DE2342133A1

DE2342133A1 - Thermoelastisches, biegsames rohr und verfahren zum herstelen derartiger rohre

Info

Publication number: DE2342133A1
Application number: DE19732342133
Authority: DE
Inventors: Roderick Seton Anderson
Original assignee: ALENCO HILYN Ltd
Current assignee: ALENCO HILYN Ltd
Priority date: 1972-08-24
Filing date: 1973-08-21
Publication date: 1974-03-07
Also published as: ATA739873A; AU467929B2; ES418127A1; NL7311568A; AT335240B; IT1005229B; CH569566A5; IE39005B1; GB1441573A; JPS53118122U; CA992282A; FR2197141A1; JPS49132612A; AU5926273A; SE400504B; BE803821A; ZA735512B; IE39005L

Description

DlPL.-INC, HARRO GRALFS PATENTANWALT

33 BRAUNSCHWEIG

AM BORGERPARK 8 TELEFON (0531) 74798

13· August 1973 A 1454 - Al/Lie

Alenco Hilyn Limited Lockfield Avenue,,

Brimsdown, ENFIELD Middlesex, ENGLAND

Thermoelastisches, biegsames Rohr und Verfahren zum Herstellen derartiger Rohre

Die Erfindung bezieht sich auf ein biegsames, thermoplastisches Druckrohr sowie auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Rohres. Es sind Rohre für Hydraulikoder Luftleitungen bereits bekannt, die aus einem Innenrohr aus thermoplastischem. Material bestehen, das mit einer äußeren Verstärkung aus Drahtgeflecht oder Drähten versehen ist, die spiralförmig um das Rohr gewickelt sind, um dieses zu schützen und gleichzeitig die Biegsamkeit zu erhalten. Derartige Rohre hat man bisher so hergestellt, daß man das Geflecht über das starre Rohr gewickelt oder gewoben hat, wobei in der Praxis Nachteile auftraten.

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Beim Aufbringen der Draht verstärkung stellen sich unvermeidliche Fehler ein, die einen falschen Winkel der Wicklung und geringe Unterschiede in der Spannung der Drähte über die Länge des Rohres einschließen, und die einen vorzeitigen Bruch bewirken können, besonders dann, wenn Druckstöße im Rohr auftreten. Falsche Wicklungswinkel führen bei einem mit Geflecht oder Litze ujngebenen Rohr zum !Scheuern der Drahtfasern, während Unterschiede in der Spannung einen Bruch der stärker gespannten Drahtfasern durch umgleiche Lastverteilung zwischen den Drahtfasern begünstigen, wenn das Rohr unter Druck stent.

Ungenaue Winkel führen ferner zu einer übermäßigen "Dehnung oder Zusammenziehung über die Länge des Rohres, wenn dieses unter Druck gesetzt wird. Dies ist aber unerwünscht.

Es ist bereits bekannt, verstärkte* Rohre aus Gurniii herzustellen, bei denen auf einer Rohrlänge eine Textiilage angebracht wird, die dann während eines Vulkaniciervorgar.-.y: innerhalb eines äußeren, begrenzenden Rohres zu liegen kommt. Dieses Verfahren schließt also das Vukanisieren des Gummis ein und kann die Nachteile der falschen Wick rung swinkel und unterschiedlichen Spannungen, die eben erwähnt wurden, nicht vermeiden, weil sich das Rohr nicht frei ausdehnen kann.

Ziel der Erfindung sind ein Rohr und ein Verfahren zum Herstellen von Rohren, welche eine verbesserte Lebensdauer bei Druckstößen besitzen, weniger Längenänderung aufweisen, wenn sie unter Druck gesetzt werden, und bei denen die Wicklungswinkel und die Spannungen der Verstärkungsfasern gleichmäßiger sind.

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Gemäß der Erfindung bestellt bei einem Druckrohr, das aus einem thermoplastischen Rohr und einer äußeren Verstärkung in geflochtener oder spiralförmiger Gestalt besteht, die Verbesserung darin, daß das thermoplastische Rohr erweicht und nach außen gedehnt wird, wodurch es in das. Verstär- >\mgsmaterial eingedrückt wird, wobei die äußeren Teile des Rohres der inneren Oberflächenkontur der Verstärkung folpen und eine positive Verbindung damit über die gesamte Länge der Verstärkung bilden, und wobei das Rohr nach dem Abkühlen in diesem Zustand dauerhaft aushärtet.

Dabei wird vorzugsweise das thermoplastische Rohrmaterial der gesamten inneren Oberflächenkontur der Verstärkung folgen und die Zwischenräume der Verstärkung ausfüllen, wobei das Material sogar durch die Verstärkung hindurchtreten wird.

Bei einem Rohr gemäß der Erfindung steht das Geflecht oder eine, andere Vex'stärkung in direkter physikalischer Berührung mit dem thermoplastischen Rohr und ist mit diesem mechanisch sicher verbunden.

Durch die Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Herstellen eines verstärkten, thermoplastischen, biegsamen Druckrohres geschaffen, bei dem ein thermoplastischenes Rohr mit einer äußeren Verstärkung versehen und dann vorzugsweise von außen auf eine Temperatur über 6O⁰G aufgeheizt wird, während eine positive Druckdifferenz zwischen Innen- und Außenseite des Rohres aufgebracht wird, die eine Drehnung des Rohres in der Weise bewirkt, daß die Außenfläche des Rohres so deformiert v/ird, daß sie der Innenkontur der

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Verstärkung folgt, worauf unter Aufrechterhaltung der Druckdifferenz die Einrichtung gekühlt wird oder sich abkühlen kann. Der Innendruck, die Heizzeit und die Temperatur sind dem thermoplastischen Material derart angepaßt, das das gewünschte Ergebnis beim fertigen Rohr erhalten wird. Beispielsweise können die Bedingungen so gewählt sein, daß -das thermoplastische Material am größeren. Teil der nach innen weisenden Flächen der Verstärkung anliegt, oder es kann so verfahren werden, daß das Material durch die Verstärkung hindurchdringt oder in die Zwischenräume der Verstärkung eindringt. Als Verstärkung wird ein aus natürlichen oder synthetischen Textilfasern oder Draht bestehendes Geflecht verwendet oder eine spiralförmig gewiekelte Verstärkung, die während des Herstellungsverfahrens durch keinerlei starres Material behindert wird.

Anstelle eines auf die Innenseite des Rohres aufgebrachten Überdrucks zum Erzeugen der Druckdifferenz kann auch von außen ein Vakuum aufgebracht werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet es, die Verstärkung in das thermoplastische Rohr einzubetten und somit hierdurch abzustützen, wobei sich während der Herstellung das Geflecht unter Druck so verschiebt, daß sich die richtigen Winkel und gleichmäßigere. Spannungen einstellen, die besonders dann von Vorteil sind, wenn das Rohr unter Druckstößen betrieben wird.

Weil das thermoplastische Material durch das Abkühlen aushärtet, während es noch unter Druck steht, bildet sich die Außenfläche des thermoplastischen Rohres stets entsprechend der Innenkontur des Geflechts aus, so daß, wenn

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das Rohr im Betrieb unter Druck gesetzt wird, eine merkbare Verringerung der Dehnung erhalten wird, da das Rohr dauernd an den Innenflächen der Verstärkung anliegt.

Bei einem Rohr gemäß der Erfindung werden die fasern des Geflechts von innen abgestützt und daher in einem gewissen Haße zwangsweise durch das thermoplastische Material gehalten, so daß der Widerstand des Rohres gegen Knicken beträchtlich vergrößert wird.

Es kann ferner eine äußere ochicht vorgesehen werden, die das Geflecht abdeckt und möglicherweise damit verbunden ist. Diese öchicht kann beim Herstellen aufgebracht werden, während das Rohr sich im erweichten Zustand befindet, so daß eine Verbindung mit der Verstärkung hergestellt und diese eingekapselt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet es ferner, daß durch eine bestimmte Einstellung der Temperatur, bei der die Innenseite des Rohres erweicht wird,, der Innendruck dazu verwendet werden kann, eine genau kreisfönnige Bohrung zu erzeugen, und daß weiter durch geeignete Einstellung von Druck und Temperatur- der Innendurchmesser während der Herstellung genau dadurch eingestellt werden kann, daß das Rohr soweit .erweicht, x^ird, daß der Druck es dehnen kann.

Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt; sich leicht bei einem kontinuierlichen Herstellungsverfahren in der Weise anwenden, daß das thermoplastische Rohr und die Verstärkung kontinuierlich durch einen Ofen gezogen werden, wah-

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rend ein innerer Druck aufgebaut wird, worauf sich dann . die Einrichtung abkühlen kann, während der Druck aufrechterhalten wird.

Bei einem vorzugsweise anzuwendenden Verfahren, das als Beispiel genannt sei, wird ein thermoplastische;j Hehr verwendet, das mit einer aus natürlicher oder synthetischer Faser bestehenden Verstärkung versehen ist, die als Geflecht ausgebildet oder spiralförmig um das Rohr gewunden ist. An dem mit Verstärkung versehenen Rohr werden Endteile angebracht, worauf ein Innendyiruck - hydraulisch oder pneumatisch - aufgebracht wird. Das unter Druck stehende und mit der Verstärkung versehene Hohr wird dann durch einen Ofen bewegt, der auf eine Temperatur eingestellt ist, bei der die Außenseite des thermoplastischen Rohres erweicht oder schmilzt. Da das Rohr einem Innendruck ausgesetzt i.:t, wird es nach au3en gegen die Verstärkung gedruckt, wobei - \:enn die Außenseite dec Rohres erweicht oder schmilzt - das Katerial gegen und schließlich durch die Verstärkung gepreßt wird. Wenn man diesen Vorgang weiterlaufen läßt, wird das thermoplastische Material evtl. vollkommen durch die Verstärkung hindurchgedrückt, so daß sich ein-Leckweg bildet. Dos mit Verstärkung versehene Rohr wird daher im Ofen nur c-ciango •ehalten, bis die ^ewünschte Eindringtiefe erreicht ist. Jies läßt sich, üurch Einstellen der Durchlauf ge ε cixwir_äi :jkeit durch den Ufer, erreichen. Las Roxir kann. dann, anschließend unter Druck ^bküklen, um eine dauerhafte Ausiiärtun? des Materials zu erzielen.

Dieses Verfahren kann als erste otufe eines fortlaufender. Prozesses zum aufbringen einer äußeren UrJiülluri.-? &.urj ther-

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!.'op lac ti .och em- Katexäö.l ο del· Gummi auf das Rohr angewendet '•.•ex-icn. Ein Vorteil dieser Technik liegt darin, daß, weil Jie AuJi'eru'läclie den Rohres hex3 und geschmolzen XSt₁ wenn die Umhüllung aufgebracht wird, eine Verschweißung zwischen den Rohr und den Ijütihüllungsmaterial beim Zusammentreffen erhielt werden kann, so daß das Einkapseln der Verstärkung weiter verbessert wird. .

Während dei" entsprechenden Verfahrensabschnitte können Ivleb- oder Bindestoffe aufgebracht v;erden, um das Rohr und/oder das Umhullungsmatexaal mit der Verstärkung zu verbinden, falls dies erforderlich ist.

'Da das Rohr während des gesamten Verfahrens unter Druck gehalten wird,- und zwar auch beim Abkühlvorgang, härtet das Rohr bei Druck aus. Der Vorteil liegt darin, daß kleine Fehler, die beim Aufbringen der Verstärkung auf das Rohr auftreten können und die Wicklungswinkelfehler und kleine Unterschiede der Spannung der Fasern beinhalten, in weitem Maße dadurch korrigiert werden, daß, während das Rohr unter Druck steht und das Material sich in einem halbgeschmolzenen Zustand befindet, die unbehinderten Fasern sieh in eine optimale Lage verschieben können, in der sie beim Abkühlen des Rohres durch das thermoplastische Material festgehalten werden. Dies wird dadurch erreicht, daß während des Verfahrens jede starre und unnachgiebige Abstützung um die Verstärkung herum vermieden wird.

Die erwähnten Fehler können einen vorzeitigen Bruch des Rohres bei stoßhaften Druckbedingungen hervorrufen. Falsche

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Wicklungswinkel führen zum Scheuern bei als Geflecht aufgebrachter Verstärkung, während Unterschiede in der Spannung der Fasern, frühzeitigen Bruch der gespannten Fasern infolge ungleicher Belastung der Fasern verursachen, wenn das Rohr unter Druck steht.

Fehlerhafte Winkel führen bei unter Drack gesetztem Rohr ferner zu übermäßiger Dehnung oder Zusammenziehung des Rohres in der Länge.

Mit Hilfe des Verfahrens gemäß der Erfindung wird ein Rohr geschaffen, das den Vorteil der "Imprägnierung" aufweist.und unter Druckbelastung ausgehärtet ist, so daß eine verbesserte Lebensdauer bei Druckstoßbelastung und nur sehr geringe Längenänderungen unter Druckbelastung erhalten werden.

Flexible thermoplastische Materialien zum Herstellen des Rohres können beispielsweise Polyolefine, Polyamide, plastiziertes Polyvinylchlorid, Polyester oder Polytetrafluoräthylen sein. Die Verstärkung kann als eine einfache oder mehrfache Schicht von Geflecht oder dergleichen ausgebildet sein, wobei bei mehreren Schichten diese durch thermoplastisches Material getrennt sein können.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht und wird nachstehend erläutert.

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch ein Rohr und die Verstärkung vor dem Erwärmen.

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Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach dem Erwärmen und Unterdrucksetzen des Rohres und läßt das "Imprägnieren" des Verstärkungsgeflechts erkennen,

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch ein Rohr mit einem "Vollständig ummantelten Verstärkungsgejlecht nach dem Aufbringen eines Umhüllungsmaterials.

Als Beispiel soll jetzt die Herstellung eines Rohres gemäß der Erfindung erläutert werden. Rohrmaterial aus einem Polyester mit einem Erweichungspunkt von 180⁰O und einer,Wanddickeprm. (0.040") wurde mit einem Geflecht aus messingplattiertem Stahldraht von 0,3 mm (0.012") Dicke und mit einer Zugfestigkeit von

24 000 Kp/cm versehen und anschließend mit einem Innendruck von 140 kp/cm durch einen auf 400⁰O aufgeheizten Ofen von 1,80m Länge mit einer Geschwindigkeit von 3 m/min bewegt· Beim Verlassen des Ofens wurde das Rohr durch eine Querkopf-Ziehform geleitet, wo eine äußere Umhüllung aus geschmolzenem Kunststoff über dem Geflecht extrudiert wurde. Anschließend wurde das Rohr durch ein Wasserbad bewegt, um eine Abkühlung auf .eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des Innenrohrmaterials und des Umhüllungsmaterials zu erreichen, worauf dann das Rohr auf natürliche Weise bis auf Raumtemperatur abkühlen konnte, während der Innen-

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druck von 140 kp/cm aufrechterhalten wurde.

Die beiliegende Zeichnung ζβίφ einen Schnitt durch das Rohr und läßt das Eindringen des Rohrmaterials in das Geflecht erkennen. ' ■

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Wie in Fig. 1 dargestellt, ist ein thezmaplastisch.es
Rohr 1 mit einem geflochtenen Überzug 2 versehen. Nachdem im Inneren des Rohres ein Druck aufgebracht und das Rohr im Ofen erhitzt wurde, dringt das thermoplastische Material durch das Geflecht bei 3 hindurch, wie in
Fig. 2 gezeigt, wobei die Innenfläche des Geflechts
überzogen wird und die Zwischenräume ausgefüllt werden. Während eich das Rohr noch im geschmolzenen Zustand befindet, wird eine äußere Umhüllung 4 aufgebracht, die
sich mit dem Rohr 1 verbindet, so daß das Geflecht eingekapselt wird, wie es Fig. 3 erkennen läßt.

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Patentanspruch

1. Druckrohr, bestehend aus einem thermoplastischen Rohr und einer äußeren Verstärkung in geflochtener oder spiralförmiger Form, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Hohr (1) in der Weise erweicht und nach außen gedehnt ist, daß es mit der äußeren Rohr oberfläche der inneren Oberflächenkontur der Verstärkung (2) folgend in das Yerstärkungsgeflecht eingepreßt ist und mit diesem über die gesamte länge der Verstärkung eine zwangsweise Verbindung bildet, und daß das Rohr in-diesem Zustand nach dem Abkühlen dauerhaft ausgehärtet ist.

2. Druckrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des thermoplastischen Rohrs (1) der gesamten inneren Oberf lüchenkontur der Verstärkung (2) folgt.

3. Druckrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material die Zwischenräume des Geflechts ausfüllt und das Geflecht durchdringt.

4. Druckrohr nach Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Schichten Verstärkungsmaterial vorgeselien sind, die je durch thermoplastisches Material voneinander getrennt sind.

5. Druckrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material ein Polyolefin, Polyamid, Polyvinylchlorid, Polyester oder Polytetrafluorethylen aufwexst.

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ί öwVerfaiiren zum Herstellen eines biegsamen, verstärkten thermoplastischen Druckrohres, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermoplastisches Rohr (1) mit einer äußeren Verstärkung (2) in geflochtener oder spiraliger Form versehen wird, daß das Rohr und die Verstärkung zum Erweichen wenigstens der äußeren Oberfläche des Rohres auf eine Temperatur oberhalb von 60⁰O erhitzt wird, daß eine g- Druckdifferenz zwischen Innen- und Außenseite des Rohres aufgebracht wird, um eine Dehnung in der Weise zu erzielen, daß die Außenfläche des Rohres derart deformiert wird, daß sie der Innenkontur der Verstärkung folgt, und daß dann unter Beibehaltung der Druckdifferenz die Einrichtung abgekühlt wird oder sich abkühlen kann, um eine dauerhafte Aushärtung des Rohres im deformierten Zustand zu erzielen.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Rohres dem Druck ausgesetzt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Verstärkung (2) versehene und unter Druck stehende Rohr (1) kontinuierlich durch einen Ofen bei einer Temperatur und für eine Zeitdauer bewegt wird, die ausreichen, wenigstens die äußeren Oberflächenteile des thermoplastischen Rohres zu erweichen oder zu schmelzen.

9· Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine solche Einstellung von Druck, Temperatur und Heizzeit, daß die Verstärkung vom thermoplastischen Rohr durchdrungen wird.

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10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Austritt aus dem Ofen auf Rohr (1) und Verstärkung (2) eine äußere Umhüllung (4-) aufgebracht wird, vorzugsweise ein thermoplastisches Material, das durch Strangpressen aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die Umhüllung (4-) vor dem Abkühlen aufgebracht wird und durch Sehweißung mit dem geschmolzenen oder erweichten thermoplastischen Rohrmaterial (1) verbunden wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Schichten der Verstärkung aufgebracht werden, die je durch therm/oplastisches Material voneinander getrennt sind.

13· Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druck angewendet wird, der im wesentlichen dem Auslegungsbetriebsdruck des Rohres gleich ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Temperatur und Heizzeit derart gesteuert werden, daß das gesamte Rohrmaterial erweicht wird, und daß der Druck so eingestellt wird, daß eine Dehnung der Bohrung in der Weise erreicht wird, daß eine genau kreisrunde Bohrung erhalten wird oder daß der Durchmesser der Bohrung vor dem Abkühlen auf eine vorbestimmte Größe gebracht wird.

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