DE3943189C2 - Verfahren zur Herstellung von Rohrwendeln - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Rohrwendeln

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohrwendeln aus thermoplatisch verarbeitbaren Polymeren, wobei ein extrudiertes Rohr in kaltem Zustand, vorzugsweise bei Raumtemperatur, um einen Dorn gewickelt und dabei mit seiner Längsachse ca. rechtwinklig zur Wendelachse angeordnet wird und nachfolgend einer Thermofixierung unterzogen wird, sowie Rohrwendeln bestehend aus einem extrudierten Rohr aus thermoplatischen Polymeren, das in Form einer Wendel gewickelt und thermofixiert ist.
Derartige druckfeste biegeelastische Rohrwendeln werden verwendet zum Leiten eines Druckmittels. Die Rohrwendeln zum Leiten von unter Druck stehenden Medien werden häufig an pneumatischen Geräten in der Industrie benötigt, insbesondere für Lastkraftwagen oder Zugkombinationen als flexible Verbindungen zwischen Zug- und/oder Anhängerwagen. Bei Verwendung derartiger biege- und zugelastischer Rohrwendeln ist es nicht erforderlich, Haspeln, Gegengewichte oder dergleichen zum Einrollen oder Verstauen der benötigten Rohrlänge einzusetzen.
Verfahren zur Herstellung von Rohrwendeln durch nachträgliche Formgebung durch Wickeln und Thermofixierung sind beispielsweise aus der US 3 021 871 und der US 3 245 431 sowie der GB 1 518 424 bekannt. Das Rückstellverhalten nach derartigen Verfahren hergestellter Wendeln ist aber ungenügend. Ferner ist es bekannt, das Rückstellvermögen von Rohrwendeln durch mehrschichtigen Aufbau oder durch den Einsatz mehrerer Polymerkomponenten zu verbessern. Polymermodifikationen sind jedoch für die Herstellung von Rohrwendeln für Sicherheitsteile und für Druckluftbremsanlagen nicht zugelassen, insbesondere wenn die Rohrwendeln mit extrahierend wirkenden Medien wie Treibstoffen, Schmier- und Hydraulikölen, Lacken und Lösungsmitteln sowie mit UV-Strahlung und Wärme in Verbindung kommen, die die Rohrwendeln verspröden können.
Überdies ist es bei der Herstellung drallfreier Drahtwendeln bekannt (DE 31 38 021 C2) den Verformungsdrall nach dem Fixieren durch einen zusätzlichen koaxial aufgebrachten Drall, der die Wendelwindungen verengt, zu kompensieren.
Ebenso ist es bekannt (DE 29 40 052 C2) den durch die Verformung eines Kunststoffprofils zur Wendel ausgelösten Drall nach dem Fixieren durch eine koaxiale Drehbewegung zu vermindern, die entgegengesetzt zu der Drehrichtung der gebildeten Windungen gerichtet ist.
Diese bekannten Verfahren sind für die Herstellung von Rohren mit größeren Wandstärken aus steifen Polymeren wenig geeignet.
Die Anforderung an die Werkstoffe für Rohrwendeln für Druckluftbremsanlagen aus Polyamid sind in der DIN 74 323 und in der SAE J 844 angegeben. Für das Rückstellverhalten R wird in der DIN 74 323 die Länge lo ungespanntem Zustand mit der Länge ls in gespanntem Zustand verglichen. Gespannt wird die Rohrwendel nach DIN 74 323 während 60 Sekunden mit einer Auszugskraft von maximal 50 N zu einer Länge von 5 m und die Länge ls wird 5 Minuten nach Entlastung gemessen. Der Rückstellfaktor R berechnet sich dann gemäß der Gleichung:
wobei a und b die Anschlußlängen bis zur Wendel sind.
Die mit den bekannten Verfahren hergestellten Rohrwendeln weisen keine zufriedenstellende Rückstellfaktoren R auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Rohrwendeln und Rohrwendeln aus thermoplastisch verarbeitbaren Polymeren zu schaffen, die ein hohes Rückstellvermögen, das heißt einen kleinen Rückstellfaktor R aufweisen, und die speziell für den industriellen Einsatz und die Verwendung in Druckluftbremsanlagen geeignet sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rohr bei seiner Zufühung zum Aufwickeln auf den Dorn, in Zuführrichtung gesehen, um seine Längsachse in einer Drehrichung entgegen der Drehrichtung der sich bildenden Wendel verdreht wird und zwar bevor es der Thermofixierung unterzogen wird.
Wenn die Drehrichtung der sich bildenden Wendel diejenige einer Schraube mit Rechtsgewinde, d. h. eine Rechtsdrehung ist, dann wird das Rohr bei seiner Zuführung zum Aufwickeln in Zuführrichtung gesehen mit der Drehrichtung einer Linksschraube, d. h. einer Linksdrehung verdreht. Umgekehrt, wenn die Drehrichtung der sich bildenden Wendel eine Linksdrehung ist, dann wird das Rohr bei seiner Zuführung zum Aufwickeln in Zuführrichtung gesehen mit einer Rechtsdrehung verdreht.
Erfindungsgemäße Rohrwendeln aus Rohren aus thermoplastisch verarbeitbaren Polymeren, die nach der Extrusion vor oder gleichzeitig mit dem Wickeln in kaltem Zustand um die Rohrachse verdreht werden, zeigen, daß die eingebrachte Verdrehspannung nach dem anschließenden Thermofixieren nicht vollständig verlorengeht. Die sich bei derartigen Rohrwendeln ergebende Rückstellkraft hängt ab von dem Verdrehungswinkel. Vorzugsweise erfolgt die Verdrehung pro Windung um einen Winkel von mehr als 5°, beispielsweise von mehr als 45° und insbesondere zwischen 180° und 360°. Ein Rückstellfaktor R von 1,8 läßt sich bei Rohrwendeln aus Polyamid 12 beispielsweise mit einem Verdrehwinkel von 45° ±10° erreichen. Für Werte des Rückstellfaktors R von weniger als 1,5, insbesondere für weniger als 1,35 und besonders bevorzugt von 1,2, werden materialabhängig steigende Verdrehwinkel bis 360° pro Wendel wirksam.
Die Abmessung des extrudierten, unverdrehten Rohrstranges, beispielsweise der lichte Durchmesser und die Wandstärke, sind, abhängig vom Verwendungszweck, durch Normen festgelegt. Die Wandstärke richtet sich dabei nach dem aufzunehmenden Druckmittel und dem Innendruck. Im allgemeinen weisen derartige Rohrwendeln einen Innendurchmesser von 2-26 mm, vorzugsweise von 4-18 mm und eine mittlere Wandstärke von 0,2-4,0 mm, vorzugsweise von 0,75-2,5 mm auf. Derartige Rohrwendeln sind Betriebsdrücken bis etwa 14 bar bei Raumtemperatur und bis 7 bar bei 90°C gewachsen.
Die Thermofixierung nach dem Verdrehen und Aufwickeln des extrudierten Rohres auf dem Dorn folgt zwischen 80°C und 250°C. Wenn das Ausgangsmaterial, aus welchem das Rohr extrudiert wird, aus einem oder mehreren teilkristallinen Polyamiden oder deren Mischungen, aus Mischungen aus teilkristallinen und amorphen Polyamiden, aus einem oder mehreren amorphen Polyamiden oder aus Mischungen derartiger Polyamide mit strukturell anderen Polyamiden oder anderen Polymeren besteht, beispielsweise aus Polyamid 11 oder 12, Polyamid 12,12, Polyamid 6 oder 6,6 oder aus deren Mischungen, erfolgt die Thermofixierung vorzugsweise bei einer Temperatur von 100°C bis 200°C und insbesondere bei einer Temperatur von 120°C und 160°C.
Das Ausgangsmaterial kann bis zu 35 Gew.-% Weichmacher und/oder bis zu 30 Gew.-% Schlagzähmodifizierer und/oder sonstige Additive, Verarbeitungshilfen, Farbstoffe od. dgl. enthalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Ausgangsmaterial ein hochmolekulares Polyester sein. Insbesondere kann das Ausgangsmaterial aus mehreren Polyestern oder Polyesterblends bestehen. Auch diesem Ausgangsmaterial können bis zu 35 Gew.-% Weichmacher und/oder bis zu 30 Gew.-% Schlagzähmodifizierer und/oder sonstige Additive, Verarbeitungshilfen, Farbstoffe oder dergleichen zugegeben werden.
Die Thermofixierung einer Rohrwendel aus einem hochmolekularen Polyester erfolgt vorzugsweise zwischen 100°C und 230°C und insbesondere zwischen 130°C und 180°C.
Bei derartigen Rohrwendeln aus einem hochmolekularen Polyester lassen sich Rückstellfaktoren R von 2,0 nach 1 min Entlastung bei Verdrehwinkeln von etwa 180°±10° erreichen. Für Werte von R kleiner 2,0 sind materialabhängig steigende Verdrehwinkel bis 360° pro Wendel wirksam.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die extrudierten Rohre verstärkt, beispielsweise mit einer Verstärkung aus Spinnfäden, die um das gewendelte Rohr angeordnet ist. Die Verstärkung kann von einem Schutzmantel umgeben werden.
Die Thermofixierung der um ihre Längsachse verdrehten und aufgewickelten extrudierten Rohre erfolgt vorzugsweise in Luft oder in einem flüssigen Medium, das ein Mineralöl-, Silikonöl- oder Polydiol-Bad sein kann.
Die Fixierdauer hängt von der Wanddicke ab und beträgt z. B. für 1 mm Polyamid 10 bis 15 Minuten und für 2 mm Polyamid 20 bis 30 Minuten in Luft.
Eine erfindungsgemäße Rohrwendel, die aus einem extrudierten Rohr aus thermoplastisch verarbeitbaren Polymeren besteht, das in Form einer Wendel gewickelt und dabei mit seiner Längsachse ca. rechtwinklig zur Wendelachse angeordnet und thermofixiert ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr, in Richtung seiner Zuführung gesehen, eine Verdrehung um seine Längsachse in einer Drehrichtung entgegen der Drehrichtung der gebildeten Wendel aufweist. Diese Verdrehung erfolgt bei der Zuführung des Rohres zum Aufwickeln auf den Dorn.
Wenn die Wendel eine Rechtsdrehung aufweist, dann ist das Rohr selbst mit einer Linksdrehung verdreht. Wenn dagegen die Wendel eine Linksdrehung aufweist, ist das Rohr mit einer Rechtsdrehung verdreht.
Das extrudierte Rohr und damit die Rohrwendel besteht aus einem oder mehreren teilkristallinen Polyamiden oder deren Mischungen, aus Mischungen aus teilkristallinen und amorphen Polyamiden, aus einem oder mehreren amorphen Polyamiden oder aus Mischungen derartiger Polyamide mit strukturell anderen Polyamiden oder anderen Polymeren. Das teilkristalline Polyamid ist vorzugsweise Polyamid 11 oder 12 oder 12,12 oder 6 oder 6,6 oder deren Mischungen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht das extrudierte Rohr und damit die Rohrwendel aus einem hochmolekularen Polyester oder aus mehreren Polyestern oder Polyesterblends.
Vorzugsweise enthält das Rohrmaterial bis zu 30 Gew.-% Weichmacher und/oder bis zu 30 Gew.-% Schlagzähmodifizierer und/oder sonstige Additive, Verarbeitungshilfen, Farbstoffe oder dergleichen.
Das Rohr ist vorzugsweise mit einer Verstärkung versehen, die insbesondere aus Spinnfäden (braiding) besteht und um das erfindungsgemäß gewendelte Rohr angeordnet ist. Die Verstärkung kann von einem Schutzmantel umgeben sein.
Das Rohr weist vorzugsweise eine Wandstärke von 0,3 mm-3,0 mm, insbesondere von 1,0-2,0 mm, und einen lichten Durchmesser von 2,0-26,0 mm, insbesondere 4,0-18,0 mm auf.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung und der Beispiele erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 zwei Endteile einer erfindungsgemäßen gebrauchsfähigen Rohrwendel und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verhältnisses der Drehrichtung der Wendel zur Richtung der Verdrehung des Rohres bei deren Herstellung.
Fig. 1 zeigt eine Rohrwendel 10 aus einem Rohr aus einem Polyamid oder einem Polyester. Die Rohrwendel 10 besteht aus einer Vielzahl von Windungen 12, 14, die abhängig ist von dem Abstand, den die Rohrwendel überbrücken muß. An den Enden sind gerade Anschlußlängen 16, 18 ausgebildet, an welchen Anschlußstücke 20, 22 mit Anschlußgewinden 24, 26 befestigt sind. Die Anschlußlänge 16 weist eine Länge a und die Anschlußlänge 18 eine Länge b auf. Die gesamte Länge der Rohrwendel 10 bis zu den Anschlußgewinden 24 und 26 ist mit l bezeichnet. l entspricht der Länge lo, wenn die Rohrwendel in ungespanntem Zustand ist, und ls, wenn die Rohrwendel 10 gespannt ist. Der Rückstellfaktor R ergibt sich dann als Verhältnis der Länge ls zu der Länge lo, vermindert jeweils um die Anschlußlängen a und b:
Die Windung 12 ist in Fig. 1 mit einer angedeuteten Längsmittelachse 28 dargestellt. Fig. 2 macht die Beziehung der Verdrehrichtung des Rohres zur Drehrichtung der sich bildenden Wendel anschaulich. Die Wendel bildet sich in Richtung der Pfeilachse 30 und weist eine mit 34 angedeutete Rechtsdrehung auf. Das Rohr selber wird bei seiner Zuführung in Zuführrichtung gesehen mit einer bei 32 angedeuteten Linksdrehung versehen, während es unter einem Winkel von ca. 90° zur Wendelachse 30 angeordnet wird.
Beispiele
Beispiele 1 bis 3 betreffen Rohrwendeln aus Polyamid. Drei verschiedene Polymere wurden auf einer Maillefer- Rohrextrusionsanlage zu Rohren mit den Abmessungen 12×1,5 mm extrudiert.
Die extrudierten Rohre wurden anschließend kalt um einen Dorn von 90 mm Durchmesser aufgewickelt. Es wurden 20 Windungen aufgebracht. Mit A sind die Rohre bezeichnet, die ohne Verdrehung um die Längsachse aufgewickelt wurden, während mit B die Rohre bezeichnet sind, die während des Aufwickelns eine Verdrehung erfahren haben. Der Verdrehwinkel wurde auf 180° eingestellt. Nach dem Aufwickeln wurde die Wendel beidseitig an dem Dorn fixiert und in heißer Luft während 20 min thermofixiert. Nach dem Erkalten wurde an den Rohrwendeln das Rückstellverhalten nach DIN 74 323 gemessen.
Beispiel 4
Eine Polyester-Rohrwendel aus Hytrel 6356 wurde auf einer Maillefer-Rohrextrusionsanlage zu Rohren der Dimension 12×1,5 mm verarbeitet. Die extrudierten Rohre wurden anschließend kalt um einen Dorn aus 90 mm Durchmesser aufgewickelt. Es wurden 20 Windungen aufgebracht, wobei bei Versuch A das Rohr ohne jegliche Verdrehung und bei Versuch B das Rohr während des Aufwickelns um die Längsachse verdreht wurde. Der Verdrehwinkel wurde auf 180° eingestellt. Nach dem Fixieren der Enden der Rohrwendel auf dem Dorn wurde dieses in heißer Luft während 20 min bei 160° bis 180°C thermofixiert. Nach dem Erkalten wurde an den Wendeln das Rückstellverhalten untersucht. Die Rohrwendeln wurden, da für Polyester-Rohrwendeln noch keine DIN-Bestimmung existiert, mit einem Gewicht von 1000 g belastet und 24 Stunden lang aufgehängt. Nach der Entlastung wurde die Länge der Wendel nach bestimmten Zeitintervallen gemessen. Die Ausgangslänge lo der Rohrwendeln betrug 250 mm.
Hytrel 6356 ist ein Polyester-Elastomer-Typ der DuPont/USA.

Claims (33)

1. Verfahren zur Herstellung von Rohrwendeln aus thermoplastisch verarbeitbaren Polymeren, wobei ein extrudiertes Rohr in kaltem Zustand, vorzugsweise bei Raumtemperatur, um einen Dorn gewickelt und dabei mit seiner Längsachse ca. rechtwinklig zur Wendelachse angeordnet wird und nachfolgend einer Thermofixierung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr bei einer Zuführung zum Aufwickeln auf den Dorn, in Zuführrichtung gesehen, um seine Längsachse in einer Drehrichtung entgegen der Drehrichtung der sich bildenden Wendel verdreht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verdrehung pro Windung um einen Winkel von mehr als 5° erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verdrehung pro Windung um einen Winkel von mehr als 45° erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrehwinkel pro Windung zwischen 180° und 360° liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermofixierung zwischen 80°C und 250°C erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial aus einem oder mehreren teilkristallinen Polyamiden oder deren Mischungen, aus Mischungen aus teilkristallinen und amorphen Polyamiden, aus einem oder mehreren amorphen Polyamiden oder aus Mischungen derartiger Polyamide mit strukturell anderen Polyamiden oder anderen Polymeren besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das teil- bzw. semikristalline Polyamid Polyamid 11 oder 12, oder 12,12, 6 oder 6,6 oder aus deren Mischungen ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial bis zu 35 Gew.-% Weichmacher und/oder bis zu 30 Gew.-% Schlagzähmodifizierer und/oder sonstige Additive, Verarbeitungshilfen, Farbstoffe oder dgl. enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermofixierung bei einer Temperatur von 100°C bis 200°C erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperatur der Thermofixierung zwischen 120° und 160°C liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial ein hochmolekulares Polyester ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial aus mehreren Polyestern oder Polyesterblends besteht.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 35 Gew.-% Weichmacher und/oder bis zu 30 Gew.-% Schlagzähmodifizierer und/oder sonstige Additive, Verarbeitungshilfen, Farbstoffe od. dgl. zugegeben werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermofixierung zwischen 100°C und 230°C erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermofixierung zwischen 130°C und 180°C erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr mit einer Verstärkung ausgebildet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung aus Spinnfäden (braiding) gebildet und um das gewendelte Rohr angeordnet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung von einem Schutzmantel umgeben ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermofixierung in Luft oder in einem flüssigen Medium erfolgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr eine Wandstärke von 0,3 bis 3,0 mm und einen lichten Durchmesser von 2,0 bis 26,0 mm aufweist.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr eine Wandstärke von 1,0 bis 2,0 mm und einen lichten Durchmesser von 4,0 bis 18,0 mm aufweist.
22. Rohrwendel, bestehend aus einem extrudierten Rohr aus thermoplastisch verarbeitbaren Polymeren, das in Form einer Wendel gewickelt und dabei mit seiner Längsachse ca. rechtwinklig zur Wendelachse angeordnet und thermofixiert ist, hergestellt nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr, in Richtung seiner Zuführung gesehen, eine Verdrehung um seine Längsachse in einer Drehrichtung entgegen der Drehrichtung der gebildeten Wendel aufweist.
23. Rohrwendel nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial aus einem oder mehreren teilkristallinen Polyamiden oder deren Mischungen, aus Mischungen aus teilkristallinen und amorphen Polyamiden, aus einem oder mehreren amorphen Polyamiden oder aus Mischungen derartiger Polyamide mit strukturell anderen Polyamiden oder anderen Polymeren besteht.
24. Rohrwendel nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyamid Polyamid 11 oder 12, 6 oder 66 oder eine andere Mischung ist.
25. Rohrwendel nach Anspruch 22 oder 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial bis zu 35 Gew.-% Weichmacher und/oder bis zu 30 Gew.-% Schlagzähmodifizierer und/oder sonstige Additive, Verarbeitungshilfen, Farbstoffe od. dgl. enthält.
26. Rohrwendel nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausgangsmaterial ein hochmolekulares Polyester ist.
27. Rohrwendel nach Anspruch 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausgangsmaterial aus mehreren Polyestern oder Polyesterblends besteht.
28. Rohrwendel nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial bis zu 35 Gew.-% Weichmacher und/oder bis zu 30 Gew.-% Schlagzähmodifizierer und/oder sonstige Additive, Verarbeitungshilfen, Farbstoffe od. dgl. enthält.
29. Rohrwendel nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rohr eine Verstärkung angeordnet ist.
30. Rohrwendel nach Anspruch 29, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstärkung aus Spinnfäden (braiding) besteht und um das gewendelte Rohr angeordnet ist.
31. Rohrwendel nach Anspruch 29 oder 30, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verstärkung von einem Schutzmantel umgeben ist.
32. Rohrwendel nach einem der Ansprüche 22 bis 31, ge­ kennzeichnet durch eine Wandstärke von 0,3 mm bis 3,0 mm und einen lichten Durchmesser von 2,0 bis 26,0 mm.
33. Rohrwendel nach Anspruch 32, gekenn­ zeichnet durch eine Wandstärke von 1,0 bis 2,0 mm und einen lichten Durchmesser von 4,0 mm bis 18,0 mm.
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