DE2252164A1

DE2252164A1 - Metallrohr mit einer auskleidung aus glas oder kunststoff und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2252164A1
Application number: DE19722252164
Authority: DE
Inventors: Ernest Frederick Dawes
Original assignee: SGE RES Pty Ltd
Current assignee: SGE RES Pty Ltd
Priority date: 1971-10-28
Filing date: 1972-10-25
Publication date: 1973-05-03
Also published as: IT970033B; DE2252164C2; GB1411818A; JPS4875676A; NL7214131A; CH557497A; FR2158980A5

Description

Patentanwälte DiPL.-iNG. WERNER FREISCHEM

. ILSE FREISCHEM

5000 KÖLN 1 HEUMARKT 50 TELEFON: (02 21) 23 58

S 90 Pa 72/1

SGE RESEARCH PROPRIETÄRE LIMITES an AUSTRALIAN COMPANY 1-3 BAILLIE STREET NORTH, MELBOURNE, VICTORIA, AUSTRALIA

Metallrohr mit einer Auskleidung aus Glas oder Kunststoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Pie Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen von Rohren und insbesondere - wenn auch nicht ausschließlich - auf das Auskleiden von Metallrohren mit Glas oder Kunststoffmaterial. Feinkalibrige Rohre aus Glas, und Metall werden in vielerlei Instrumenten und Apparaten verwendet, die in der chemischen und biochemischen Forschung, in Rohrleitungssystemen für Flüssigkeiten und in der chemischen Industrie benutzt werden« Bis heute haben die Instrumente und Apparate, welche feinkalibrierte Glasrohre enthalten, Nachteile, welche mit der Zerbrechlichkeit der Rohre verbunden sind. Diese Nachteile schließen die Probleme ein, die sich aus dem Schutz von'Eingangs- und Ausgangsleitungen, die aus derartigen Rohren erstellt sind und der Notwendigkeit, wegen der Empfindlichkeit der Glasrohre hochqualifizierte Fachleute zum Aufbau derartiger Einrichtungen einzusetzen, ergeben·

Bei einigen Instrumenten und Apparaten z»B. jenen, welche in

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der biochemischen Forschung zur Untersuchung von steroiden Verbindungen benötigt werden, ist es von ausschlaggebender Bedeutung, daß die Proben nicht in Kontakt kommen mit Metallen. Deshalb kommen in solchen Instrumenten und Apparaten, bei denen die Rohrleitungen in direkten Kontakt mit dem zu untersuchenden Stoff kommen, nur Glas- oder Plastikrohre infrage. Ebenso müssen alle Ein- und Ausgänge sowie die Zwischenverbindungen aus Glas oder inertem Kunststoff wie Polytetrafluorethylen gemacht sein. Die Schwierigkeiten und der Zeitaufwand, die mit der Errichtung derartiger Anlagen verbunden sind, schränken deren Wert und Anwendungsmöglichkeit sehr stark ein.

Ein weiterer Nachteil von Glasröhren mit kleinem Durchmesser ist die Schwierigkeit, zwei Rohre so miteinander zu verbinden, daß die Verbindung hohen inneren Drücken standhält. Deshalb werden in Instrumenten, in Rohrleitungssystemen und in chemischen Anlagen vielfach Metallrohre verwendet. Rohrleitungen aus Metall haben jedoch den Nachteil, daß sie der Korrosion ausgesetzt sind und die in ihr geleiteten Flüssigkeiten verunreinigen. Ferner können Metallrohrleitungen Absorptionen hervorrufen oder bei einigen Chemikalien als Katalysator wirken, so daß die Anwendung von Metallrohren den Gebrauch damit ausgerüsteter Apparate einschränkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. Rohre zu schaffen, welche die vorerwähnten Nachteile vermeiden .

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Diese Aufgabe wird durch ein ausgekleidetes Metallrohr gelöst, das sich zusammensetzt aus einem äußeren Metallrohr und einem inneren Auskleidungsrohr, das im wesentlichen über seine ganze Oberfläche mit dem äußeren Metallrohr fest verbunden ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung dieser Rohre anzugeben. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Auskleidungsrohr in das Metallrohr eingeführt und die Außenseite des Auskleidungsrohres mit der Innenseite des Metallrohres zu einem einheitlichen Rohr verbunden wird.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung besteht das Auekleidungsrohr aus einem Glasrohr, das einen inneren Durchmesser von 0,25 bis 0,5 mm und einen Außendurchmesser voA ungefähr 1 mm hat. Dieses Glasrohr ist zumindest auf einer Seite Eugeschmolzen und wird in ein Rohr aus rostfreiem Stahl eingeführt, welches mit einer Masse von Zinkphosphat gefüllt ist. Wenn das Glasrohr in das Metallrohr eingeführt ist, ist es bis zum Eintritt mit Zement bedeckt. Der größte Teil des Zinkphosphat-Zements im Metallrohr wird auf der anderen Seite des Metallrohres herausgedrückt, wenn das Glasrohr eingesetzt wird. Der verbleibende Teil des Zinkphosphatzementes füllt jedoch den Zwischenraum zwischen den beiden Rohren vollständig aus und bildet ein Bindemittel zwischen dem Glasrohr und dem Rohr aus rostfreiem Stahl.

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Wenn der Zement abgebunden hat, wird das zugeschmolzene Ende des Glasrohres, das aus dem Metallrohr hervorragt, entfernt, um den Durchgang zu öffnen.

Bei einer anderen Ausführung der Erfindung wird das Rohr mit Auskleidung dadurch hergestellt, daß das Glasrohr unmittelbar mit dem äußeren Metallrohr verbunden wird. Als Material für das Metallrohr wird ein Metall gewählt, dessen Ausdehnungskoeffizient gleich oder höher als der des Glases ist. Als Glassorten kommen infrage: Kalknatronglas, Bleiglas oder Bariumsilikatglas. Es könnten aber auch noch andere Glassorten infrage kommen.

Zur Herstellung eines derartigen Glas-Metall-Verbundrohres müssen sowohl Glas als auch Metallrohr sorgfältig gereinigt und getrocknet werden sowie alle Oxydationsspuren und Unreinheiten in üblicher Weise entfernt werden. Das eine Ende des Glasrohres wird sodann in ein Metallrohr eingeführt. Beide werden dann durch einen Gas- oder sonstigen Brenner erhitzt. Während des Aufheizvorganges entsteht im Innern des auf der einen Seite zugeschmolzenen Glasrohres ein Gasüberdruck, welcher die Glaswand gegen die Innenwand des äußeren Metallrohres drückt Die Aufheiztemperatur wird so eingestellt, daß sich das Glas gerade mit dem Metall verbindet und danach das Rohr wieder abgekühlt. Während des Abkühlvorganges zieht sich das Metall mehr als das Glas zusammen, was zu einer Vorspannung im Glasrohr führt. Diese vergrößert die Festigkeit des Glasrohres und

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seine Widerstandsfähigkeit gegen Zerstörung durch Hitzeschocks und mechanische Vibrationen oder ähnliches. Während des Aufheizvorganges wird der Gasbrenner in den beiden zu verbindenden konzentrischen Rohren entlanggeführt. Das Anlegen des inneren Glasrohres an das äußere Metallrohr und das Verbinden der beiden geschieht dann entsprechend dem Portschreiten des Gasbrenners. Vorhandene Lufteinschlüsse zwischen Glasröhre und Metallrohr werden ebenfalls mit Fortschreiten des Brenners ausge trieben, so daß das fertige Verbundrohr im wesentlichen frei von Lufteinschlüssen ist. Verbundrohre können entweder in einzelner oder in kontinuierlicher Fertigung hergestellt werden. Die maximale Länge der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundrohre wird lediglich begrenzt durch die begrenzten technischen Möglichkeiten, Rohre ineinanderzuschieben. Verbundrohre nach der vorliegenden Erfindung sind sehr geeignet für die Verbindung mit anderen kleinkalibrigen Glasrohren, wie sie z.B. in Gas-Chromatographen und ähnlichen Instrumenten gebraucht werden. Die Verbindung kann durch Gewindekupplungsstücke mit Silicon-AbdichtungsringeM hergestellt werden, welche relativ hohen Temperaturen widerstehen können. Bei einer anderen Verbindungsart wird ein gedehntes Teflonband um die Glasröhre gewickelt, um eine Abdichtung zu bilden. Es ' wird dann auch eine Dichtung aus rostfreiem Stahl, eine Feder und ein Schraubverbindungsstück benötigt, um die Verbindung zwischen der Glasröhre und der Glasverbundröhre nach der vorliegenden Erfindung herzustellen. Geeignete Verblndungsf!ansehe

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-Bunde oder ähnliches können an das äußere Metallrohr dee Verbundrohres hart oder welch angelötet oder mittels Klebstoffe z.B. Epoxydharzen befestigt werden.

Das Verbundrohr nach der vorliegenden Erfindung, das beispielsweise an den Ausgang eines Gas-Chromatographen angeschlossen wird, kann durch eine Widerstands-Induktions- oder ein« ander« Heizung beheizt werden, um ein durch das Glasrohr fließendes Material auf höhere Temperatur zu bringen. In einem chromatographischen Instrument 1st es nämlich wesentlich, daß kleine Toträume In der Glassäule und in den Verbindungen dazu aufrecht erhalten werden, um eine Mischung von wesentlichen Bestandteilen des analysierten Gases nach dem Passleren durch den Chromatographen zu verhindern. Ein Rohr nach der vorliegenden Erfindung ist deshalb für Anwendungen in diesen Instrumenten besonders geeignet.

Andere Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Rohres sind Durchströmungsleitungen an Instrumenten, Flüssigkeits-Chromatographen einschließlich Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographen und anderen Apparaten der chemischen Forschung und der chemischen Anlagen. Die Erfindung ist ebenso brauchbar bei der Herstellung elektrischer Geräte, beispielsweise Instrumenten, die eine isolierte Elektrode oder ähnliches enthalten. Ferner können die erfindungsgemäßen Rohre überall dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo verstärkte Glasrohre

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oder Metallrohre mit Glasauskleidung gewünscht werden. Ihre Widerstandsfähigkeit gegen unsachgemäße Behandlung macht es möglich, daß aus ihnen Rohrleitungssysteme durch wenig qualifiziertes Personal aufgebaut werden können.

Die vorliegende Erfindung ist speziell anwendbar für Glas- oder Kunststoffrohre mit einen Innendurchmesser zwischen 0,25 mm und 2 mm, obgleich aber auch Rohre mit einem größeren Durchmesser entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können.

Um die Erfindung besser verständlich zu machen und sie in eine praktische Form zu übertragen, werden nun zwei Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Glasrohres, das in ein Metallrohr eingeschoben ist während der Herstellung eines Verbundrohres ,

Fig. 2 einen Längsschnitt ähnlich dem von Fig. 1, der außerdem den Erhitzungsvorgang und das Anlegen des inneren Glasrohres an das äußere Metallrohr zeigt,

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Glasrohr mittels Zement mit dem äußeren Metall-

rohr verbunden wird,
Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch ein Verbundrohr, bei dem

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das innere Glasrohr mittels Zement mit dem äußeren Metall rohr verbunden ist.

Die Figuren 1 und 2 der Zeichnung veranschaulichen ein Verfahren zum Herstellen eines Glas-Metall-Verbundrohres durch unmittelbare Verbindung eines inneren Glasrohres 11 mit einem äußeren Metallrohr 12. Das Glasrohr 11 ist auf einer Seite bei 14 zugeschmolzen und wird in das Metallrohr 12 eingeschoben, das gemäß Fig. 1 in einer vertikalen Lage gehalten wird. Der Außendurchmesser des Glasrohres ist kleiner als der Innendurchmesser des Metallrohres 12, so daß ein ringförmiger Spalt 17 zwischen beiden Rohren entsteht. Ein Hohlzylinder 15 ist am oberen Ende des Metallrohres 12 mittels einer Sicke bzw. einer Eindrückung 16 befestigt. Dieser Hohlzylinder 15 bildet den Anschlag für die Glasröhre 11 und zentriert außerdem die Glasröhre 11 innerhalb des Metallrohres 12. Der ringförmige Zwischenraum 17 zwischen Metallrohr 12 und Glasrohr 11 wird am unteren Ende des Metallrohres 12 durch einen Dichtungsring oder eine Dichtungsmasse 18 abgedichtet.

Das untere Ende des Glasrohres 11 ist mit einer Gasdruckleitung verbunden, welche den Innenraum des am oberen Ende zugeschmolzenen Glasrohres 11 unter Druck setzt, so, daß sich im nachfolgenden Verfahrensschritt die Wandung des Glasrohres an die Innenwandung des Metallrohres anlegt.

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Das Metallrohr 12 wird dann mit Hilfe eines ringförmigen Gas- · brenners 21, der eine Vielzahl von radial gerichteten Brennerdüsen besitzt, aufgeheizt. Die Düsen 22 sind zunächst auf den unteren Teil des Metallrohres 12 gerichtet. Der ringförmige Gasbrenner 21 wird dann langsam aufwärts an dem Metallrohr entlang geführt.

Das Metallrohr 12 gibt die Hitze an das Glasrohr 11 weiter. Sobald dieses bei entsprechender Temperatur anfängt weich zu werden, drückt der innere Gasdruck das Glasrohr gegen die innere Wandung des Metallrohres 12. Die Aufwärtsbewegung des Gasbrenners entlang des Metallrohres 12 verursacht ein in gleichem Maße fortschreitendes Anlegen des Glasrohres 11 an die Innenwandung des Metallrohres 12, wie in Fig. 2 geneigt wird. Beim Anlegen des Glasrohres 11 an die hocherhitzt© Inaenwandung des Metallrohres 12 erfolgt eine innige Verbindung zwischen beiden Rohren. Wenn der ringförmige Gasbrenner 21 das obere Ende des Metallrohres 12 erreicht hat, wird eine axiale aufwärtsgerichtete Ausdehnung des zugeschweißten Endes des Glasrohres 11 durch den Hohlzylinder 15 verhindert* Abhängig vom Grad der Erhitzung sowie der Dicke des Glases verursacht der innere Gasdruck ein Abspringen des zugeschmolzenen Endes des Glasrohres, wenn der Gasbrenner 21 das Rohr am ^geschweißten Ende erhitzt.

In gewissen Anwendungsfällen von Ghs-Metall-V@rbundrohrleitungen

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ist es sehr wesentlich, daß die Rohrleitung relativ robust ist und in der Lage ist, den Belastungen und Unbilden normaler Behandlung standzuhalten. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Rohre, bei denen das Metall einen größeren Ausdehnungskoeffizient aufweist, als das ausgesuchte Glas, verursacht das Abkühlen ein stärkeres Zusammenziehen des Metallrohres 12 und damit eine Vorspannung im Glas des Glasrohres 11. Dadurch wird das Glasrohr höher beanspruchbar.

Bei einer weiteren Aus f (ihr ungs form der Erfindung ,welche in Fig. 3 und 4 gezeigt wird, erfolgt die Herstellung eines Glas-Metall-Verbundrohres durch Verbinden eines Glasrohres 26 mit der Innenwandung 27 eines Metallrohres 28 mit Hilfe von Zement 29 wie Zinkphosphat. Bei dieser Ausführungsform wird die Zementmasse 29 auf einer Seite des Metallrohres 28 eingefüllt.

Das Glasrohr 26, welches mit Passung in das Metallrohr 28 eingeschoben werden kann, ist auf einer Seite bei 31 zugeschmolzen Das Glasrohr 26 wird mit dem zugeschmolzenen Ende von Hand in das Metallrohr eingeschoben, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Beim Einschieben des Glasrohres in das Metallrohr 28 bildet sich auf der ganzen Länge des Glasrohres ein Zementfilm, welcher den Zwischenraum zwischen Glasrohr und Metallrohr vollständig ausfüllt. Der überschüssige Zement wird auf der anderen Seite des Metallrohres 28 wieder herausgedrückt. Wenn

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der Zement abgebunden hat, wird das zugeschmolzene Ende des Glasrohres abgeschlagen und damit das Kaliber des Rohres wieder geöffnet.

Bei der beschriebenen Ausführungsform kann das Metallrohr aus rostfreiem Stahl bestehen und das Glasrohr aus Kalknatronglas, Bleiglas oder Bariumsilikatglas. Sowohl das Glas- als auch das Metallrohr müssen sorgfältig gereinigt und getrocknet sowie von allen Oxydationsspuren und Unreinheiten befreit werden, bevor mit der Herstellung des Verbundrohres begonnen werden kann.

Obwohl die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sich auf Glasrohre als Auskleidungsrohre für das äußere Metallrohr beziehen, ist es natürlich denkbar, daß auch Rohre aus Kunststoff wie Polytetrafluorethylen als Auskleidungsrohr Anwendung finden können.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Iy Ausgekleidetes Metallrohr, dadurch gekennzeichnet, daß in das Metallrohr (12,28) ein inneres Auskleidungsrohr (11,26) eingesetzt ist, das im wesentlichen auf seiner ganzen Oberfläche mit dem äußeren Metallrohr zu einer Einheit verbunden ist.
2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Auskleidungsrohr aus Glas besteht, welches unter Hitzeeinwirkung mit dem Metallrohr verbunden ist.
3. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Auskleldungsrohr aus Glas besteht, welches mittels Zement mit dem Metallrohr verbunden ist.
4. Rohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Zement aus Zinkphosphat besteht.
5. Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der lichte Durchmesser des Rohres zwischen 0,25 und 2 mm liegt.
6. Verfahren zur Herstellung von Rohren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß
ein Auskleidungsrohr in ein Metallrohr eingeführt und die
Außenseite des Auskleidungsrohres mit der Innenseite des Metall-

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- 13 rohres zu einem einheitlichen Rohr verbunden wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auskleidungsrohr &ös einem Material, das unter Temperatureinwirkung plastisch wird, in ein Metallrohr eingeschoben wird, daß dieses Auskleidungsrohr auf eine Temperatur gebracht wird, bei der das Material plastisch wird und daß ferner das Innere des Auskleidungsrohres unter Druck gesetzt wird, welcher eine Ausdehnung des Auskleidungsrohres bewirkt, so daß sich dessen Wandung an die Innenwandung des Metallzylinders anlegt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichn e t , daß das Metallrohr von einem Ende beginnend bis zum anderen fortschreitend erhitzt wird und dadurch ein ebenso fortschreitendes Aufweichen und Ausdehnen des Auskleidungszylinders bewirkt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche β bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß ein feinkalibriertes Glasrohr in ein Metallrohr eingeschoben und wenigstens auf einer Seite zugeschmolzen wird, daß das Metallrohr aufgeheizt wird, bis das innere Glasrohr plastisch ist und daß das Innere des Glasrohres unter Druck gesetzt wird, derart, daß dieser die durch die Hitze aufgeweichte Wandung gegen die Innenwandung des Metallrohres drückt und daß das dabei entstandene Verbundrohr abgekühlt wird.

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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an einem Ende des Metallrohres eine Vorrichtung vorgesehen 1st, welche eine axiale Ausdehnung des Glasrohres aus dem Metallrohr verhindert.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 1o# dadurch gekennzeichnet , daß das Metallrohr fortschreitend von einem Ende bis zum anderen aufgeheizt wird und dadurch ein ebenso fortschreitendes Aufweichen und Ausdehnen des Inneren Glasrohres bewirkt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet ,daß das Glasrohr durch Anschluß an eine Gas- oder Dampfdruckleitung unter Druck gesetzt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Auskleidungerohr durch mindestens einen Ring aus Dichtungsmaterial Innerhalb des Metallrohres axial ausgerichtet wird, welcher das Auskleidungsrohr umgibt und mit einem Ende des Metallrohres verbunden 1st.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß das Metallrohr einen größeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das Auskleidungsrohr, so daß das Zusammenziehen des Metallrohres beim Abkühlen des Verbundrohres im Auskleidungsrohr eine Vorspannung erzeugt.

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