt an, daß der von den Innenwandungen des Rohrs der Erfindung und der Außenwandung des eingesetzten Rohrs begrenzte Raum mit Bindemittel aufgefüllt ist=

^ Das Bindemittel wird trocknen gelassen, worauf eine feste Vereinigung des eingesetzten Rohrs mit dem benachbarten Rohrschuß erreicht ist. Der angrenzende Rohrschuß, der in das Innengewinde des erfindungsgemäß ausgebildeten Rohrs eingeschraubt ist, kann aus dem Rohr der Erfindung herausgesehraubt werden₉ das glatt™ wandige Rohr ist jedoch fest mit dem Rohr der Erfindung verbunden.

Bevorzugte Ausführungsformen des Rohrs und Arbeitsweisen zu ihrer Herstellung werden nachstehend in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen weiter veranschaulicht»

Figur 1 zeigt anhand eines Teilschnitts eine bevorzugte Ausführungsform des Rohrs d<sx> Erfindung auf einem bei der Herstellung des Rohrs verwendeten Dorn.

009886/1988 ^BAD ORIGINAL

Figur 2 zeigt eine Teilansicht des Kernendes des Rohrs der" Figur 1. . ·

Figur 3 zeigt, teilweise im Schnitt, eine als Kupp-

- ■ ■ ■ /

lungsglied zu verwendende Ausführungsform des Rohrs gemäß der Erfindung.

Gemäß Figur 1 umfaßt das Fadenwickelgewinderohr 1 einen Mittelabschnitt 20 und zwei mit Gewinde versehene Rohrenden, ein Kernende 2 und ein Hülsenende 3. Das Rohr befindet sich auf einem aus mehreren Teilen bestehenden Dorn 21. Der Dorn besteht aus einem Mittelabschnitt 9 von glatter Oberfläche, in den mit Klemmsitz Endstücke eingesetzt sind. Das Kernendstück des Dorns wird von einem Formteil 10 gebildet, der mit Klemmsitz in dem Mittelabschnitt 9 des Dorns steckt. Der Kernteil ist von einem entfernbaren Ring 11 umgeben, der beispielsweise aus einem thermoplastischen Material oder Kunstharz besteht. Der Ring 11 bildet den äußeren Teil des Kernendes und weist dort, wo er mit dem Formteil 10 in Berührung steht, eine glatte innere Oberfläche auf. Die äußere Oberfläche des Rings 11 weist schraubenförmige Rillen 5 auf, die zur Bildung des Außengewindes H des Kernendes 2 des Rohrs 1 dienen.

Am anderen Ende des Dorns 21 befindet sich ein Hülsenende- Formstück 7. Das Hülsenendstück 7 steckt mit Klemmsitz in dem anderen Ende des Mittelabschnitt 9 des Dorns. Das Formstück 7 weist schraubenförmige Rillen 6 auf, die um die Außenfläche laufen. Diese schraubenförmigen Rillen 6 dienen zur Formung des Innengewindes 22 am Hülsenende 3 des Rohrs 1. Sowohl das Kernendstück 10 als auch das Hülsenendstück 7 sind mit axial einspringenden Maschinenbefestigungslöchern 8 versehen. Diese Maschinenbefestigungslöcher 8 dienen zur Aufnahme von Haltefingern, die von einer Fadenwickelmaschine vorstehen. Die Finger werden in Umlauf versetzt und drehen hierdurch den Dorn 21, so daß durch Aufwickeln von Fäden das Rohr 1 gebildet wird. Die Endformstücke 7 und 10 und der Mittelabschnitt 9 des Dorns 21

0098 86/1988

sind hier als massive Teile dargestellt worden, es können jedoch genau so gut hohle oder teilweise hohle Teile Anwendung finden.

Die bei der Fadenwicklung des Rohrs 1 angewendeten Winkel und ihre Abstimmung aufeinander sind in der Figur 2 veranschaulicht. In der Figur 2 ist die Spur eines einzigen äußeren Glasfaserfadens 23 über die Länge seines Weges beim spiralförmigen Aufwickeln von ganz rechts nach links auf dem Kernende 2 des Rohrs 1 angedeutet. Es ist ersichtlich, daß der Faden 23 dassaLbe gilt für sämtliche die Enden des Rohrs der Erfindung bildenden Fäden - in seiner radialen Lage in Bezug auf die Rohrachse alternierend Änderungen unterliegt, d.h. die Fäden befinden sich an den Füßen 25 des Gewindes 4 auf einem kleineren Radius als bei den Spitzen 24 des Gewindes 4. Der Fadenaufwickelwinkel θ des Fadens 23 ist bedeutend kleiner als der Winkel 0 des Gewindes. Ein kleinerer Winkel der spiralförmigen Aufwicklung in Bezug auf die Achse führt zu einer größeren Ganghöhe zwischen benachbarten Spuren auf dem Kernende 2 des Rohrs 1. In der Figur 2 ist die Fadenaufwickelganghöhe durch die Strecke "W" angedeutet, die Gewindeganghöhe zwischen, benachbarten Gewindegängen 4 ist als Strecke ¹¹P" bezeichnet.

Wenn der Faden 23 die Spitzen 24 des Gewindes 4 kreuzt, besteht eine Neigung zur Streckung des Fadens zwischen den Spitzen 24 über den Füßen 25 des Gewindes 4. Der in der Zeichnung angedeutete Fadenaufwickelwinkel θ ist jedoch groß genug, so daß diese Brückenbildung nicht eintritt. Wenn der Fadenaufwickelwinkel θ zu kleine wird, neigt der Faden 23 zu einer Brückenbildung zwischen benachbarten Spitzen 24 über den Gewinde-füßen 25 an den Flanken benachbarter Gewindegänge. Bei einem Aufwickeln etwa gemäß Figur 2 verringert die Tangentialkomponente der Fadenwicklung die Neigung zu einer Überbrückung der Gewindefüße 25 in hinreichendem Maße und führt dazu, daß der Faden 23 in Richtung auf die Gewindefüße 25 eintaucht und längs der Flanken der einzelnen Gtfwindegänge läuft. Selbst wenn ein-

009886/1988

2033938

mal eine geringfügige Brückenbildung eintreten sollte, sickert überschüssiges Harz von den Fäden, hier also dem Faden 23, in die Gewindefüße 25 und bildet hierdurch eine Abstützung der Fäden. Ein sehr geringes Ausmaß einer solchen Brückenbildung kann geduldet werden, bevor die Geiindegänge für eine einwandfreie Gebrauchsfähigkeit zu unscharf oder verschwommen (indistinct) werden. Insgesamt muß also die Ganghöhe der Fadenwicklung weder so groß noch so klein sein, daß die gebildeten Gewindegänge fehlerhaft und verschwommen werden.

Beim Aufwickeln von Verstärkungsfäden um das Hülsen™ formstück 7 des Doms 21 zur Bedeckung der äußeren Gewindegänge 6 führt ein zu kleiner Fadenaufwickelwinkel zu einer Abstumpfung der Spitzen der inneren Gewindegänge, so daß das Innengewinde am Hülsenende 3 des Rohrs 1 fehlerhaft wird. Umgekehrt führt ein zu großer Fadenaufwickelwxnkel dazu, daß die Gewindegänge abgerundete Flanken erhalten und unscharf werden. Die Ganghöhe der Fadenwicklung darf also weder so groß noch so klein sein, daß die gebildeten Gewindegänge fehlerhaft und verschwommen werden.

Es ist häufig erwünscht oder zweckmäßig, den Mittelabschnitt 20 und das Hülsenende 3 des Rohrs 1 zur Verstärkung mit zusätzlichen Glasfaserfäden zu überwickeln. Wenn diese Verstärkungswicklung mit einer Aufwickelganghöhe aufgebracht wird, die größer als die zur Bildung des Grundrohrs angewendete Aufwickelganghöhe ist, werden die Gewindegänge auf der Außenfläche des Hülsenendes 3 verwischt oder maskiert, wie das aus der Figur 1 ersichtlich ist. Hinsichtlich der Wahl der unteren Grenze des Aufwickelwinkels für die Verstärkungsfädenwicklung um den Mittelabschnitt 20 und das Hülsenende 3 des Rohrs 1 ist ein größerer Spielraum zulässig. Ein Grund dafür liegt darin, daß die Beanspruchung oder Spannung, die auf das überschüssige Harz zur Einwirkung kommt, welches in die Füße der durch die spiralförmige Grundwicklung ursprünglich gebildeten äußeren Gewindegänge einsickert, viel geringer ist als an den äußeren Gewindegängen 4 des Kernendes 2 oder den inneren Gewindegängen 22 des Hülsenendes

009886/1988

033936

3. Wenngleich bei der bevorzugten Art der Fadenaufwicklung keine Brückenbildung von den außen liegenden Spitzen der am Hülsenende 3 gebildeten Gewindegänge vorliegt, kann bei der zusätzlichen Überwicklung eine gewisse Brückenbildung zugelassen werden, so daß überschüssiges Harz in die Füße der äußeren Gewindegänge am Hülsenende 3 des Rohrs 1 einsickert, und ein größerer Aufwikkelwinkel angewendet werden, da ein Einschluß kleiner Hohlräume oder eine unvollständige Füllung dieser Gewindegänge nicht als schadhafte Ausbildung des Rohrs anzusehen ist.

Eine weitere Ausführungsform des Rohrs ist in der Figur 3 veranschaulicht; dort ist das Fadenwickelrohr gemäß der Erfindung mit 12.bezeichnet. Das Rohr 12 hat die Form eines verhältnismäßig kurzen Rohrkörpers und stellt eine Kupplung oder Hülse zur Vereinigung aneinanderstoßender Rohrschüsse 18 und 19 dar. Der Rohrschuß 19 weist ein Gewindekernende mit außen liegenden Gewindegängen m auf. Der RohrsehuS 18 weist einen glatten gewindefreien Endabschnitt auf₉ beispielsweise handelt es sich um ein abgeschnittenes Stück eines Fadenwickelrohrs« Das Rohr hat am einen Ende 13 ein Innengewinde und am anderen gewindefreien Ende 2 6 einen Kragen 17_$ der nach innen vorsteht und auf dieser Eintrittseite des Rohrs 12 ein etwas kleineres Loch bildet. Der Kragen 17 ist in der Zeichnung in Form einer überhängenden Lippe am Außenrand des zweiten Endes 26 dargestellt_s es kann jedoch genauso gut ein Kragen an irgendeiner weiter innen liegenden Stelle in dem Ende 26 vorgesehen werden» In diesem Falle ist der Innendurchmesser des gewindefreien Endes auf beiden Seiten des Kragens größer, sowohl in Richtung des Gewindeendes als auch in Richtung der offenen Mündung am gewindefräsen Ende. Bei der Verwendung wird das Gewindeende 13 des Rohrs 12 auf das Gewinde 14 des Rohrschusses 19 aufgeschraubt« Dann wird der Roteschuß durch die von dem Kragen 17 gebildete Öffnung in das Rohr 12 eingeschoben. Die Längsbewegung des Rohrschusses 18 ist durch einen radial schräg einwärts verlaufenden Abschnitt 30 des Rohrendes und durch einen Anschlag 27, der von einer Verdickung der Wand des Rohrs 12 gebildet wird, begrenzt. Der Rohrsohuß 18 wird in dieser

009886/1988

Weise durch den Kragen 17 und den abgeschrägten Teil 30 der In- " nenwand des Rohrs 12 dicht anschmiegend in dem Rohr 12 geführt. Im Bereich zwischen dem abgeschrägten Abschnitt 30 und dem Kragen 17 führen Löcher 15 und 16 durch die Wand des Rohrs 12. Die Löcher 15 und 16 sind in Achsenrichtung gegeneinander versetzt und sie befinden sich auf entgegengesetzten Seiten in Bezug auf die Rohrachse. Ein Bindemittel_s z.B. ein Epoxyharz, wird entweder durch das Loch 15 oder durch das Loch 16 in das Rohr 12 eingedrückt, es füllt dabei den von der Außenwandung des Rohrschusses 18 und der Innenwandung des Rohres 12 begrenzten Raum. Das Bindemittel wird in eines dieser Löcher in der Wandung des Rohrs 12 eingepreßt, bis es an dem anderen Loch auf der entgegengesetzten Seite des Rohrs 12 auszufließen beginnt. Ein Ausfließen von Bindemittelharz aus diesem zweiten Loch zeigt an, daß der gesamte von dem Rohrschuß 18 und den Innenwandungen des Rohres 12 umschlossene Raum mit Bindemittel gefüllt ist. Das Bindemittel wird dann aushärten gelassen, worauf der Rohrschuß 18 fest in das Rohr 12 einzementiert ist.

Das Fadenwickelrohr gemäß der Erfindung in seinen verschiedenen Ausführungsformen und das Verfahren zu seiner Herstellung unterscheiden sich wesentlich von herkömmlichen Fadenwickelrohren mit Gewinde und deren Herstellungsweisen; jedoch können einige Schritte bei der Herstellung in gleicher Weise ausgeführt werden. Wie bei der Herstellung von anderen Fadenwickelrohren wird zunächst ein Dorn mit einem Trennmittel überzogen, um sicherzustellen, daß die harzimprägnierten Glasfaserfäden nach dem Aushärten nicht an dem Dorn klebenj anschließend werden harzimprägnierte Glasfaserfäden spiralförmig um den Dorn gewickelt, indem der Dorn gedreht wird, unter gleichzeitiger Zuführung der Fäden zu dem Dorn durch einen in Längsrichtung schwenkenden Arm. Jedoch unterscheidet sich der bei der Herstellung des Fadenwikkelrohrs der Erfindung verwendete Dorn von einem Dorn herkömmlicher Art, indem er zwei vorzugsweise etwas konisch gehaltene Enden mit Rillen zur Bildung von Rohrgewinden an einem oder beiden Enden aufweist. Diese Gewindeenden sind durcfyeinen gewindefreien

009886/1988

2033938

glatten Mittelabschnitt des Dorns voneinander getrennt. Ein unterscheidendes Merkmal des Herstellungsverfahrens besteht darin, daß das spiralförmige Aufwickeln mit einer Aufwickelganghöhe durchgeführt wird, die größer ist als die Ganghöhe des Rohrgewindes, d.h. größer als der Abstand zwischen benachbarten Gewindegängen, auf der Oberfläche des Rohrs. Durch das Aufwickeln in dieser Art und Weise wird ein fadengewickeltes Grundrohr erhalten, das im Gebiet der gerillten Enden des Dorns sowohl ein Innen- als auch ein Außengewinde aufweist. Wenn eines der Rohrenden als Hülsenrohrende dienen soll, wird das spiralförmige Aufwickeln danach vorzugsweise fortgesetzt, und zwar über den Mittelabschnitt des Rohrs und über das Hülsenende des Rohrs aber nicht über das Kernende des Rohrs. Dieses nachfolgende Überwikkeln ergibt eine Verstärkungswicklung und wird durchgeführt mit einer Aufwickelganghöhe, die größer als die bei der Bildung der Rohrgewinde angewendete ursprüngliche Aufwickelganghöhe ist. Die Verstärkungswicklung überdeckt dabei die Rillen oder Gewindegänge auf der äußeren Oberfläche des Hülsenendes des Rohrs. Wie vorstehend erörtert, kann eine geringe Brückenbildung über die Gewindegänge auf der Außenfläche des Hülsenendes des Rohrs zugelassen werden, jedoch liegt diese Brückenbildung innerhalb annehmbarer Grenzen, sofern der Aufwickelwinkel der Verstärkungswicklung nicht zu klein ist. Daß das Kernende, des Rohrs nicht mit verstärkenden Fäden überwickelt wird, hat einen doppelten Grund. Zum einen würde das Außengewinde verschmiert und unscharf werden, so daß das Kernrohrgewinde gebrauchsunfähig werden könnte. Zum zweiten würde der Durchmesser des Kernendes des Rohrs so zunehmen, daß das Kernende nicht mehr in ein Hülsenende eines in der erläuterten Weise hergestellten Rohrs einschraubbar wäre.

Der bei dem Verfahren der Erfindung verwendete Dorn kann in irgendeiner geeigneten Weise ausgebildet sein. Der Dorn kann eine solche Ausbildung aufweisen, daß er vollständig aus dem darauf gebildeten Fadenwickelrohr entfernbar ist. In diesem Fall können beide Enden des Dorns gewindeartige Rillen zur BiI-

009886/1988

203393$

- .17 -

dung der Gewinde des Fadenwickelrohrs aufweisen. Normalerweise ist mindestens ein Endstück des Dorns gleitend von dem restlichen Teil des Dorns entfernbar, so daß die Teile des Dorns bequem aus den in dem Fadenwickelrohr erzeugten Gewinden herausgeschraubt werden können, nachdem das Fadenwickelrohr ausgehärtet worden ist. Ein aus mehreren Stücken gebildeter Dorn ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, wenn die Gewinde an den beiden Rohrenden zu gegenseitigem Eingriff ausgebildet sind. Wenn der gesamte Dorn zur Wiederverwendung vorgesehen ist, wird der gesamte Dorn zunächst mit einem klebverhindernden Trennmittel überzogen. Sofern das Kernende des Rohrs durch Ausfüllen bzw. Überdekken der inneren Gewindegänge am Rohrkernende mit einem Füllmaterial verstärkt werden soll, wird dies nach der Entfernung der Dornteile aus dem Fadenwickelrohr durchgeführt. In diesem Falle wird ein Füllmaterial, z.B. harzimprägnierte zerstückelte Glasfasern (strained glass) oder ein harzüberzogenes thermoplastisches Material , auf das Innere des Kernendes des Fadenwickelrohrs aufgetragen und die dabei gebildete Innenfläche geg^lättet, so daß sie in den Mittelabschnitt des Rohrs übergeht.

Nach einer abgewandelten Herstellungsweise wird ein Dorn verwendet, von dem ein Ende in das auf dem Dorn erzeugte Fadenwickelrohr einverleibt wird. In diesem Falle besteht das Kernende des Dorns aus einem entfernbaren Ring, der eine in Form eines Rohrgewindes gerillte äußere Oberfläche und eine glatte innere Oberfläche aufweist. Die Außenfläche dieses Rings wird nicht mit dem Trennmittel überzogen, das auf den restlichen Teil des Dorns aufgetragen wird. Wenn dann die harzimprägnierten Glasfaserfäden auf den Dorn aufgewickelt werden, verklebt der Ring mit diesen Fäden und wird somit als integraler Teil in das gebildete Fadenwickelrohr eingebaut. Eine derartige Ausbildung führt zu einer Verstärkung des Kernendes des Fadenwickelrohrs ohne irgendeinen nachgeschalteten Bearbeitungsgang nach dem Aushärten des erzeugten Rohrs. Bei dieser Ausführungsform des Rohrs wird der Rest des Dorns nach dem Aushärten aus dem Rohr entfernt und der Ring ist in das Fadenwickelrohr eingebaut.

009886/1988

Zur Herstellung der Ausführungsform des Rohrs, die als Verbindungsglied oder -hülse dient, sind nur geringfügige Abwandlungen der vorstehend erläuterten Arbeitsweise erforderlich. Es wird kein Kernstück des Dorns benötigt, sondern ein Dorn, bei dem zwei Stifte o.dgl. radial von dem Mittelteil des Dorns vorstehen, so daß während des Fadenaufwickelvorgangs die Fäden um diese Vorsprünge laufen und die öffnungen 15 und 16 in der Wandung des Fadenwickelrohrs, wie in der Figur 3 angedeutet, frei lassen. Diese öffnungen könnten auch nach der Rohrherstellung eingebohrt werden, jedoch wird hierdurch die Wand des Rohrs geschwächt. Weiterhin muß der Dorn eine um den Umfang laufende Kerbe aufweisen,, um den Kragen 17 des Rohrs 12 zu bilden. Der Kragen 17 wird einfach durch Verringerung des Durchmessers des Dorns an seinem gewindefreien Ende auf den Durchmesser der gewünschten öffnung erzeugt. Alle anderen Maßnahmen bei der Herstellung eines derartigen Fadenwickelrohrs stimmen mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen überein. Es ist klar, daß das Verfahren der Erfindung sowohl bei Rohren, die an beiden Enden Gewinde aufweisen, als auch bei Rohren, die nur an einem Ende mit einem Gewinde versehen sind, und genauso bei Rohren, die nur Kernenden, nur Hülsenenden oder ein Kernende und ein Hülsenende aufweisen, anwendbar ist. Als Glasfaserfäden und als Harze können bei dem Fadenwickelrohr der Erfindung und dem Verfahren zu seiner Herstellung die gleichen Materialien verwendet werden, wie sie gemeinhin auf dem Gebiet der Herstellung von Fadenwickelkörpern benutzt werden. Geeignete Harze sind z.B. Polyester-Styrol-Gemische und Epoxyharze.

Die eingangs erläuterten, vorzugsweise vorzusehenden Dichtungen an den Gewinden sind in der Figur 1 als Beispiel durch ringartige Dichtungen 28 bzw. 29 angedeutet.

Es ist klar, daß hinsichtlich der Ausbildung des Fadenwickelrohres und der Herstellungsmaßnahmen Abwandlungen der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

009886/1988

Claims

Patentansprüche

■ 1. Fadenwickelrohr mit Gewinde, dadurch gekennzeichnet, daß es Gewinde (U, 22) aus durchgehenden harzimprägnierten Glasfaserfäden (23), die spiralförmig mit einer Aufwickelganghöhe (W), die größer als die Gewindeganghöhe (P) ist, gewickelt sind und zur Bildung von Gewindegängen an dem Fadenwickelrohr (1) in ihrer radialen Lage in Bezug auf die Rohrachse alternierend steigen und fallen, aufweist.
2.) Verfahren zur Herstellung eines Fadenwickelrohres gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Dorn, der einen gewindefreien Mittelabschnitt und wenigstens ein in Form eines Rohrgewindes ausgebildetes Ende aufweist, mindestens teilweise mit einem klebverhindernden Trennmittel überzieht, auf den Dorn harzimprägnierte Glasfaserfäden spiralförmig mit einer AufwickelfeanghÖhe, die größer als die Rohrgewindeganghöhe ist, bis zur Ausbildung eines an einem oder beiden Enden Innen- und Außengewinde aufweisenden Fadenwickelrohres aufwickelt, die harzimprägnierten Fäden aushärtet und mindestens einen Teil des Dorns aus dem Fadenwickelrohr entfernt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fäden auf einen Dorn aufwickelt, der ein in Form eines Rohrgewindes ausgebildetes Ende von geringerem Durchmesser als das andere in Form eines Rohrgewindes ausgebildete Ende aufweist, hierdurch ein fadengewickeltes Kerngewinde am einen Ende des Dorns und ein fadengewickeltes Hülsengewinde am anderen Ende des Dorns bildet, und vor dem Aushärten zum Verstärken des Mittelabschnitts des Rohrs und Bedecken der Gewindegänge auf der Aussenflache des Hülsenendes des Rohrs das Fadenwickelrohr in seinem Mittelabschnitt und an seinem Hülsenende mit verstärkenden harzimprägnierten Glasfaserfäden in einer Verstärkungswicklung-Ganghöhe , die größer als die ursprüngliche Aufwickelganghöhe ist, überwickelt.

009886/1988

2(333936
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Aufwickeln den gesamten Dorn mit einem'klebverhindernden Trennmittel überzieht, nach dem Aushärten den gesamten Dorn aus dem Rohr entfernt, und nach der Entfernung des Dorns das Gewinde auf der Innenfläche des Kernendes des Fadenwickelrohrs mit einem verstärkenden, mi_tt dem Rohr bindenden Füllmaterial überdeckt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Dorn verwendet, dessen zur Bildung des fadengewickelten Kerngewindes dienendes Ende aus einem entfernbaren Ring mit einer in Form eines Rohrgewindes ausgebildeten äusseren Oberfläche und eher glatten inneren Oberfläche besteht, den Mittelabschnitt und das zur Bildung des Hülsenrohrgewindes dienende Ende des Dorns mit einem klebverhindernden Trennmittel überzieht, beim Aufwickeln der harzimprägnierten Glasfaserfäden eine Verklebung des Rings mit den Fäden zuläßt und nach dem Aufwickeln und Aushärten den Rest des Dorns aus dem Fadenwickelrohr entfernt aber den Ring eingebaut in dem Fadenwickelrohr läßt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Dorn, dessen Ende von kleinerem Durchmesser etwas nach aussen konisch verjüngt und dessen anderes Ende etwas nach aussen konisch erweitert ausgebildet ist, verwendet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Dorn, dessen gewindeförmig gerillte Enden so ausgebildet sind, daß die gewickelten Kern- und Hülsengewinde ineinander passen, verwendet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Dorn, dessen Rohrgewindegänge einen Flankenwinkel von mehr als 60° aufweisen, verwendet.

009886/1988
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Rohr mit einer Konizität von etwa 1 in 16 wickelt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Rohr wickelt, bei dem die innere Oberfläche des innersten Abschnitts des Hülsenendes radial einwärts abgeschrägt ist und in die innere Oberfläche des Mittelabschnitts des Rohrs übergeht, und ein Ring aus einen Dichtungsmaterial im Umfang um den innersten Abschnitt der inneren Oberfläche des Hülsenendes des Rohrs und ein Ring aus einem Dichtungsmaterial im Umfang um den innersten Abschnitt des ■Aussengewindes am Kernende des Rohrs liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Rohr, das an seinem einen Ende ein Innengewinde und im Bereich seines anderen Endes eine einen Kragen bildende verengte Öffnung sowie zwei durch die Wand des Rohrs führende Löcher im Bereich des mit dem Kragen versehenen Rohrendes aufweist und am Gewindeende zum Einschrauben eines Gewindekernendes eines weiteren Rohres und am anderen Ende zum Einsetzen eines weiteren Rohrschusses mit einem Durchmesser gleich der von dem Kragen gebildeten öffnung in das andere Ende und zum Einzementieren dieses Röhrschusses durch Zuführung eines Bindemittels durch eines der durch die Rohrwandung führenden Löcher ausgebildet ist, wickelt.

009886/1988