PL219064B1 - Sposób wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego, w szczególności rury jedno- lub wielościennej wytwarzanej poprzez śrubowe zwijanie.

Znane są, na przykład z opisu patentu europejskiego o numerze EP 0816050 sposób i urządzenie do wytwarzania rur z tworzyw sztucznych, wykorzystywanych przykładowo 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.

Dodatkowo znany jest, na przykład z polskiego opisu patentowego o numerze publikacji PL 194867 B1 sposób wytwarzania spiralnie zwiniętej rury z wydrążonego termoplastycznego profilu mającego prostokątny przekrój poprzeczny. W ujawnionym sposobie nawija się termoplastyczny profil na bęben, wzajemnie łączy się sąsiadujące zwoje poprzez zgrzewanie, wygładza się zewnętrzną zgrzeinę poprzez środki w postaci specjalnego ogrzewania i wygładzającego elementu opierającego się na zgrzeinie i podaje się rurę osiowo w kierunku swobodnie obracających się elementów, promieniowych rolek naciskowych oddziaływujących na termoplastyczny profil podczas pierwszego nawijania na bęben. Podczas podawania termoplastycznego profilu na bęben, przechodzi on przez pierwszy nieruchomy odcinek zawierający rozstawione elementy ślizgowe rozmieszczone wzdłuż obwodu, na którym to odcinku wykonuje się zgrzewanie, po którym ukształtowana wewnętrzna zgrzeina jest ułożona tak, by biegła wzdłuż spiralnego wyżłobienia przebiegającego wokół pierwszego nieruchomego odcinka, gdzie wewnętrzna zgrzeina, jak również i zewnętrzna zgrzeina, są obrabiane przy zastosowaniu specjalnego ogrzewania i stałego wygładzającego elementu opierającego się na nich, i tym, że rurę, o równocześnie wygładzanych zgrzewanych powierzchniach, przekazuje się na odcinek napędowego obrotowego bębna powodujący obrót rury i wywołujący ruch nawijający termoplastycznego profilu.

Ponadto znany jest, na przykład z polskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku o numerze publikacji P-377750 sposób wytwarzania spiralnie zwijanych rur z tworzyw sztucznych. Sposób ten polega na uformowaniu profilu w kształcie pasa o przekroju prostokątnym, który wydłuż 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 siadujące 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 powyższych opisach rozwiązań 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 zawierający obrotowe rolki i wzajemnym łączeniu sąsiadujących ze sobą zwojów. Istota wynalazku polega na tym, że rurę wytwarza się z gotowego płaskiego paska wykonanego uprzednio z tworzywa termoplastycznego, przez śrubowe nawinięcie paska na bęben i łączenie sąsiednich zwojów, przy czym do zewnętrznej powierzchni wytwarzanej rury mocuje się dodatkowo śrubowo ukształtowane żebro w postaci gotowego płaskiego paska wykonanego uprzednio z tworzywa termoplastycznego. Żebro mocuje się do zewnętrznej powierzchni rury jedną z bocznych krawędzi paska tak, że płaszczyzna powierzchni bocznej paska jest usytuowana poprzecznie do powierzchni zewnętrznej rury, a żebro ma przebieg śrubowy.

Przez gotowy płaski pasek wykonany uprzednio z tworzywa termoplastycznego rozumie się pasek wykonany ze znanego tworzywa znanymi sposobami, przykładowo poprzez wytłaczanie, całkowicie

PL 219 064 B1 uformowany. 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 tez alternatywnie tylko na części jego szerokości. Możliwe jest również dodawanie do materiału termoplastycznego znanych dodatków.

Korzystnie na tak wytworzoną rurę nawija się dodatkowy płaski pasek wykonany uprzednio z tworzywa termoplastycznego i mocuje się go do górnych krawędzi sąsiadujących ze sobą zwojów żebra tak, że przedmiotowy pasek zakrywa przestrzeń pomiędzy sąsiednimi zwojami żebra rury.

Celowym jest również, gdy przed mocowaniem żebra płaski pasek poddaje fałdowaniu lub formowaniu do postaci falistej tak, że w widoku na rurę zwoje żebra mają zarys pofałdowany lub falisty.

Dodatkowo pożądanym jest, gdy do zewnętrznej powierzchni rury mocuje się więcej niż jedno śrubowe żebro.

Preferowanym jest także, gdy wytwarzanie rury począwszy od nawijania płaskiego paska na bęben wykonuje się w procesie ciągłym.

Dalszą korzyść osiąga się, gdy płaski pasek wytwarza się przez cięcie wcześniej wytworzonego arkusza z tworzywa termoplastycznego. Dotyczy to zarówno paska nawijanego na bęben, jak i paska tworzącego żebro oraz paska zewnętrznego, mocowanego do górnych krawędzi żebra.

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 znacznych średnicach przy zastosowaniu mobilnego urządzenia, z możliwością ich wytwarzania na miejscu montażu instalacji wykonywanej z wytworzonych rur. Zaproponowany sposób jest bardzo prosty i skuteczny, mało energochłonny, a jego zastosowanie nie wymaga skomplikowanych urządzeń. Rury o znacznej średnicy są uciążliwe w transporcie i składowaniu, przede wszystkim ze względu na objętość którą zajmują, przez co istotnym elementem jest możliwość wytwarzania rur z wcześniej przygotowanych gotowych płaskich pasków w dowolnym miejscu z wykorzystaniem przenośnego urządzenia. Takie płaskie paski zajmują mało miejsca, a ich transport nie stwarza żadnych problemów. Sposób wytwarzania wymaga przy tym mało energii, przez co 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 w podczas wytwarzania rury są praktycznie ograniczone tylko do miejsc łączenia, przez co kształt rury pozostaje stabilny po ucięciu, a dalsze łączenie rur jest łatwe. Zmniejszono ponadto zużycie materiałów ze względu na zoptymalizowaną konstrukcję, ograniczony został także odpad materiałowy z rozruchu i zatrzymania produkcji. Przy wyborze materiału na paski można w bardzo prosty sposób zmieniać jego parametry wytrzymałościowe stosując materiały kompozytowe. Wykonanie pofałdowanego lub falistego żebra oraz możliwość zamocowania na zewnętrznej powierzchni rury więcej niż jednego śrubowo ukształtowanego żebra pozwala na optymalne wzmocnienie sztywności rury, w zależności od zaistniałej potrzeby.

Wynalazek został bliżej przedstawiony w poniższych przykładach wykonania i na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny widok perspektywiczny urządzenia realizującego sposób wytwarzaniu rury z zaznaczonymi elementami wykonawczymi tego urządzenia, fig. 2 - schematyczny przekrój poprzeczny przez gotowy płaski pasek służący do wytwarzania rury, fig. 3 - schematyczny przekrój wzdłużny przez fragment rury wytworzonej według zastrzeganego sposobu, fig. 4 - schematyczny przekrój wzdłużny przez fragment rury, z zamocowanym do górnych krawędzi żebra dodatkowym paskiem zewnętrznym, zaś fig. 5 - schematyczny przekrój wzdłużny przez fragment rury z dwoma żebrami i z zamocowanym do górnych krawędzi żebra dodatkowym paskiem zewnętrznym.

Sposób wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego, polega na tym, że rurę wytwarza się z gotowego płaskiego paska wykonanego uprzednio z tworzywa termoplastycznego. Pojęcie gotowego paska objaśniono w opisie istoty rozwiązania powyżej, przy czym możliwe jest uprzednie wytworzenie paska jako takiego albo alternatywnie pocięcie wcześniej wytworzonego arkusza z tworzywa termoplastycznego na paski o pożądanej szerokości. Jak wspomniano powyżej, paski mogą zawierać wzmocnienia i być wytwarzane z różnych tworzyw termoplastycznych, w zależności od zapotrzebowania, z ewentualnymi dodatkami. Śrubowo zwijana lekka rura wytwarzana jest z wykorzystaniem rolek obrotowych tworzących bęben, na który nawija się śrubowo uprzednio przygotowany pasek, i łączy sąsiednie zwoje znanymi metodami, przykładowo przez spawanie poprzez wtłaczanie wytłoczonego z wytłaczarki materiału lub inne znane sposoby spawania tworzyw termoplastycznych. Możliwe jest

PL 219 064 B1 również zastosowanie klejenia. Ponadto możliwe jest również nawijanie sąsiednich zwojów rury z zakładką tak, że jeden zwój nachodzi na zwój sąsiedni. Przy takiej konstrukcji możliwe jest łączenie sąsiednich zwojów poprzez laminowanie powierzchni. Do klejenia można również użyć różnych żywic albo zastosować łączenie na gorąco. W dalszej kolejności do zewnętrznej powierzchni wytwarzanej rury mocuje się dodatkowo śrubowo ukształtowane żebro w postaci gotowego płaskiego paska wykonanego uprzednio z tworzywa termoplastycznego. Żebro mocuje się do zewnętrznej powierzchni rury jedną z bocznych krawędzi paska tak, że płaszczyzna powierzchni bocznej paska jest usytuowana poprzecznie do powierzchni zewnętrznej rury, a żebro ma przebieg śrubowy. Zewnętrzne śrubowe żebro zapewnia obwodową sztywność rury. Ponadto można uzyskać dwuścienną, zamkniętą strukturę ścianki rury, poprzez zamocowanie do zewnętrznych krawędzi żeber dodatkowego paska z tworzywa termoplastycznego tak, źe przedmiotowy pasek zakrywa przestrzeń pomiędzy sąsiednimi zwojami żebra rury. Przed mocowaniem żebra płaski pasek można poddać fałdowaniu lub formowaniu do postaci falistej tak, że po jego zamocowaniu na zewnętrznej powierzchni rury w widoku na rurę zwoje żebra mają zarys pofałdowany lub falisty. Do zewnętrznej powierzchni rury można zamocować więcej niż jedno śrubowe żebro, przykładowo dwa albo trzy. Wytwarzanie rury począwszy od nawijania płaskiego paska na bęben wykonuje się w procesie ciągłym, z wykorzystaniem urządzenia mobilnego, korzystnie w rejonie montażu instalacji, przykładowo sieci kanalizacyjnych lub wodociągowych.

Odnosząc się szczegółowo do załączonego rysunku, rurę 1 wytwarza się z gotowego, uprzednio przygotowanego płaskiego paska 2 (fig. 2), który to pasek 2 nawija się śrubowo jego podstawą na rolki 4 tworzące bęben 5 (fig. 1). Po nawinięciu sąsiednie zwoje paska 2 łączy się wzajemnie wspomnianymi powyżej sposobami (fig. 3). W dalszej kolejności do zewnętrznej powierzchni wytwarzanej rury 1 mocuje się dodatkowo śrubowo ukształtowane żebro 6 w postaci gotowego płaskiego paska 3 wykonanego uprzednio z tworzywa termoplastycznego. Żebro 6 mocuje się do zewnętrznej powierzchni rury 1 jedną z bocznych krawędzi paska 3 tak, że płaszczyzna powierzchni bocznej paska 3 jest usytuowana poprzecznie do powierzchni zewnętrznej rury 1, a żebro 6 ma przebieg śrubowy. Żebro 6 może być utworzone przez płaski pasek, albo pasek poddany fałdowaniu lub formowaniu do postaci falistej w urządzeniu karbującym 8 tak, że po jego zamocowaniu na zewnętrznej powierzchni rury 1 w widoku na rurę 1 zwoje żebra 6 mają zarys pofałdowany lub falisty. Do zewnętrznej powierzchni rury 1 można zamocować więcej niż jedno śrubowe żebro 6 (fig. 5).

W korzystnym wykonaniu do opisanej powyżej rury 1 można zamocować dodatkowy pasek 7 wykonany uprzednio z materiału termoplastycznego (fig. 1, fig. 4, fig. 5). Pasek 7 tworzący zewnętrzną powłokę rury 1 mocuje się sposobami opisanymi powyżej do górnych krawędzi żebra 6.

Fig. 1 przedstawia szczegółowo sposób nawijania paska 2 na nawijarkę, czyli bęben 5 zawierający napędzane rolki 4. Wcześniej wytworzony pasek 2 jest wyprowadzany z nie przedstawionej na rysunku szpuli i poprzez podajnik podawany na bęben 5. Śrubowe ukształtowanie rury 1 realizowane jest przez napędzane rolki 4, a sąsiednie zwoje są spawane na krawędziach. Spawanie wykonywane jest za pomocą wytłaczarki 9 z pomiędzy zestawu rolek 4. Spawanie może być wykonane również z zewnątrz pod warunkiem, że wewnętrzna powierzchnia jest gładka, zgodnie z sposobem opisanym w opisie EP 1237708. Żebra 6 formowane są z paska 3, który przechodzi przez urządzenie do karbowania 8 i zostaje wygięty wzdłuż linii śrubowej powierzchni i jest spawany do zewnętrznej powierzchni rury 1 z pomocą rolek 10. Na zewnętrznej powierzchni rury 1 można zamocować więcej niż jedno spiralne żebro 6, co ma uzasadnienie w przypadku konieczności wzmocnienia konstrukcji rury 1. W takiej sytuacji spawanie zewnętrznego paska 7 do dodatkowych żeber 6 może zostać w razie potrzeby pominięte.

W szczególności pofałdowany lub falisty pasek 3a jest podawany stycznie do rury 1 utworzonej poprzez śrubowe nawinięte paska 2 i spawany do jej zewnętrznej powierzchni, tworząc strukturę spiralnego falistego żebra 6. Spaw korzystnie wykonuje się za pomocą spawania wytłaczarką. Wytłoczony materiał znajduje się na śrubowej podgrzanej powierzchni rury 1, a pasek 3a jest dociskany do stopionego materiału i wygładzany za pomocą rolek i zestawów dociskowych 10.

Paski 2, 3, 7 mogą być jednorodne bądź też o różnej strukturze. Pasek 2 może być nawijany śrubowo podobnie jak w znanym procesie „Drosthohn” systemu do produkcji rur z włókna szklanego w procesie ciągłym. Różnica polega na tym, że występuje między zwojami paska 2 przerwa umożliwiająca wykonanie spawu łączącego sąsiednie zwoje paska ze sobą.

Wytworzona w ten sposób rura 1 z otwartym profilem, tak zwana rura bazowa, może być stosowana do budowy rurociągów tam, gdzie niższa sztywność obwodowa jest dozwolona lub wymagają tego inne aspekty projektu. W celu zwiększenia sztywności obwodowej i/lub zapewnienia większej

PL 219 064 B1 wytrzymałości i bezpieczeństwa do rury bazowej można zamocować w tym samym procesie ciągłym dodatkową warstwę zewnętrzną. W tym celu dodatkowy pasek 7 o odpowiednio dopasowanej szerokości jest podawany z nie przedstawionej na rysunku szpuli. Szybkość podajnika jest regulowana, aby dopasować ją do prędkości obrotu zewnętrznej powierzchni żebra 6 rury bazowej. Na co najmniej jednej z krawędzi, albo na dwóch krawędziach dodatkowy pasek 7 jest łączony z powierzchnią śrubową żebra 6. 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 1 śrubowo zwijana jest w dalszej kolejności cięta gdy przechodzi przez nie przedstawione na rysunku urządzenie do cięcia. Gotowa rura jest cięta w kierunku promieniowym przez środek osi do wymaganej długości. Pocięte rury są następnie transportowane do miejsca składowania lub ładowane na przyczepy i wywożone do klienta.

Wygładzanie wewnętrznej i/lub zewnętrznej powierzchni rury 1 w rejonie wykonanych łączeń może być dokonywane znanymi ze stanu techniki sposobami.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego, polegający na śrubowym nawijaniu elementu z tworzywa na bęben zawierający obrotowe rolki i wzajemnym łączeniu sąsiadujących ze sobą zwojów, znamienny tym, że rurą (1) wytwarza się z gotowego płaskiego paska (2) wykonanego uprzednio z tworzywa termoplastycznego poprzez śrubowe nawinięcie paska (2) na bęben (5) i łączenie sąsiednich zwojów, przy czym do zewnętrznej powierzchni wytwarzanej rury (1) mocuje się dodatkowo śrubowe żebro (6) w postaci gotowego płaskiego paska (3) wykonanego uprzednio z tworzywa termoplastycznego, przy czym żebro (6) mocuje się do rury (1) jedną z bocznych krawędzi paska (3) tak, że płaszczyzna powierzchni bocznej paska (3) jest usytuowana poprzecznie do zewnętrznej powierzchni rury (1).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do górnych krawędzi sąsiednich zwojów żebra (6) mocuje się dodatkowy płaski pasek (7) wykonany uprzednio z tworzywa termoplastycznego, zakrywający przestrzeń pomiędzy zwojami żebra (6).
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że przed mocowaniem żebra (6) płaski pasek (3) poddaje się fałdowaniu lub formowaniu do postaci falistej tak, że w widoku na rurę zwoje żebra (6) mają zarys pofałdowany lub falisty.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że do zewnętrznej powierzchni rury (1) mocuje się więcej niż jedno śrubowe żebro (6).
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienny tym, że wytwarzanie rury (1) począwszy od nawijania paska (2) na bęben (5) wykonuje się w procesie ciągłym.
6. 6. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5, znamienny tym, że płaski pasek (2, 3, 7) wytwarza się przez cięcie wcześniej wytworzonego arkusza z tworzywa termoplastycznego.
7. 7. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5 albo 6, znamienny tym, że rurę (1) wytwarza się z wykorzystaniem urządzenia mobilnego, korzystnie w rejonie montażu instalacji sieci kanalizacyjnych lub wodociągowych.