Verfahren zum Herstellen von Kunststoffrohren sowie Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rohren aus härtbarem Kunststoff mit einer Armierungseinlage, wobei diese mit dem Kunststoff durchsetzt auf einen Kern aufgewickelt wird.
Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, Kunststoffrohre in der Weise herzustellen, dass als armierende Einlage dienende Papierbogen, Textilstoffe oder Glasgewebe unter Tränkung dieser Stoffe mittels einer geeigneten Kunststofflösung in mehreren Lagen übereinander geschichtet auf einen Wickelkern gegeben werden.
Solche Rohre erfüllen ihren Zweck, wenn keine besonders grossen Anforderungen fertigkeitsmässiger Art an sie gestellt werden und es nicht auf strenge Masshaltigkeit und leichte Bearbeitbarkeit ankommt.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffrohr neuer Herstellungsart zu schaffen, das die aufgezeigten Bedingungen in optimaler Weise erfüllt. Um dieses Rohr zu schaffen, wird erfindungsgemäss derart verfahren, dass ein durch in Reihe nebeneinanderliegend geführte Einzelfäden gebildetes Band mehrschichtig auf den Kern aufgewickelt wird, wobei dieses Fadenband und der genannte Kern während des Wickelvorganges in Richtung der Achse des Kerns, mindestens in der Länge des zu erzeugenden Rohres, eine hin und her gehende Relativbewegung zueinander ausführen, und die Einzelfäden dieses Bandes auf dem Weg von ihrer Abwickelspule zum Wickelkern durch ein Bad des Kunststoffes hindurchgeführt werden, aus dem das Rohr gefertigt wird,
und dass mindestens am einen Ende des zu erzeugenden Rohres zwischen dem Wickelkern und der untersten Wickelschicht als Abstreifhilfe eine über diese Schicht nach aussen hin vorstehende Unterlage aus nachgiebigem Material aufgebracht wird, die bevorzugt eine dem Kern zuvor übergeschobene Hülse aus Papier ist.
Kunststoffrohre, die in einem Wickelprozess der erfindungsgemässen Art gefertigt werden, zeichnen sich bei geeigneter Wahl der Armierungsfäden durch ungewöhnlich gute mechanische Festigkeit aus. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Fäden der in den einzelnen Wickellagen ; vorhandenen Struktur der Armierung sich mit den Fäden der jeweils darüber und darunter liegenden Lagen abwechselnd kreuzen.
Beim Aufwickeln der Fäden auf den Kern legen sich diese nämlich schraubenlinienförmig nebeneinander und kreuzen sich dann in den benachbarten Wickellagen in einem Winkel, der abhängig ist vom Winkel, in welchem die Einzelfäden dem Wickelkern zulaufen, und welcher verschieden gewählt werden kann, je nachdem ob der Kreuzungswinkel der Fäden grösser oder minimal ausfallen soll. Dadurch kommt ein besonders inniger geflechtartiger Verband der Armierung zustande, der dem fertigen Rohr dann vor allem auch eine hohe Biegefestigkeit sichert.
Zu der so für das Kunststoffrohr erzielten guten qualitativen Eigenschaft gehört auch, dass das neue Kunststoffrohr ausserdem auch seinem Innendurchmesser nach ganz exakt masshaltig ausfällt und auch nachträglich noch bearbeitet werden kann, was für viele Verwendungszwecke gleichfalls von ausschlaggebender Bedeutung ist.
Das neue Rohr kann zufolge seiner Herstellungsart speziell an seinen beiden Enden auch gleich so profiliert gewonnen werden, dass sich die Rohre mit abgesetzten Stossflächen in einer gut dichtenden und auch festigkeitsmässig einwandfreien aussen und innen glatten Verbindung aneinandersetzen lassen. Mindestens kann eine solche Profilierung ohne Nachteil für das Rohr auch nachträglich noch durch Bearbeitung vorgenommen werden. Es lässt sich sogar beim Herstellen des Rohres gleich ein Innengewinde mit vorsehen, ohne dass die Struktur an seiner Innenfläche dabei geschwächt wird.
Solche Kunststoffrohre herstellen zu können, scheiterte bisher deshalb, weil es grosse Schwierigkeiten bereitete, die Rohre wieder vom Wickelkern wegzubringen. Auch in dieser Hinsicht ist das Problem jetzt durch die der Erfindung entsprechenden Hilfsmassnahmen, die speziell hierzu dienen, gelöst worden.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass Mittel vorgesehen werden können, die es erreichbar machen, dass ein Fadenbruch, welcher beim Imprägnieren der Armierungsfäden im Kunststoffbad eintreten kann, keine Störung des Fertigungsvorganges und vor allem auch keine nachteiligen Folgen für das Fertigungsprodukt hat.
Das fertig gewickelte Kunststoffrohr wird zweckmässig anschliessend noch einer es härtenden Wärmebehandlung unterworfen. Dabei kommt es darauf an, dass das Rohr während dieser Behandlung ausserdem dauernd eine Drehbewegung ausführt. Hierzu gehört zweckmässig ein spezieller Ofen, der ein gleich- mässiges Durchlaufen einer grösseren Anzahl von fertig gewickelten, zu härtenden Rohren ermöglicht, wobei diese Rohre zudem zugleich in diesem Ofen ständig die erforderliche Drehbewegung erfahren.
Dabei kann bei diesem Ofen auch die Durchlaufgeschwindigkeit der Rohre sehr einfach in weiten Grenzen variiert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung in allen Einzelheiten anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dieses behandelt eine Einrichtung, mittels welcher die Rohre gewickelt und die Armierungseinlage beim Wickelvorgang imprägniert wird. Ferner ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Wärmebehandlungsofens beschrieben und schliesslich sind dabei auch jene Hilfsmittel noch näher erläutert, die zum erleichterten Abziehen des fertigen Kunststoffrohres vom Kern dienen.
Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung zum Ausüben des der Erfindung entsprechenden Verfahrens in schematischer Darstellungsweise in einer Ansicht von oben gesehen,
Fig. 2 diese Einrichtung in einem vertikalen Schnitt, der in Richtung der Fadenführung verläuft,
Fig. 3 als Teilansicht im Schnitt das Ende des fertigen Rohres mit der Abstreifhilfe,
Fig. 4 die gleiche Ansicht des Rohrendes, wäh- rend des Abstreifvorganges des Rohres von seinem Kerns, Fig. 5 einen Wärmebehandlungsofen in einem Vertikalschnitt nach der Schnittlinie V-V in Fig. 6 und
Fig. 6 einen Längsschnitt durch diesen Ofen nach der Schnittlinie VI-VI in Fig. 5.
In den Figuren ist 1 eine Walze, die für das herzustellende Kunststoffrohr 2 als Wickelkern dient.
Der Aussendurchmesser dieser Walze 1, die auch als hohles Stahlrohr ausgeführt sein kann, entspricht dem zu erzielenden Innendurchmesser des herzustellenden Kunststoffrohres 2. Die Walze 1 kann in verschiedenem Durchmesser und auch in verschiedener Länge gewählt sein. Sie wird in beliebiger geeigneter Weise so angetrieben, dass sie sich um ihre Achse 3 dreht.
Mit der Walze 1 steht eine Fadenführ- und Imprägniervorrichtung in Zusammenarbeit. Diese wird gebildet durch einen Fadenführungs- und Imprägniertrog 4 sowie durch eine diesen Trog haltende Stütze 5 und durch einen ihn hin und her bewegenden Verschiebeschlitten 6. Die Tragstrebe 5 ist dabei so ausgebildet, dass sie sich in einem vertikalen Schlitz 7 des Schlittens 6 in vertikaler Richtung verstellen lässt, nachdem die Schraube 8, die in einem mit dem Schlitten 6 verbundenen Winkelstück 9 sitzt, gelöst worden ist. Dadurch lässt sich dann der Trog 4 in seiner Höhe zur Walze 2 passend verstellen.
Der Schlitten 6 läuft gleitend auf zwei Schienen 10 und 11 hin und her, angetrieben durch eine mit Gewinde versehene, sich abwechselnd in der einen und der anderen Richtung drehende Spindel 12.
Anstelle dieses Antriebs mittels der sich in wechselnder Richtung drehenden Gewindespindel 12, die in ein passendes Gegengewinde 13 im Schlittenkörper 6 eingreift, könnte auch ein Zahnradgetriebe vorgesehen sein, bestehend aus einem Zahnrad und einer Zahnstange. Ebenso könnte aber auch eine hin und her laufende Antriebskette oder dergleichen vorhanden sein, die den Schlitten abwechselnd nach der einen und nach der anderen Seite zieht, wie es für den der Erfindung entsprechenden Wickelvorgang erforderlich ist.
Mit 14 sind Einzelfäden bezeichnet, mit denen die Walze 1 in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise dadurch bewickelt wird, dass sich diese Walze entsprechend dem Pfeil 15 (Fig. 2) dreht. Die Walze 1 zieht dabei die Fäden 14 gegen sich, und zwar so, dass sie dabei schraubenlinienförmig nebeneinander zu liegen kommen. Diese Fäden 14, die entweder aus pflanzlichen, tierischen oder mineralischen Fasern gezwirnt sein können und vorzugsweise gezwirnte Glasfäden sind, werden dabei von Spulen 16 abgezogen, welche geordnet von einem Spulenhalter 17 getragen sind, wie aus Fig. 1 hervorgeht.
Nach dem Ausführungsbeispiel sind z. B. zwölf solche parallel nebeneinander laufende Fäden 14 vorgesehen, die zusammen eine bestimmte bandartige Wickelbreite 18 ergeben. Die Fäden 14 laufen von oben her in den Imprägniertrog 4 ein und durchsetzen dabei hinter einer Umlenkrolle 19 von kleinem Durchmesser einen die Fäden geordnet haltenden Führungskamm 20. Dieser Kamm lässt die einzelnen Fäden getrennt voneinander zwischen seinen Zähnen hindurchgleiten. Dabei sind diese Zähne an einem gemeinsamen Rücken 21 gehalten, welcher an den Seitenwandungen des Troges 4 befestigt ist. Im Imprägniertrog 4 befindet sich eine genügende Menge einer Lösung 22 eines geeigneten härtbaren Kunststoffes, mit welchem die Fäden 14 zu imprägnieren sind.
Bevor diese Fäden jedoch in diese Lösung 22 eintauchen, werden sie auf ihrem von oben her kommenden Zuführungsweg an einer Heizplatte 23 vorbeigeführt. Dabei wird den Fäden jegliche Feuchtigkeit entzogen, ehe sie mit dem Kunststoff in Berührung kommen. Zugleich werden sie dabei geeignet vorgewärmt. Diese Massnahmen tragen zur Qualitätsverbesserung des erzeugten Kunststoffrohres wesentlich mit bei.
Um die im Trog 4 befindliche Kunststofflösung 22 auf der richtigen Temperatur zu halten, befindet sich unten am Trog 4 ebenfalls eine Heizplatte 24.
Es ist zweckmässig, wenn die Fäden 14 dementsprechend auch im wesentlichen am Boden des Troges 4 entlanggeführt durchs Kunststoffbad hindurch gezogen werden. An jener Stelle, an der sie dieses Bad wieder verlassen, laufen sie zweckmässig unter einer sie abstrdfenden Gummizunge 25 hindurch, die zusammen mit ihrem Halterücken 26 zugleich den vorderen Abschluss des Bades bildet. Nach Verlassen des Bades durchsetzen die Fäden 14 nochmals einen sie geordnet haltenden weiteren Führungskamm 27, der dafür sorgt, dass die Fäden der Aufwickelwalze 1 ausgerichtet zulaufen.
Das Niederhalten der Fäden 14 innerhalb der Kunststofflösung wird mit Hilfe eines Führungsbleches 28 bewirkt, welches unten in Richtung der Bewegung der Fäden 14 kreisbogenförmig abgebogen ist, so dass die Fäden gut an dieser Rundung vorbeigleiten können. Im vorderen Teil des Troges 4 sind an seinen Seitenwandungen noch Führungsleisten 29 vorgesehen, in die sich von oben her, wie gestrichelt eingezeichnet, ein Schieber 30 einsetzen lässt, welcher unten ebenfalls mit einer Abstreifzunge 31 versehen ist, unter der die Fäden 14 vorbeilaufen können. Mittels eines solchen Schiebers lässt sich der Trog 4 unterteilen. Es kann dann in den so geschaffenen vorderen Trogteil 32 ein Kunststoff gegeben werden, der sich bezüglich seines Härteranteils vom im hinteren Teil des Troges befindlichen Kunststoff unterscheidet.
Hierdurch ist es möglich gemacht, Rohre, die schneller härten sollen, z. B. in Einzelfertigung herstellen zu können, ohne dass der ganze Trog schnell härtenden Kunststoff enthalten muss. Dies bringt fertigungsmässig und in wirtschaftlicher Hinsicht beachtliche Vorteile.
Die beschriebene Fadenführung im Imprägniertrog 4 hat den weiteren Vorzug, dass sich ein Fadenbruch kaum störend auswirken kann. Es fehlen nämlich rotierende Walzen, um die sich der gebrochene Faden zum Nachteil für die benachbarten Fäden aufwickeln könnte. Ein im Bad gebrochener Faden kann vielmehr der Bewegung der zähflüssigen Kunststoffmasse, wie diese durch das in ihr hindurchgezogene Fadenband zustande kommt, frei folgen, so dass er im Kreislauf mitgehend sich von selbst rasch an die Oberfläche schafft und dort gefasst werden kann, ohne dass dadurch der Fertigungsgang beeinträchtigt wird.
Die beschriebene Einrichtung arbeitet nun derart, dass die Walze 1 jeweils eine Umdrehung um ihre Achse macht, während die ihr die Fäden zuführende Vorrichtung längs dieser Walze einen Weg beschreibt, der der Breite 18 des Fadenstreifens entspricht. Auf diese Weise wird die Walze 1 gleichmässig bewickelt. Am Walzenende wechselt die Bewegungsrichtung der Fadenzuführvorrichtung automatisch. Dadurch erfolgt dann ein Rücklaufen dieser Vorrichtung, so dass die Fäden 14 jetzt die Walze 1 in der nächsten Wickellage in umgekehrter Richtung überziehen, ebenfalls wieder im geeigneten Winkel zur Walzenachse stehend.
Die Richtung der Fäden in den aufeinanderfolgenden Lagen kreuzt sich dabei, weil sich der Winkel, in dem die Fäden der Aufwickelwalze zulaufen, spiegelbildlich ändert, wenn die Fadenzuführvorrichtung am Ende der Walze jeweils ihre Bewegungsrichtung wechselt, wodurch sich auch der dabei entstehende Rohrwickel an beiden Enden mehr oder weniger konisch verjüngt. Dies trägt gleichfalls wesentlich zur gewünschten Festigkeit des fertigen Rohres bei. Die Fäden ergeben dadurch nämlich eine in Längsrichtung des entsprechenden Rohres verlaufende, es auf Zug besser beanspruchbar machende Komponente, die das Biegemoment des Rohres vergrössert.
Da sich die Einzelfäden 14 bei ihrem Aufwickeln auf die Walze 1 in Längsrichtung gegeneinander bewegen können, kann an jenen Stellen, an denen die Wickelrichtung sich ändert, keine Faltenbildung entstehen. Ebenso bleibt dies vermieden, wenn, wie schon erwähnt, bei herzustellendem Rohr am Ende innerseitig eine Profilierung oder ein Innengewinde gleich beim Wickeln des Rohres mitangebracht werden soll. Das gleiche ist der Fall, wenn eine muffenartige Erweiterung am Ende des Rohres zu erzielen ist.
Zur Polymerisierung bzw. Härtung des Kunststoffes wird das fertige Rohr dann, solange es noch auf seinem Kern sitzt, zusammen mit diesem Kern unter ständigem Drehen um seine Achse noch einer geeigneten Wärmebehandlung unterworfen. Diese Behandlung erfolgt zweckmässigerweise in einem Ofen, wie er unten anhand von Fig. 5 und 6 noch näher beschrieben ist.
Zu erwähnen ist, dass das fertige Kunststoffrohr, solange es noch auf der Kerbwalze sitzt, aussen genau masshaltig bearbeitet werden kann. Das fertige Rohr kann mittels einer Abschabmatrize auch noch auf ein exaktes Aussenmass geglättet werden. Es zeichnet sich dann nicht nur bezüglich seines Innendurchmessers, sondern auch seines Aussendurchmessers durch strenge Masshaltigkeit aus.
Die Schwierigkeit, das fertige Kunststoffrohr von seinem Kern gut wieder lösen zu können, auf dem es mit festhaftendem Sitz erzeugt wurde, ist dadurch gelöst worden, dass das noch auf seinem Kern befindliche gehärtete Kunststoffrohr nach seinem Er kalten erneut nochmals erwärmt wird. Es ergibt sich durch die dabei eintretende Erwärmung des Kerns durch dessen Ausdehnung eine entsprechende minimale Vergrösserung des Innendurchmessers des Kunststoffrohres, die bestehen bleibt, nachdem der Stahlkern wieder kalt geworden ist. Das fertige Kunststoffrohr lässt sich dann vom beim Erkalten ein ihm gegenüber ein Schwundmass aufweisenden Kern in axialer Richtung abschieben, ohne dass es Schaden nimmt.
Es kann noch in Betracht kommen, auf den Kern 1 vor seinem Bewickeln eine ihn bei gewisser Temperatur gut gleitfähig machende Speziallösung aufzutragen, die das Abziehen des Kerns weiter erleichtert.
Ferner ist an jenem Ende des Kunststoffrohres 2, von dem her sein Abschieben vom Kern 1 vorgenommen werden soll, eine besondere Abstreifhilfe angebracht. Diese Hilfe kann z. B. aus einer Hülse 33 aus Papier oder dergleichen nachgiebigem Werkstoff bestehen, welche, wie aus Fig. 3 hervorgeht, am Ende des Rohres 2 zwischen dem Kern 1 und dem Kunststoffrohr 2 liegend vorgesehen ist. Diese Hülse 33 steht mit ihrem freien Ende geeignet weit frei über das Rohr 2 vor. Sie kann sich dann nach aussen aufwölbend umbiegen, wenn das Rohr 2 mit Hilfe eines als Abstreifer dienenden Ringstückes 34 abgeschoben wird, welches auf den Kern 1 aufgesteckt und dann unter Festhalten des Kerns 1 kräftig gegen das Rohr 2 gedrückt wird (Fig. 4).
Hierdurch wird vermieden, dass das schneidenscharf auflaufende Rohrende 35 sich in den Spalt 36 einschieben kann, der zwischen dem Schieber 34 und dem Kern 1 eingehalten werden muss, um das Abschieben zu ermöglichen. Das sich so deformierende Ende 37 der Papierhülse 33 dient dabei zugleich als Hilfsmittel, welches die Angriffsfläche am Ende des Rohres 2 zu seinem Abschieben vom Kern 1 vergrössert. In dieser Weise ist es in Ergänzung der oben genannten weiteren Vorkehrungen möglich geworden, das fertige Kunststoffrohr 2 in einwandfreier Weise ohne besondere Mühe von seinem Wickelkern 1 wegzubringen.
Wie schon oben ausgeführt wurde, muss das fertig gewickelte Kunststoffrohr 2, wenn es sich noch auf seinem Wickelkern 1 befindet, einer Wärmebehandlung unterworfen werden. Es ist notwendig, dass sich das Rohr dabei ständig um seine Achse dreht, damit der noch nicht festgewordene Kunststoff sich nicht einseitig verlagert, sondern gleichmässig über dem Querschnitt des Rohres verteilt bleibt. Ein dieser Aufgabe besonders gerechtwerdender Wärmeofen für das Härten der Kunststoffrohre ist anhand der Fig. 5 und 6 nachstehend näher beschrieben. Dieser Ofen lässt die Durchlaufgeschwindigkeit der sich dabei ständig drehenden Rohre sehr einfach in weiten Grenzen variieren. Damit erzielt man, dass je nach der Wahl des Härtergehaltes des Kunststoffes und z.
T. auch der Temperatur des Ofens eine kürzere oder längere Härtungszeit bequem eingehalten werden kann bzw. dass die Durchlaufzeit der Rohre der Leistungsfähigkeit der gegebenenfalls mehrfach vorhandenen Wickelvorrichtungen entsprechend angepasst werden kann.
Der in Fig. 5 und 6 dargestellte Wärmeofen ist zweckmässig als Heissluftofen ausgeführt. Er enthält an beiden Seiten, die senkrecht zu den durch den Ofen geförderten Rohren stehen, sich drehende Rollen 38 die mit ihren Achsen parallel zu den Rohrkernen 1 verlaufen, aber in einer abfallend geneigten Ebene angeordnet sind. Sie werden durch eine endlos umlaufende Kette 39 oder dergleichen angetrieben, welche ihrerseits ihren Antrieb von einem Kettenrad 40 erhält, welches auf der Achse eines Zahnrades 41 sitzt, das von einem Schneckenrad 42 angetrieben ist. Dieses Schneckenrad 42 sitzt auf der von einem Motor (nicht dargestellt) kommenden Abtriebswelle 43. Diese Antriebsanordnung ist beidseitig des Ofens angeordnet.
Die fertig gewickelten Kunststoffrohre werden mit ihrer an beiden Seiten vorstehenden Stahlkernwalze 1 durch die Öffnungsklappe 44 in den Ofen eingesetzt, und zwar so, dass der Kern jeweils zunächst auf das erste, oberste Rollenpaar 38 zum Aufliegen kommt. Die Kernwalze 1 mit dem auf ihr befindlichen Kunststoffrohr 2 rotiert dann ständig um ihre eigene Achse, indem sie sich auf der Oberfläche der genannten Rollen 38 abrollt. Sie wird dabei auf diesen Rollen in der Rollstellung liegenbeibend gehalten durch ebenfalls beidseitig des Ofens vorgesehene Haltestangen 45 und kann erst auf das nächste, etwas tiefer liegende Drehrollenpaar 38 weitergelangen, wenn die Stangen 45 angehoben werden.
Das Anheben dieser Stangen 45 erfolgt durch einen dreieckförmigen Körper 46, der auf einem in Richtung des Pfeiles 47 endlos umlaufenden Kettenband 48 sitzt und dabei mit seiner Schräge 49 nacheinander unter die Hebezapfen 50 der Stangen 45 greift und diese dadurch hochhebt, wie dies z. B. für das drittletzte Haltestangenpaar 45 gestrichelt eingezeichnet ist. Der durch diese Stangen gehaltene Rohrkern 1 kann dann unter ihnen durchgleiten und gelangt so auf das nächste Drehrollenpaar 38. Auf diesem bleibt er dann zunächst liegen und wird ebenfalls wieder so lange von ihm angetrieben, bis die ihn dort haltenden Stangen 45 durch ihr Angehobenwerden durch den Körper 46 bei dessen nächstem Umlauf wieder freigeben, so dass das Kunststoffrohr 2 mit seiner Kernwalze 1 wieder auf das nächste, tiefer liegende Drehrollenpaar 38 kommt.
Auf diese Weise wird jedes Rohr 2 Schritt für Schritt langsam unter ständigem Drehen durch den Heizofen gefördert; denn das Dreieckstück 46, das auf jeder Seite des Ofens auf seinem es antreibend mitnehmenden Kettenband 48 befestigt ist, läuft ständig um und hebt so die seitlichen Haltestangen 45 zum Weiterfördern der Rohre 2 nacheinander an.
Durch die Wahl der Geschwindigkeit des Umlaufs der Kettenbänder 48 hat man es, wie ohne weiteres erkennbar ist, sehr einfach in der Hand, den Transport der fertigen Rohre 2 durch den Heiz ofen schneller oder langsamer vor sich gehen zu lassen. Die Kettenbänder 48 werden dabei angetrieben durch zwei durch eine gemeinsame Welle verbundene Kettenräder 51, auf deren Achse ein Zahnrad 52 sitzt, das mit einem Zwischenrad 53 kämmt, welches seinerseits wieder über Übersetzungsräder 54 bis 57 vom Zahnrad 41 angetrieben wird, welches seinerseits vom Schneckenrad 42 in Umlauf gesetzt wird. Durch Auswechseln der tÇbersetzungs- zahnradpaare 54, 55 bzw. 56, 57 kann man dem Kettenband 48 jede beliebige Geschwindigkeit erteilen und damit auch die Durchlaufgeschwindigkeit durch den Ofen in weiten Grenzen ändern.
Die Haltestangen 45 sind in ihrer vertikalen Bewegung durch Rollen 58 bzw. 59 geführt, die in Halteschienen 60 bzw. 61 gelagert sind. 62 ist die untere Umlenkrolle für das Kettenband 48. Das unterste, zuerst in den Ofen gegebene, fertige Kunststoffrohr rollt dann nach Anheben der untersten Haltestangen 45 von selbst über die Schräge 63 ab und durch die Klapptür 64 aus dem Ofen.
Als Kunststoff für die Herstellung der der Erfindung entsprechenden Rohre wird ein härtbares Kunstharz, wie z. B. Polyester, gewählt. Das Verhältnis von Kunststoff zu füllendem Armierungsmaterial wird zweckmässig so gewählt, dass sich das fertige Rohr etwa aus einem Drittel Kunststoff und zwei Dritteln Fadenmaterial zusammensetzt. Dabei kann dieses Fadenmaterial möglichst längsorientiert gezwirnt sein. Es kann aber auch ein anderes Bestandteilverhältnis gewählt werden. Die Wahl des Kunststoffes und des Armierungsmaterials lässt sich dem jeweiligen Verwendungszweck der Rohre speziell anpassen, je nachdem, ob es auf möglichst günstige chemische, elektrische oder reine Festigkeitseigenschaften ankommt. Die Rohre lassen sich bei entsprechender Ofenbreite in beliebig langen Stücken fertigen und auch mit Durchmessern, die ganz erheblich voneinander abweichen können.
Es ist darauf hinzuweisen, dass man natürlich auch den sich drehenden Wickelkern 1 in axialer Richtung hin und her bewegen kann, um den Aufwickelvorgang des Fadenbandes in der gewünschten Weise so zu erreichen, dass sich dabei die Wickelfäden bei ihrem bandförmigen Zuführen schichtweise übereinanderlegen.
Zu erwähnen ist noch, dass die Temperatur des Imprägnierbandes am zweckmässigsten in der Grö ssenordnung von 20 bis 30O gehalten wird, während die Erwärmung der fertig gewickelten Rohre im Heizofen etwa in einem Temperaturbereich von 80 bis 1200 vor sich geht, und zwar in einer Zeit von ungefähr 30 bis 40 Minuten. Jedoch können diese Werte je nach dem Anteil des dem imprägnie- renden Kunststoff beigegebenen Härters bzw. dessen Beschaffenheit auch mehr oder weniger stark variieren. Das Nacherwärmen der im Ofen fertig gehärteten und inzwischen auf ihrem Kern wieder erkalteten Rohre zum Zwecke des Abziehens von diesem Kern erfolgt etwa nochmals bis auf etwa 60 bis 800 C. Es kommt auch in Frage, den Wickelkern 1 der Kunststoffrohre 2 als Stahlrohr vorzusehen.
In diesem Fall kann er dann sogar selbst noch zum Durchführen eines Heiz- oder eines Kühlmittels verwendet werden. Dies kann gerade für das Behandeln des fertigen Kunststoffrohres zu seinem erleichterten Abziehen von seinem Kern sehr wertvoll sein.
Process for the production of plastic pipes and device for carrying out this process
The invention relates to a method for producing pipes from curable plastic with a reinforcement insert, which is wound onto a core, interspersed with the plastic.
The invention also relates to a device for carrying out this method.
It is known to manufacture plastic pipes in such a way that sheets of paper, textile materials or glass fabric serving as a reinforcing insert are placed on a winding core in several layers with these materials soaked by means of a suitable plastic solution.
Such tubes fulfill their purpose if no particularly great demands are made on them in terms of skill and if strict dimensional accuracy and easy machinability are not important.
In contrast, the invention is based on the object of creating a plastic pipe of a new type of manufacture which optimally fulfills the stated conditions. In order to create this tube, the method according to the invention is such that a tape formed by individual threads lying next to one another in a row is wound onto the core in multiple layers, this thread tape and said core during the winding process in the direction of the axis of the core, at least the length of the the pipe to be produced, perform a reciprocating movement relative to one another, and the individual threads of this tape are passed through a bath of the plastic from which the pipe is made on the way from their supply reel to the winding core,
and that at least at one end of the tube to be produced between the winding core and the lowermost winding layer a support made of flexible material protruding outward over this layer is applied as a stripping aid, which is preferably a paper sleeve pushed over the core beforehand.
Plastic pipes that are manufactured in a winding process of the type according to the invention are distinguished by unusually good mechanical strength when the reinforcing threads are suitably selected. This is due to the fact that the threads in the individual winding layers; The existing structure of the reinforcement alternately crosses with the threads of the layers above and below.
When the threads are wound onto the core, they lie next to each other in a helical shape and then cross each other in the adjacent winding layers at an angle that is dependent on the angle at which the individual threads approach the winding core and which can be selected differently, depending on whether the The intersection angle of the threads should be greater or minimal. This creates a particularly intimate, braid-like association of the reinforcement, which then above all ensures high flexural strength for the finished pipe.
The good qualitative property thus achieved for the plastic pipe also includes the fact that the new plastic pipe is also exactly dimensionally accurate in terms of its inner diameter and can also be processed later, which is also of decisive importance for many purposes.
The new pipe can, due to the way it is manufactured, also be profiled at both ends in such a way that the pipes with offset abutment surfaces can be joined together in a well-sealing and also smooth connection on the outside and inside. At least such a profiling can also be carried out subsequently by machining without any disadvantage for the pipe. An internal thread can even be provided at the same time as the pipe is produced, without the structure on its internal surface being weakened in the process.
To be able to produce such plastic pipes has so far failed because it caused great difficulties to bring the pipes away from the winding core. In this respect, too, the problem has now been solved by the auxiliary measures corresponding to the invention, which are specifically used for this purpose.
One advantage of the invention is that means can be provided which make it possible to ensure that a thread breakage, which can occur when the reinforcement threads are impregnated in the plastic bath, does not interfere with the manufacturing process and, above all, has no adverse consequences for the manufactured product.
The finished wound plastic pipe is expediently then subjected to a hardening heat treatment. It is important that the tube also continuously rotates during this treatment. This expediently includes a special furnace which enables a larger number of finished, wound tubes to be hardened to pass evenly through, with these tubes also constantly experiencing the required rotary movement in this furnace.
With this furnace, the throughput speed of the tubes can also be varied very easily within wide limits.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing in an exemplary embodiment. This deals with a device by means of which the pipes are wound and the reinforcement insert is impregnated during the winding process. Furthermore, a particularly advantageous embodiment of a heat treatment furnace is described and, finally, those aids are also explained in more detail, which are used to facilitate removal of the finished plastic pipe from the core.
Show in detail:
1 shows a device for practicing the method according to the invention in a schematic representation in a view from above,
Fig. 2 this device in a vertical section, which runs in the direction of the thread guide,
Fig. 3 is a partial sectional view of the end of the finished pipe with the stripping aid,
4 shows the same view of the pipe end during the process of stripping the pipe from its core, FIG. 5 shows a heat treatment furnace in a vertical section along the section line V-V in FIG. 6 and FIG
6 shows a longitudinal section through this furnace along the section line VI-VI in FIG. 5.
In the figures, 1 is a roller which serves as a winding core for the plastic pipe 2 to be produced.
The outer diameter of this roller 1, which can also be designed as a hollow steel tube, corresponds to the inner diameter to be achieved of the plastic pipe 2 to be produced. The roller 1 can be selected in different diameters and also in different lengths. It is driven in any suitable manner so that it rotates about its axis 3.
A thread guiding and impregnating device is in cooperation with the roller 1. This is formed by a thread guide and impregnation trough 4 and by a support 5 holding this trough and by a sliding carriage 6 that moves it back and forth. The support strut 5 is designed so that it is in a vertical slot 7 of the carriage 6 in a vertical direction Can be adjusted direction after the screw 8, which sits in an angle piece 9 connected to the carriage 6, has been loosened. The height of the trough 4 can then be adjusted to match the roller 2.
The carriage 6 slides back and forth on two rails 10 and 11, driven by a threaded spindle 12 rotating alternately in one and the other direction.
Instead of this drive by means of the threaded spindle 12 rotating in alternating directions, which engages in a matching mating thread 13 in the slide body 6, a gear transmission could also be provided, consisting of a gear and a rack. Likewise, a drive chain or the like running back and forth could also be present, which pulls the carriage alternately to one side and to the other, as is necessary for the winding process according to the invention.
With 14 individual threads are designated with which the roller 1 is wound in the manner shown in FIG. 1 in that this roller rotates according to the arrow 15 (FIG. 2). The roller 1 pulls the threads 14 towards itself, in such a way that they come to lie next to one another in a helical manner. These threads 14, which can be twisted either from vegetable, animal or mineral fibers and are preferably twisted glass threads, are drawn off from bobbins 16 which are carried in an orderly manner by a bobbin holder 17, as can be seen from FIG.
According to the embodiment, for. B. twelve such threads 14 running parallel next to each other are provided, which together give a certain tape-like winding width 18. The threads 14 run into the impregnation trough 4 from above and pass through a guide comb 20 which holds the threads in an orderly manner behind a deflection roller 19 of small diameter. This comb allows the individual threads to slide separately between its teeth. These teeth are held on a common back 21, which is attached to the side walls of the trough 4. In the impregnation trough 4 there is a sufficient amount of a solution 22 of a suitable hardenable plastic with which the threads 14 are to be impregnated.
Before these threads are immersed in this solution 22, however, they are guided past a heating plate 23 on their feed path coming from above. This removes any moisture from the threads before they come into contact with the plastic. At the same time, they are suitably preheated. These measures contribute significantly to improving the quality of the plastic pipe produced.
In order to keep the plastic solution 22 located in the trough 4 at the correct temperature, a heating plate 24 is also located at the bottom of the trough 4.
It is expedient if the threads 14 are accordingly drawn through the plastic bath, also guided essentially along the bottom of the trough 4. At the point at which they leave this bath again, they expediently run under a rubber tongue 25 which makes them weary and which, together with their holding back 26, also forms the front end of the bath. After leaving the bath, the threads 14 again pass through a further guide comb 27 which holds them in an orderly manner and which ensures that the threads run to the take-up roller 1 in an aligned manner.
The holding down of the threads 14 within the plastic solution is effected with the aid of a guide plate 28 which is bent at the bottom in the direction of the movement of the threads 14 in the shape of a circular arc, so that the threads can easily slide past this curve. In the front part of the trough 4, guide strips 29 are provided on its side walls, into which a slide 30 can be inserted from above, as shown in dashed lines, which is also provided with a stripping tongue 31 below, under which the threads 14 can pass. The trough 4 can be subdivided by means of such a slide. A plastic can then be placed in the front trough part 32 thus created which differs in terms of its hardener content from the plastic located in the rear part of the trough.
This makes it possible to use pipes that are supposed to harden faster, e.g. B. to be able to produce in individual production without the entire trough having to contain fast-curing plastic. This brings considerable advantages in terms of production and in economic terms.
The described thread guide in the impregnation trough 4 has the further advantage that a thread breakage can hardly have a disruptive effect. This is because there are no rotating rollers around which the broken thread could wind up to the detriment of the neighboring threads. Rather, a thread that is broken in the bath can freely follow the movement of the viscous plastic mass, as it comes about through the thread tape pulled through it, so that it quickly creates itself in a cycle to the surface and can be grasped there without being affected the production process is impaired.
The device described now works in such a way that the roller 1 makes one revolution around its axis, while the device feeding it the threads describes a path along this roller which corresponds to the width 18 of the thread strip. In this way, the roller 1 is wound evenly. At the end of the roller, the direction of movement of the thread feeder changes automatically. As a result, this device then runs back, so that the threads 14 now pass over the roller 1 in the opposite direction in the next winding layer, again at a suitable angle to the roller axis.
The direction of the threads in the successive layers crosses because the angle at which the threads run to the take-up roller changes mirror-inverted when the thread feed device at the end of the roller changes its direction of movement, which also causes the tube coil that is created at both ends more or less conically tapered. This also contributes significantly to the desired strength of the finished pipe. As a result, the threads result in a component that runs in the longitudinal direction of the corresponding pipe, makes it more resilient to tension and increases the bending moment of the pipe.
Since the individual threads 14 can move against one another in the longitudinal direction when they are being wound onto the roller 1, no creases can arise at those points where the winding direction changes. This is also avoided if, as already mentioned, a profile or an internal thread is to be added on the inside of the pipe to be produced at the same time as the pipe is wound. The same is the case when a sleeve-like expansion is to be achieved at the end of the pipe.
To polymerize or harden the plastic, the finished tube is then subjected to a suitable heat treatment together with this core while it is still sitting on its core, with constant rotation around its axis. This treatment is expediently carried out in an oven, as will be described in greater detail below with reference to FIGS. 5 and 6.
It should be mentioned that the finished plastic pipe, as long as it is still sitting on the notch roller, can be machined to exact dimensions on the outside. The finished pipe can also be smoothed to an exact external dimension using a scraping die. It is then characterized not only with regard to its internal diameter, but also its external diameter, through strict dimensional accuracy.
The difficulty of being able to loosen the finished plastic pipe from its core, on which it was produced with a tightly adhering seat, has been solved in that the hardened plastic pipe still on its core is heated again after it has been cold. The resulting heating of the core due to its expansion results in a corresponding minimal increase in the inner diameter of the plastic pipe, which remains after the steel core has become cold again. The finished plastic pipe can then be pushed off in the axial direction from a core having a shrinkage opposite it when it cools, without it being damaged.
It can also be considered to apply a special solution to the core 1 before it is wound, which makes it easy to slide at a certain temperature and which further facilitates the removal of the core.
Furthermore, a special stripping aid is attached to that end of the plastic pipe 2 from which it is to be pushed off the core 1. This help can e.g. B. consist of a sleeve 33 made of paper or the like resilient material, which, as shown in FIG. 3, is provided lying at the end of the tube 2 between the core 1 and the plastic tube 2. This sleeve 33 projects far beyond the tube 2 with its free end. It can then bend outwardly arching when the tube 2 is pushed off with the help of a ring piece 34 serving as a scraper, which is pushed onto the core 1 and then pressed firmly against the tube 2 while holding the core 1 (Fig. 4).
This avoids the fact that the pipe end 35, which runs up as sharp as a cutting edge, can slide into the gap 36, which must be maintained between the slide 34 and the core 1 in order to enable it to be pushed off. The thus deforming end 37 of the paper tube 33 serves at the same time as an aid which enlarges the contact surface on the end of the tube 2 for its pushing off from the core 1. In this way, in addition to the further precautions mentioned above, it has become possible to move the finished plastic pipe 2 away from its winding core 1 in a satisfactory manner without any particular effort.
As already stated above, the fully wound plastic tube 2, when it is still on its winding core 1, must be subjected to a heat treatment. It is necessary that the pipe constantly rotates around its axis so that the plastic that has not yet solidified is not shifted on one side, but remains evenly distributed over the cross section of the pipe. A heating furnace for hardening the plastic pipes which particularly does justice to this task is described in more detail below with reference to FIGS. 5 and 6. This furnace allows the throughput speed of the continuously rotating tubes to be varied very easily within wide limits. This achieves that, depending on the choice of hardener content of the plastic and z.
A shorter or longer curing time can also be comfortably adhered to depending on the temperature of the furnace, or the passage time of the tubes can be adapted accordingly to the performance of the winding devices that may be present several times.
The heating furnace shown in FIGS. 5 and 6 is expediently designed as a hot air furnace. On both sides, which are perpendicular to the tubes conveyed through the furnace, it contains rotating rollers 38 which run with their axes parallel to the tube cores 1, but are arranged in a sloping plane. They are driven by an endlessly revolving chain 39 or the like, which in turn receives its drive from a chain wheel 40 which is seated on the axis of a toothed wheel 41 which is driven by a worm wheel 42. This worm wheel 42 sits on the output shaft 43 coming from a motor (not shown). This drive arrangement is arranged on both sides of the furnace.
The completely wound plastic pipes are inserted into the furnace with their steel core roller 1 protruding on both sides through the opening flap 44, in such a way that the core first comes to rest on the first, topmost pair of rollers 38. The core roller 1 with the plastic tube 2 located on it then rotates continuously about its own axis by rolling on the surface of the aforementioned rollers 38. It is held lying on these rollers in the rolling position by holding rods 45 also provided on both sides of the furnace and can only move on to the next, somewhat lower-lying pair of rotating rollers 38 when the rods 45 are raised.
The lifting of these rods 45 is carried out by a triangular body 46, which sits on an endlessly revolving chain belt 48 in the direction of arrow 47 and engages with its incline 49 one after the other under the lifting pin 50 of the rods 45 and thereby lifts them, as z. B. for the third to last pair of retaining rods 45 is shown in dashed lines. The tubular core 1 held by these rods can then slide under them and thus reaches the next pair of rotating rollers 38. It then initially remains on this pair of rollers and is also driven by it again until the rods 45 holding it there are lifted by the Release body 46 again during its next revolution, so that the plastic pipe 2 with its core roller 1 comes back onto the next, lower-lying pair of rotating rollers 38.
In this way, each tube 2 is slowly conveyed step by step through the heating furnace with constant rotation; because the triangular piece 46, which is fastened on each side of the furnace on its chain belt 48 driving it along, constantly revolves and so lifts the lateral support rods 45 for further conveying the tubes 2 one after the other.
By choosing the speed of rotation of the chain belts 48, it is very easy to make the transport of the finished tubes 2 through the heating furnace faster or slower, as is readily apparent. The chain belts 48 are driven by two chain wheels 51 connected by a common shaft, on the axis of which sits a toothed wheel 52 that meshes with an intermediate wheel 53, which in turn is driven via transmission wheels 54 to 57 by gear wheel 41, which in turn is driven by worm wheel 42 is put into circulation. By exchanging the transmission gear pairs 54, 55 or 56, 57, the chain belt 48 can be given any speed and thus also the speed of passage through the furnace can be varied within wide limits.
The vertical movement of the holding rods 45 is guided by rollers 58 and 59, which are mounted in holding rails 60 and 61, respectively. 62 is the lower pulley for the chain belt 48. The lowermost finished plastic pipe, which is first placed in the oven, then rolls by itself over the incline 63 and through the hinged door 64 out of the oven after the lowermost support rods 45 have been raised.
As a plastic for the production of the pipes corresponding to the invention, a curable synthetic resin, such as. B. polyester selected. The ratio of plastic to reinforcement material to be filled is expediently chosen so that the finished pipe is composed of approximately one third of plastic and two thirds of thread material. This thread material can be twisted longitudinally as possible. However, a different component ratio can also be selected. The choice of plastic and reinforcement material can be specifically adapted to the respective purpose of the pipes, depending on whether the most favorable chemical, electrical or pure strength properties are important. With the appropriate furnace width, the tubes can be manufactured in pieces of any length and with diameters that can vary considerably from one another.
It should be pointed out that the rotating winding core 1 can of course also be moved back and forth in the axial direction in order to achieve the winding process of the thread tape in the desired manner so that the winding threads are superimposed in layers when they are fed in in the form of a tape.
It should also be mentioned that the temperature of the impregnation tape is most expediently kept in the order of magnitude of 20 to 30O, while the heating of the finished wound pipes in the heating furnace takes place in a temperature range of 80 to 1200, namely in a time of about 30 to 40 minutes. However, these values can also vary to a greater or lesser extent depending on the proportion of hardener added to the impregnating plastic or its nature. The reheating of the tubes, which have hardened in the furnace and have cooled down again on their core, for the purpose of pulling them off this core takes place again to about 60 to 800 C. It is also possible to provide the winding core 1 of the plastic tubes 2 as steel tubes.
In this case, it can then even be used to carry out a heating or a coolant. This can be very valuable especially for handling the finished plastic pipe to make it easier to pull it off its core.