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Vorrichtung zum Herstellen eines Rohrelementes aus härtbarem Kunstharz
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Rohrelementes aus härtbarem
Kunstharz, die einen äusseren, starren, rohrförmigen Mantel aufweist, der mit einem Einlass für ein
Druckmittel und an seinen Enden mit auswechselbaren Abschlussflanschen versehen ist, die zentrale Öffnungen zur Aufnahme eines koaxial zum äusseren Mantel angeordneten Hohldorns mit einem Einlass für ein zweites Druckmittel besitzen, wobei letzteres auf eine den Dorn umschliessende und gegen einen rohrförmigen Rohling aus Kunstharz pressbare Membrane einwirkt.
Eine solche Vorrichtung ist bereits aus der USA-Patentschrift Nr. 3, 033, 730 bekanntgeworden.
Bei dieser bekannten Vorrichtung wirkt die genannte erste Druckflüssigkeit unmittelbar auf den
Rohling, so dass Änderungen dieses Druckes entlang des Rohlings ungünstigen Einfluss auf die Form des am Ende erhaltenen Rohrelementes ausübt. Ein anderer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung liegt darin, dass sie nicht geeignet ist, das Rohrelement gegen das Innere eines Metallrohres und als innere Ausfütterung desselben zu formen. Schliesslich ist noch nachteilig, dass die Vorrichtung geheizt werden muss, da der verwendete Kunststoff thermogehärtet wird.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art, bei welcher die angeführten Nachteile vermieden werden.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass koaxial zum rohrförmigen äusseren Mantel ein in die zentralen Öffnungen für den Hohldorn einsetzbarer rohrförmiger Stützmantel für den Rohling aus Metall vorgesehen ist, so dass eine Druckkammer für die erste allenfalls geheizte Druckflüssigkeit zwischen dem rohrförmigen äusseren Mantel und dem rohrförmigen Stützmantel eine Kammer für das Druckmittel gebildet ist und der Rohling gegen den rohrförmigen Stützmantel (37) durch die Membran drückbar ist.
Die Anwesenheit dieses metallischen Stützmantels hat den Vorteil, dass die Form des am Ende erhaltenen Rohrelementes unabhängig von den allfälligen Druckschwankungen der ersten Flüssigkeit entlang dieses Metallelementes ist. Ein weiterer Vorteil dieses metallischen Elementes liegt darin, dass es nach Verkleidung durch das Rohrelement als Endprodukt verwendet werden kann. Schliesslich ist es ein Vorteil dieses metallischen Elementes, bei Gebrauch eines thermohärtbaren Plastikmaterials vorzugsweise eine erste geheizte Flüssigkeit zu verwenden, da die Wärme dieser Flüssigkeit durch das metallische Element auf den Rohling gleichmässig verteilt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. l eine Vorrichtung gemäss der Erfindung in Seitenansicht, Fig. 2 und 2a einen waagerechten Querschnitt der Vorrichtung nach Fig. l, wobei die Vorrichtung zwecks Ausführung einer Press-und Erhärtungsbehandlung unter Druck gesetzt ist ; Fig. 3 einen senkrechten Querschnitt, aus dem die gegenseitige Lage der verschiedenen Organe der Vorrichtung während der Ausführung einer Erhärtungsbehandlung ersichtlich ist ; Fig. 4 ein Joch zum Zusammenbau des vorderen Anschlags.
Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, enthält die Vorrichtung einen rohrförmigen äusseren Mantel
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aus Metall dessen Wandstärke genügt, um dem Höchstdruck zu widerstehen, der in der Vorrichtung auftreten kann. An beiden Enden des äusseren Mantels--l--sind Abschlussteile--2-- mittels Stiftschrauben--3--befestigt, wobei die Fugen zwischen diesen Organen und dem äusseren Mantel in geeigneter Weise druckfest und luftdicht abgeschlossen sind.
Diese Abschlussteile sind ringförmig ausgebildet, mit einer zentralen Öffnung --4-, die eine Nut --5-- für einen Dichtungsring -6-- aufweist. In diesen Abschlussteilen ist koaxial ein rohrförmiger Stützmantel für den Rohling angeordnet.
Der äussere Mantel--l--trägt an einem Ende einen oberen Einlass--7-- (Fig. 1) mit einem
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zum Abführen des Druckmittels, bzw. zum Anschluss des erwähnten Austritts an eine Vakuumsleitung auf.
Anschlag-oder Verriegelvorrichtungen--11 und 12--sind am vorderen bzw. am hinteren
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gegenüber auf dem Mantel angeschweisst sind. An diesen Drehzapfen -13-- ist je ein Arm--14-- angeordnet, dessen Ende mit Schraubengewinde versehen ist. Diese Arme--14--tragen ein Joch --15-- (Fig. 4), mit einer Bohrung--16--auf beiden Seiten, wo die erwähnten Arme--14-- mittels Muttern befestigt sind, und einem U-förmigen Ausschnitt --17-- in der Mitte, welcher die Verlängerung eines Dornes --18-- umgreifen kann.
Das hintere Verriegelungsorgan enthält ebenfalls zwei Drehzapfen-13-, woran zwei Arme --14-- mit einem Schraubengewinde an ihren Enden gelenkig befestigt sind ; diese Arme--14-- tragen eine Stützplatte -20-- mit einer Anschlagstellschraube ; sie sind mittels Muttern--21--mit dieser Stützplatte --20-- fest verbunden. Letztere weist eine mittlere Bohrung mit Schraubengewinde --22-- auf, worin die Anschlagstellschraube-23-angeordnet ist.
Diese Schraube ist mit einem ebenfalls mit Gewinde versehenen abgesetzten Endteil--24--, der in ein Gewindeloch im Boden eines muldenförmigen Endteiles--25--eingeschraubt ist ; die ringförmige Vorderfläche dieses Endteiles dient als Anschlag und Stützfläche für das hintere Ende des rohrförmigen Stützmantels.
Der äussere Mantel--l--ist schwenkbar auf einer ortsfesten Stütze gelagert, welche einen Sockel-26- (Fig. l) mit mindestens einem schräg nach oben und hinten ragenden Stützarm --27-- aufweist, wobei am freien Ende dieses Stützarms eine Bohrung -28-- vorgesehen ist, in welche ein auf dem äusseren Mantel--l--mittels einer platte --30-- befestigter seitlich ausragender Drehzapfen--29--eingreift. Auf der oberen Seite der Platte--30--ist ein Riegel --32-- schwenkbar gelagert, welcher mit seinem hakenförmigen Ende hinter einen auf dem Stützarm --27-- befestigten Nocken--33--greift, damit der äussere Mantel--l--in einer waagerechten Lage feststellbar ist.
Der Schwerpunkt der Vorrichtung liegt rechts von der Drehachse --29--; löst man den Riegel --32--, so schwenkt also derMantel nach rechts herunter, bis er auf den Anschlag--34--stösst,
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Stellung unter einem Neigungswinkel von etwa 50 .
Wie aus den Fig. 2 und 2a klar ersichtlich, besteht die Innenhülle aus einem biegsamen, oder jedenfalls nicht steifen, rohrförmigen Metallteil--35--, der ein verstärktes vorderes Ende--36--, einen langen dünnwandigen mittleren Teil-37-und ein hinteres Ende-38-mit Zentralöffnung --39-- aufweist. Dieses Ende--38--hat ebenfalls eine grössere Wandstärke als der mittlere Teil--37--und weist ferner einen ringförmigen Ansatz --40-- auf, der über die Mündung der Zentralöffnung --39-- hinausreicht.
Diese mittlere Öffnung ist durch ein Anschlagorgan - -41-- abgedichtet, welches am Ende einer Schraube--42--sitzt, die durch die Öffnung--39-- hindurchgeht und nach hinten zu ausragt, und worauf zur Befestigung dieses Anschlagorgans--41-in der richtigen Stellung eine Mutter--43--aufgeschraubt wird. Ein in die Hülle hineinragender pilzförmiger Teil --4-- des Anschlagorgans --41-- trägt ein Abdichtungsorgan--45--aus Teflon oder einem andern geeigneten Stoff, welches zum Endteil--38--der Hülle--35--parallel
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grösseren Länge als die äussere Hülle. Ausserdem ist der Durchmesser der inneren Hülle so bestimmt, dass sie durch die in den kreisförmigen Nuten --5-- eingelegten DIchtungsringe --6-- genau umfasst wird.
In dieser Weise umfassen die innere und die äussere Hülle zusammen eine Druckkammer. Unter der Bezeichnung "biegsame oder nicht steife innere Hülle" soll im allgemeinen ein dünnwandiges Rohr verstanden werden, worin das Metall ohne Schaden eingesetzt werden kann, sogar wenn es ein wenig
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deformiert ist.
Im Stützmantel ist ein Dorn--18--angeordnet, mit einem mit Schraubengewinde versehenen rohrförmigen Teil-46--, einem Hals-47-und einem Hohlkörper-48-, die zusammen ein Ganzes bilden. Das Profil des Körpers-48--ist ähnlich dem eines Sacks oder einer länglichen
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dieser Membrane sich über einen Umfangskragen oder -flansch --50-- hinaus auf das innere Ende des rohrförmigen Teils --46-- des Dorns --18-- erstreckt, wo es mit Hilfe von Abschlussorganen --51--, der Absperrhülse --52-- und der Mutter --53-- in bekannter Weise festgeklemmt und befestigt ist.
Im rohrförmigen Teil --46-- des Dorns ist in der Achse dieses Teils ein Zufuhrrohr-54-
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--47-- hindurchführtDieses Rohr--54--ist an einer hydraulischen Leitung--55--angeschlossen, die über ein Ventil - mit einer geeigneten Druckmittelquelle verbunden ist, welche zum Heizen des Druckmittels eingerichtet ist. Wenn das Druckmittel in die Vorrichtung eingelassen wird, so fliesst es, wie in den
Fig. 2 und 2a mit Pfeilen angedeutet, durch den Kern des Dornes und durch die am Ende des Dornes angeordneten Bohrungen --57-- hindurch, wo es auf den Boden der Membrane stösst, so dass der
Strom umgelenkt und in entgegengesetzter Richtung weiterfliesst, und sodann durch die Öffnungen --58-- vor dem Hals--47--in den Hohlraum --59-- des rohrförmigen Teils-46hineinfliesst.
Dieser Raum --59-- steht in Verbindung mit einer Abfuhrleitung --60-- mit einem Dreiwegregelventil --61--, welches das Druckmittel entweder zum Sammelbehälter zurück oder in eine (nicht dargestellte) Saugpumpe führt. Der im Dorn herrschende Druck kann natürlich mit Hilfe des Ventils --61-- geregelt werden.
Der Rohling --62-- besteht z. B. aus Asbestpapier, das mit einem wärmehärtbaren Harz behandelt und bis zum Polymerisierungsgrad "B" gehärtet ist. Im vorliegenden Beispiel wird ein Phenolharz verwendet ; das Material ist auf einem Stahldorn gerade oder schraubenförmig zu einem Rohling aufgewickelt, wobei die Schichtstärke der im Enderzeugnis erwünschten Wandstärke entspricht ; im gewählten Beispiel soll dieses Enderzeugnis eine zylinderförmige Innenwandverkleidung sein.
Da der Stützmantel in der dargestellten Ausführung einen verstärkten Endteil --36-- aufweist, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der des mittleren Teils--37--, soll der Aussendurchmesser des Rohlings nicht grösser sein als der Innendurchmesser des erwähnten verstärkten Endteils--36--.
Nachdem der Rohling in die Form eingeführt ist, wird im Inneren dieses Elements ein Pressluftdorn angeordnet. Der Pressluftdorn ist im Aufbau dem oben beschriebenen Dorn-18- ähnlich, doch statt an eine Quelle eines hydraulischen Druckmittels wird er an eine Pressluftquelle angeschlossen. Die Druckluft wird eingelassen, und die Membrane --49-- des Dornes so weit gedehnt, dass der Rohling kräftig an die Innenwand der Hülle-35--angepresst wird. Sodann wird die Luftzufuhr abgesperrt und der Pressluftdorn entfernt.
Nach Entfernung des Pressluftdorns wird am vorderen Ende des Rohlings ein Abstandsring - aus Teflon angeordnet, wonach der Dorn --18-- eingeführt wird. Ein muldenförmiges Abstandsstück--64--wird sodann derart angeordnet, dass es mit dessen innerem Ende an den Teflonring-63-anliegt. Dieses Abstandsstück weist aussen eine Vertiefung, bzw.
einen verjüngten Endteil auf, der in die innere Hülle --35-- derart eingeschoben wird, dass die Schulter --65-- an das Ende der erwähnten Hülle--35--anschliesst. Eine auf dem rohrförmigen Teil--46--des
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--18-- aufgeschraubte Mutter --66-- wird--11 bis 12--, indem man sie um die entsprechenden Gelenkachsen verschwenkt, an Ort und Stelle gebracht und befestigt, wie in den Zeichnungen veranschaulicht, wobei das Joch-15-am vorderen Ende so angeordnet wird, dass es an der Mutter --66-- anliegt, während am hinteren Ende das muldenförmige Anschlagorgan --25-- so angeordnet wird, dass es am Endteil --38-- des zylinderförmigen Rohrs --35-- anliegt. Wenn die innere Hülle am hinteren Ende offen ist,
so muss das muldenförmige Element --25-- natürlich ähnlich dem muldenförmigen Element--64-
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ausserdem dazu, den Dorn in der richtigen Stellung zu halten. Durch Benutzung eines solchen Doms vermeidet man die Gefahr, dass der Dorn durch eine schlagartig auf den Boden (des rechten Endes) einwirkende Druckwelle losgerissen werden kann. Der Aufbau ist ja so gestaltet, dass die
Riegelvorrichtungen zu gleicher Zeit die Aussenhülle, die Innenhülle und den Dorn in bezug aufeinander ausrichten und sie während der gesamten Dauer des Formvorganges einwandfrei festhalten.
Sodann wird das Regelventil --56-- des Druckmitteleinlasses geöffnet, so dass das Druckmittel, nachdem es auf eine Temperatur unterhalb der Erhärtungstemperatur des verwendeten Harzes erhitzt worden ist, in den Dorn Eintritt erhält, wobei das Ablassventil -61-- offen gehalten wird, bis die gesamte Luft aus dem Dorn entfernt ist. Das Ventil --61-- wird dann teilweise geschlossen, so dass der Pressdruck sich im Dorninnern entwickeln kann und die Membrane aufgeblasen wird. Die
Temperatur des Druckmittels wird auf einem Wert unterhalb des Erhärtungspunkts des benutzten
Harzes gehalten, bis das Harz erweicht und der Rohling in allen Teilen leicht deformierbar wird.
Man hat festgestellt, dass, damit die erwünschte Anhaftung gewährleistet werden kann, hohe Druckwerte, d. h. Druckwerte in der Grössenordnung von 70, 3 kg/cm2 notwendig sind. Obwohl die
Innenhülle biegsam ist, weist sie dennoch eine Wandstärke von etwa 5 mm auf und der verwendete hohe Druck drückt das Metall weg, während das Rohr--62--infolge der Druckwellen zerspringen oder zerreissen könnte.
Um diesen Unzuträglichkeiten vorzubeugen, wird zwischen der inneren und äusseren Hülle--l bzw. 35-der Form ein Gegendruck angeordnet. Dieser Gegendruck wird erzeugt, indem man während der allmählichen Schliessung des Ablassventils--61--zwecks Erzeugung des von innen nach aussen auf die Membrane einwirkenden Drucks, zu gleicher Zeit den Zufuhrhahn-8-der äusseren Umhüllung öffnet und das Ablassventil-10-schliesst zwecks Erzeugung eines von aussen nach innen auf die Form einwirkenden Gegendrucks.
Nach Einstellung der erforderlichen Druckwerte wird das Druckmittel nunmehr auf die Erhärtungstemperatur des verwendeten Harzes erhitzt und während der zum Erhärten erforderlichen Zeitdauer, wofür z. B. etwa 2 min pro Schicht angesetzt werden kann, auf dieser Temperatur gehalten.
Während des Erhärtungsvorgangs wird die Vorrichtung durch Lösen des Riegels--32--in eine schräge Stellung gebracht, so dass die freikommenden Gase aufsteigen und am oberen Ende der Vorrichtung entweichen können.
Am Ende der Erhärtungsperiode werden die Temperaturen auf 1000C reduziert, wonach die Zufuhrhähne geschlossen werden. Damit im Dorninnern ein Unterdruck entsteht und die Membrane von der inneren Rohrverkleidung abgelöst wird, kann das Ventil--61--so eingestellt werden, dass die Abfuhrleitung--59--mit einer Vakuumleitung verbunden wird, wodurch das Druckmittel vollständig abgesogen wird. Sodann werden die Riegelvorrichtungen gelöst, der Dorn wird aus dem Stützmantel entfernt, wonach auch dieser letztere entfernt werden kann.