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Die vorliegende Erfindung betrifft
im allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen
Herstellen einer isolierten Rohrleitung, und genauer gesagt, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines linear umhüllten, thermisch
isolierten Rohres.
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Vorisolierte Rohre werden häufig in
der Verarbeitungsindustrie verwendet, um Dampf, Kondensat und andere
heiße
oder kalte Fluids zu transportieren. Rohre werden ebenfalls isoliert
und speziell als Dampftracerleitungen für Verfahrensrohrleitungen vorgesehen.
Der Arbeitsgang des Pumpens eines Fluids durch eine Verfahrensrohrleitung
erfordert häufig,
daß die
Verfahrensrohrleitung erwärmt
wird, um zu verhindern, daß das
Fluid gefriert, kondensiert oder zu viskos wird, um durch die Rohrleitung
gepumpt zu werden. Das Erwärmen
und Aufrechterhalten der richtigen Temperatur der Verfahrensrohrleitung,
was die Strömung
der Verfahrensfluids unterstützt,
wird oftmals zustande gebracht, indem ein Wärmeübertragungsrohr oder eine Tracerleitung
direkt an der Außenfläche der
Verfahrensrohrleitung befestigt wird. Oftmals ist Heißdampf für eine Verwendung
als Heizmedium verfügbar,
wird aber häufig zu
viel Wärme
für Niedrigtemperaturanwendungen oder
temperaturempfindliche Anwendungen liefern. Daher wird manchmal
eine „isolierte" Tracerleitung oder
-rohr mit einer Isolierung, die dort herum gebildet wird und eine
Polyvinylchlorid(PVC), Polyethylen oder andere Feuchtigkeitsschutz-Polymerverkleidung
aufweist, die die Isolierung bedeckt, ausgewählt, um den Wärmefluß für derartige
Anwendungen zu verzögern.
Im wesentlichen genaue und gleichbleibende Wärmeleitfähigkeiten des Isoliermaterials,
das für
sowohl die Rohre, die die heißen
oder kalten Fluids transportieren, als auch das „isolierte" Tracerrohr verwendet wird, sind wichtig.
Die Wärmeleitfähigkeit
oder der K-Wert beschreibt die Geschwindigkeit, mit der Wärme durch
ein spezifisches Material geleitet wird.
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Die vorisolierten Transportleitungen
müssen energiewirksam
sein und einen hohen Grad an Personensicherheit liefern, indem die
Oberflächentemperatur
der vorisolierten Leitungen auf eine Temperatur begrenzt wird, die
Verbrennungsverletzungen bei Berührung
verringert oder verhindert.
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Die American Society for Testing
Materials (ASTM) entwickelte die Designation: C1055-92 unter dem
Titel „Standardwegweiser
für Oberflächenverhältnisse
bei erwärmten
Systemen, die Verbrennungsverletzungen bei Berührung hervorrufen" und die Designation:
C1057-92 unter dem Titel „Standardpraxis
für die
Ermittlung der Hautberührungstemperatur
bei erwärmten
Flächen
bei Anwendung eines mathematischen Modells und Thermesthesiometers". Die ASTM C1055-92
legt ein Verfahren für die
Ermittlung eines akzeptablen Oberflächenbetriebszustandes für erwärmte Systeme
fest und führt zusammenfassend
an, daß „eine Personenverletzung,
die sich aus einer Berührung
mit erwärmten Oberflächen ergibt,
durch eine geeignete Konstruktion der Isoliersysteme oder andere
Schutzmaßnahmen
verhindert werden kann".
Die ASTM C1057-92 legt eine Verfahrensweise für das Bewerten der Hautberührungstemperatur
von erwärmten
Oberflächen fest.
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Typischerweise sind die Isoliermaterialien, die
für das
Isolieren von Rohrleitungen oder Rohren für den vorangehend beschriebenen
Zweck verwendet werden, Fasermaterialien, Schaummaterialien oder
andere elastische Isolierstoffe, die geformt werden können. Diese
Isoliermaterialien weisen luft- oder gasgefüllte Hohlräume auf, die den Wärmefluß verzögern werden.
Die Wärmeleitfähigkeit
dieser Isoliermaterialien variiert mit der Dichte. Ein Zusammendrücken dieser
Isoliermaterialien vergrößert die
Dichte, indem die luft- oder gasgefüllten Räume verringert werden, was
wiederum die Wärmeleitfähigkeit
erhöht.
Die Erhöhung
der Wärmeleitfähigkeit
vergrößert den
Wärmeverlust
und die Oberflächentemperatur.
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Die „isolierten" Tracerleitungen
müssen
ein gleichbleibendes und gleichmäßiges Niveau
der Wärmeübertragung
zwischen der Tracerleitung und der Verfahrensrohrleitung aufweisen,
so daß vorhersagbare
und zuverlässige
Ergebnisse erreicht werden, um eine Überhitzung oder zu geringe
Erwärmung
der empfindlichen Verfahrensleitungen zu verhindern.
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Ein Verfahren nach dem bisherigen
Stand der Technik für
das kontinuierliche Aufbringen einer Isolierung auf eine Rohrleitung
oder lange Rohrschlangen umfaßte
das spiralförmige
Wickeln von dünnen
Streifen des Wärmeisoliermaterials
in einer sich überdeckenden
Weise. Mehrere Lagen der spiralförmig
gewickelten Isolierstreifen werden aufgebracht und zur gewünschten
Dicke aufgebaut. Das Verfahren des spiralförmigen Wickelns zum Aufbringen
einer Wärmeisolierung
ist ein relativ langsames Verfahren, bei dem große Rollen des Isoliermaterials typischerweise
um das Rohr oder die Rohrleitung gedreht werden. Nur Isoliermaterial
mit einer relativ hohen mechanischen Festigkeit kann aufgebracht
werden, anderenfalls wird es zu einem Zerreißen des Isoliermaterials kommen.
Im allgemeinen ist Isoliermaterial mit einer hohen mechanischen
Festigkeit dichter, was zu einer erhöhten Wärmeleitfähigkeit und zu einer geringeren
Wärmeleistung
des Systems führt.
Die Unbeständigkeit
der mechanischen Festigkeit des Isoliermaterials und die Reißkraft der
Vorrichtung für
das Aufbringen des Isoliermaterials verursachten häufige Risse
im Isoliermaterial, was zu einer wesentlichen Verringerung des Produktionswirkungsgrades
führt.
Die Unbeständigkeit
der mechanischen Festigkeit verursachte ebenfalls eine Veränderung
beim Zusammendrücken
des Isoliermaterials, während
es auf das Rohr oder die Rohrleitung aufgebracht wurde, was zu einer
Veränderung
des fertigen Außendurchmessers
und einer Veränderung der
Wärmeverluste
durchgehend im fertigen Produkt führte. Um eine etwas gleichmäßige Oberfläche zu erhalten,
erforderte dieses Verfahren die Aufbringung von vielen dünnen Schichten
von Isoliermaterial, um die Höhe
der sich überdeckenden
Ränder
zu minimieren, anderenfalls würde
auf der fertigen Oberfläche
des Produktes eine schraubenförmig
gerillte Spirale erscheinen. Die Aufbringung von dünnen Schichten
des Isoliermaterials verschlimmerte das Problem des Zerreißens und
verlangsamte den Produktionswirkungsgrad.
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Das U.S.Patent Nr. 3259533 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Transportieren eines Streifens
des Isoliermaterials zusammen mit dem Rohr in der Längsrichtung
des Rohres durch eine stationäre
trichterförmige
Düse, die
den Streifen des Isoliermaterials um den Umfang des Rohres zusammendrückt und
den Isolierstreifen erfaßt,
während
er aus der trichterförmigen
Düse austritt,
indem ein Draht spiralförmig
um das Isoliermaterial gewickelt wird. Die drahtumwickelte isolierte
Rohrleitung kann danach mit einer Kunststoffbeschichtung überzogen
werden, um eine feuchtigkeitsundurchlässige Rohrleitung zu liefern.
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Das U.S.Patent Nr. 3594246 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Transportieren eines Streifens
des Isoliermaterials zusammen mit dem Rohr in der Längsrichtung
des Rohres durch eine stationäre
trichterförmige
Matrize, die den Streifen des Isoliermaterials um den Umfang des
Rohres zusammendrückt
und den Isolierstreifen erfaßt,
während
er aus der trichterförmigen
Matrize austritt, indem ein Band spiralförmig um das Isoliermaterial
gewickelt wird.
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Das U.S.Patent Nr. 4307053 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Führen eines Streifens des zusammendrückbaren
Isoliermaterials in Längsrichtung
durch einen Faltschuh und Wickeln des Streifenmaterials um eine
Rohrleitung und Zusammendrücken
von Abschnitten des Streifenmaterials, um die Dichte des Streifenmaterials
an den Rändern
des Streifens zu erhöhen.
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Die Vorrichtung und die Verfahren
nach dem bisherigen Stand der Technik in den vorangehend diskutierten
U.S.Patenten Nr. 3259533 und 3594246 beschreiben das kontinuierliche
Aufbringen einer Wärmeisolierung
auf Rohre und Rohrleitungen bei einer linearen Aufbringung von langen
Streifen des Isoliermaterials durch eine trichterförmige Preßdüse. Das
Isoliermaterial wird über
seine schmale Achse zu einer zylindrischen Form um das Rohr oder
die Rohrleitung geformt. Eine lineare Aufbringung des Isoliermaterials
eliminiert Kräfte,
die die spiralförmig
gewickelten Isoliermaterialien zerreißen, was zu einem bedeutend
erhöhten
Produktionswirkungsgrad führt. Die
Produktionsanlagengeschwindigkeit wird wegen der Eliminierung von
sich drehenden schweren Rollen des Isoliermaterials und der damit
verbundenen Vorrichtung um das Rohr herum erhöht. Die Produktionsanlagengeschwindigkeit
wird ebenfalls erhöht, weil
dickere Schichten des Isoliermaterials aufgebracht werden können, ohne
daß man
sich um die Bildung von spiralförmigen
Rillen auf der fertigen Oberfläche
des Produktes sorgen muß.
Bei einem Versuch, ein Produkt mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit
herzustellen, können
Isoliermaterialien mit geringerer Dichte bei Anwendung dieses Verfahrens
aufgebracht werden. Der Vorteil des Aufbringens von Isoliermaterial
niedrigerer Dichte wird bei den Verfahren nach dem bisherigen Stand
der Technik wegen des Zusammendrückens
aufgehoben, das durch die trichterförmige Preßdüse bewirkt wird. In den Patenten
Nr. '533 und '246 werden die Isolierstreifen
um den Umfang des Rohres oder der Rohrleitung herum zusammengedrückt. Während der
Isolierstreifen und das Rohr oder die Rohrleitung durch die Preßdüse hindurchgehen,
wird der überdimensionierte
Isolierstreifen gefaltet und um das Rohr herum zusammengedrückt und
unmittelbar erfaßt,
während
es die Düse
verläßt und bevor
das Zusammendrücken
entlastet wird, indem ein Umschließen mit einem bandartigen Material
erfolgt. Das bandartige Material umschließt sowohl den Rand der Spitze
der Preßdüse als auch
den austretenden Isolierstreifen, wodurch die radiale Ausdehnung
des Isolierstreifens verhindert wird und die Druckkräfte beibehalten
werden. Das Zusammendrücken
des Isoliermaterials bewirkt eine Erhöhung der Dichte des Isoliermaterials, was
zu einer Abnahme der Wärmeleitfähigkeit
und der Wärmeleistung
führt.
Die Druckkräfte
werden nicht gleichmäßig verteilt
und variieren kontinuierlich um die radiale Achse des Isolierstreifens
herum, wodurch Unbeständigkeiten
hinsichtlich des Wärmeverlustes
und der Wärmeleistung
hervorgerufen werden. Bei diesem Verfahren ist es ebenfalls sehr
schwierig, einen kontinuierlichen Kontakt an der Naht aufrechtzuerhalten,
wo sich die zwei Längsränder des
Isolierstreifens treffen.
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Es ist wünschenswert, daß man einen
kontinuierlichen Längsstreifen
des zusammendrückbaren Isoliermaterials
auf eine Rohrleitung oder ein Rohr in einer Weise aufbringen kann,
bei der das Zusammendrücken
des Isoliermaterials im wesentlichen eliminiert wird. Das würde den
Vorteil mit sich bringen, daß das
Isoliermaterial seine Wärmeleitfähigkeit
oder seinen K-Wert nach Aufbringung auf die Rohrleitung oder das
Rohr beibehalten darf, was zur Anwendung einer verringerten Dicke
oder von weniger Schichten des Isolierstreifens führen und
eine vorhersagbare Modellierung der Oberflächentemperaturen des isolierten
Rohres und der Tracer-Leitfähigkeiten
gestatten würde.
Es ist ebenfalls wünschenswert,
daß das ohne
jegliche Abstriche vom Produktionswirkungsgrad zustande gebracht
wird.
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Die vorliegende Erfindung ist ein
Verfahren und eine Vorrichtung für
das Aufbringen eines kontinuierlichen Längsstreifens des zusammendrückbaren
Isoliermaterials auf eine Rohrleitung oder ein Rohr in einer Weise,
bei der das Zusammendrücken des
Isoliermaterials im wesentlichen eliminiert wird.
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Die vorliegende Erfindung gestattet,
daß das Isoliermaterial
seine Wärmeleitfähigkeit
oder seinen K-Wert nach Aufbringung auf die Rohrleitung oder das
Rohr beibehält,
was zur Anwendung einer verringerten Dicke oder von weniger Schichten
des Isolierstreifens führt
und eine vorhersagbare Modellierung der Oberflächentemperaturen des isolierten
Rohres und der Tracer-Leitfähigkeiten
gestattet. Die vorliegende Erfindung nutzt die Vorteile hinsichtlich
Produktionswirkungsgrad bei der linearen Aufbringung der Isoliermaterialien
auf ein Rohr oder eine Rohrleitung.
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Bei der vorliegenden Erfindung gelangt
das Rohr durch eine Rohrpositionierdüse, die innerhalb einer Streifenformdüse angeordnet
ist. Die Streifenformdüse
ist trichterförmig,
während
das Isoliermaterial in die Streifenformdüse gelangt. Das Rohr wird so positioniert,
daß eine
geringfügige
Druckhöhe
in der Nähe
oder an einem Rand des Isolierstreifens an einer äußersten
Spitze am Ausgangsende einer Endformdüse angewandt wird. Das Ausgangsende
der Endformdüsenöffnung geht
spiralförmig
von der äußersten
Spitze zurück,
wodurch bewirkt wird, daß der effektive
Querschnittsausgangsdurchmesser von einem Rand des Isoliermaterials
zum anderen Rand fortschreitend größer wird. Das bewirkt, daß der Druck
längs der
radialen Achse von einem Rand des Isolierstreifens an der weitesten
Verlängerung
der äußersten
Spitze in Richtung des anderen Randes entlastet wird. Der Isolierstreifen
ist geformt und fließt von
der Druckfläche über seine
radiale Achse weg, bis sich die Ränder am Ausgangspunkt der Endformdüse treffen.
Jegliches Zusammendrücken,
das innerhalb der Endformdüse
auftritt, wird am Ausgangspunkt der äußersten Spitze entlastet. Der
Isolierstreifen wird an Ort und Stelle von einem spiralförmig gewickelten
Band am Ausgangspunkt der Spitze der Endformdüse oder darüber hinaus erfaßt. Unter
bestimmten Bedingungen neigen die Reibungskräfte der sich drehenden spiralförmigen Wicklung
des Bandes dazu, daß sie
das Weglaufen des Isolierstreifens innerhalb der Endformdüse in der
Richtung der Banddrehung hervorrufen, wodurch bewirkt wird, daß der Rand
des Isolierstreifens relativ zur weitesten Verlängerung der Spitze der Endformdüse außer Position
kommt. Das kann durch eine Isolierungsführung eliminiert werden, die
innerhalb der Streifenformdüse
längs der
Achse direkt hinter der weitesten Verlängerung der äußersten
Spitze angeordnet ist. Es kann ebenfalls durch Stützelemente
eliminiert werden, die in der Mitte innerhalb der Streifenformdüse längs der
gleichen Achse angeordnet werden. Der Isolierstreifen fließt durch
die Streifenformdüse,
wobei der Rand an der Isolierungsführung und möglicherweise den Stützelementen
positioniert ist, wodurch jegliches Weglaufen aus der Position überwunden
wird, das durch die Reibungskräfte
der sich drehenden spiralförmigen
Wicklung des Bandes hervorgerufen wird.
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Das Verfahren und die Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung weichen vom bisherigen Stand der Technik
darin ab, daß das
Zusammendrücken
des Isoliermaterials eliminiert wird, wodurch die Wärmeleistung
des fertigen Produktes verstärkt
wird, während
der Gesamtdurchmesser für
bestimmte Leistungskriterien verringert wird und die Menge an benötigtem Isoliermaterial
verringert wird, um das fertige Produkt herzustellen.
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Um die Zeichnungen genauer zu verstehen, auf
die man sich in der detaillierten Beschreibung der vorliegenden
Erfindung bezieht, wird eine kurze Beschreibung einer jeden Zeichnung
vorgelegt, die zeigen:
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1 eine
Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die die Vorrichtung zur Herstellung
eines linear umhüllten,
thermisch isolierten Rohres entsprechend der bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Ansicht längs
der Linie 2-2 in 1;
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3 eine
Ansicht längs
der Linie 3-3 in 1;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Endformdüse entsprechend der bevorzugten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Seitenansicht der Endformdüse aus 4; und
-
6 eine
Vorderansicht der Endformdüse aus 4.
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Das Verfahren und die Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung werden jetzt detaillierter mit spezieller
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Formvorrichtung
der vorliegenden Erfindung, die im allgemeinen mit 10 bezeichnet
wird, wird in 1 und 3 gezeigt. Die Formvorrichtung 10 umfaßt eine Streifenformdüse 12,
eine Rohrpositionierdüse 14 und
eine Endformdüse 16.
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Mit Bezugnahme auf 1 und 3 weist
die Streifenformdüse 12 ein
Außengehäuse 18,
im allgemeinen mit zylindrischer Form, mit einem Eingangsende 20 und
einem Ausgangsende 22 auf. Das Außengehäuse 18 weist eine
Bohrung 24 auf, die sich dort hindurch erstreckt. Die Bohrung 24 zeigt
im allgemeinen eine konische Form und nimmt im Durchmesser vom Eingangsende 20 zum
Ausgangsende 22 ab. Das Ausgangsende 22 des Außengehäuses 18 ist
so ausgeführt,
daß es
die Endformdüse 16 daran
montiert aufweist. Mit Bezugnahme auf 1 umfaßt das Ausgangsende 22 eine
Vielzahl von Gewindebohrungen 26 für das Aufnehmen von Gewindebefestigungselementen 27,
die sich durch eine entsprechende Vielzahl von Montagelöchern 28 (6) in der Endformdüse 16 erstrecken.
Mit Bezugnahme auf 1 umfaßt das Außengehäuse 18 vorzugsweise
mindestens eine Öffnung 30,
die sich durch die Wand 18a für das Bereitstellen einer Einrichtung
für das
Halten der Rohrpositionierdüse 14 innerhalb
der Streifenformdüse 12 erstreckt,
wie nachfolgend erklärt
wird. Bei der bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung erstreckt sich eine Vielzahl von Öffnungen 30 durch
die Wand 18a im Außengehäuse 18.
Vorzugsweise sind die Öffnungen 30 axial
zur Längsachse
der Bohrung 24 aus Gründen
ausgerichtet, die nachfolgend erklärt werden.
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Mit Bezugnahme auf 1 und 3 weist
die Rohrpositionierdüse 14 vorzugsweise
ein kegelstumpfförmiges
Rohrelement 32 auf. Das kegelstumpfförmige Rohrelement 32 weist
ein erstes Ende 34 und ein zweites Ende 36 auf.
Eine verjüngte
Bohrung 38 erstreckt sich in Längsrichtung durch das kegelstumpfförmige Rohrelement 32.
Bei der bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist der Durchmesser der verjüngten Bohrung 38 am
zweiten Ende 36 etwas größer als der Außendurchmesser des
Rohres T, wie in 1 gezeigt
wird. Das gestattet, daß das
Rohr T ungehindert durch die Rohrpositionierdüse 14 gelangen kann,
während
das Rohr T ebenfalls positioniert oder ausgerichtet wird, während es
in die Endformdüse 16 gelangt.
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Die Rohrpositionierdüse 14 ist
in Längsrichtung
innerhalb der Streifenformdüse 12 montiert,
wie in 1 und 3 gezeigt wird. Vorzugsweise
ist die Rohrpositionierdüse 14 mit
einem oder mehreren Stützelementen 40 und
einer Vielzahl von Befestigungsschrauben 42 montier. Die
Stützelemente 40 sind
zwischen der Außenfläche der
Rohrpositionierdüse 14 und
dem Außengehäuse 18 der
Streifenformdüse 12 mit
den Befestigungsschrauben 42 gesichert. Vorzugsweise umfassen
die Stützelemente 40 Bohrungen 44 dort
hindurch, und die Rohrpositionierdüse 14 umfaßt Gewindebohrungen 46 für einen Gewindeeingriff
mit den Befestigungsschrauben 42. Die Stützelemente 40 und
die Befestigungsschrauben 42 sichern die richtige Ausrichtung
der Rohrpositionierdüse 14 innerhalb
der Streifenformdüse 12 und halten
diese ein. Bei der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung
können
die Befestigungsschrauben 42 ebenfalls verwendet werden,
um kleinere Regulierungen hinsichtlich der Positionierung und/oder
der Neigung der Rohrpositionierdüse 14 relativ
zur Endformdüse 16 aus
Gründen
vorzunehmen, die nachfolgend erklärt werden.
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Mit Bezugnahme auf 1 weist die Rohrpositionierdüse 14 vorzugsweise
eine dünne
Wand am zweiten Ende 36 auf. Vorzugsweise weist die Rohrpositionierdüse 14 eine
dickere Wand am ersten Ende 34 auf, die allmählich dünner wird,
während
sie sich dem zweiten Ende 36 nähert. Es soll erkannt werden,
daß das
dünnwandige
zweite Ende 36 einen Übergang
bildet, bei dem gestattet wird, daß das Rohr T und der Streifen
der Isoliermaterialien M miteinander in Berührung kommen.
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Die Endformdüse 16 wird am Ausgangsende 22 des
Außengehäuses 18 der
Streifenformdüse 12 montiert.
Die Endformdüse 16 wird
an der Streifenformdüse 12 mit
einer Vielzahl von Gewindebefestigungselementen 27 montiert,
wie in 1 und 2 gezeigt wird. Mit Bezugnahme
auf 4 bis 6 erstreckt sich die Vielzahl
der Montagelöcher 28 durch
einen Flansch 48 der Endformdüse 16. Die Endformdüse 16 umfaßt eine
verjüngte
Durchgangsbohrung 50, deren größter Durchmesser am Flansch 48 vorhanden
ist, und die sich zu ihrem kleinsten Durchmesser an einem Ende 52 der
Endformdüse 16 verjüngt. Der Durchmesser
der verjüngten
Durchgangsbohrung 50 am Ende 52 ist annähernd gleich
dem Außendurchmesser
des Rohres T mit einer im wesentlichen nicht zusammengedrückten einzelnen
Umhüllung
des Isoliermaterials M, das das Rohr T umschreibt, wie nachfolgend
erklärt
wird. Wie in 1 gezeigt
wird, ist der Durchmesser der verjüngten Durchgangsbohrung 50 am
Flansch 48 annähernd
gleich dem Durchmesser der Bohrung 24 am Ausgangsende 22.
Das sichert einen gleichmäßigen und
ordentlichen Übergang
des Isolierstreifens M, während
er von der Streifenformdüse 12 zur
Endformdüse 16 gelangt.
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Wie in 5 gezeigt
wird, ist das Ende 52 der Endformdüse 16 vorzugsweise
spiralförmig.
Das spiralförmige
Ende 52 führt
zu einer äußersten
Spitze 51. Im Ergebnis der verjüngten Durchgangsbohrung 50 ist
die Innenfläche
der äußersten
Spitze 51 näher an
der Längsachse
der Endformdüse 16 als
irgendeine andere Fläche
in der Endformdüse 16.
Da die äußerste Spitze 51 der
Punkt mit dem kleinsten radialen Abstand von der Längsachse
der Endformdüse 16 und
des Rohres T ist, wendet die äußerste Spitze 51 den
festesten „Griff" oder eine Druckkraft
auf den Isolierstreifen M an, während
sich die restliche Breite des Isolierstreifens M falten und ungehindert
um den Umfang des Rohres T innerhalb der Endformdüse 16 verschieben
kann. Vorzugsweise wendet die äußerste Spitze 51 die
Druckkraft am oder nahe eines Längsrandes
des Isolierstreifenmaterials M an.
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Die Endformdüse 16 umfaßt ein verjüngtes Außengehäuse 54,
das am Flansch 48 montiert ist. Das verjüngte Außengehäuse 54 weist
einen in Längsrichtung
ausgeschnittenen Abschnitt auf, der durch die Wände 56 und 58 definiert
wird.
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Mit Bezugnahme auf 1 bis 3 werden
die Maschinen in Verbindung mit der Formvorrichtung 10 im
allgemeinen beschrieben. Es soll verstanden werden, daß die veranschaulichten
Maschinen typisch für
Maschinen sind, die beim bisherigen Stand der Technik eingesetzt
werden. Die Formvorrichtung 10 ist in einer stationären Position
an einem Rahmen 102 montiert. Eine drehbar montierte Bandwickelbaugruppe 104 wird
drehbar durch eine Leistungsquelle angetrieben, wie beispielsweise
einen Motor 106. Der Motor 106 dreht die Bandwickelbaugruppe 104 mittels
eines Antriebsriemens 108. Eine Rolle 110 mit
dem Band W ist an der Bandwickelbaugruppe 104 montiert.
Es soll ebenfalls verstanden werden, daß anstelle des Bandes Draht
oder ein gleiches Material verwendet werden kann.
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Das Band W wird von der Rolle 110 weggeführt und
erstreckt sich über
eine Vielzahl von Rollen 112, die an einer Platte 114 der
Bandwickelbaugruppe 104 montiert sind. Vorzugsweise sind
die Rollen 112 an der Platte 104 so montiert,
daß das
Band W den Isolierstreifen M an einer Stelle genau über der Spitze 51 der
Endformdüse 16 hinaus
spiralförmig umhüllen wird.
Daher wird, während
sich die Bandwickelbaugruppe 104 um die Längsachse
des Rohres T und die Formvorrichtung 10 dreht, das Band
W automatisch eine sich überdeckende
spiralförmige
Umhüllung
auf dem Isolierstreifen M bilden, während es durch die Formvorrichtung 10 geführt wird.
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Das Verfahren zur Herstellung des
linear umhüllten,
thermisch isolierten Rohres wird jetzt detaillierter beschrieben.
Wenn es auch nicht in den Zeichnungen gezeigt wird, ist das Rohr
T vorzugsweise ein langes Stück
Rohrmaterial, das auf eine Rolle gewickelt wird. Das Rohrmaterial
T kommt von der Rolle herunter und wird vorzugsweise in Längsrichtung
in die verjüngte
Bohrung 38 der Rohrpositionierdüse 14 geführt. Gleichermaßen wird
ein langes Stück
des Isolierstreifenmaterials M vorzugsweise auf eine Rolle in einer
flachen und nicht gefalteten Position gewickelt, so daß, während das
Isoliermaterial M von der Rolle herunterkommt, das Isoliermaterial
M ein im allgemeinen flacher Streifen mit einer Breite ist, die
annähernd
dem Umfang des Rohres T ist. Der Isolierstreifen M wird in die Bohrung 24 der
Streifenformdüse 12 eingeführt, wie
in 1 und 3 gezeigt wird. Das Isolierstreifenmaterial
M ist in einem im wesentlichen ebenen Zustand, während es in das Eingangsende 20 der
Streifenformdüse 12 eintritt.
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Mit Bezugnahme auf 1 und 3 gelangt das
nicht umhüllte,
blanke Rohr T in Längsrichtung durch
die Rohrpositionierdüse 14,
die innerhalb der Streifenformdüse 12 angeordnet
ist. Der Isolierstreifen M gelangt in die Streifenformdüse 12 in
einem im wesentlichen ebenen Zustand in das Eingangsende 20,
faltet oder biegt sich aber um die Außenseite der Rohrpositionierdüse 14 herum
in der trichterförmigen Bohrung 24 der
Streifenformdüse 12,
während
sich der Isolierstreifen M dem Ausgangsende 22 der Streifenformdüse 12 nähert. Der
Isolierstreifen M wird vom Rohr T mittels der Rohrpositionierdüse 14 getrennt.
Das Falten oder Biegen des Isolierstreifens M in der Bohrung 24 der
Streifenformdüse 12 wird
ohne Zusammendrücken
des Isolierstreifens M in einem bedeutenden Grad zustande gebracht.
Das einzige Zusammendrücken
des Isolierstreifens M in der Streifenformdüse 12 ist das, das
sich aus dem leichten Faltvorgang ergibt; dieses Zusammendrücken ist vernachlässigbar.
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Vorzugsweise wird das Rohr T so positioniert,
daß ein
geringes Maß an
Druck nahe des oder an einem Rand des Isolierstreifens M an der äußersten
Spitze 51 am Ausgangsende 52 der Endformdüse 16 angewandt
wird. Das Ausgangsende 52 der Endformdüsenöffnung 50 geht spiralförmig von
der äußersten
Spitze 51 zurück,
wodurch bewirkt wird, daß der
effektive Querschnittsausgangsdurchmesser fortschreitend von einem
Rand des Isoliermaterials M zum anderen Rand größer wird. Das bewirkt, daß der Druck
längs der
radialen Achse von einem Rand des Isolierstreifens M an der weitesten
Verlängerung
der äußersten
Spitze 51 in Richtung des anderen Randes entlastet wird.
Der Isolierstreifen M ist geformt und fließt von der Druckfläche über seine
radiale Achse weg, bis sich die Ränder am Ausgangspunkt 51 der
Endformdüse 16 treffen.
Jegliches Zusammendrücken,
das innerhalb der Endformdüse 16 auftritt,
wird am Ausgangspunkt der Spitze 52 entlastet. Der Isolierstreifen
M wird an Ort und Stelle von einem spiralförmig gewickelten Band W am
Ausgangspunkt der Spitze 52 der Endformdüse oder
darüber
hinaus erfaßt.
Typischerweise wird das Band W auf den Isolierstreifen M mit annähernd 5,08
bis 7,62 cm (2 bis 3 in.) von der äußersten Spitze 51 aufgebracht.
Unter bestimmten Bedingungen neigen die Reibungskräfte der
sich drehenden spiralförmigen
Wicklung des Bandes W dazu, daß sie
das Weglaufen des Isolierstreifens M innerhalb der Endformdüse 16 in
der Richtung der Banddrehung hervorrufen, wodurch bewirkt wird,
daß der
Rand des Isolierstreifens M relativ zur weitesten Verlängerung
der äußersten
Spitze 51 außer
Position kommt. Das wird durch die Isolierungsführung 60 (1) eliminiert, die innerhalb
der Streifenformdüse 12 längs der
Achse direkt hinter der weitesten Verlängerung der äußersten
Spitze 51 angeordnet ist. Es wird ebenfalls durch die Stützelemente 40 eliminiert,
die in der Mitte innerhalb der Streifenformdüse 12 längs der
gleichen Achse angeordnet sind. Der Isolierstreifen M fließt durch
die Streifenformdüse 12,
wobei der Rand an der Isolierungsführung 60 und möglicherweise
ebenfalls an den Stützelementen 40 positioniert
ist, wodurch jegliches Weglaufen aus der Position überwunden
wird, das durch die Reibungskräfte
der sich drehenden spiralförmigen
Wicklung des Bandes W hervorgerufen wird.
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Das Positionieren und/oder Neigen
der Rohrpositionierdüse 14 können durch
die Befestigungsschrauben 42 und die Stützelemente 40 verändert oder
reguliert werden. Die Regulierung der Positionierung und/oder Neigung
für die
Rohrpositionierdüse 14 wird
gestatten, daß Regulierungen
hinsichtlich der Höhe
der Druckkraft vorgenommen werden, die auf den Isolierstreifen M
an der äußersten
Spitze 51 angewandt wird.
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Wenn es auch nicht in den Zeichnungen
gezeigt wird, ist es manchmal wünschenswert,
die bandumwickelte isolierte Rohrleitung mit einer Beschichtung
zu überziehen.
Beispielsweise kann es wünschenswert
sein, eine Feuchtigkeitssperre für
die bandumwickelte isolierte Rohrleitung zu liefern. In derartigen
Fällen
kann eine Kunststoffbeschichtung auf die bandumwickelte isolierte
Rohrleitung mittels verschiedener Verfahren aufgebracht werden,
wie beispielsweise mittels eines Extrudierverfahrens.
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Es soll verstanden werden, daß das Verfahren
und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf das Aufbringen
eines Isoliermaterials auf eine nicht beschichtete Rohrleitung beschränkt sind, sondern
zur Anwendung gebracht werden können, um
ein lineares Umhüllungsmaterial
auf ein Rohr oder eine Rohrleitung mit einem im allgemeinen runden
Querschnitt aufzubringen. Das Rohr oder die Rohrleitung kann bereits
eine Außenbeschichtung oder
eine Schicht vor dem Aufbringen des linearen Umhüllungsmaterials aufweisen.
Oftmals kann das Rohr oder die Rohrleitung mehrere Schichten des Isoliermaterials
aufweisen. In diesem Fall wird das Rohr zuerst mit einem Isolierstreifen
umhüllt
und mit Band umwickelt, wie es vorangehend beschrieben wird, und
der Vorgang wird für
jede weitere Schicht des Isoliermaterials wiederholt, die der Rohrleitung hinzugefügt wird.
Es soll verstanden werden, daß die Formvorrichtung 10 entsprechend
bemessen sein wird, um den größer werdenden
Durchmesser des isolierten Rohres bei jeder hinzugefügten Schicht aufzunehmen.
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Typischerweise weist das thermisch
isolierte Rohr eine Rohrleitung oder ein Rohr T mit kleinem Durchmesser
auf, wobei der Durchmesser im Bereich von annähernd 0,64 bis 2,54 cm (0,25" bis 1,0") liegt. Das Rohr
T wird oftmals aus Kupfer hergestellt, kann aber ebenfalls aus anderen
Materialien hergestellt werden, aus denen Rohre im allgemeinen hergestellt
werden, einschließlich
Kunststoff, Metall und nichtrostendem Stahl, aber nicht darauf beschränkt. Das
Rohr T weist typischerweise eine Längsbohrung dort hindurch auf,
obgleich die vorliegende Erfindung ebenfalls eine Anwendung finden
könnte,
um ein lineares Umhüllungsmaterial
um ein längliches,
zylindrisches Vollelement aufzubringen. Die Isolierung M ist typischerweise
ein zusammendrückbares
Material, wie beispielsweise Glasfasermaterial, aber andere Arten
von Materialien können
ebenfalls in Übereinstimmung
mit dieser Erfindung verwendet werden.
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Es soll verstanden werden, daß das thermisch
isolierte Rohr, das entsprechend dem Verfahren und der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, einen kontinuierlichen
Längsstreifen des
zusammendrückbaren
Isoliermaterials M aufweist, das das Rohr oder die Rohrleitung T
umschreibt. Das zusammendrückbare
Isoliermaterial M wird in einer derartigen Weise installiert, daß das Zusammendrücken des
Isoliermaterials M im wesentlichen eliminiert wird. Das Verfahren
und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gestatten, daß das Isoliermaterial
M seine Wärmeleitfähigkeit
oder seinen K-Wert nach Aufbringung auf das Rohr T beibehält, was
zur Anwendung einer verringerten Dicke oder von weniger Schichten
des Isolierstreifens M führt
und eine vorhersagbare Modellierung der Oberflächentemperaturen des isolierten
Rohres und der Tracer-Leitfähigkeiten
gestattet. Ein weiterer wichtiger Faktor ist, daß die Wärmeleitfähigkeit sehr gleichbleibend
und gleichmäßig entlang
der Länge
des isolierten Rohres ist. Außerdem
soll verstanden werden, daß das
thermisch isolierte Rohr, das entsprechend dem Verfahren und der
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, annähernd zwei-
bis viermal schneller hergestellt werden kann als die isolierten
Rohrprodukte nach dem bisherigen Stand der Technik, bei dem die
isolierte Schicht schraubenförmig
oder spiralförmig
auf das Rohr gewickelt wurde.
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Nachdem die Erfindung vorangehend
beschrieben wurde, werden den Fachleuten verschiedene Abwandlungen
der Verfahren, Verfahrensweisen, des Materials und der Ausrüstung ersichtlich sein.
Es ist beabsichtigt, daß alle
derartigen Veränderungen
innerhalb des Bereiches der als Anhang beigefügten Patentansprüche damit
eingeschlossen sind.