DE69106843T2

DE69106843T2 - Verbesserte Methode und Apparat zum Formen von thermoplastischen Rohren.

Info

Publication number: DE69106843T2
Application number: DE69106843T
Authority: DE
Inventors: Trevor George Bowkett
Original assignee: McKechnie Plastics Ltd
Current assignee: TFX Group Ltd
Priority date: 1990-11-13
Filing date: 1991-11-11
Publication date: 1995-09-07
Anticipated expiration: 2011-11-12
Also published as: CA2055263C; NO914428D0; EP0486237B1; IE64962B1; CN1031118C; NO180285B; JPH04267136A; DE69106843D1; DK0486237T3; ATE117242T1; US5200124A; KR920009546A; SG167694G; GB9024619D0; IE913817A1; CA2055263A1; JP3229349B2; CN1061373A; NO180285C; GR3015733T3

Description

Die Erfindung betrifft Rohre, die aus thermoplastischem Material hergestellt sind, und schafft ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen derartiger Rohre in die erforderlichen Formen oder Konfigurationen. Der Begriff "Rohr", wie er hier verwendet wird, uinf aßt Schläuche, Rohrleitungen und ähnliche Leitungen, unabhängig davon, ob sie in einlagiger oder inehrschichtiger Konstruktion ausgeführt sind.
Rohre aus Kunststoffmaterialien werden bei einer großen Anzahl von Anwendungsarten verwendet und werden in der Kraftfahrzeugtechnik allgemein benutzt, um Rohrleitungsanschlüsse für Dampf, Luft, Hydraulikflüssigkeiten, Brennstoffe, Kühlmittel oder Öl herzustellen. Bei derartigen Anwendungsfällen muß das Rohr häufig eine besondere Form oder Konfiguration aufweisen.
Bisher wurden derartige Formen durch spezielle Einsätze erreicht, die in dein Rohr angeordnet wurden, um das Rohr in die erforderliche Form zu bringen, woran anschließend eine Erwärmungs- oder Anlaßstufe folgte, um die erforderliche Form zu erzielen, wonach dann der Einsatz entfernt wurde.
Die Verwendung derartiger Einsätze wurde für erforderlich gehalten, um zu verhindern, daß die Wandung des Rohres während des Formens zusammenfällt und diese Verfahrensweise hat die Formen begrenzt, welche erzeugt werden konnten. Insbesondere konnten Vielfachbiegungen nicht leicht erzielt werden, da hierzu die Einsätze sehr kompliziert sind und Schwierigkeiten bestehen, die Einsätze wieder zu entfernen.
Ein Verfahren zum Formen thermoplastischer Rohre ohne innere Abstützung ist aus der DE-B-1 604 639 bekannt. Bei diesem Verfahren wird das Rohr auf einer Form abgestützt, welche die erforderliche Gestalt des zu erzeugenden Rohres aufweist, und wird dadurch erwärmt, daß ein Strom durch die Form geleitet wird, um das thermoplastische Material zu erweichen. Bei diesem Verfahren wird die Gesamtlänge des Rohres durch direkte Berührung mit der erhitzten Form erwärmt.
Die US-B-2 260 517 und das DE-GM-8 501 713 beschreiben Verfahren zum Formen thermoplastischer Rohre ohne direkten Kontakt zwischen dem Rohr und der Wärmequelle. Bei beiden Verfahren wird das Rohr durch eine entfernte Wärmequelle erhitzt, um das thermoplastische Material zu erweichen und wird dann in die erforderliche Form dadurch gebracht, daß das erhitzte Rohr in Berührung mit einer Schablone gebracht wird, die die erforderliche Form des zu erzeugenden Rohres aufweist. Bei diesem Verfahren wird das Rohr in die erforderliche Form verformt, während das thermoplastische Material in dem erweichten Zustand vorliegt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen thermoplastischer Rohre in die erforderliche Gestalt durch kontaktfreies Erwärmen des Rohres zu schaffen, während dieses in der erforderlichen Gestalt gehalten wird.
Nach einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Formen einer Biegung in einem Rohr aus thermoplastischem Material vorgeschlagen, welches folgende Verfahrensschritte aufweist:
Abstützen des Rohres von außen auf eine Schablone zum Vorformen einer Biegung, welche einer erforderlichen Biegungskonfiguration entspricht;
Erwärmen des Rohres zum Erweichen des thermoplastischen Materials zum Anpassen an die erforderliche Biegungskonfiguration, während das Rohr stationär auf der Schablone gehalten wird;
Abkühlen des Rohres zum Erhärten des thermoplastischen Materials und zum Beibehalten der erforderlichen Biegungskonfiguration, während das Rohr stationär auf der Schablone gehalten wird; und
Entfernen des Rohres aus der Schablone mit der darin geformten Biegung,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erwärmens des Rohres örtlich begrenzt an dem Bereich der Biegung durch Infrarot-Strahlung aus einer Infrarot-Quelle durchgeführt wird, welche im Abstand von der Schablone und von dem Rohr angeordnet ist, wobei die Emission an Infrarot-Strahlung derart gesteuert wird, daß das thermoplastische Material ausreichend plastisch wird, um sich der erforderlichen Biegungskonf iguration anzupassen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt das Formen des jeweiligen Rohres durch eine gesteuerte Infrarot-Erwärmung, während das Rohr äußerlich abgestützt ist. Es wurde gefunden, daß die Infrarot-Erwärmung des thermoplastischen Materials bei äußerer Abstützung des Rohres durchgeführt werden 80 kann, ohne daß das Rohr zusammenfällt.
Als Resultat hiervon werden die oben erwähnten Probleme der bekannten Verfahren unter Verwendung spezieller Einsätze zum Abstützen des Rohres von innen vollständig vermieden.
Zusätzlich wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Erwärmen des gesamten Rohres durch direkten Kontakt mit einer erhitzten Form, wie dies in der DE-B-1 604 639 beschrieben ist, oder das Erwärmen des gesamten Rohres und Verformen des erhitzten Rohres, wobei das thermoplastische Material in einem erweichten Zustand vorliegt, wie dies in der US-B- 2 260 517 und dem DE-GM-8 501 713 beschrieben ist, ebenfalls vermieden.
Fernerhin kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das Rohr in komplexe Formen einschließlich mehrfacher Biegungen verformt werden, indem ein oder mehrere Schablonen verwendet werden, um das Rohr von außen abzustützen und indem Vorsorge getroffen wird, daß die Emission von Infrarotstrahlung das Rohr örtlich begrenzt an unterscheidbaren Teilen der axialen Länge erwärmt und zwar entsprechend der speziellen zu erzeugenden Form.
In vorteilhafter Weise wird die Emission an Infrarot-Strahlung derart gesteuert, daß eine gepulste oder intermittierende Emission erzeugt wird.
Auf diese Weise wird eine Verweilzeit zwischen aufeinanderfolgenden Emissionen von Infrarot-Strahlung erzeugt, so daß die absorbierte Energie durch Wärmeleitung um den Umfang des Rohres als Wärme übertragen werden kann, so daß hierdurch eine gleichmäßige Erwärmung des Rohres gewährleistet wird. Als Resultat hiervon wird eine Überhitzung und Schmelzen des thermoplastischen Materials vermieden.
Zusätzlich oder alternativ kann die Emission an Infrarot- Strahlung gesteuert werden, indem die Energie und/oder Intensität der Infrarot-Strahlung variiert wird.
Vorzugsweise wird die Emission an Infrarot-Strahlung derart gesteuert, daß eine Spitzenenergie bei kurzen Wellenlängen bevorzugt in dem Bereich von 0,7 bis 2,0 Mikron und insbesondere bei 1,0 Mikron erzeugt wird.
Es ist offensichtlich, daß die Emission an Infrarot-Strahlung entsprechend der Masse an thermoplastischem Material in dem Rohr gesteuert werden muß und entsprechend den thermischen Eigenschaften des Rohres, was von seinem Durchmesser und der Wandungsdicke und der Geschwindigkeit der Wärmeübertragung durch die Masse des Rohres abhängt.
Zweckdienlicherweise erfolgt das Erhärten des Rohres in der erforderlichen Konfiguration nach dem Erhitzen dadurch, daß ein Kühlmedium außen und/oder innen in dem Rohr aufgebracht wird.
Beispielsweise kann das Rohr dadurch gekühlt werden, daß kühle oder Umgebungsluft über das Äußere des Rohres und/oder durch das Innere des Rohres geleitet wird. Bevorzugt wird eine Quelle geblasener Luft verwendet, so daß das Kühlen schnell beendet ist.
Andere Kühlmedien können statt oder zusätzlich zu der Luft verwendet werden. Beispielsweise kann ein flüssiges Kühlmittel durch das Innere des Rohres geleitet werden, während das Äußere des Rohres einer Luftkühlung oder Flüssigkeitskühlung ausgesetzt wird, beispielsweise indem über das Äußere des Rohres Luft geblasen wird oder Wasser gesprüht wird.
Die gewünschte Konfiguration des Rohres kann die endgültige Form sein, welche für die beabsichtigte Verwendung des Rohres erforderlich ist oder sie kann eine Zwischenkonfiguration sein. Wenn die Konfiguration eine Zwischenkonfiguration ist, dann kann ein weiteres Verformen des Rohres durchgeführt werden, indem die Schritte des Formens wiederholt werden, wobei eine weitere speziell geformte Schablone oder Schablonen zum Abstützen des Rohres in der erforderlichen Konfiguration von außen verwendet werden.
Nach einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Formen einer Biegung in einem Rohr aus thermoplastischem Material mittels des Verfahrens nach dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung vorgeschlagen, welche folgende Bestandteile aufweist:
Äußere Schabloneneinrichtungen zum Abstützen des Rohres zum Vorformen einer erforderlichen Biegungskonfiguration;
Einrichtungen zum Halten des Rohres stationär bezüglich der Schabloneneinrichtung;
Einrichtungen zum Erwärmen des Rohres zum Erweichen des thermoplastischen Materials zum Anpassen an die erforderliche Biegungskonfiguration; und
Einrichtungen zum Abkühlen des Rohres zum Erhärten des thermoplastischen Materials und Beibehalten der erforderlichen Biegungskonfiguration;
dadurch aekennzeichnet daß die Heizeinrichtung eine Quelle von Infrarot-Strahlung aufweist, die im Abstand von der Schabloneneinrichtung und von dem darauf abgestützten Rohr angeordnet ist, wobei die Quelle derart ausgebildet ist, daß sie das Rohr örtlich begrenzt im Bereich der Biegung erwärmt.
Bei der Verwendung der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der gewählte Abschnitt des Rohres auf der Schabloneneinrichtung befestigt und dort in einer Weise gehalten, daß er mit der erforderlichen Konfiguration übereinstimmt. Das Rohr wird dann der gesteuerten Emission von Infrarot-Strahlung von der Infrarot-Quelle ausgesetzt, um ein begrenztes Erhitzen des thermoplastischen Materials zu erzielen, welches ausreicht, die Deformation des Materials hervorzurufen, ohne daß das Material einen plastischen Zustand erreichen kann, in welchem die Wandungen des Rohres schmelzen und nach innen zusammenfallen würden. Letztlich wird das Rohr in der erforderlichen Konfiguration erhärtet, indem das thermoplastische Material abgekühlt wird.
Bevorzugt weist die Schabloneneinrichtung mindestens eine Schablone auf, die eine Führungsfläche zum Abstützen des Rohres in der erforderlichen Konfiguration aufweist. In zweckdienlicher Weise weist die Führungsfläche eine Nut auf, in welcher das Rohr aufgenommen wird, wenn es in der erforderlichen Konfiguration gehalten wird.
Die Nut unterstützt es, das Zusammenfallen der Wandung des Rohres beim gesteuerten Erhitzen des Rohres durch die Infrarot-Strahlung zu verhindern.
In vorteilhafter Weise bildet die Nut einen Sitz, welcher dem Außenprofil des Rohres komplementär ist und die Tiefe der Nut beträgt mindestens 1/3 des Außendurchmessers (OD) des Rohres. Insbesondere bevorzugt soll die Tiefe der Nut mindestens die Hälfte des Außendurchmessers aufweisen und liegt ganz besonders im Bereich von 3/5 bis 4/5 des Außendurchmessers des Rohres.
Bevorzugt ist die oder jede der Schablonen aus einem transparenten Material hergestellt, beispielsweise Polykarbonat oder Glas, welches im wesentlichen durch die zum Erwärmen des Rohres verwendete Infrarot-Strahlung nicht beeinflußt wird.
Wenn die erforderliche Konfiguration eine einfache Biegung ist, kann die Schablone einen Teil mit einer ringförmigen Führungsfläche aufweisen, beispielsweise ein Rad oder einen Zylinder.
Für große oder komplexe Biegungen kann die Schablone einen Teil aufweisen, welcher eine Führungsf läche eines speziellen Profils hat und der erforderlichen Gestalt entspricht. Alternativ kann die Schablone eine Vielzahl von Teilen haben, die derart angeordnet ist, daß die entsprechenden Führungsflächen die erforderliche Form definieren.
In vorteilhafter Weise ist die Schablone derart ausgebildet, daß sie eine Biegung erzeugt, die einen Radius hat, der geringfügig geringer als die erforderliche Konfiguration ist, um ein Entspannen (Zurückspringen) des thermoplastischen Materials beim Abnehmen des Rohres von der Schablone zu gestatten.
Wenn die erforderliche Konfiguration mehrfache Biegungen aufweist, kann eine getrennte Schablone für jede Biegung vorgesehen sein, und die Schablonen derart angeordnet sein, daß das Rohr in der erforderlichen Konfiguration zum gleichzeitigen Formen jeder Biegung angeordnet werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausbildungsform ist eine Spannvorrichtung vorgesehen, bei welcher eine Vielzahl von Schablonen auf einer gemeinsamen Lagerungsbasis montiert ist und der Abschnitt des Rohres wird über eine oder mehrere der Schablonen geführt, welche die erforderliche Konf iguration definieren, wobei eine oder beide Enden des Rohres festgeklemmt oder auf andere Weise befestigt werden, um federnd das Rohr in abstützenden Eingriff mit der oder den Schablonen zu drücken.
Bevorzugt ist jede Schablone abnehmbar auf der Spannvorrichtung angeordnet. Auf diese Weise kann eine verschlissene Schablone zur Reparatur, oder um diese zu ersetzen, entfernt werden.
Zusätzlich oder alternativ ist jede Schablone bevorzugt einstellbar montiert, um ihre Position bezüglich der anderen Schablonen ändern zu können.
Als Ergebnis hiervon kann durch Ersetzen einer oder mehrerer Schablonen durch abweichende Schablonen und/oder durch Verstellen der Position einer oder mehrerer Schablonen die Spannvorrichtung verändert werden, um Rohre mit einem großen Bereich von Konfigurationen zu erzeugen.
Bevorzugt hat die oder jede der Schablonen eine dazugehörige Quelle von Infrarot-Strahlung, welche derart angeordnet ist, daß sie die emittierte Strahlung in Richtung des auf der Schablone gehaltenen Rohres richtet.
In zweckdienlicher Weise besteht die oder jede der Quellen aus einer Anordnung von Lampen, bevorzugt Wolfram-Halogenlampen, welche in Winkeln um die dazugehörige Schablone angeordnet sind, um die emittierte Strahlung in Richtung der Außenfläche des auf der Schablone gehaltenen Rohres zu richten.
Bevorzugt weist jede Lampe einen Reflektor auf, um die emittierte Strahlung genau in Richtung der dazugehörigen Schablone zu richten.
In vorteilhafter Weise ist jede Lampe verstellbar montiert, um die Position der Lampe bezüglich der dazugehörigen Schablone ändern zu können. Auf diese Weise kann eine Einstellung der Lampe mit einer Einstellung der Schablone kombiniert werden, um die Vorrichtung an die verschiedenen erforderlichen Konf igurationen von Rohren anzupassen.
Bei einer Konstruktion ist jede Lampe gleitbar auf einem verschwenkbaren Lagerarm montiert, um wahlweise den Abstand und/oder die Winkellage der Lampe bezüglich der dazugehörigen Schablone einstellen zu können.
Bevorzugt ist die oder jede Quelle für einen gepulsten oder intermittierenden Betrieb ausgebildet, wodurch eine Verweilzeit für die Wärmeübertragung absorbierte Energie um das Rohr herum geschaffen wird. Als Resultat hiervon wird eine im wesentlichen gleichmäßige Erwärmung des Materials des Rohres erreicht, ohne daß ein nahe am Schmelzpunkt liegender Zustand erreicht wird, bei welchem die Wandung des Rohres zusammenfallen würde.
In vorteilhafter Weise wird der gepulste oder intermittierende Betrieb der Quelle (Quellen) durch eine Steuereinheit erreicht, welche für eine zeitlich abgestimmte Betriebsweise der Quelle(n) programmiert ist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit auf thermische Fühleinrichtungen ansprechen, die nahe an der oder den Schablonen angeordnet sind.
Die Kühleinrichtung zum Härten der erforderlichen Konfiguration besteht bevorzugt aus einer Quelle von Kühlmedium, welches dem Äußeren und/oder Innerem des Rohres zugeführt werden kann, um ein schnelles Abkühlen und Abschrecken des Rohres zu erreichen. Luft stellt das bevorzugte Kühlmedium dar, jedoch können auch andere Kühlmedien verwendet werden.
Die Quelle von Kühlmedium kann an eine Vielzahl von Auslässen, beispielsweise Düsen, angeschlossen sein, die derart angeordnet sind, daß sie das Kühlmedium über die Außenfläche des Rohres lenken.
Alternativ oder zusätzlich kann die Quelle von Kühlmedium an ein Ende des Rohres angeschlossen sein, um das Kühlmedium durch das Innere des Rohres zu leiten.
Bevorzugt weist die oder jede der Schablonen ein oder mehrere Auslaßdüsen auf, die derart angeordnet sind, daß sie Kühlmedium über das Rohr leiten, welches auf der Schablone abgestützt ist und die Düse(n) sind zweckdienlicherweise an eine gemeinsame Quelle von Kühlmedium angeschlossen.
In vorteilhafter Weise ist/sind die Auslaßdüse(n) bezüglich der dazugehörigen Schablone verstellbar, um genau das Kühlmedium in Richtung des auf der Schablone abgestützten Rohres zu lenken und/oder um die Kühleinrichtung an verschiedene erforderliche Konfigurationen des Rohres anzupassen. Beispielsweise kann die Auslaßdüse(n) drehbar und/oder gleitbar montiert sein, um die Winkelposition und/oder den Abstand zu der Schablone zu ändern.
Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
FIGUR 1 eine Seitenansicht eines thermoplastischen Rohres, welches durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung hergestellt wurde;
FIGUR 2 eine Seitenansicht einer Spannvorrichtung zum Halten des Rohres in der erforderlichen Konfiguration;
FIGUR 3 eine Endansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, welche das Rohr gemäß Figur 1 auf der Spannvorrichtung gemäß Figur 2 abgestützt zeigt;
FIGUR 4 eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß Figur 3, welche die Spannvorrichtung an einer Ladestation (durchgezogene Linien) und an einer Heiz- und Kühlstation (gestrichelte Linien) zeigt;
FIGUR 5 eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 von Figur 4;
FIGUR 6 eine Schnittansicht längs der Linie 6-6 von Figur 3;
FIGUR 7 eine alternative Schablone, welche für die seitliche Erwärmung ausgebildet ist, und
FIGUR 8 eine weitere Schablone zum Erzeugen komplexer Formen.
Es wird zunächst auf Figur 1 bezug genommen, in welcher ein thermoplastisches Rohr 1 aus Polyamid gezeigt ist, welches abgesetzte parallele Endabschnitte 1a, 1b aufweist, die in 180º-Bögen 1c, 1d enden und ein geneigter Zentralabschnitt 1e, welcher mit den Endabschnitten 1a, 1b durch 135º-Bögen 1f, 1g verbunden ist.
Das Rohr weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und hat einen Außendurchmesser von 8 mm und eine Wanddicke von 1 mm. Das Rohr 1 wird dadurch erzeugt, daß die erforderliche Länge von einem Extrusionsteil entsprechenden Querschnitts abgetrennt und die Bögen 1c, 1d, 1f, 1g durch Bestrahlung mit Infrarot-Strahlung geformt werden, während das Rohr 1 in der erforderlichen Konfiguration gehalten wird, woran sich Luftkühlung zum Härten des Rohres in der erforderlichen Konfiguration anschließt.
Figur 2 zeigt eine Spannvorrichtung 3 zum Halten des Rohres 1 in der erforderlichen Konfiguration für die Wärmeformung der Bögen 1c, 1d, 1f, 1g. Die Spannvorrichtung 3 ist auf einer rechteckigen Basis oder Tisch 4 montiert, und weist Endschablonen 5, 6 für jeden der 180º-Bögen 1c, 1d und Zwischenschablonen 7, 8 für jeden der 135º-Bögen 1f, 1g auf, welche durch entsprechende Träger 9, 10, 11, 12 montiert sind.
Jede Schablone 5, 6, 7, 8 weist eine gebogene Führungsoberfläche 5a, 6a, 7a, 8a auf, gegen welche das Rohr 1 federnd durch lösbare Befestigung der Enden des Rohres 1 an entsprechenden rohrförmigen Zapfen 9a, 10a an den Trägern 9, 10 der Endschablonen gehalten wird. Ein Zapfen 9a ist mittels einer Leitung 13 an eine Luftzufuhr (nicht dargestellt) angeschlossen, um Kühlluft durch das Rohr 1 zu leiten.
Jede gewölbte Führungsoberfläche 5a, 6a, 7a, 8a weist einen kleineren Radius auf als der Bogen 1c, 1d, 1f, 1g, welcher durch diese geformt wird, um eine Entspannung (Rückspringen) des thermoplastischen Materials beim Entfernen des Rohres 1 von der Spannvorrichtung 3 zu ermöglichen.
Jede Schablone 5, 6, 7, 8 weist ein Umfangsnut 14, 15, 16, 17 auf, deren Basis die Führungsoberfläche 5a, 6a, 7a, 8a bildet, und deren einander gegenüberliegenden Seiten das Rohr 1 halten und verhindern, daß die Wandung des Rohres nach innen während der Hitzeformung des Bogens zusammenfällt. Jede Nut 14, 15, 16, 17 weist eine Tiefe von 5 bis 6 mm auf.
Jede Endschablone 5, 6 und eine Zwischenschablone 7 weist eine ringförmige Gestalt auf, beispielsweise ein Rad oder eine Scheibe. Die andere Zwischenschablone 8 weist ein dreieckförmige Gestalt auf, welche zusätzlich dazu dient, den Mittelabschnitt le des Rohres 1 in einer Nut 18 längs einer Seitenkante 8b abzustützen.
Die Schablonen 5, 6, 7, 8 sind aus transparentem Material, wie beispielsweise Polykarbonat oder Glas, hergestellt, welches das Erwärmen des Rohres 1 nicht behindert und welches nicht zu einem merklichen Umfang durch die kurzwellige Infrarot-Strahlung beeinträchtigt wird, in die zum Wärmeformen der Bögen 1c, 1d, 1f und 1g zur Anwendung gelangt.
Die Schablonen sind lösbar an dem dazugehörigen Montageträger 9, 10, 11, 12 befestigt, um zur Reparatur oder zum Ersetzen einer verschlissenen Schablone oder zum Einsetzen einer abweichenden Schablone die jeweilige Schablone abnehmen zu können.
Bei einer nicht dargestellten abgewandelten Ausführungsform sind die Schablonen 5, 6, 7, 8 relativ zueinander verstellbar, um einen Längenabschnitt des Rohres in irgendeiner gewählten Weise aus einem Bereich unterschiedlicher Konfigurationen abstützen zu können, die für alternative endgültige Verwendungen des geformten Rohres erforderlich sein können.
In den Figuren 3 bis 6 ist eine Vorrichtung zum Wärmeformen der Bögen 1c, 1d, 1f, 1g des auf der Spannvorrichtung 3 gehaltenen Rohres 1 gezeigt. Die Vorrichtung weist ein offenendiges rechteckiges Rahmenwerk 19 mit einer Oberwandung 20 und einer Zwischenwandung 21 auf, welche sich horizontal zwischen einander gegenüberliegenden, parallelen Seitenwandungen 22, 23 erstreckt, um hierdurch eine sich in Längsrichtung erstreckende Bearbeitungskammer 24 zu bilden. Die Zwischenwandung 21 weist Führungen 25 auf der obenliegenden Fläche 21a auf, um gleitbar die Basis 4 der Spannvorrichtung 3 abzustützen, um diese durch die Bearbeitungskammer 24 nach vorne zu bewegen.
Wie am besten aus Figur 4 ersichtlich, ist die Vorrichtung derart ausgebildet, daß sie die Spannvorrichtung 3 an einem Ende der Bearbeitungskammer 24 von einer Ladestation 25 aufnimmt, an welcher das Rohr 1 auf die Schablonen 5, 6, 7, 8 geladen wird, und daß dann die Spannvorrichtung 3 in eine Heiz-/Kühlstation 26 überführt wird, in welcher das Rohr 1 einer gesteuerten Erwärmung durch Infrarot-Strahlung ausgesetzt wird, woran sich eine Luftkühlung anschließt, um das Rohr in der erforderlichen Konfiguration zu erhärten. Die Spannvorrichtung 3 wird aus der Heiz-/Kühlstation 26 in eine Entladestation 27 an dem gegenüberliegenden Ende der Bearbeitungskammer 24 zum Entfernen des geformten Rohres 1 überführt. Der Antrieb zum Vorschub der Spannvorrichtung 3 kann ein Treibriemen, eine Kette oder andere zweckdienliche Einrichtungen (nicht dargestellt) sein, welche durch die Steuereinheit 28 betätigt werden, die an der Seitenwandung 22 außerhalb der Kammer 24 montiert ist.
Wie am besten aus Figur 5 ersichtlich, ist eine Vielzahl von Infrarot-Strahlern 29 innerhalb der Kammer 24 an der Oberwandung, den Seitenwandungen und der Zwischenwandung 20, 21, 22 bzw. 23 montiert, um das Rohr 1, welches auf den Schablonen 5, 6, 7, 8 in der Heiz-/Kühlstation 26 gehalten ist, zu bestrahlen.
Bei dieser Ausführungsform sind drei Strahler 29 für jede Endschablone 5, 6 und zwei Strahler für die Zwischenschablonen 7, 8 vorgesehen. Die Anzahl und die Lage der Strahler 29 kann jedoch in der gewünschten Weise geändert werden, um der Größe und der Form des Rohres 1 zu entsprechen.
Jeder Strahler 29 weist eine Infrarot-Lampe 30 und einen dazugehörigen Reflektor 31 auf, um die Infrarot-Strahlung in Richtung des Rohres 1 zu richten. Zweckdienliche Strahler 29 sind Wolfram-Halogenlampen, die aus einem Rohr aus transparentem Quarz hergestellt sind, welches eine Länge und einen Durchmesser hat, der gewählt wird, um für einen bestimmten Anwendungsfall die Erfordernisse zu erfüllen.
Die Lampen 30 erstrecken sich in Längsrichtung der Bearbeitungskammer 24 parallel zur Bewegungsrichtung der Spannvorrichtung 3 und quer zur Länge des Rohres 1, welches auf den Schablonen 5, 6, 7, 8 abgestützt ist.
Jede Lampe 30 ist an einander gegenüberliegenden Enden durch ein Paar Lagerarme 32 gehalten. Jeder Arm 32 ist schwenkbar an einem Ende an dem dazugehörigen Rahmenwerk der Wandungen 20, 21, 22, 23 angeschlossen und ist mit einem Schlitz 32a an dem anderen Ende versehen, in welchem die Lampe 30 für eine Einstellung längs des Armes 32 verschiebbar montiert ist. Auf diese Weise kann die Winkellage und/oder der Abstand jeder Lampe 30 für beste Ergebnisse bezüglich der dazugehörigen Schablone 5, 6, 7, 8 gewählt werden.
Insbesondere können die Lampen 30 derart angeordnet werden, daß sie die Infrarot-Strahlung zum örtlich begrenzten Erhitzen des Rohres 1 längs seiner Länge richten, um die Bögen 1c, 1d, 1f, 1g zu formen. Darüber hinaus kann die Position der Lampen 30 an verschiedene Konfigurationen des Rohres angepaßt werden, und die Vorrichtung ist nicht auf die in Figur 1 dargestellte Rohrkonfiguration beschränkt. Die Infrarot-Strahlung, die durch die Lampen 30 ausgesandt wird, wird in Richtung der Außenfläche des Rohres 1 geleitet und von dieser absorbiert.
Bei dieser Ausführungsform ist auf der Basis 4 lediglich eine Spannvorrichtung 3 aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung montiert dargestellt. Es ist jedoch offensichtlich, daß die Länge der Lampen 30 derart gewählt werden kann, daß eine Vielzahl von Spannvorrichtungen 3, die je ein oder mehrere Schablonen tragen, auf der Basis 4 montiert werden können, um gleichzeitig mehrere Rohre 1 wärmezuformen. Alternativ kann die Spannvorrichtung 3 derart konstruiert und angeordnet sein, daß eine Vielzahl von Rohren 1 im Abstand zueinander montiert werden können. Beispielsweise können die Schablonen eine langgestreckte Form aufweisen, wobei die Rohre 1 längs der Länge der Schablone im Abstand zueinander angeordnet sind.
Die Lampen 30 werden für einen gepulsten oder intermittierenden Betrieb durch die Steuereinheit 28 gesteuert, welche programmierbar ist, um die Dauer und das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen oder Lichtblitzen der infraroten Strahlung einzustellen.
Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Erwärmung des Rohres 1 um seinen Umfang erreicht werden, indem eine Wärmeleitung durch die Masse des Rohres zwischen jedem Puls oder Lichtblitz zugelassen wird.
Der zeitlich abgestimmte Betrieb der Lampen 30 wird durch eine Anzahl von Faktoren bestimmt, einschließlich den Durchmesser des Rohres 1, die Dicke der Rohrwandung, das thermoplastische Material des Rohres, die Anzahl und Größe und Leistung der Lampen 30 usw. und sie wird derart eingestellt, daß gewährleistet ist, daß das Rohr 1 lediglich im ausreichenden Maße erwärmt wird, um das thermoplastische Material zu erweichen, daß dieses die erforderliche Konfiguration annimmt, wobei ein Überhitzen, welches ausreicht, das thermoplastische Material zu schmelzen, und dazu führt, daß die Rohrwandung zusammenfällt, vermieden wird.
Nach Beendigung der Heizstufe zum Formen der Bögen 1c, 1d, 1f, 1g wird das Rohr 1 schnell abgekühlt, um die erforderliche Konfiguration zu erhärten.
Das Kühlen erfolgt dadurch, daß Luft oder ein anderes zweckdienliches Kühlgas auf das Äußere des Rohres 1 aufgeblasen und/oder durch das Innere des Rohres 1 über eine voreingestellte Zeitspanne durchgeblasen wird, welche durch Programmieren der Steuereinheit gesteuert wird.
Zum äußeren Kühlen ist eine Anzahl von Auslaßdüsen 33 vorgesehen, die über Zufuhrleitungen 34 an eine Quelle von Blasluft angeschlossen sind, und welche derart angeordnet sind, daß sie die Luft auf die Oberfläche des Rohres leiten, welches auf den Schablonen 5, 6, 7, 8 abgestützt ist. Für das innere Kühlen ist der Zapfen 9a durch eine Leitung 13 an die Quelle von Blasluft angeschlossen, um Luft durch das Innere des Rohres 1 zu leiten.
Bei dieser Ausführungsform sind jeder Endschablone 5, 6 zwei Düsen 33 zugeordnet, und eine Düse 33 den beiden Zwischenschablonen 7, 8. Die Anzahl und Anordnung der Auslaßdüsen 33 kann jedoch in der gewünschten Weise geändert werden, um unterschiedlichen Rohrkonfigurationen zu entsprechen.
Zusätzlich können die Düsen 33 verstellbar montiert sein, um ihre Winkelposition und ihren Abstand bezüglich der benachbarten Schablone 5, 6, 7, 8 zu ändern, um dadurch unterschiedliche Rohrkonfigurationen zu entsprechen.
Die Düsen 33 sind zwischen den Lampen 30 angeordnet und die Kühlstufe wird nach der Heizstufe durchgeführt, wobei die Spannvorrichtung 3 an der gleichen Station 26 innerhalb der Kammer 24 verbleibt. Auf diese Weise kann ein schnelles Abkühlen des Rohres 1 unmittelbar anschließend an das Erwärmen des Rohres 1, welches ausreicht, um die erforderliche Form zu erzielen, durchgeführt werden.
Für bestimmte Anwendungsfälle jedoch kann es bevorzugt sein, das Erwärmen und Abkühlen an getrennten Stationen durchzuführen, welche in Längsrichtung der Kammer 24 im Abstand zueinander liegen. Eine derartige Anordnung verringert Zykluszeiten und kann vorteilhaft für eine automatisierte Massenproduktion verwendet werden.
Es ist offensichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung viele Vorteile gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Formen thermoplastischer Rohre aufweisen. Insbesondere wird die Verwendung innen angeordneter Schablonen durch die Benutzung gesteuerter Infrarot-Erhitzung vermieden, während das Rohr äußerlich in der erforderlichen Konfiguration abgestützt wird.
Die Emission der Infrarot-Strahlung und das anschließende Härten der erforderlichen Konfiguration wird durch eine programmierbare Steuereinheit gesteuert und kann eingestellt werden, um einem großen Bereich unterschiedlicher Materialien und Erfordernisse zu entsprechen.
Die Vorrichtung kann für verschiedene Rohrkonfigurationen angepaßt werden, indem entsprechend die Anzahl, Größe, Form und Anordnung der Schablonen gewählt wird, um eine Spannvorrichtung für die jeweils erforderliche Konfiguration zu erzeugen.
Eine Vielzahl von Basen oder Tischen 4 kann zusammengebaut werden, um eine Endlosschlaufe zu bilden, wobei aneinander angrenzende Kanten benachbarter Basen gelenkig miteinander durch entsprechende Schwenkverbindungen verbunden sind. Auf diese Weise werden leere Spannvorichtungen automatisch von der Entladestation zu der Ladestation zurückgeführt, so daß eine kontinuierliche Arbeitsweise unter Steuerung der Steuereinheit möglich ist. Eine derartige Anordnung ist besonders zweckdienlich für die Massenproduktion von Rohren, die eine spezielle Konfiguration aufweisen.
Alternativ hierzu kann die Basis oder der Tisch 4 derart angeordnet und ausgebildet sein, daß eine Hin- und Herbewegung der Spannvorrichtung zwischen einer gemeinsamen Lade - und Entladestation und der Bearbeitungsstation unter Steuerung der Steuereinheit erfolgt. Diese Anordnung ist kompakter und kann bevorzugt sein für kurze Produktionsläufe, in denen lediglich eine begrenzte Anzahl speziell geformter Rohre erzeugt werden soll.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise können die Schablonen ausgebildet sein, um das Rohr 101 durch Infrarot-Strahlungsquellen 130 zu erwärmen, welche auf eine oder beiden Seiten angeordnet sind, indem zweckdienliche Ausschnitte 114a in den Seiten der Lokalisierungsnut 114 vorgesehen sind, wie dies in Figur 7 gezeigt ist. Diese Ausschnitte sollten nicht größer als die Tiefe der Nut sein und weisen bevorzugt nicht mehr als die Hälfte der Tiefe der Nut auf.
Kompliziert gebogene Formen können durch eine Schablone erzeugt werden, welche eine Vielzahl von Teilen 205 aufweist, die derart angeordnet sind, daß sie das erforderliche Profil definieren, wobei eine Anordnung von Infrarot-Wärmequellen 230 zum Erwärmen des Rohres 201 vorgesehen ist, wie dies in Figur 8 gezeigt ist. Jeder der Teile 205 kann derart montiert sein, daß er bezüglich der anderen verstellbar ist, um dadurch einen Bereich unterschiedlicher Profile zu produzieren.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf thermoplastische Rohre aus Polyamid beschrieben wurde, ist offensichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung bei einem großen Bereich thermoplastischer Materialien verwendbar ist, einschließlich Polyurethan, Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyacetal und anderen elastomeren und copolymeren dieser Thermoplaste.
Ferner können die durch das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung erzeugten Rohre aus einem einzelnen thermoplastischen Material oder aus Kombinationen von zwei oder mehr verschiedenen thermoplastischen Materialien bestehen. Beispielsweise eine Rohrwandung, welche aus Schichten unterschiedlicher thermoplastischer Materialien besteht, kann durch Koextrusion der thermoplastischen Materialien erzeugt werden.
Zusätzlich können die durch das erf indungsgemäße Verfahren und Vorrichtung erzeugten Rohre nicht verstärkt sein, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform oder eine Verstärkung enthalten. Beispielsweise kann eine Verstärkungsschicht, wie eine metallische oder nichtmetallische Hülle in der Rohrwandung während der Herstellung eingefügt sein. Alternativ kann das Verstärkungsmaterial, wie beispielsweise Glas oder Karbonfaser, in das thermoplastische Material, welches die Rohrwandung bildet, eingefügt sein.
Rohre, die durch das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung erzeugt wurden, können in einem großen Bereich unterschiedlicher Anwendungen benutzt werden, einschließlich Kraftfahrzeugleitungen, Kraftfahrzeugdampfleitungen, Lüftungsleitungen, Entwässerungsleitungen, Vakuumleitungen, Kühlschläuchen und hydraulischen Schläuchen. Jeder dieser Anwendungsfälle kann spezifische Qualitäten thermoplastischer Materialien bedingen und zwar mit oder ohne Verstärkung, wie oben erwähnt, und/oder Endfittinge an einem oder beiden Enden, um die Rohre bei ihrer beabsichtigten Verwendung anzuschließen.

Claims

1. Verfahren zum Formen einer Biegung in einem Rohr aus thermoplastischem Material mit folgenden Verfahrensschritten:

Abstützen des Rohrs (1; 101; 201) von außen auf einer Schablone (5, 6, 7, 8; 105; 205) zum Vorformen einer Biegung, welche einer gewünschten Biegungsform entspricht;

Erwärmen des Rohrs (1; 101; 201) zum Erweichen des thermoplastischen Materials, um dieses an die erforderliche Biegungsform anzupassen, während das Rohr (1; 101; 201) stationär auf der Schablone (5, 6, 7, 8; 105; 205) gehalten wird;

Abkühlen des Rohrs (1; 101; 201) zum Erhärten des thermoplastischen Materials und zum Beibehalten der erforderlichen Biegungsform, während das Rohr (1; 101; 201) stationär auf der Schablone (5, 6, 7, 8; 105; 205) gehalten wird; 80 und

Entfernen des Rohrs (1; 101; 201) von der Schablone (5, 6, 7, 8; 105; 205) mit der darin geformten Biegung, dadurch gekennzeichnetm daß

der Verfahrensschritt zum Erwärmen des Rohrs (1; 101; 201) örtlich begrenzt im Bereich der Biegung durch Infrarot-Strahlung von einer Infrarot-Quelle (30) durchgeführt wird, die im Abstand von der Schablone (5, 6, 7, 8; 105; 205) und von dem Rohr (1; 101; 201) liegt, wobei die Emission von Infrarot-Strahlung derart gesteuert wird, daß das thermoplastische Material ausreichend plastisch wird, um sich der erforderlichen Biegungskonfiguration anzupassen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emission der Infrarot-Strahlung gesteuert wird, um eine gepulste oder intermittierende Emission zu erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emission an Infrarot-Strahlung aus Infrarot-Strahlung kurzer Wellenlänge besteht, die eine Spitzenenergie im Bereich von 0,7 bis 2 Mikron, bevorzugt etwa 1 Mikron, aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Erwärmung des Rohrs (1) gleichzeitig an einer Vielzahl von Biegungsbereichen durchgeführt wird, die im Abstand über die Länge des Rohrs (1) verteilt liegen, um das Rohr (1) in eine Konfiguration mit mehrfachen Biegungen zu verformen.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1; 101; 201) dadurch abgekühlt wird, daß ein Kühlmedium über die Außenfläche des Rohrs (1; 101; 201) und/oder durch das Innere des Rohrs (1; 101; 201) geleitet wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (5, 6, 7, 8; 105; 205) einen Kurvenradius aufweist, der geringfügig kleiner ist als der Kurvenradius der erforderlichen Biegung.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (5, 6, 7, 8; 105; 205) aus transparentem Material hergestellt ist, beispielsweise aus Polycarbonat oder Glas.

8. Vorrichtung zum Formen einer Biegung in einem Rohr aus thermoplastischem Material zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit folgenden Bestandteilen:

eine äußere Schabloneneinrichtung (5, 6, 7, 8; 105; 205) zum Abstützen des Rohrs (1; 101; 201), um eine erforderliche Biegungskonfiguration vorzuformen;

Einrichtungen (9a, 10a) zum Halten des Rohrs (1; 101; 201) stationär bezüglich der Schabloneneinrichtung (5, 6, 7, 8; 105; 205);

Einrichtungen (30; 130; 230) zum Erwärmen des Rohrs (1; 101; 201) zum Erweichen des thermoplastischen Materials, um dieses der erforderlichen Biegungskonfiguration anzupassen; und

Einrichtungen (34) zum Abkühlen des Rohrs (1; 101; 201), um das thermoplastische Material zu erhärten und die erf orderliche Biegungskonfiguration beizubehalten, dadurch aekennzeichnet, daß

die Heizeinrichtung aus einer Quelle (30; 130; 230) von Infrarot-Strahlung besteht, welche im Abstand von der Schabloneneinrichtung (5, 6, 7, 8; 105; 205) und von dem auf dieser abgestützten Rohr (1; 101; 201) angeordnet ist, wobei die Quelle (30; 130; 230) derart ausgebildet ist, daß sie das Rohr (1; 101; 201) lokal im Biegungsbereich erwärmt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (30; 130; 230) der Infrarot-Strahlung aus ein oder mehr Lampen (30; 130; 230) besteht, welche einstellbar ist/sind, um die Entfernung von und/oder die Winkellage bezüglich der Schabloneneinrichtung (5, 6, 7, 8; 105; 205) zu ändern.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (30; 130; 230) der Infrarot-Strahlung durch Steuereinrichtungen (28) betätigbar ist, um eine gepulste oder intermittierende Emission der Infrarot-Strahlung zu erzeugen.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schabloneneinrichtung (5, 6, 7, 8) derart ausgebildet ist, daß das Rohr (1; 101; 201) verschiedenen Biegungskonfigurationen angepaßt werden kann.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schabloneneinrichtung (5, 6, 7, 8) beweglich relativ zu der Heizeinrichtung (30) und der Kühleinrichtung (34) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnetm daß die Schabloneneinrichtung (5, 6, 7, 8) auf einem Basistisch (4) montiert ist, und daß eine Vielzahl von Basistischen (4) miteinander verbunden sind, um eine endlose Bewegungsschlaufe bezüglich der Heizeinrichtung (30) und der Kühleinrichtung (34) zu bilden.