PL217756B1 - Sposób wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego, w szczególności rury z żebrem wzmacniającym, z wykorzystaniem procesu śrubowego zwijania wzdłużnego elementu z tworzywa termoplastycznego.

Z opisu patentowego zgłoszenia europejskiego o numerze EP 816050 znany jest sposób wytwarzania rur z tworzyw sztucznych, wykorzystywanych w szczególności w instalacjach kanalizacji ściekowej lub deszczowej. Sposób polega na tym, że wytłacza się płaski pasek z tworzywa termoplastycznego i bezpośrednio po wytłoczeniu pasek ten w stanie uplastycznionym nawija się spiralnie na obracające się rolki urządzenia aż do utworzenia podstawowej rury, a następnie na zewnętrzną powierzchnię rury nakłada się i mocuje żebra wzmacniające, zawierające zewnętrzną powłokę wytworzoną z takiego samego materiału jak rura podstawowa oraz wewnętrzne wypełnienie z wtórnie przetworzonych tworzyw sztucznych.

Znany jest także, na przykład z opisu patentowego o numerze publikacji PL 194867 sposób wytwarzania spiralnie zwiniętej rury z wydrążonego termoplastycznego profilu mającego prostokątny przekrój poprzeczny. W przedmiotowym sposobie termoplastyczny profil nawija się na bęben, a następnie wzajemnie łączy się sąsiadujące ze sobą zwoje poprzez zgrzewanie i kolejno wygładza się zewnętrzną zgrzeinę.

Ponadto znany jest, na przykład z opisu zgłoszeniowego polskiego wynalazku o numerze publikacji P-377750 sposób wytwarzania spiralnie zwijanych rur z tworzyw sztucznych. Sposób ten polega na tym, że formuje się wzdłużny profil o przekroju prostokątnym, który wzdłuż poziomych krawędzi posiada z jednej strony wgłębienie w kształcie półkola i/lub otwartego wielokąta, a po drugiej stronie wypust o kształcie odpowiadającym uformowanemu wgłębieniu. Ponadto wewnątrz profilu formuje się równoległe kanały o dowolnym kształcie, tworząc jego wydrążenie. Wydrążony profil nawija się na tuleję obrotową i kształtuje przewód rurowy, nadając mu spiralny kształt, oraz łączy się poziome sąsiadujące spiralnie zwinięte krawędzie za pomocą zapięcia zatrzaskowego, uformowanego na obrzeżach profilu. Wytworzona rura z tworzywa sztucznego jest w sposób ciągły osiowo spychana za pomocą nawijanego profilu. Dodatkowo zapięcie zatrzaskowe, w miejscu wgłębienia, korzystnie uzupełnia się uplastycznionym tworzywem, z którego wykonany jest profil. Wytworzone rury są stosowane do budowy sieci wodociągowych i kanalizacyjnych.

W niektórych z powyższych opisów rozwiązań ze stanu techniki używa się pojęcia „zwijania spiralnego”, które to pojęcie rozumiane jest jako zwijanie zgodnie z przebiegiem linii śrubowej, co wynika z przytoczonych przykładów wykonania i załączonych rysunków. Dla potrzeb niniejszego wynalazku używane będzie pojęcie zwijania śrubowego, które należy rozumieć zgodnie z jego powszechnym rozumieniem, czyli zwijaniu zgodnie z linią śrubową, po tworzącej walcowej lub stożkowej. Obejmuje to również znaczenie znane z powyżej opisanego stanu techniki.

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego, polegający na śrubowym nawijaniu elementu z tworzywa na bęben i łączeniu sąsiadujących ze sobą zwojów w celu utworzenia rury. Istota wynalazku polega na tym, że rurę wytwarza się z wzdłużnego elementu w postaci paska, w którym to pasku można wyróżnić wzdłużny segment płaski oraz jeden lub dwa wzdłużne segmenty pofałdowane, usytuowane wzdłuż jednej lub obydwóch wzdłużnych krawędzi paska. Przed nawinięciem przedmiotowego paska na bęben pasek formuje się do profilu L lub U w przekroju poprzecznym, przy czy zagięcia dokonuje się wzdłuż linii rozdziału pomiędzy segmentem płaskim a segmentem lub segmentami pofałdowanymi. Następnie tak uformowany profil nawija się na bęben dokonując jednocześnie łączenia sąsiednich zwojów tak, że ścianka lub ścianki profilu utworzone z segmentu lub segmentów pofałdowanych tworzą zewnętrzne, śrubowe żebro wzmacniające rury.

Przez pasek wykonany uprzednio z tworzywa termoplastycznego rozumie się pasek wykonany ze znanego tworzywa znanymi sposobami, przykładowo poprzez wytłaczanie. Pasek ten może zawierać ponadto element lub elementy wzmacniające z innego materiału niż tworzywo, z którego jest wykonany. Element lub elementy wzmacniające mogą być zlokalizowane wewnątrz paska, albo zamocowane do jego powierzchni. Ponadto element lub elementy wzmacniające mogą przebiegać na całej szerokości paska bądź też alternatywnie tylko na części jego szerokości, przykładowo na części odpowiadającej podstawie profilu L lub U.

Korzystnie pasek formuje się do profilu L lub U wzdłuż linii rozdziału w postaci karbu, korzystnie rowka, pomiędzy segmentem płaskim paska a jego segmentem lub segmentami pofałdowanymi.

PL 217 756 B1

Celowym jest również, gdy do górnej krawędzi żebra mocuje się dodatkowy profil o przekroju zamkniętym, korzystnie okrągłym.

Równie korzystnym jest, gdy na rurę nawija się dodatkowy pasek wykonany uprzednio z tworzywa termoplastycznego i mocuje się go do górnych krawędzi bocznych ścianek sąsiadujących ze sobą zwojów żebra tak, że przedmiotowy pasek zakrywa przestrzeń pomiędzy sąsiednimi zwojami żebra rury.

Ponadto pożądanym jest, gdy sąsiednie zwoje wykonane z profilu U łączy się zarówno w dolnej jak i górnej części ścianek bocznych profilu U.

Dodatkowo wskazanym jest, gdy wytwarzanie rury począwszy od formowania paska do profilu L lub U wykonuje się w procesie ciągłym.

Ponadto korzystnym jest, gdy rurę wytwarza się z wykorzystaniem urządzenia mobilnego, korzystnie w rejonie montażu instalacji sieci kanalizacyjnych lub wodociągowych.

Sposób według wynalazku umożliwia wytwarzanie lekkich rur o różnych średnicach i dużym współczynniku sztywności przy zastosowaniu mobilnego urządzenia, z możliwością ich wytwarzania na miejscu montażu instalacji wykonywanej z wytworzonych rur. Żebra wzmacniające, które powstają z pofałdowanych segmentów paska, po jego zwinięciu do postaci rury ulegają rozciągnięciu i są wolne od naprężeń, przez co powstała rura charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi i jest bardzo trwała. Dodatkowo nowy sposób wytwarzania rur jest bardzo prosty i skuteczny, o niskiej energochłonności, a jego zastosowanie nie wymaga skomplikowanych urządzeń. Rury o znacznej średnicy ze względu na objętość którą zajmują są uciążliwe w transporcie i składowaniu, przez co możliwość wytwarzania rur z wcześniej przygotowanych gotowych pasków wytworzonych uprzednio z tworzywa termoplastycznego w dowolnym miejscu z wykorzystaniem przenośnego urządzenia jest istotną i ważną zaletą nowego sposobu. Takie paski zajmują mało miejsca, przez co ich transport i składowanie nie stwarza większych problemów. Sposób wytwarzania rur według wynalazku wymaga przy tym mało energii, dzięki czemu stosowane urządzenie może być zasilane z lokalnej sieci elektrycznej albo nawet z przenośnego generatora. Ponadto przedmiotowy sposób pozwala na wytwarzanie rur w wielu różnych opcjach, na specjalne zamówienie klienta, dla krótkich serii i zastosowań specjalnych, jak na przykład silosy lub zbiorniki. Naprężenia powstające podczas wytwarzania rury są praktycznie wyeliminowane, dzięki czemu rura po jej wytworzeniu ma stabilną postać. Zaproponowany sposób wytwarzania rury znacznie redukuje zużycie materiałów, zwłaszcza podczas rozruchu i zatrzymania produkcji. Przy wyborze materiału na paski można w bardzo prosty sposób zmieniać jego parametry wytrzymałościowe stosując materiały kompozytowe oraz elementy wzmacniające. Ponadto można uzyskać dwuścienną, zamkniętą strukturę ścianki rury, poprzez zamocowanie do zewnętrznych krawędzi żeber dodatkowego paska z tworzywa termoplastycznego tak, że przedmiotowy pasek zakrywa przestrzeń pomiędzy sąsiednimi zwojami żebra rury, co dodatkowo zwiększa sztywność rury.

Wynalazek został bliżej przedstawiony w poniższych przykładach wykonania i na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie pasek z tworzywa termoplastycznego w przekroju poprzecznym, fig. 1a i 1b - schematyczny przekrój AA z fig. 1 w dwóch możliwych wykonaniach, fig. 2 - pasek przedstawiony na fig. 1 w schematycznym widoku z góry, fig. 3 - pasek przedstawiony na fig. 1 i 2 po uformowaniu do profilu L w schematycznym przekroju poprzecznym, fig. 4 - schematyczny częściowy przekrój wzdłużny przez rurę uformowaną z profilu L przedstawionego na fig. 3, fig. 5 - schematyczny częściowy przekrój wzdłużny przez rurę uformowaną z profilu L przedstawionego na fig. 3 z dodatkowym profilem zamkniętym zamocowanym do górnej krawędzi żebra, fig. 6 schematycznie pasek z tworzywa termoplastycznego w przekroju poprzecznym w innym wykonaniu, fig. 7 - pasek przedstawiony na fig. 6 w schematycznym widoku z góry, fig. 8 - pasek przedstawiony na fig. 6 i 7 po uformowaniu do profilu U w schematycznym przekroju poprzecznym, fig. 9 schematyczny częściowy przekrój wzdłużny przez rurę uformowaną z profilu U przedstawionego na fig. 8, fig. 10 - schematyczny częściowy przekrój wzdłużny przez rurę uformowaną z profilu U przedstawionego na fig. 8 z dodatkowym profilem zamkniętym zamocowanym do górnej krawędzi żebra, zaś fig. 11 - schematyczny widok perspektywiczny na linię technologiczną do wytwarzania rury według wynalazku.

Sposób wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego, polega na tym, że rurę wytwarza się z gotowego paska 1 wykonanego wstępnie z tworzywa termoplastycznego, na przykład poprzez ekstruzję. Pasek 1 (fig. 1, fig. 2) zawiera wzdłużny segment płaski 2 oraz wzdłużny segment pofałdowany 3, usytuowany wzdłuż krawędzi paska 1. Segment pofałdowany 3 może mieć przebieg falisty, jak

PL 217 756 B1 przedstawiono na fig. 1a, bądź też przebieg o zarysie harmonijki, jak to przedstawiono na fig. 1b. Przed nawinięciem przedmiotowego paska 1 na bęben, przykładowo utworzony przez obrotowe rolki, pasek 1 formuje się do profilu L w przekroju poprzecznym, wzdłuż linii rozdziału 4 pomiędzy segmentem płaskim 2 a segmentem pofałdowanym 3. Linia rozdziału 4 może mieć w korzystnym wykonaniu postać karbu, przykładowo rowka 4a, który ułatwia formowanie paska 1 do postaci profilu L (fig. 3). Po uformowaniu paska 1 do profilu L wzdłuż rowka 4a kolejno nawija się ten profil na bęben dokonując jednocześnie łączenia sąsiednich zwojów tak, że ścianka profilu L utworzona z segmentu pofałdowanego 3 tworzy zewnętrzne, śrubowe żebro wzmacniające 5 rury 6 (fig. 4), które to żebro 5 stanowi integralną część tej rury 6.

W kolejnym wykonaniu (fig. 5) do górnej krawędzi żebra 5 mocuje się dodatkowy profil 7 o przekroju zamkniętym, korzystnie okrągłym. Może to być profil pełny bądź też o zarysie pierścienia, pusty w środku.

W dalszym możliwym wykonaniu, nie przedstawionym na rysunku, do górnej krawędzi sąsiadujących zwojów żebra mocuje się dodatkowy pasek, zakrywający przestrzeń pomiędzy kolejnymi zwojami śrubowego żebra.

W kolejnym wykonaniu sposobu wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego rurę wytwarza się z gotowego paska 1' wykonanego wstępnie z tworzywa termoplastycznego, na przykład poprzez ekstruzję. Pasek 1' (fig. 6, fig. 7) zawiera wzdłużny segment płaski 2' oraz dwa wzdłużne segmenty pofałdowane 3', usytuowane wzdłuż dwóch krawędzi paska 1'. Segmenty pofałdowane 3' mogą mieć przebieg falisty bądź też przebieg o zarysie harmonijki. Przed nawinięciem przedmiotowego paska 1' na bęben, przykładowo utworzony przez obrotowe rolki, pasek 1' formuje się do profilu U w przekroju poprzecznym, wzdłuż linii rozdziału 4' pomiędzy segmentem płaskim 2' a segmentami pofałdowanymi 3'. Linia rozdziału 4' może mieć w korzystnym wykonaniu postać karbu, przykładowo rowka 4'a, który ułatwia formowanie paska 1' do postaci profilu U (fig. 8). Po uformowaniu paska 1' do profilu U wzdłuż rowka 4'a kolejno nawija się ten profil na bęben dokonując jednocześnie łączenia sąsiednich zwojów tak, że ścianki profilu U utworzone z segmentów pofałdowanych 3' tworzą zewnętrzne, śrubowe żebro wzmacniające 5' rury 6' (fig. 9), które to żebro 5' stanowi integralną część tej rury 6'.

W kolejnym wykonaniu (fig. 10) do górnej krawędzi żebra 5' mocuje się dodatkowy profil 7' o przekroju zamkniętym, korzystnie okrągłym. Może to być profil pełny bądź też o zarysie pierścienia, pusty w środku.

W dalszym możliwym wykonaniu, nie przedstawionym na rysunku, do górnej krawędzi sąsiadujących zwojów żebra mocuje się dodatkowy pasek, zakrywający przestrzeń pomiędzy kolejnymi zwojami śrubowego żebra.

W odniesieniu do powyższych wykonań pasek, z którego wytwarza się rurę według wynalazku może zawierać wzmocnienia i być wytwarzany z różnych tworzyw termoplastycznych, w zależności od zapotrzebowania. Śrubowo zwijana lekka rura wytwarzana jest z wykorzystaniem rolek obrotowych tworzących bęben, na który nawija się śrubowo uprzednio przygotowany pasek, uformowany przed nawinięciem do profilu L lub U, i łączy sąsiednie zwoje znanymi metodami, przykładowo przez spawanie poprzez wtłaczanie wytłoczonego z wytłaczarki materiału lub inne znane sposoby spawania tworzyw termoplastycznych. Możliwe jest również zastosowanie klejenia. Ścianki profilu L lub U tworzą na powierzchni wytworzonej rury śrubowe zewnętrzne żebro, które zapewnia obwodową sztywność rury i jest praktycznie wolne od naprężeń. Ponadto można uzyskać dwuścienną, zamkniętą strukturę ścianki rury, poprzez zamocowanie do zewnętrznych krawędzi żeber dodatkowego paska z tworzywa termoplastycznego tak, że przedmiotowy pasek zakrywa przestrzeń pomiędzy sąsiednimi zwojami żebra rury. Dodatkowy pasek tworzący zewnętrzną powłokę rury mocuje się sposobami opisanymi powyżej do górnych krawędzi sąsiadujących zwojów żebra. Sąsiednie zwoje wykonane z profilu U można łączyć tylko w dolnej części ścianek bocznych, jak i zarówno w dolnej i górnej części ścianek bocznych profilu U. Wytwarzanie rury począwszy od formowania paska do profilu L lub U można wykonywać w procesie ciągłym, z wykorzystaniem urządzenia mobilnego, korzystnie w rejonie montażu instalacji, przykładowo sieci kanalizacyjnych lub wodociągowych.

Na fig. 11 przedstawiono schematycznie widok perspektywiczny na linię technologiczną do wytwarzania rur według sposobu zgodnym z wynalazkiem. Wcześniej wytworzony pasek 1, zawierający segment płaski oraz segment lub segmenty pofałdowane, jest wyprowadzany ze szpuli 8 i poprzez podajnik 9 wprowadzany do urządzenia 10 do kształtowania, gdzie pasek 1 jest kształtowany do profilu L lub profilu U. Formowania do profilu L lub U, w zależności od zaprojektowanej konstrukcji rury,

PL 217 756 B1 dokonuje się wzdłuż karbu, jak to opisano powyżej, bądź też innymi znanymi sposobami, przykładowo poprzez, osobne bądź łączne, wyginanie, wycinanie, nacinanie, podgrzewanie i/lub spawanie. W odniesieniu do powyżej opisanych przykładów wykonania linia rozdziału pomiędzy segmentem płaskim a segmentem lub segmentami pofałdowanymi może nie zawierać karbu. Pasek może być jednorodny bądź też o różnej strukturze wewnętrznej, co opisano powyżej. Następnie uformowany profil L lub U nawija się na przedstawiony schematycznie na rysunku bęben 11, utworzony przykładowo przez napędzane obrotowe rolki. Śrubowego nawijania profilu dokonuje się przy użyciu zestawów obrotowych rolek dociskowych o własnym napędzie i rolek kształtujących. Pasek nawijany jest śrubowo na bęben. Po nawinięciu sąsiednich zwojów są one wzajemnie łączone od wewnątrz przy użyciu wałka dociskowego z wykorzystaniem odpowiedniej metody łączenia, przykładowo spawania materiałem wytłoczonym z wytłaczarki. Dodatkowo, w przypadku profilu U, można połączyć zewnętrzne krawędzie sąsiednich ścianek bocznych tworzących żebro wzmacniające.

Wytworzona w ten sposób rura z otwartym profilem, tak zwana rura bazowa, może być stosowana do budowy rurociągów tam, gdzie nie jest wymagana bardzo wysoka sztywność obwodowa. W celu dodatkowego zwiększenia sztywności obwodowej i/lub zapewnienia większej wytrzymałości i bezpieczeństwa do rury bazowej można zamocować w tym samym procesie ciągłym dodatkową warstwę zewnętrzną. W tym celu dodatkowy pasek 12 o odpowiednio dopasowanej szerokości jest podawany ze szpuli 8a z wykorzystaniem podajnika 13. Szybkość podajnika 13 jest regulowana, aby dopasować ją do prędkości obrotu zewnętrznej powierzchni żebra rury bazowej. Na co najmniej jednej z krawędzi, albo na dwóch krawędziach dodatkowy pasek 12 jest łączony z powierzchnią śrubową żebra 5. Możliwym jest dokonanie dodatkowego uszczelnienia i wzmocnienia dodatkowymi spawami. Zewnętrzne spoiny mogą być również wykonywane ze spoinami wewnętrznymi, z wykorzystaniem specjalnych głowic spawalniczych lub zestawu głowic spawalniczych zasilanych z tej samej wytłaczarki. Tak wyprodukowana rura śrubowo zwijana jest w dalszej kolejności cięta gdy przechodzi przez urządzenie do cięcia 14. Gotowa rura jest cięta w kierunku promieniowym przez środek osi do wymaganej długości. Pocięte rury są następnie transportowane do miejsca składowania 15 lub ładowane na przyczepy i wywożone do klienta. Zamiast dodatkowego paska analogicznie do górnych krawędzi zwojów żebra można zamocować dodatkowy zamknięty profil, który opisano powyżej.

W odniesieniu do wszystkich powyższych przykładów wykonania możliwym jest dodatkowe zaopatrzenie zwojów żebra w nakładkę wykonaną z blachy, przykładowo w postaci profilu o kształcie litery U lub profilu zaginanego na zwojach żebra, którą nakłada się na zwoje żebra lub zagina na nich, i która obejmowałaby żebro częściowo lub w całości. Taka nakładka zabezpiecza żebro przed uszkodzeniami i/lub zniszczeniem. Nakładkę można mocować do żebra z wykorzystaniem środków mechanicznych, przykładowo śrub, nitów, zacisków bądź też z wykorzystaniem różnego rodzaju klejów, polimerów lub innych znanych złączy i środków.

Claims (7)

1. Sposób wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego, w którym nawija się śrubowo element z tworzywa na bęben i łączy sąsiednie zwoje w celu uformowania rury, znamienny tym, że rurę (6, 6') wytwarza się z wzdłużnego elementu w postaci paska (1, 1'), w którym to pasku (1, 1') wyróżnia wzdłużny segment płaski (2, 2') oraz jeden i/lub dwa wzdłużne segmenty pofałdowane (3, 3'), usytuowane wzdłuż jednej i/lub obydwóch wzdłużnych krawędzi paska (1, 1'), przy czym przed nawinięciem przedmiotowego paska (1, 1') na bęben (11) pasek (1, 1') formuje się do profilu L lub U w przekroju poprzecznym, wzdłuż linii rozdziału (4, 4') pomiędzy segmentem płaskim (2, 2') a segmentem lub segmentami pofałdowanymi (3, 3'), a następnie tak uformowany profil nawija się na bęben (11) dokonując jednocześnie łączenia sąsiednich zwojów tak, że ścianka lub ścianki profilu utworzone z segmentu lub segmentów pofałdowanych (3, 3') tworzą zewnętrzne, śrubowe żebro wzmacniające (5, 5') rury (6, 6').

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że korzystnie pasek (1, 1') formuje się do profilu L lub U wzdłuż linii rozdziału (4, 4') w postaci karbu, korzystnie rowka (4a, 4'a).

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że do górnej krawędzi żebra (5, 5') mocuje się dodatkowy profil (7, 7') o przekroju zamkniętym, korzystnie okrągłym.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że dodatkowy pasek (12) wykonany uprzednio z tworzywa termoplastycznego nawija się na rurę (6, 6') i mocuje do górnych krawędzi zwo6

PL 217 756 B1 jów żebra (5, 5') tak, że przedmiotowy pasek (12) zakrywa przestrzeń pomiędzy sąsiednimi zwojami żebra (5, 5') rury (6, 6').

5. Sposób według zastrz. 1-4, znamienny tym, że sąsiednie zwoje wykonane z profilu U łączy się zarówno w dolnej jak i górnej części ścianek bocznych profilu U.

6. Sposób według zastrz. 1-5, znamienny tym, że wytwarzanie rury (6, 6') począwszy od formowania paska (1, 1') do profilu L lub profilu U wykonuje się w procesie ciągłym.

7. Sposób według zastrz. 1-6, znamienny tym, że rurę (6, 6') wytwarza się z wykorzystaniem urządzenia mobilnego, korzystnie w rejonie montażu instalacji sieci kanalizacyjnych lub wodociągowych.