CH492543A - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung verstärkter thermoplastischer Rohre - Google Patents

Description

  



  Verfahren und Einrichtung zur Herstellung verstärkter thermoplastischer Rohre
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung verstärkter thermoplastischer Rohre, die im Innern ihrer Wandung mit Monofilamenten versehen sind, sowie auf eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens.



   Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von mit Fasern verstärkten Rohren bekannt.



   Ein solches Verfahren ist die Herstellung von Rohren durch Extrudieren, wobei dem thermoplastischen Material vor der Extrusion Glasfaserabschnitte einer Länge bis zu etwa 5 mm einverleibt werden. In diesem Falle haben die Glasfasern im fertigen Rohr keine einheitliche Orientierung, sondern diese ist zufällig. Infolgedessen sind die mechanischen Eigenschaften von Rohren, die nach diesem Verfahren hergestellt sind, wenig befriedigend.



   Ein weiteres bekanntes Extrusionsverfahren basiert auf der Einführung von Rovings, das sind Glasfaserstränge, unter Verwendung eines Wirkkopfes, in die Extrusionsdüse, so dass die fliessende Kunststoffmasse den so auf einen Dorn aufgewirkten     strumpf    mitnimmt. Dabei kommen die verstärkenden Stränge kreuzweise aufeinanderzuliegen, so dass sie sich bei Belastung gegenseitig abscheren können. Auch ist eine Orientierung dieser Stränge im fertigen Rohr nicht zu erreichen; ihre Lage in der Wanddicke des fertigen Rohres ist rein zufällig. Die Menge der eingeführten Stränge ist begrenzt durch deren erheblichen Raumbedarf;   Anderun-    gen des Durchmessers der herzustellenden Rohre setzen zudem enorme Umbauten am Extruder voraus.

   In der Praxis hat sich dieses Verfahren nicht durchsetzen können, weil es nicht produktionsgerecht ist.



   Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht im Umwickeln von fertigen thermoplastischen Rohren mit Glasrovings, die in Giessharz getränkt sind und mit diesem zusammen ein separates äusseres Rohr um das thermoplastische innere Rohr herum bilden; dabei kann die unterschiedliche Wärmedehnung dieser beiden Rohrteile sich nur ungenügend ausgleichen. Nicht nur das produktionsmässige Zusammenbringen der verschiedenen Rohstoffe stösst auf erhebliche Schwierigkeiten.



  Auch ist bei diesem Verfahren eine exakte Kalibrierung des Aussendurchmessers des fertigen Rohres nicht möglich. Aus diesen Gründen ist auch der praktische Einsatz des Verfahrens ausserordentlich erschwert und häufig unmöglich.



   Weiter werden in der Papierindustrie Papprohre aus Papierstreifen hergestellt, die um einen Dorn gewickelt werden; dabei können die Papierstreifen mit einer textilen Verstärkung versehen sein. Dieses Verfahren ist für thermoplastische Kunststoffe nicht anwendbar, weil im Gegensatz zur Papierindustrie hier nicht mit Leimen gearbeitet wird, welche die einzelnen Lagen der Wicklung miteinander verbinden und die textile Verstärkung einbetten und umhüllen. Auch ist bei diesem Verfahren keine Kalibrierung des äusseren Rohrdurchmessers möglich, was das Verbinden und Verlegen solcher Rohre ausserordentlich erschwert.



   Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, welches die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet und welches sich für die Verarbeitung aller Thermoplaste eignet, ferner eine genau vorbestimmte Orientierung der verstärkenden Filamente, beliebige Durchmesser der Rohre und eine exakte Kalibrierung des Aussendurchmessers derselben herzustellen erlaubt, und welches auch eine praktisch beliebige Auslegung der Verstärkung hinsichtlich Material und Zahl der Filamente ermöglicht.



   Das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man in einem ersten Schritt ein verstärktes Band aus thermoplastischem Material herstellt, indem man aus einem Extruder mit zwei spaltförmigen Düsen zwei thermoplastische Streifen auspresst und diese parallel zueinander und zu einer zwischen sie eingeführten Bahn von parallelen Filamenten zusammenführt und durch Druckeinwirkung miteinander und mit der Bahn verschweisst, in einem zweiten Schritt mindestens zwei so gewonnene Bänder kreuzweise und in lückenloser Überdeckung auf einen zylindrischen Dorn wickelt, der Mittel zum Zuführen eines Druckmediums zu seiner  Mantelfläche im bewickelten Zustand aufweist und in einem dritten Schritt den bewickelten Dorn in eine verschliessbare und heizbare bzw.

   erwärmte Form, deren Innenfläche der Aussenfläche des herzustellenden Rohres angepasst ist, einlegt, die Form schliesst und der Mantelfläche des Dorns Druckmedium zuführt, so dass eine Aufweitung und Verschweissung des auf dem Dorn befindlichen Wickels bewirkt wird, worauf man erkalten lässt, das Druckmedium ablässt und das durch den Wickel gebildete Rohr aus der Form entfernt.



   Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Ausführung des   erfindungsgemässen      Verfah-    rens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie umfasst: a) einen Extruder, der zwei spaltförmige Düsen, eine Andrückvorrichtung, die unmittelbar nach den Düsen angeordnet ist, eine Zuführvorrichtung zum Zuführen einer Bahn paralleler Filamente zu der Andrückvorrichtung und eine Abzugsvorrichtung für das extrudierte Gut aufweist; b) eine Wickelvorrichtung, die einen zylindrischen Dorn, der eine Längsbohrung und Querbohrungen enthält, welche die Längsbohrung mit der Mantelfläche des Dorns verbinden, eine erste Gruppe von Bandwickelringen, die bezüglich der Achse des Dorns in einer Richtung drehen, und eine zweite Gruppe von Bandwickelringen, die in der entgegengesetzten Richtung drehen, aufweist;

   und c) eine heizbare und verschliessbare Form, deren Innenfläche der Aussenfläche des bewickelten Dorns angepasst ist, jedoch unter Belassung eines einer vorbestimmten Dicke des Wickels entsprechenden Zwischenraums, und welche mit Mitteln zum Zuführen von Druckmedium in die Längsbohrung des eingelegten Dorns bei verschlossener Form versehen ist.



   Im folgenden wird das Verfahren der Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Darin stellt:
Fig. 1 einen Extruder mit Zusatzvorrichtungen für die Herstellung eines verstärkten Bandes aus thermoplastischem Material und
Fig. 2 eine Wickelvorrichtung zum Bewickeln von Dornen mit dem verstärkten Band dar.



   Im folgenden wird das Verfahren in seinen drei aufeinanderfolgenden Schritten beschrieben.



   1. Schritt: Herstellung eines verstärkten   Bandes    Fig. 1.



   Es wird zunächst mit Hilfe des in Fig. 1 dargestellten Extruders 1 ein beispielsweise 5 mm breites verstärktes Band 11 hergestellt. Die Breite dieses Bandes ist weitgehend unabhängig von dem Durchmesser des später zu erzeugenden Rohres.



   Der Extruder ist mit zwei Düsen 5 und 6 versehen, die zwei parallele   Austrittsspalten    haben, die einander zugewandt sind und nur einen geringen Abstand voneinander haben; die aus den Düsen ausgepressten Kunststoffstreifen 7 und 8 haben eine Breite von 50 mm und eine Dicke von beispielsweise 0,2 mm. Die Kunststoffstreifen 7 und 8 haben auf ihren einander zugewandten Breitseiten Längsrillen, deren Zahl und Durchmesser dem der zugeführten Glasfasern entspricht. Nach Verlassen der Düsen laufen die Streifen 7 und 8 zwischen zwei Druckwalzen 9 und 10 hindurch, welche unmittelbar unter den Düsen angeordnet sind. Gleichzeitig läuft in den Raum zwischen den beiden Streifen und den Walzen 9, 10 von oben her eine Bahn 14 paralleler Glasfasern.

   Zum Zuführen und   Parallelrichten    der Glasfasern dienen eine Umlenkrolle 3 und zwei Kämme 2 und 4, von denen der erste in Laufrichtung vor und der zweite in Laufrichtung hinter der Umlenkrolle 4 angeordnet ist. Der von den Druckwalzen 9, 10 ausgeübte Druck kann durch eine nicht dargestellte Vorrichtung hydraulisch geregelt werden; er wird so eingestellt, dass die Streifen 7, 8 miteinander und mit der zwischen ihnen befindlichen Faserbahn 14 haltbar verschweisst werden. Die Glasfasern der Bahn 14 können verschiedene Durchmesser haben. Statt der Glasfasern können auch Fasern aus anderem Material, wie Textilfasern, verwendet werden. Unterhalb der Druckwalzen 9, 10 ist ein Paar Abzugswalzen 12 und 13 angeordnet, zwischen denen das verschweisste Band 11 hindurchläuft, worauf es aus eine Aufwickelspule 15 aufgewickelt wird.

   Die gefüllten Aufwickelspulen können bis zur Weiterverarbeitung des Bandes 11 gelagert werden. Das Band 11 kann im Bedarfsfalle vor dem Aufwickeln gekühlt werden.



   Vor dem Anfahren des Extruders werden die dem Extruder zugeführten Glasfilamente von nicht dargestellten Vorratsspulen, die in einer Entfernung von etwa 4 m seitlich von den Düsen auf einem Rahmengestell angeordnet sein können, abgewickelt und einzeln durch die beiden Kämme 2 und 4 gefädelt und über die Umlenkrolle 3 gelegt sowie in die Spalte zwischen den Druckwalzen 9, 10 und den Abzugswalzen 12, 13 eingeführt, worauf der Extruder angefahren wird.



   Sobald die beiden dünnen Streifen 7, 8 aus den Düsen 5, 6 austreten, werden diese ebenfalls durch den Walzenspalt geführt, so dass die Fäden von ihnen eingeschlossen werden; dann wird der Walzendruck reguliert.



  Die Abzugswalzen 9, 10 sorgen für den gleichmässigen Transport des Bandes, das nunmehr genau in seiner Mitte die verstärkenden Filamente enthält.



   2. Schritt: Bewickeln der Dorne - Fig. 2.



   Das Bewickeln der Dorne 24 mit dem aus dem ersten Schritt gewonnenen verstärkten Band erfolgt mit Hilfe der Wickelvorrichtung 20 und deren Zusatzeinrichtungen 21, 22 und 23, die der Führung und Trennung der kontinuierlich vorgeschobenen, durch Nippel 25 miteinander verbundenen Dorne 24 dienen. Dieses Bewickeln kann wenn nötig durch Anwärmen der Bänder erleichtert werden.



   Die Dorne sind mit je einem Schlauch aus Silikongummi überzogen, dessen Aussendurchmesser sich nach dem gewünschten Innendurchmesser des herzustellenden Rohres richtet. Jeder Dorn, der etwa 6 m Länge haben kann, ist mit einer durchgehenden Längsbohrung und zahlreichen durch die Wandung des Dorns   hindurch-    gehenden Querbohrungen versehen; diese Bohrungen dienen dazu, im noch zu beschreibenden dritten Schritt Pressluft zwischen den Mantel des Dorns und den Silikonschlauch einzuleiten. Der Silikonschlauch kann eine Dicke von etwa 3 bis 5 mm haben; er ist an beiden Enden dicht an dem Dorn 24 befestigt.



   Die Längsbohrung ist an beiden Enden mit Gewinde versehen, so dass die einzelnen Dorne 24 durch Einschrauben der mit Aussengewinde versehenen Nippel 25 miteinander verbunden werden können.



   Als Zusatzeinrichtungen der Wickelvorrichtung 20 sind eine erste Vorschubvorrichtung 21, eine zweite Vorschubvorrichtung 22, zwischen denen sich die Wikkelstrecke befindet, und eine Trennvorrichtung 23 vorgesehen. Die Vorschubvorrichtungen 21, 22 sorgen für einen gleichmässigen Transport der miteinander verbundenen Dorne 24 in deren axialer Richtung gemäss dem Pfeil in Fig. 2.



   Zum Schluss ist eine nicht dargestellte Stapelvorrichtung vorgesehen, welche die bewickelten und abgetrennten Rohrohre bis zur Weiterverarbeitung aufnimmt.



   Die   Wickelstrecke    umfasst eine Anzahl Wickelringe   26 bis 31, deren jeder r mit drei in ihrer Richtung ver-    stellbaren Achsstummeln 32 versehen ist, die zur Aufnahme je einer ein verstärktes Band 11 tragenden Spule 15 (Fig. 1) dienen. Die Wickelringe 26, 28, 30, die in der einen Richtung umlaufen, bilden eine erste Gruppe, und die in der entgegengesetzten Richtung umlaufenden Wickelringe 27, 29 und 31 bilden eine zweite Gruppe.



  Die Drehzahl der Wickelringe ist regulierbar, jedoch entsprechend der Geschwindigkeit, mit welcher das Band 11 von den Spulen 15 abgezogen wird, bei allen   Wickelringen    gleich gross. Zweckmässig beträgt der Innendurchmesser der Wickelringe für die Herstellung von Rohren bis zu 150 mm Aussendurchmesser etwa 500 mm; der Innendurchmesser muss so gewählt werden, dass in jedem Falle noch genügend Platz für die Spulen 15 vorhanden ist. Durch die beiden Gruppen der Wickelringe werden auf jeden Dorn sich kreuzende und lückenlos überdeckende Lage der Bänder 11   aufgewik    kelt, so dass eine feste und dichte Wicklung 34 entsteht.



   Wie bereits gesagt, sind die Dorne 24 mittels der Nippel 25 miteinander verschraubt. Um ein Trennen der durchlaufend bewickelten Dorne mit Hilfe einer magnetischen Abtastung der Trennstelle zu ermöglichen, sollen die Dorne aus nichtmagnetischem Material und die Nippel aus magnetischem Material bestehen. Dann kann mit Hilfe einer nicht dargestellten magnetischen Abfühlvorrichtung die Trennstelie ermittelt und nach Verlassen der zweiten Vorschubvorrichtung 22 mit Hilfe der mit einer umlaufenden Kreissäge 33 versehenen Trennvorrichtung 23 durchgeschnitten werden. Nach dem Durchschneiden werden die Enden der Wicklungen 34 durch Klemmringe an den einzelnen Dornen fixiert, worauf diese dem nächsten Fertigungsschritt zugeführt werden.



   Dritter Schritt: Verschweissen der Wicklung unter Druck.



   Der bewickelte Dorn wird in eine 6 m lange, stabile, aufklappbare Form gelegt, die doppelwandig ist und mit Dampf oder Wärmeübertragungsöl (eventuell auch elektrisch) beheizt werden kann. Nach dem Schliessen der Form wird in die Dorne Pressluft geleitet, so dass sich der Silikonschlauch aufbläht und den Wickel von innen gegen die Form drückt und an deren innere Oberfläche anlegt. Dabei erfolgt unter dem Einfluss der erhöhten Temperatur eine Verschweissung des Wickels. Der Druck kann etwa 100 atü betragen. Nach Erkaltenlassen oder Abkühlen mit Hilfe eines Kühlmediums kann die Pressluft abgelassen und der Wickel entnommen   werden. I : Der Dorn lässt sich dann leicht herausziehen,    und das verstärkte gewickelte Rohr ist fertig.



   Es kann auch eine Form verwendet werden, deren innere Oberfläche aufgerauht ist oder mit einem Profil versehen ist; man erhält dadurch Rohre mit aufgerauhter oder profilierter Oberfläche.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Herstellung verstärkter thermoplastischer Rohre, die im Innern ihrer Wandung mit Monofilamenten versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass man in einem ersten Schritt ein verstärktes Band aus thermoplastischem Material herstellt, indem man aus einem Extruder mit zwei spaltförmigen Düsen zwei thermoplastische Streifen auspresst und diese parallel zueinander und zu einer zwischen sie eingeführten Bahn von parallelen Filamenten zusammenführt und durch Druckeinwirkung miteinander und mit der Bahn verschweisst, in einem zweiten Schritt mindestens zwei so gewonnene Bänder kreuzweise und in lückenloser Über- deckung auf einen zylindrischen Dorn wickelt, der Mittel zum Zuführen eines Druckmediums zu seiner Mantelfläche im bewickelten Zustand aufweist,

   und in einem dritten Schritt den bewickelten Dorn in eine verschliessbare und heizbare bzw. erwärmte Form, deren Innenfläche der Aussenfläche des herzustellenden Rohres angepasst ist, einlegt, die Form schliesst und der Mantelfläche des Dorns Druckmedium zuführt, so dass eine Aufweitung und Verschweissung des auf dem Dorn befindlichen Wickels bewirkt wird, worauf man erkalten lässt, das Druckmedium ablässt und das durch den Wikkel gebildete Rohr aus der Form entfernt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach PatentGnspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstärkung Glasfaserstränge verwendet werden.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt lückenlos miteinander verbundene Dorne kontinuierlich bewickelt werden.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bewickelnde Dorn mit einem elastischen Schlauch aus wärmebeständigem Material, z. B. aus Silikongummi, überzogen ist.

   4. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne nach dem Bewickeln getrennt werden und getrennt im dritten Schritt weiterverarbeitet werden.

   PATENTANSPRUCH II Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: a) einen Extruder (1), der zwei spaltförmige Düsen (5, 6), eine Andrückvorrichtung (9, 10), die unmittelbar nach den Düsen angeordnet ist, eine Zuführvorrichtung (2, 3, 4) zum Zuführen einer Bahn paralleler Filamente zu der Andrückvorrichtung und eine Abzugsvorrichtung (12, 13) für das extrudierte Gut aufweist; b) eine Wickelvorrichtung (20), die einen zylindrischen Dorn (24), der eine Längsbohrung und Querbohrungen enthält, welche die Längsbohrung mit der Mantelfläche des Dorns verbinden, eine erste Gruppe von Bandwickelringen (26, 28, 30), die bezüglich der Achse des Dorns in einer Richtung drehen, und eine zweite Gruppe von Bandwickelringen (27, 29, 31), die in der entgegengesetzten Richtung drehen, aufweist;

   und c) eine heizbare und verschliessbare Form, deren Innenfläche der Aussenfläche des bewickelten Dorns (34) angepasst ist, jedoch unter Belassung eines einer vorbestimmten Dicke des Wickels entsprechenden Zwischenraumes, und welche mit Mitteln zum Zuführen von Druckmedium in die Längsbohrung des eingelegten Dorns bei verschlossener Form versehen ist.

   UNTERANSPRÜCHE 5. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung (2, 3, 4) zwei Kämme (2, 4) und eine zwischen diesen angeordnete Umlenkrolle (3) zur parallelen Zuführung der Filamente zur Andrückvorrichtung umfasst.

   6. Einrichtung nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückvorrichtung aus einem Paar Walzen (9, 10), deren gegenseitiger Anlagedruck regulierbar ist, besteht.

   7. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Form eine aufgerauhte oder profilierte innere Oberfläche aufweist.

   PATENTANSPRUCH III Nach dem Verfahren des Patentanspruches I hergestelltes thermoplastisches Rohr, dadurch gekennzeichnet, dass es aus kreuzweise gewickelten, miteinander verschweissten Bändern aus thermoplastischem Material besteht, wobei jedes der Bänder in seiner Mittelebene, die sich in Richtung der Breite des Bandes erstreckt, mit in Längsrichtung des Bandes orientierten Monofilamenten verstärkt ist.