DE69721032T2

DE69721032T2 - Wärmeschrumpfbarer gegenstand

Info

Publication number: DE69721032T2
Application number: DE69721032T
Authority: DE
Inventors: A. Haberer; H. Oliver; A. State; E. Steele; K. Tailor; Michael Verge
Original assignee: Shawcor Ltd
Current assignee: Shawcor Ltd
Priority date: 1996-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2017-11-15
Also published as: ATE237779T1; PL185783B1; FI991091A0; AU5043598A; DE69721032D1; KR100607213B1; CA2271850A1; CA2209518A1; KR20000068990A; WO1998021517A1; EP0934486B1; PL333424A1; FI991091A; GB9623748D0; EP0934486A1; FI112819B; GB2319316A; DK0934486T3; US6355318B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft wenigstens teilweise wärmeschrumpfbare Elemente zum Herstellen einer Verbindung zwischen röhrenförmigen Abschnitten.
Derartige Elemente können eingesetzt werden, um eine Vielzahl röhrenförmiger Abschnitte miteinander zu verbinden. Sie können beispielsweise als Kupplungsmuffen zum Verbinden von Kunststoffröhren oder -rohren eingesetzt werden.
Ein weiteres Beispiel für den Einsatz derartiger Elemente ist die Herstellung von Ummantellungen für preisolierte Rohrverbindungen.
Preisolierte Rohrleitungen zum Transport von Fluiden bei Nichtumgebungstemperaturen bestehen normalerweise aus einem Betriebs- bzw. Trägerrohr, das mit Isoliermaterial, wie beispielsweise Schaumstoff, umhüllt ist. Das Isoliermaterial ist im Allgemeinen mit einem Mantel verkleidet, der beispielsweise aus einem Polymermaterial, wie z. B. hochdichtem Polyethylen, oder Metall, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, bestehen kann. Die preisolierten Rohre werden vor Ort verbunden, indem das Betriebsrohr, das sich an jedem Ende über die Isolierung hinauserstreckt, geschweißt wird, und dann die Verbindung isoliert und ummantelt wird.
Eine geeignete Ummantelung an der Verbindung ist ein entscheidender Bestandteil der Rohrleitung, da sie eine wasserdichte Verbindung mit dem Rest des Rohrs und mechanischen Schutz der Isolierung gewährleisten muss. Es ist häufig vorteilhaft, die Verbindungsummantelung einzusetzen, um die Herstellung einer Schaumstoffisolierung in der Verbindung zu erleichtern, wobei in diesem Fall die Ummantelung als Form dient, in die die Schaumstoffbestandteile normalerweise über ein Schaumstoffloch in der Ummantelungsseitenwand eingeleitet werden. Damit die Ummantelung die Verbindung weiter vor dem Eindringen von Wasser schützt, darf die Ummantelung selbst nicht beschädigt oder aus dem Verbindungsbereich verschoben werden oder verformt werden, damit kein Weg für das Eindringen von Wasser erzeugt wird.
Es ist vorgeschlagen worden, wärmeschrumpfbare Ummantelungselemente herzustellen. Bei bekannten Konstruktionen, über die der Anmelder informiert ist, ist das Ausmaß des mechanischen Schutzes, der der Verbindung geboten wird, nicht so, wie dies wünschenswert wäre, und bei anderen passen sich die Ummantelungen nicht einfach an und lassen sich nicht so leicht auf den Rohrmantel aufschrumpfen, wie dies vorteilhaft wäre. Des Weiteren sind bei einigen bekannten Strukturen Schwierigkeiten beim Anschweißen eines Stopfens zum Verschließen des Schaumstofflochs in der Seite der Ummantelung aufgetreten. Des Weiteren sind die Verfahren zum Herstellen dieser Ummantelungselemente außerordentlich aufwendig und teuer. Ein weiteres Problem bei bekannten Strukturen besteht darin, dass, wenn die Endabschnitte der Ummantelung erwärmt werden, um sie aufzuschrumpfen und mit dem Rohrmantel zu verbinden, Abschnitte der Ummantelung an den Hohlraum angrenzend dazu neigen, nach innen in den Hohlraum hineinzuschrumpfen, wodurch die Ummantelung nach innen verformt wird. Daher weist der Schaumstoff, der anschließend in dem verformten Gehäuse ausgebildet wird, unzureichende Dicke in den nach innen verformten Bereichen auf, was zu Problemen durch unzureichenden Schutz oder zu starke Wärmeübertragung über die unzureichend isolierten Bereiche führen kann. In dem am 30. April 1985 erteilten US- Patent 4,514,241 (Maukola) ist vorgeschlagen worden, ein spulenförmiges Stützteil einzusetzen, das die gewünschte Kontur der Ummantelung während des Schrumpfvorgangs bewahrt, jedoch ist dies aufgrund der zusätzlichen Kosten und Lagerhaltungsanforderungen für das Spulensystem unpraktisch und teuer.
EP 0 079 702 offenbart ein Ummantelungselement zum Herstellen einer Verbindung zwischen röhrenförmigen Abschnitten, das eine Hülse aus wärmeschrumpfbarem Material sowie eine innere Schicht aus einem Dichtungsmittel, wie beispielsweise Mastix, umfasst. Das Dichtungsmittel fließt zwischen die röhrenförmigen Abschnitte.
Mit einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Ummantelungselement zum Herstellen einer Verbindung zwischen röhrenförmigen Abschnitten, wobei das Element wärmeschrumpfbare Endteile zur Anbringung an entsprechenden aneinandergrenzenden Endflächen der röhrenförmigen Abschnitte an die Verbindung angrenzend sowie einen Mittelteil aufweist, der sich zwischen den Endflächen der röhrenförmigen Abschnitte erstreckt, und wenigstens eine Schicht umfasst, die wärmeschrumpfbar ist, wobei die Endteile integral mit wenigstens einem Teil des Mittelteils ausgebildet sind und ein Zone mit einer relativ geringen Wanddicke umfassen, die nicht mehr als 95% der Dicke des Mittelteils, vorzugsweise nicht mehr als 90%, noch besser 80% und noch besser 70% der Dicke des Mittelteils beträgt, so dass Zonen der Endteile vorzugsweise schrumpfen, während der Mittelteil nicht schrumpft und die Form einer selbsttragenden Schicht beibehält, wenn der Mittel- und die Endteile gleichen Erwärmungsbedingungen ausgesetzt werden.
Bei dieser Anordnung gewährleistet der dicke Mittelabschnitt ausgezeichneten mechanischen Schutz, während die relativ dünnen wärmeschrumpfbaren Endabschnitte die Installation erleichtern, da sie sich leicht anpassen und auf die Endflächen der aneinandergrenzenden röhrenförmigen Abschnitte schrumpfen. Die Zonen der Endabschnitte neigen bevorzugt zum Schrumpfen, und der relativ dicke Mittelabschnitt wird, selbst wenn er wärmeschrumpfbar ist, weniger schnell bis auf einen Punkt erwärmt, an dem er schrumpft und sich in den Hohlraum hinein verformt.
Bei dem Aufbau der Erfindung kann der Mittelteil wärmeschrumpfbar sein und kann eine Wanddicke haben, die einen bevorzugten Grad mechanischer Festigkeit gewährleistet oder die der Verbindung eine andere gewünschte Eigenschaft verleiht, wobei dies jedoch nicht unbedingt notwendig ist, während die dünnen Zonen der Endteile erheblich dünner sein können.
Die Endteile des Ummantelungselementes der Erfindung können durchgehend im Wesentlichen gleichmäßige Dicke haben, oder sie können einen Randabschnitt aufweisen, der sich von dem Mittelabschnitt seitlich nach außen auf die äußeren Enden bzw. Seiten des Elementes zu verringert. Die Dicke des Profils kann sich stufenlos oder abgestuft verringern.
Die Wanddicke der dünneren Zonen (bzw. der dicksten Teile der dünnen Zonen, wenn die Dicke in der Richtung zwischen dem Mittelteil und den äußeren Enden bzw. Seiten des Elementes variiert) beträgt vorzugsweise nicht mehr als 95% der Dicke des Mittelteils, noch besser nicht mehr als 90%, noch besser nicht mehr als 80% und noch besser nicht mehr als 70% der Dicke des Mittelteils.
Vorteilhafterweise hat der Mittelteil durchgehend im Wesentlichen gleichmäßige Wanddicke. Wenn der Mittelteil veränderliche Wanddicke aufweist, bezieht sich das Verhältnis der Dicke der dünneren Zonen zur Dicke des Mittelteils auf die Dicke des dünnsten Teils des Mittelteils.
Das Ummantelungselement der vorliegenden Erfindung kann mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden, so beispielsweise durch Blasformen oder Rotationsschmelzen geeigneter Kunststoffmaterialien, durch Vernetzen, Verschäumen und Abkühlen, um eine Wärmeschrumpfeigenschaft zu erzeugen, wobei diese Verfahren an sich dem Fachmann bekannt und verständlich sind.
In einer stark bevorzugten Ausführungsform ist jedoch das Ummantelungselement als Verbundelement ausgebildet.
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundhülsenelementes mit wärmeschrumpfbaren Endteilen, das Anordnen eines inneren Abdeckelementes auf einem Dorn, Anordnen einer Hülse um das innere Element und den Dom herum, die aus einer Bahn besteht, die in der Umfangsrichtung wärmeschrumpfbar ist, wobei Randabschnitte der Bahn an einem Überlappungsabschnitt verbunden werden, und sich die Hülse über beide Enden des inneren Elementes erstreckt, Schrumpfen der Hülse, so dass sie an das innere Element und den Dorn angepasst ist, Verbinden der geschrumpften Hülse mit dem inneren Element, um ein Verbundhülsenelement herzustellen, und Entfernen des Verbundhülsenelementes von dem Dorn umfasst.
Das innere Abdeckelement kann beispielsweise ein röhrenförmiges Element, wie beispielsweise eine extrudierte Röhre, sein, oder kann eine Bahn sein, die um den Dorn herum gewickelt wird.
Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von Ummantelungselementen, die relativ dünne wärmeschrumpfbare Endteile haben, mit gleichbleibender Qualität und mit niedrigem Kapital- und Herstellungsaufwand.
Es hat des Weiteren den Vorteil, dass es ermöglicht, Wesen und Eigenschaften des inneren Elementes unter Berücksichtigung des Wesens und der Eigenschaften der äußeren Wärmeschrumpfhülse oder unabhängig davon maßzuschneidern, um die Verbundhülse mit Eigenschaften oder Fähigkeiten zu versehen, die sie für bestimmte Endeinsatzzwecke geeignet machen.
So kann beispielsweise das innere Element wärmeschrumpfbar sein oder nicht. Das innere Material kann beispielsweise aus faserverstärktem Polymer bestehen, um einen höheren Biegemodul zu erreichen. Dadurch kann die Dicke des Elementes verringert werden, ohne die mechanische Festigkeit des Ummantelungselementes zu beeinträchtigen, und das Gewicht des Erzeugnisses verringert werden.
Bei dem inneren Element kann es sich um eine Hülse aus Blech, wie beispielsweise galvanisiertem Aluminium, galvanisiertem Stahlblech oder dergleichen handeln, um eine leichte Struktur mit mechanischer Steifigkeit zu schaffen. Das innere Element kann aus einer Kombination verschiedener Materialien, so beispielsweise Kunststoff und Metallen in Kombination, beispielsweise mit einem mehrschichtigen Aufbau, hergestellt werden.
Des Weiteren kann das innere Element aus transparentem Material, wie beispielsweise transparenten Polymeren, hergestellt werden, und die äußere Hülse kann desgleichen aus transparenten oder halbtransparenten Polymeren hergestellt werden, um eine transparente oder halbtransparente Ummantelung zu schaffen, durch die Fehler, wie beispielsweise Luftporen, visuell erfasst werden können, die in einem Schaumstoff vorhanden sein können, der in der Ummantelung ausgebildet ist. Wenn derartige Fehler erkannt werden, kann eine Reparatur ausgeführt werden, indem ein Loch gebohrt wird und es mit zusätzlichem Schaumstoff ausgefüllt wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das innere Element ein Kunststoffmaterial, das nicht vernetzt oder in geringerem Maße vernetzt ist als das Material der Hülse, um das Warmverschweißen eines Schaumstoffloch-Stopfens mit der Ummantelung im Betrieb zu erleichtern.
In einer weiteren Abwandlung kann das Ummantelungselement als ein Verbundhülsenelement ausgebildet werden, das hergestellt wird, indem eine erste und eine zweite Schicht miteinander laminiert werden, wobei wenigstens eine dieser Schichten wärmeschrumpfbar ist, so dass ein Laminat in die Hülse hinein erzeugt wird, und einander überlappende Ränder des Laminats miteinander verbunden werden.
Gemäß einem dritten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundhülsenelementes mit wärmeschrumpfbaren Endteilen, das das Bereitstellen einer ersten Schicht, die in einer Wärmeschrumpfrichtung wärmeschrumpfbar ist, das Laminieren einer zweiten Schicht auf die erste Schicht, wobei die zweite Schicht Seiten hat, die von den Grenzen der ersten Schicht aus innenliegend angeordnet sind, und das Verbinden von Randabschnitten des Laminats, die in der Wärmeschrumpfrichtung beabstandet sind, an einem Überlappungsabschnitt umfasst.
Wie das weiter oben beschriebene Verfahren weist dieses Verfahren den Vorteil auf, dass die Eigenschaften der ersten und der zweiten Schicht maßgeschneidert werden können, um dem entstehenden Verbundhülsenelement bestimmte Eigenschaften bzw. Fähigkeiten zu verleihen. So kann beispielsweise die zweite Schicht, die normalerweise die innere bzw. Kernschicht der Verbundhülse bildet, in einigen Fällen jedoch die äußere Schicht in der Hülsenstruktur bilden kann, beispielsweise ein faserverstärktes Kunststoffmaterial umfassen oder kann unvernetzt oder in geringerem Maße vernetzt sein als die erste Schicht.
In letzterem Fall kann die vergleichsweise unvernetzte zweite Schicht bevorzugt als die äußere Schicht der Verbundhülse ausgebildet werden, um das Schweißen eines Stopfens aus Kunststoffmaterial an einem Schaumstoffloch, das durch das Hülsenelement hindurch ausgebildet ist, im Betrieb als eine isolierte Verbindungsummantelung zu erleichtern.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Ummantelungselement zum Herstellen einer Verbindung zwischen röhrenförmigen Abschnitten, die eine röhrenförmige Hülse umfasst, von der wenigstens Endzonen wärmeschrumpfbar sind, wobei die Hülse eine erste und eine zweite Schicht aus Kunststoffmaterial umfasst, die miteinander verbunden sind, wobei die zweite Schicht im Vergleich zu der ersten Schicht relativ unvernetzt ist und die Hülse ein Loch durch die erste und die zweite Schicht zum Einleiten eines flüssigen Vorläufers einer Schaumstoffzusammensetzung in das Innere der Hülse aufweist.
Dieses Ummantelungselement weist, wie oben aufgeführt, besondere Vorteile hinsichtlich des einfachen Anschweißens eines Stopfens zum Verschließen eines Schaumstoffeinfülllochs an dem Ummantelungselement im Betrieb auf.
In der bevorzugten Ausführungsform umfassen die wärmeschrumpfbaren Elemente, die in den Ummantelungselementen eingesetzt werden, sowie Verfahren der Erfindung vernetzte Kunststoffmaterialien, so beispielsweise organische Polymere oder Elastomere oder Gemische daraus. Beispiele für geeignetes Kunststoffmaterial, das sich für die wärmeschrumpfbaren Elementen sowie für die nicht vernetzten oder relativ unvernetzten Elemente sowie für nicht wärmeschrumpfbare oder bei Wärme maßstabile Bauteile eignet, sind dem Fachmann bekannt und müssen hier nicht ausführlich erläutert werden. Des Weiteren sind die Verfahren zum Vernetzen der Kunststoffmaterialien sowie die Grade der Vernetzung, die erforderlich sind, um ausreichende Beständigkeit gegenüber Schmelzen zu gewährleisten, so dass die vernetzten Polymere ohne weiteres mit Lötlampen oder dergleichen über einen Zeitraum erwärmt werden können, der ausreicht, um Schrumpfen auszulösen, dem Fachmann bekannt und müssen nicht ausführlich beschrieben werden. Desgleichen sind die Verfahren, die zum Erwärmen und Dehnen bzw. Strecken oder Abkühlen geeigneter Materialien eingesetzt werden, um ihnen eine Wärmeschrumpfeigenschaft zu verleihen, herkömmlicher Art und dem Fachmann bekannt und müssen ebenfalls nicht ausführlich beschrieben werden.
Weitere Einzelheiten geeigneter Kunststoffmaterialzusammensetzung sowie von Vernetzungs- und von Streck- sowie Dehnverfahren, mit denen Wärmeschrumpfbarkeit verliehen wird, finden sich in den US-Patenten 3,297,819 (Wetmore); 4,200,676 (Caponigro) sowie 4,472,468 (Tailor et al).
Beispiele für Ummantelungselemente und Verfahren gemäß der Erfindung werden im Folgenden ausführlicher lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine Perspektivansicht eines Ummantelungselementes gemäß der Erfindung.
Fig. 2 ist eine teilweise als Schnitt ausgeführte Seitenansicht des Elementes in Fig. 1, das als eine Ummantelung beim Herstellen einer preisolierten Rohrleitungsverbindung eingesetzt wird.
Fig. 3 ist eine Fig. 2 ähnelnde Ansicht, die die Enden der Ummantelung aufgeschrumpft zeigt.
Fig. 4 und 5 sind Längsschnittansichten weiterer Formen eines wärmeschrumpfbaren Elementes gemäß der Erfindung.
Fig. 6A, 6B und 6C sind Teil-Längsschnittansichten, die das Profil der Endteile weiterer Formen des wärmeschrumpfbaren Elementes gemäß der Erfindung zeigen.
Fig. 7 ist ein leicht schematischer Längsschnitt durch eine bevorzugte Form eines Ummantelungselementes gemäß der Erfindung.
Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch eine Wickelhülse.
Fig. 9A und 9B sind als Teilschnitte ausgeführte Teilseitenansichten, die das Aufbringen eines wärmeschrumpfbaren Endteils eines Ummantelungselementes auf eine preisolierte Rohrleitungsverbindung darstellen.
Fig. 10A und 10B sind Teil-Querschnittsansichten, die bevorzugte Formen von Verbindungsüberlappung zeigen.
Fig. 11A, 11B, 11C und 11D sind Teil-Querschnittsansichten durch alternative Formen von Verbindungsüberlappung.
Fig. 12 ist eine teilweise als Schnitt ausgeführte Seitenansicht des Elementes in Fig. 7, das als eine Ummantelung beim Herstellen einer preisolierten Rohrleitungsverbindung eingesetzt wird.
Fig. 13 ist ein Teil-Längsschnitt durch einen Abschnitt der Ummantelung in Fig. 12 in vergrößertem Maßstab, der das Anschweißen eines Stopfens an einem Schaumstoffloch in dem Ummantelungselement zeigt.
Fig. 14A und 14B sind Teil-Querschnitte, die Überlappungsverbindungen darstellen, die bei der Herstellung eines inneren Elementes einer bevorzugten Form der Ummantelung eingesetzt werden.
Fig. 15a und 15B sind Teil-Querschnitte, die die Ausbildung eines inneren Kerns aus mehrschichtigen Wicklungen darstellen.
Fig. 16 zeigt eine Wickelhülse gemäß der Erfindung.
Wie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu sehen ist, zeigen Fig. 1 und 2 ein Ummantelungselement in Form einer aus einem Stück bestehenden in Umfangsrichtung schrumpfbaren röhrenförmigen Hülse 10. Die Hülse 10 ist im Allgemeinen zylindrisch und weist relativ dünnwandige röhrenförmige Endteile 11, die in Umfangsrichtung wärmeschrumpfbar sind, sowie einen relativ dickwandigen röhrenförmigen Mittelteil 12 auf, der in Umfangsrichtung wärmeschrumpfbar sein kann, jedoch nicht sein muss.
Bei dem Beispiel in Fig. 1 bis 3 hat die Hülse 10 zunächst im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser, und der Außendurchmesser nimmt von den dünnwandigen Endteilen 11 zu dem Mittelabschnitt 12 hin an im Allgemeinen sich konisch aufweitenden Übergangsabschnitten 12a und 12b entlang zu.
Fig. 2 und 3 zeigen, wie die Hülse 10 in Fig. 1 beim Herstellen einer Verbindung zwischen zwei preisolierten Rohrabschnitten 13 und 14 eingesetzt wird. Jeder Rohrabschnitt 13 und 14 umfasst Isoliermaterial, beispielsweise Polyurethanschaum 16, in Form eines Zylinders, der konzentrisch um ein aus Metall, beispielsweise Stahl, bestehendes Rohr 17 herum angeordnet ist. Die Isolierung 16 ist in einem zylindrischen Rohrmantel 18 eingehüllt, bei dem es sich beispielsweise um ein Kunststoffmaterial, so z. B. hochdichtes Polyethylen, oder ein Metall, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, handeln kann.
Im Einsatz kann die Hülse 10, bevor die Rohrabschnitte 13 und 14 verbunden werden, über das Ende eines der Abschnitte 13 und 14 geschoben und von dem Ende so weit nach hinten geschoben werden, dass das freiliegende Ende des Rohrs 17 freigegeben wird. Die Rohrabschnitte weisen durch die Herstellung den Mantel 18 sowie die Isolierung 16 auf, die kurz vor den Enden des Rohrs 17 enden, um Endteile des Rohrs 17 zum Schweißen freizulegen.
Die aneinander grenzenden Enden des Rohrs 17 werden dann an einer Schweißnaht 19 miteinander verschweißt.
Vorzugsweise ist ein funktionelles Material 21, das das Herstellen einer wasserfesten Dichtung ermöglicht, zwischen den Endabschnitten 11 und dem Mantel 18 vorhanden. Das funktionelle Material kann beispielsweise ein Dichtungsmittel, Mastix oder Klebstoff umfassen, das entweder auf den Außenumfang des Mantels 18 oder die Innenfläche der Endteile 11 aufgetragen wird. Das funktionelle Material 21 kann beispielsweise, wie dargestellt, einen Klebstoff umfassen, der auf die Außenseite des Mantels 18 aufgetragen ist. Es kann beispielsweise eine Schicht aus Heißschmelzklebstoff umfassen, der schmilzt, wenn die Endteile 11 erwärmt werden, um sie zu schrumpfen.
In der bevorzugten Form wird die Hülse 10 so angeordnet, dass die Endteile 11 Teile des Mantels 18 um eine geringe Strecke nach innen von den Enden der Isolierung 16 her versetzt überdecken. Vorzugsweise ist die Länge des dicken Mittelteils 12 so, dass sie etwas größer ist als die Länge d des Hohlraums, der zwischen den Enden der Isolierung 16 ausgebildet ist, wenn die Rohre 17 miteinander verschweißt sind, so dass jedes Ende des dicken Mittelteils 12 die Enden der Mäntel 18 um 25 bis 50 mm überlappt.
Die dünnen Endteile 11 werden auf herkömmliche Weise, so beispielsweise mit einer Gaslötlampe erhitzt, um zu bewirken, dass sie schrumpfen, und den Heißschmelzklebstoff oder ein anderes funktionelles Material 21 zu aktivieren, so dass die aufgeschrumpften Enden 11 fest auf das funktionelle Material 21 drücken und eine Umfangsspannung ausüben, die eine wasserfeste Dichtung zwischen den Enden 11 und der Ummantelung 18 gewährleistet. In der bevorzugten Form sind die Endteile 11 relativ dünn, so dass die Erwärmung, die auf herkömmliche Weise an den Endteilen 11 ausgeübt wird, und die ausreicht, um die Teile 11 zu schrumpfen und das funktionelle Material 21 zu aktivieren, in einem relativ kurzen Zeitraum ausgeführt werden kann. Dann besteht kaum Möglichkeit von Wärmeleitung in die angrenzenden Randabschnitte des relativ dicken Mittelteils 12 hinein. Des Weiteren verbleibt, wenn das Erwärmen abgeschlossen ist, weniger Restwärme in den erwärmten Endteilen 11 oder den darunter liegenden Materialien, und daher besteht eine geringe Neigung zum Leiten von nennenswerter Restwärme in den angrenzenden Mittelteil 12. Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass, wenn die Wanddicke eines schrumpfbaren Trägers groß ist, die Ansprechzeiten auf durch Wärme bewirktes Schrumpfen lang sind und eine erheblich längerer Zeitraum verstreicht, bevor das Schrumpfen beginnt. Dadurch schrumpfen die dünneren Endteile vorzugsweise gleichmäßig, wenn die Mittel- und die Endteile gleichmäßig wärmeschrumpfbar sind und den gleichen Erwärmungsbedingungen ausgesetzt werden, zum Beispiel, wenn sie einem gleichen Wärmestrom von einer externen Wärmequelle ausgesetzt werden, so beispielsweise einer Lötlampe oder dergleichen, und zwar über die gleichen Zeiträume.
Obwohl es zu einem gewissen Schrumpfen der Übergangsteile 12a und 12b sowie des unmittelbar daran angrenzenden Randteils des dicken Teils 12, der den Mantel 18 überlappt, kommen kann, ist es bei der Struktur der Erfindung selbst dann, wenn der Mittelteil wärmeschrumpfbar ist, für den Installierenden relativ einfach, das Erwärmen und Schrumpfen im Allgemeinen auf die Endteile 11 zu beschränken, so dass das Schrumpfen des Mittelteils 12 nach innen in den Hohlraum zwischen den Enden der Isolierung 16 und dem Mantel 18 nicht auftritt.
Im Einsatz wird normalerweise ein flüssiger Vorläufer einer Schaumstoffzusammensetzung über ein Loch 23 in den Hohlraum 22 gegossen, das bei der Herstellung in der Hülse 10 ausgebildet werden kann, oder vor der Installation an der Rohrverbindung in den Mittelteil 12 gebohrt werden kann. Ein Loch 24 kann vor oder nach der Installation der Hülse 10 an der Verbindung gebohrt werden und dient als Entlüftungsloch für Luft, die austritt, wenn sich der Schaumstoff ausdehnt. Der Schaumstoffvorläufer kann verachäumt werden und aushärten. Die Löcher 23 und 24 können dann zugestopft werden, um sie auf herkömmliche Weise wasserdicht zu machen.
In dem Fall, in dem der Mittelteil 12 wärmeschrumpfbar ist und die röhrenförmige Hülse 10 nach der Ausbildung einer Schaumstoffisolierung in dem Hohlraum 22 aufgetragen wird, wird nach dem obenstehenden Verfahren vorgegangen, wobei jedoch nach dem Positionieren der Hülse 10 und dem Ausführen der Schweißnaht 19 eine Halbschale bzw. eine ähnliche Form um den Hohlraum herum angeordnet wird, der Schaumstoff ausgebildet wird und die Halbschalenform entfernt wird. Nach dem Aufschrumpfen eines Endes 11 wird der Mittelteil 12 vorsichtig erwärmt, um das Aufschrumpfen desselben auf die zylindrische Fläche der Schaumstoffisolierung zu bewirken, die den Hohlraum 12 füllt, während der andere Endteil 11 nicht geschrumpft wird, so dass Luft austreten kann. Der andere Endteil 11 wird dann aufgeschrumpft. In diesem Fall würde die Hülse 10 nicht wie normal Gieß- und Entlüftungslöcher 23 und 24 aufweisen bzw. mit ihnen versehen werden.
Wenn die röhrenförmige Hülse vor dem Verschäumen einer Verbindung zwischen isolierten Rohrabschnitten mit einem Mantel aufgetragen wird, ist es normalerweise vorteilhaft, wenn der Mittelteil 12 eine Wanddicke hat, die der Wanddicke des Mantels 18 gleicht, so dass die röhrenförmige Hülsenummantelung dem Verbindungsschaum mechanischen Schutz bietet, der dem entspricht, den der Rohrmantel 18 dem Rohrschaumstoff 16 verleiht. Die Dicke des Mittelteils 12 der Hülse 10 kann sich jedoch bei einer bestimmten Rohrgröße um bis zu 25% von der Manteldicke 18 unterscheiden und dennoch ausreichend mechanischen Schutz bieten. Normalerweise ist die Dicke des Mantels 18, die vom Hersteller bereitgestellt wird, um die verschäumte Isolierung 16 mechanisch zu schützen, umso größer, je größer der Durchmesser des Rohrabschnitts, wie beispielsweise von Rohr 13 oder 14 ist. Vorzugsweise liegt die Wanddicke des Mittelteils 12 des wärmeschrumpfbaren Elementes der Erfindung im Bereich von 1,8 bis 12,5 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Elementes der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke des Mittelteils 12 weniger als 5 mm, so beispielsweise 1,8 bis 5 mm. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn Schaumstoffisolierung für die Verbindung ausgebildet wird, bevor die Verbindungsummantelung aufgebracht wird. Es hat sich herausgestellt, dass bei dem üblichen vernetzten Kunststoffmaterial und dem üblichen Verfahren zum Erwärmen das lange Erwärmen, das erforderlich ist, um das Schrumpfen bei einer Wanddicke von mehr als 5 mm zu bewirken, so lange dauert, dass das Kunststoffmaterial dazu neigt, zu verschmoren oder in unerwünschtem Maße angegriffen zu werden.
Vorteilhafterweise beträgt die Wanddicke der Endteile 11 des Elementes der Erfindung nicht mehr als 95% der Dicke des Mittelteils 12. Wenn der Dickenunterschied zwischen dem Endteil 11 und dem Mittelteil 12 nicht ausreicht, kann es unzureichende Neigung der Endabschnitte 11 zum bevorzugten Schrumpfen geben, und es kann eine Tendenz dazu geben, dass Restwärme nach Abschluss des Schrumpfens der Endabschnitte 11 verbleibt und Schrumpfen von Bereichen des Mittelteils 12 in den Hohlraum hinein bewirkt. Des Weiteren ist es wünschenswert, dass die Dicke der Endabschnitte so klein ist, dass die Endteile ohne weiteres gleichmäßig innerhalb eines angemessenen Zeitraums schrumpfen, wenn sie erwärmt werden, ohne dass das wärmeschrumpfbare Material beschädigt wird. Noch besser beträgt die Wanddicke der Endteile 11 nicht mehr als 90%, noch besser 80% und noch besser 70% der Wanddicke des Mittelteils 12, und liegt im Bereich von 0,5 bis 6 mm, noch besser 1 bis 4 mm.
Wenn der Dickenunterschied zwischen den Endteilen und dem Mittelteil zu groß ist, haben die Endteile 11 möglicherweise unzureichende Dicken, um Schaumstoffdrücken und -temperaturen zu widerstehen. Wenn Nachverschäumen ausgeführt wird, kann der Innendruck 0,5 bar übersteigen und die Temperaturen können 60ºC übersteigen. Wenn die Endteile 11 der Ummantelung zu dünn sind, haben sie möglicherweise nicht ausreichende Festigkeit, um diesen Schaumstoffdrücken und -temperaturen zu widerstehen, ohne dass es zu Dehnung und Ballonbildung kommt. Des Weiteren erzeugen die Endteile 11, wenn sie zu dünn sind, möglicherweise keine ausreichenden Umfangsspannungen beim Schrumpfen, um eine wirkungsvolle Dichtung gegen das Eindringen von Wasser und anderen Elementen zu bilden.
Wenn der Mittelteil 12 sehr dick ist, beispielsweise bei einer Hülse 10, die auf Rohre mit großem Durchmesser aufgebracht werden soll, kann der Dickenunterschied zwischen dem Endteil 11 und dem Mittelteil 12 groß sein. Vorzugsweise beträgt die Wanddicke der Endteile 11 wenigstens 5%, noch besser wenigstens 10% der Dicke des Mittelteils 12.
Vorzugsweise weisen die Endteile 11 der Hülse 10 sowie der Mittelteil 12, wenn der Mittelteil wärmeschrumpfbar ist, beim Erhitzen auf einen vollständig geschrumpften Zustand einen Grad der Umfangsschrumpfung gegenüber dem Umfang der ungeschrumpften Hülse von 5 bis 60% auf.
Ein Vorteil der Form der Hülse in Fig. 1 und 2, bei der die Hülse einen veränderlichen Außendurchmesser aufweist, besteht darin, dass die Übergangsteile 12a und 12b eine sichtbare Trennlinie bilden, die dem Installierenden die Grenzen des Bereiches anzeigt, an dem Wärme wirken soll.
Die oben ausführlich unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 beschriebene Hülse kann jedoch insofern abgewandelt werden, als sie einen konstanten Außendurchmesser hat, wie dies für die Hülse 34 in Fig. 4 dargestellt ist, die einen dickwandigen Mittelteil 36 und dünne Endteile 37 aufweist, wobei der Innendurchmesser der Hülse variiert, wie dies in Fig. 4 zu sehen ist. Die Hülse 34, die ansonsten der oben beschriebenen Hülse 10 gleicht, weist den Vorteil auf, dass die Innenflächen der nach innen vertieften Abschnitte 37 eine Schicht aus einem funktionellen Material, beispielsweise einem Klebstoff, aufweisen können, die darauf aufgetragen ist, ohne den Innendurchmesser der Hülse zu verringern. Diese Anordnung ermöglicht daher unter bestimmten Umständen den Einsatz einer Hülse mit etwas kleinerem Außendurchmesser als bei der Anordnung in Fig. 1 und 2. Eine Umfangslinie kann auf die Außenseite der Hülse aufgedruckt werden, um die Ausdehnung jedes Endteils 37 anzuzeigen.
In einer weiteren Abwandlung, wie sie in Fig. 5 zu sehen ist, weist eine Hülse 38 dünnwandige Endteile 39 auf, deren Flächen in Bezug sowohl auf die Innen- als auch die Außenfläche eines relativ dickwandigen Mittelteils 41 nach innen versetzt sind. Diese Hülse bietet eine sichtbare und nicht löschbare Abgrenzung der Endteile und nimmt eine dünne Schicht aus funktionellem Material an dem Innenumfang der Endteile 39 auf.
Die Wanddicke der Endteile 11 der wärmeschrumpfbaren Elemente der Erfindung kann im Wesentlichen an allen Querschnitten gleichmäßig sein, oder die Dicke kann variieren. So kann beispielsweise jeder Endteil einen Abschnitt bzw. Abschnitte aufweisen, die eine Wanddicke haben, die geringer ist als die Wanddicke des Mittelteils. So kann beispielsweise die Dicke jedes Endteils in Querrichtung nach außen von dem Mittelteil zu den äußeren Enden bzw. Seiten des Elementes hin abnehmen. Diese Änderung kann stufenlos sein oder in einzelnen Schritten abgesetzt sein. Beispiele für Profile sich ändernder Dicke sind in dem Längsschnitt der Endteile 11a, 11b und 11c in Fig. 6A bis 6C dargestellt.
Fig. 6B zeigt einen Querschnitt, bei dem sich die Dicke linear ändert, während in Fig. 6A und 6C die Änderung geometrisch ist, so dass konvex bogenförmige bzw. konkav bogenförmige Profile entstehen. Eine abgesetzte Ausführung ist mit unterbrochenen Linien in 11d in Fig. 6B dargestellt. Diese Profile können an den Innen- oder den Außenflächen der Endteile der Hülsen oder sowohl an den Innen- als auch den Außenflächen ausgebildet werden.
Vorzugsweise erstreckt sich jede Zone relativ geringer Dicke, so beispielsweise die dünnen Endteile 11 in dem Beispiel von Fig. 1 über 5 bis 35%, besser 10 bis 30% und noch besser 15 bis 25% der Länge des Elementes, vorzugsweise eines Elementes 10.
Es ist anzumerken, dass die Ummantelungselemente der Erfindung vorzugsweise ein relativ hohes Verhältnis von Durchmesser zur Wanddicke haben, wie dies typisch für Ummantelungen ist, wie der Fachmann weiß. So liegt beispielsweise das Verhältnis der Wanddicke des Mittelteils, beispielsweise Teil 12, zum Durchmesser des Mittelteils vorzugsweise im Bereich von 5 : 1 bis 300 : 1, vorzugsweise 7 : 1 bis 210 : 1 und noch besser 10 : 1 bis 150 : 1.
Es können verschiedene Verfahren zum Herstellen der Ummantelungselemente wie der oben beschrieben eingesetzt werden, deren Mittelteile wärmeschrumpfbar sind.
So können die Hülsen 10, 34 und 38 beispielsweise hergestellt werden, indem eine Röhre extrudiert wird, und die Endabschnitte auf einen dünneren Querschnitt druckumgeformt werden, wobei anschließend Vernetzen, Ausdehnen und Abkühlen auf herkömmliche Weise ausgeführt werden. Als Alternative dazu kann eine Röhre der in Fig. 1 und 2, 4 oder 4 dargestellten Ausführung durch Rotationsschmelzen oder Blasformen hergestellt werden und wird dann vernetzt, ausgedehnt und abgekühlt, so dass ein wärmeschrumpfbares Erzeugnis mit Verfahren hergestellt wird, die dem Fachmann bekannt sind.
In der bevorzugten Form wird ein Ummantelungselement mit dem allgemeinen Aufbau der Hülse 10, die in Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, als eine Verbundhülse mit einem Verfahren, wie es leicht schematisch in Fig. 7 dargestellt ist, hergestellt, wobei eine wärmeschrumpfbare äußere Schicht bzw. Hülse 51 auf eine innere Schicht bzw. einen inneren Kern 52 wärmegeschrumpft wird, der auf einem Dom angeordnet ist, der in 53 mit unterbrochenen Linien angedeutet ist, und die Schichten 51 und 52 miteinander verbunden werden, so beispielsweise durch Schmelzen oder Schweißen oder mit einem herkömmlichen Klebstoff.
Bei einem typischen Beispiel wird die Baugruppe, nachdem der innere Kern 52 auf den Dorn 53 aufgesetzt worden ist und die weitere äußere wärmeschrumpfbare Hülse 51 darüber angeordnet worden ist, Wärme ausgesetzt, beispielsweise, indem sie bei 150ºC, d. h. über dem Schmelzpunkt der Schichten 51 und 52, je nach der Dicke und der Größe für einen Zeitraum von 10 bis 30 Minuten in einen Ofen gegeben wird. Die äußere Hülse 51 schrumpft auf den inneren Kern 52 und nimmt die Form und Größe des Dorns an. Durch die Wärme schmilzt der innere Kern 52, der ebenfalls die Konturen des Dorns 53 annimmt. Die Wärme und das dadurch bewirkte Erweichen der Schichten 51 und 52 sowie der Druck von der schrumpfenden äußeren Schicht 51 ermöglichen direktes Verschmelzen der Schichten 51 und 52 und fördern gute Haftung, wenn ein Klebstoff zwischen der inneren und der äußeren Schicht 51 und 52 eingesetzt wird. Die entstehende Verbundhülse wird dann abgekühlt und von dem Dorn 53 abgenommen. Beispiele für geeignete Klebstoffe, die zwischen den Schichten 51 und 52 eingesetzt werden können, sind dem Fachmann bekannt. So kann beispielsweise Hochtemperaturklebstoff, wie z. B. ein Polyolefin-Copolymer-Klebstoff, eingesetzt werden.
Die Abmessungen und der anfängliche Grad der Wärmeschrumpfung der Hülse 51 sind so, dass die Endteile 51a und 51b, die über den Kern 52 hinaus vorstehen, Rest-Wärmeschrumpfbarkeit behalten. Wenn eine Hülse mit einem wärmeschrumpfbaren Mittelteil gewünscht wird, kann der innere Kern 52 desgleichen anfängliche Abmessungen und einen Grad der Wärmeschrumpfbarkeit aufweisen, durch die Wärmeschrumpfbarkeit bei dem Enderzeugnis beibehalten wird.
In der bevorzugten Form besteht die Hülse, die die äußere Schicht 51 bildet, aus einer Bahn aus wärmeschrumpfbaren Material 54, wie dies in Fig. 8 zu sehen ist, wobei die Ränder 54a und 54b, die einander in dar Wärmeschrumpfrichtung gegenüberliegen, überlappt und miteinander verbunden werden.
Es hat sich herausgestellt, dass, wenn die Dicke der Hülse an dem Überlappungsabschnitt, wie er mit einer unterbrochenen Linie 51c in Fig. 9B dargestellt ist, zu groß ist, sich das entstehende Ummantelungselement, wie dies in Fig. 9A dargestellt ist, an seinen Endteilen 51b nicht gut an die Außenfläche des Rohrmantels 14 anpassen kann, sondern stattdessen die Endteile während des Wärmeschrumpfvorgangs durch das Einwirken von Wärme auf die Endteile 51b nicht aufschrumpfen und sich an den Träger 14 anpassen können, sondern dazu neigen, eine Brücke zu bilden, wie dies in Fig. 9B dargestellt ist.
In einer bevorzugten Form ist es, um die Neigung zur Brückenbildung zu vermeiden oder zu verringern, wünschenswert, dass die Dicke des Materials an dem Überlappungsabschnitt nicht mehr als 80%, besser 50%, noch besser 30% und noch besser 15% dicker ist als die Dicke des Restes der Bahn 51.
In der bevorzugten Form wird die Dicke der Kantenabschnitte, die miteinander zu verbinden sind, verringert, so beispielsweise durch Abtragen oder Spanen derselben, bevor sie dem Verbindungsvorgang unterzogen werden.
Vorzugsweise sind, wie in Fig. 10A und 10B zu sehen ist, die Kanten 54a und 54b angefast bzw. konisch. Die angefasten Flächen können jeweils zur selben Seite der Bahn 54 gerichtet sein, wie dies in Fig. 10A dargestellt ist, oder können entgegengesetzt gerichtet sein, wie dies in Fig. 10B zu sehen ist. Die überlappenden Kanten können unter Verwendung herkömmlicher Schweiß- oder Verschmelzverfahren miteinander verbunden werden, so beispielsweise durch die Wirkung von Wärme und Druck, Ultraschallschweißen oder Reibschweißen. Es ist wichtig, dass die Länge der Überlappung ausreicht, um den Schrumpfkräften in der Bahn zu widerstehen, und diese hängen von dem Typ Material ab, so beispielsweise davon, ob es sich um ein Polyethylen mit niedrigerer oder höherer Dichte handelt, vom Grad der Vernetzung, von der Stärke der Dehnung und dem Röhrendurchmesser. Lediglich als Beispiel ist zu erwähnen, dass bei einer Ummantelung aus hochdichtem Polymer mit einem Durchmesser von 160 mm, einer Dicke der Endzone von 2 mm und einem Grad der Schrumpfung von 23%, gerechnet auf die Länge der ungeschrumpften Bahn, das Maß der Überlappung vorzugsweise im Bereich zwischen 25 und 50 mm liegen sollte, wenn der Grad der Vernetzung der Bahn im Bereich zwischen ungefähr 50 und ungefähr 65% liegt. Alle hier erwähnten Grade der Vernetzung sind Gew.-%-Anteile, die mit dem Gelfraktionsverfahren bestimmt werden.
Andere Formen dünner Kantenabschnitte können natürlich eingesetzt werden. So können die Kantenabschnitte 54a und 54b beispielsweise, wie in Fig. 11A zu sehen, komplementär gefalzt sein, oder genutet sein, wie dies in Fig. 11B zu sehen ist. Die Kantenabschnitte können, wie dies in Fig. 11C zu sehen ist, mit ausgerichteten Falzen oder Randnuten versehen sein, um eine Rinne herzustellen, in der ein Streifen 56, der mit dem Polymer der Bahn 54 verschmolzen werden kann und kompatibel ist, angeordnet werden kann.
Eine weitere Möglichkeit besteht, wie in Fig. 11D zu sehen ist, darin, einen dünnen Verbindungsstreifen an einer Seite der dünnen, beispielsweise abgefasten Überlappungskantenteile anzuschweißen.
Die Integrität der Überlappungsverschweißung wird durch den Grad der Vernetzung der Polymerbahn 51 beeinflusst. Die Verfahren, die erforderlich sind, um eine Schmelzbindung mit ausreichender Festigkeit herzustellen, sind dem Fachmann bekannt und werden beispielsweise im US-Patent 4,472,468 von Tailor erläutert, dem weitere Details zu entnehmen sind.
Das Verschweißen der Überlappung ist nicht auf direktes Verschweißen der Bahnflächen beschränkt. Andere herkömmliche Verfahren zum Herstellen einer Verbindung können eingesetzt werden, so beispielsweise Anordnung eines Mediums zwischen den überlappenden Abschnitten der Bahn. Bei diesem Medium kann es sich beispielsweise um einen Hochtemperaturklebstoff, beispielsweise einen vernetzten Polyolefin-Klebstoff, einen Polymerfilm, der mit dem Material der Bahn kompatibel ist und mit herkömmlichen metallischen oder magnetischen Füllstoffen gefüllt ist, die auf Induktionserwärmungsspulen ansprechen, so beispielsweise die Materialien, die unter den Handelsnamen HELLERBOND und EMABOND erhältlich sind, Polymerfilme, die mit Widerstandheizelementen verstärkt sind, die durch das Hindurchleiten eines elektrischen Stroms aktiviert werden können, und kompatible Polymerfilme handeln, die mit einem Vernetzungsmittel gefüllt sind, so beispielsweise Dicumyl-Peroxid, und erhitzt, verschmolzen und ausgehärtet werden.
Wenn gewünscht, können, um ein Verbundelement mit einer äußeren Schicht zu schaffen, die selbst zwei oder mehr Schichten umfasst, zwei oder mehr wärmeschrumpfbare äußere Schichten bzw. Hülsen, wie beispielsweise Hülse 51, um die innere Schicht bzw. Kern 52 herum angebracht werden, der auf dem Dorn 53 angeordnet ist, wobei all diese Schichten dann in einem Ofen oder dergleichen auf die oben beschriebene Weise erwärmt und miteinander verbunden werden.
Die Funktion des inneren Kerns 52 besteht normalerweise darin, dem Mittelteil des Ummantelungselementes zusätzliche Dicke und mechanische Festigkeit zu verleihen, um dem Ortverschäumungsdruck zu widerstehen, und anschließend dem Schaumstoff, der in dem Hohlraum 22 vorhanden ist, wie dies in Fig. 12 zu sehen ist, mechanischen Schutz zu bieten. Der innere Kern 52 muss daher keine Wärmeschrumpfbarkeit aufweisen, obwohl, wie oben beschrieben, der innere Kern 52 in dem fertigen Verbundhülsenelement mit einem Grad an Wärmeschrumpfbarkeit versehen werden kann, der dem der Endabschnitte 51a und 51b gleicht.
Es können verschiedene Verfahren zum Ausbilden des inneren Kerns bzw. der Schicht 52 eingesetzt werden. So kann der Kern 52 beispielsweise eine Röhre sein, die extrudiert, blasgeformt oder rotationsgeschmolzen wird. Als Alternative dazu kann die Schicht 52 aus einer Bahn hergestellt werden, die stumpf oder überlappend verschweißt wird, um eine Röhre herzustellen. Der Kern 52 kann ebenfalls auf herkömmliche Weise hergestellt werden, indem eine Vielzahl von Wicklungen einer dünnen Bahn spiralförmig um einen Dom herumgewickelt wird. Diese Spiralwicklung kann zu einer Röhre vorverschweißt werden, vorzugsweise wird die Spiralwicklung jedoch direkt auf den Dorn 53 gewickelt, auf den dann die äußere Hülse 51 aufgesetzt wird, wobei während des abschließenden Wärmeverschweißens die spiralförmig gewickelten Schichten miteinander verschmelzen und auch mit der äußeren Schicht 51 verschmelzen.
Obwohl, wie oben angemerkt, der innere Kern 52 nicht wärmeschrumpfbar sein muss, hat sich herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, einen Kern 52 einzusetzen, der einen geringen Grad an Wärmeschrumpfbarkeit aufweist, da damit die Herstellung des Verbundhülsenelementes erleichtert wird.
Wenn eine innere Kernröhre 52 oder eine spiralförmig gewickelte Röhre auf den Dorn 53 aufgesetzt wird, ermöglicht ein geringer Grad an Wärmeschrumpfbarkeit, so beispielsweise ungefähr 5%, gerechnet auf die Länge der ungeschrumpften Bahn, gute Anpassung an den Dorn 53. Vorzugsweise ist der Kern 52, wenn er auf den Dom 53 aufgeschrumpft ist, vollständig geschrumpft und weist keine weitere Wärmeschrumpfbarkeit auf.
Des Weiteren kann das Material, aus dem der Kern 52 hergestellt wird, vorzugsweise einen geringen Grad der Vernetzung aufweisen, so beispielsweise ungefähr 15 bis ungefähr 40%, da dies das Schrumpfen und die Anpassung des Kerns 52 an den Dom erleichtert. Ebenfalls zufriedenstellende Ergebnisse werden jedoch auch beim Nichtvorhandensein von Vernetzung erzielt, wenn in der Bahn, aus der der innere Kern 52 hergestellt wird, eine ausreichende negative Extrusionsausrichtung verblieben ist.
Wenn der innere Kern 52 hergestellt wird, indem die Kanten 58a und 58b der Bahn 58 überlappt werden, wie dies in Fig. 14A dargestellt ist, ist es vorteilhaft, die Kanten abzufasen, wie dies beispielsweise in Fig. 14B dargestellt ist, um ausgeprägte Absätze oder Unebenheiten an der Innen- und der Außenfläche der fertigen Röhre zu vermeiden und jede Neigung zur Ausbildung eines Längs-Luftkanals an dem Absatz bzw. die Unebenheit angrenzend zu umgehen.
Desgleichen werden, wenn der innere Kern 52 aus einer spiralförmig gewickelten Bahn 59 hergestellt wird, wie dies in Fig. 15A dargestellt ist, die Endkanten 59a und 59b vorzugsweise abgefast, wie dies in Fig. 15B zu sehen ist.
Beispielhafte Kunststoffmaterialien, aus denen die innere und die äußere Schicht 51 und 52 hergestellt werden können, sind, wie oben beschrieben, dem Fachmann bekannt und müssen nicht ausführlich beschrieben werden. Um lediglich ein Beispiel zu nennen, können die innere und die äußere Schicht 51 und 52 in einer besonders bevorzugten Ausführungsform aus Polyethylen oder einem Gemisch aus Polyolefinen oder einem Gemisch aus Polyolefinen mit Copolymeren und/oder Elastomeren bestehen.
Ein wichtiger Vorteil des Verfahrens zum Ausbilden des Ummantelungselements als eine Verbundhülse besteht darin, dass die inneren Röhre bzw. der Kern so maßgeschneidert werden kann, dass er verschiedene Funktionen erfüllt oder gewünschte Eigenschaften aufweist.
So kann, obwohl die wärmeschrumpfbare äußere Schicht 51 normalerweise einen hohen Vernetzungsgrad aufweist, so beispielsweise 40 bis 100 Gew.-%, die innere Schicht bzw. der Kern 52 vorzugsweise unvernetzt sein oder einen Grad der Vernetzung aufweisen, der erheblich geringer ist als der der äußeren Schicht 51. Die innere Schicht 52 kann beispielsweise einen Grad der Vernetzung von weniger als ungefähr 40%, noch besser weniger als ungefähr 25% aufweisen. Dadurch sind, wie unter Bezugnahme auf Fig. 12 und 13 zu sehen ist, während die äußere Schicht 51 im Allgemeinen ausreichend freie bewegliche Moleküle aufweist, die zum Wärmeverschweißen eines Schaumstoffloch-Stopfens 61 zur Verfügung stehen, ausreichend hohe Mengen an freien beweglichen Molekülen in der inneren Schicht 52 zum Verschweißen des Stopfens 61 vorhanden, der normalerweise aus einem Polymer besteht, das dem der Schichten 51 und 52 ähnelt oder mit ihm kompatibel ist, um eine wirkungsvolle Dichtung zu erzeugen. Der Stopfen 61 kann, wie in Fig. 13 zu sehen ist, wenn er auf herkömmliche Weise erwärmt wird, eine ausgezeichnete Verschweißung, wie sie mit dem Bereich 62 angedeutet ist, mit der inneren Schicht 52 bilden, und eine lediglich mäßige Verschweißung, wie sie mit dem Bereich 63 angedeutet ist, mit der vernetzten äußeren Schicht 51.
Bei einem weiteren Beispiel kann der innere Kern 52 aus einem Polymer bestehen, das mit Fasern mit hohem Modul, beispielsweise Glasfasern, KEVLAR (Dupont) oder dergleichen verstärkt ist, um einen höheren Biegemodul zu erreichen. Dadurch kann die Dicke des inneren Kerns 52 verringert werden, ohne die mechanische Integrität der Ummantelung zu beeinträchtigen. Die geringere Dicke des inneren Verbundkerns 52 verringert das Gewicht des Ummantelungselementes, und dies ist besonders bei Ummantelungen mit großem Durchmesser von Bedeutung.
Bei einem weiteren Beispiel kann der innere Kern 52 aus transparentem Material, so beispielsweise Zelluloseacetat, Zelluloseacetat-Butyrat (UVEX, erhältlich von Eastman Chemicals), Polyester (MYLAR, erhältlich von DuPont Co.), modifiziertem Polystyrol, Acrylharz (PLEXIGLAS, erhältlich von Rohm & Haas), Copolyester (KODAR, erhältlich von Eastman Kodak), Polycarbonat (LEXAN, erhältlich von G. E. Plastics) und Polyvinylchlorid bestehen. Diese Materialien dienen lediglich als Beispiel, und natürlich können andere transparente Polymere eingesetzt werden.
Der Vorteil des Vorhandenseins einer transparenten Ummantelung besteht darin, dass sie visuelle Erfassung von Defekten ermöglicht, die in dem Schaumstoff vorhanden sein können, so beispielsweise Luftporen. Wenn derartige Defekte entdeckt werden, kann eine Reparatur ausgeführt werden, indem ein Loch gebohrt und mehr Schaumstoff eingefüllt wird.
Wenn diese Durchsichtigkeit gewünscht wird, wird die äußere Schicht 51 ebenfalls aus einem transparenten oder halbtransparenten Polymer hergestellt, um die visuelle Prüfung zu erleichtern.
In einem weiteren Beispiel kann der innere Kern 52 eine Hülse oder Röhre oder eine ähnliche Struktur umfassen, die aus Blech, wie beispielsweise galvanisiertem Aluminium, galvanisiertem Stahlblech, oder dergleichen hergestellt wird, um mechanische Steifigkeit bei geringerem Gewicht zu gewährleisten. Der innere Kern kann natürlich auch aus einer Kombination aus verschiedenen Materialien, so beispielsweise Kunststoff, Metall und dergleichen bestehen.
In einem weiteren Verfahren kann das Ummantelungselement aus einer Hülse ausgebildet werden, die aus einer Bahn hergestellt wird, die in einer Wärmeschrumpfrichtung wenigstens teilweise wärmeschrumpfbar ist und die Kanten aufweist, die einander in der Wärmeschrumpfrichtung gegenüberliegen und miteinander verbunden werden. So kann beispielsweise, wie in Fig. 16 dargestellt, eine wärmeschrumpfbare Bahn 66, die in der Längsrichtung wärmeschrumpfbar ist, die mit dem Pfeil 67 in Fig. 16 angedeutet ist, vorhanden sein. Auf eine Außenseite der Bahn 66 wird mit einem herkömmlichen Laminierverfahren, so beispielsweise Extrusionslaminierung, eine Polymerschicht 68 laminiert. Die Schicht 68 kann beliebige der oben für die Polymer-Innenschicht 52 beschriebene Eigenschaften haben. So kann es sich beispielsweise um eine maßstabile Schicht mit einem geringeren Grad der Vernetzung als die Bahn 66 handeln, oder sie kann eine transparente Schicht oder eine faserverstärkte Schicht oder dergleichen sein. Um das Laminat zu einem Ummantelungselement zu formen, werden Kantenabschnitte, die einander in der Richtung der Wärmeschrumpfachse 67 gegenüberliegen, überlappt und miteinander verbunden. Vorzugsweise werden die Kantenabschnitte abgefast und miteinander unter Verwendung eines beliebigen der oben unter Bezugnahme auf das Verbinden der Kanten der Bahn, die die Hülse 51 bilden, beschriebenen Verfahren verbunden. Die Schicht 68 kann an der Außen- oder an der Innenseite der entstehenden Hülse angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Form werden in Längsrichtung fortlaufende Bahnen, beispielsweise der in Fig. 16 zu sehenden allgemeinen Form geschaffen, von denen Abschnitte vor Ort entsprechend dem gewünschten Umfang der einzusetzenden bahnförmigen Ummantelung abgeschnitten werden und zu Endlosbahnen geformt werden können, indem Kantenabschnitte, die einander in der Wärmeschrumpfrichtung gegenüberliegen, miteinander verbunden werden. Dies hat den Vorteil, dass Bahnen mit jedem beliebigen gewünschten Umfang hergestellt werden können, die dem Umfang der Rohrleitungsabschnitte entsprechen, die verbunden werden sollen.
Einige detaillierte Beispiele der Ummantelungselemente der Erfindung sowie der Verfahren zu ihrer Herstellung werden im Folgenden aufgeführt.

Beispiel 1

Eine 800 mm breite und 2,75 mm dicke Bahn wurde für die äußere Bahn unter Verwendung der folgenden Zusammensetzung extrudiert:
Polyethylen Novacor HEX 449A (Nova Chemicals) 96%
Antioxidationsmittel Irganox 1010 (Ciba Geigy) 2%
Ruß 2%
Die Bahn wurde mit Elektronenbestrahlung in einer Dosierung von 8 Mrad vernetzt und um 35% gedehnt. Die Bahn wurde auf eine flache Länge von 630 mm geschnitten, und zwei Enden in der Maschinenrichtung wurden in einer Breite von 50 mm abgefast, so dass die Kante 0,013 mm dick war. Die abgefasten Bereiche wurden in einer Schweißpresse überlappt und verschweißt, so dass eine Hülse entstand.
Die innere Hülse wurde aus der gleichen Verbindung hergestellt, war jedoch 1,0 mm dick und 400 mm breit. Sie wurde einer niedrigen Strahlendosis von 3,0 Mrad ausgesetzt, abgefast und zu einer Röhre geformt, so dass sie enganliegend auf den Dorndurchmesser von 175 mm passte. Der innere Kern wurde auf den Dom aufgeschoben, und dann wurde die äußere Hülse mittig darüber angeordnet, und die Anordnung wurde 30 Minuten lang bei 180ºC in einen Ofen gegeben. Dann wurde sie entnommen und abgekühlt, und das Teil wurde von dem Dom entfernt. Beim Schrumpfen mit einem Propan-Lötbrenner schrumpften die dünneren Endzonen zuerst, während der mittlere dicke Teil intakt blieb. Nach längerer Zeit und mehr Wärme begann jedoch der an die dünnen Zonen angrenzende Bereich ebenfalls aufzuschrumpfen, allerdings sehr langsam.

Beispiel 2

Das gleiche Material der äußeren Hülse, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, wurde zu einer verschweißten Röhre geformt.
Eine 500 mm lange Röhre aus glasfaserverstärktem Polyester wurde enganliegend auf einen Dorn mit einer Größe von 175 mm gepasst. Dann wurde der äußere Kern mit einer Breite von 800 mm mittig darüber angeordnet, und die Anordnung wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, in den Ofen gegeben und abgekühlt. Das fertige Teil wurde mit einer Propan-Lötlampe geschrumpft. Die dünneren Endzonen schrumpften bevorzugt, während der mittlere Kern ungeschrumpft blieb.

Beispiel 3

Das Verfahren in Beispiel 2 wurde eingesetzt. Statt glasfaserverstärktem Polyester wurde eine Bahn aus galvanisiertem Aluminium mit einer Dicke von 0,25 mm auf den Dorn gewickelt. Das fertige Teil wies die Steifigkeit und Schrumpfeigenschaft der Teile auf, die mit 1 mm Polyethylen oder dem inneren Kern aus verstärktem Polyester hergestellt wurden.

Beispiel 4

Bei diesem Beispiel wurde eine halbtransparente wärmeschrumpfbare Ummantelung hergestellt. Die Struktur des Erzeugnisses war ähnlich wie in Beispiel 1, wobei der innere Kern aus UVEX-Zelluloseacetat-Butyrat von Eastman Chemical Product hergestellt wurde. Dabei handelt es sich um einen transparenten Bahnkunststoff. Der äußere Kern wurde aus einer 1,0 mm dicken wärmeschrumpfbaren Bahn unter Verwendung der folgenden Formel hergestellt:
Novacor HEY 449A 50% (Nova Chemicals)
Elvax 1221 (Dupont) 49% (Dupont)
Irganox 1010 1% (Ciba Geigy)
Die Ummantelung wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt. Das fertige Ummantelungsteil war halbtransparent. Die Installation wurde unter Verwendung einer Propan-Lötlampe ausgeführt, und die Enden schrumpften gut auf.

Claims

1. Ummantelungselement zum Herstellen einer Verbindung zwischen röhrenförmigen Abschnitten, wobei das Element wärmeschrumpfbare Endteile (11) zur Anbringung an entsprechenden aneinandergrenzenden Endflächen der röhrenförmigen Abschnitte an die Verbindung angrenzend sowie einen Mittelteil (12) aufweist, der sich zwischen den Endflächen der röhrenförmigen Abschnitte erstreckt, und wenigstens eine Schicht umfasst, die wärmeschrumpfbar ist, wobei die Endteile integral mit wenigstens einem Teil des Mittelteils ausgebildet sind und ein Zone mit einer relativ geringen Wanddicke umfassen, die nicht mehr als 95% der Dicke des Mittelteils, vorzugsweise nicht mehr als 90%, noch besser 80% und nach besser 70% der Dicke des Mittelteils beträgt, so dass Zonen der Endteile vorzugsweise schrumpfen, während der Mittelteil nicht schrumpft und die Form einer selbsttragenden Schicht beibehält, wenn der Mittel- und die Endteile gleichen Erwärmungsbedingungen ausgesetzt werden.

2. Element nach Anspruch 1, wobei jede der Zonen mit relativ geringer Dicke sich über 5 bis 35%, vorzugsweise 10 bis 30%, noch besser über 15 bis 25% der Länge des Elementes erstreckt.

3. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder Endteil im Wesentlichen gleichmäßige Dicke hat.

4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dicke jedes Endteils in der Längsrichtung von dem Mittelteil nach außen abnimmt.

5. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, das eine röhrenförmige Hülse mit einem Verhältnis der Wanddicke ihres Mittelteils zum Durchmesser des Mittelteils im Bereich von 5 : 1 bis 300 : 1, vorzugsweise 7 : 1 bis 210 : 1, noch besser 10 : 1 bis 150 : 1 umfasst.

6. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ein Loch (23, 24) durch den Mittelteil zum Einleiten eines flüssigen Vorläufers einer Schaumstoffzusammensetzung aufweist.

7. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder Endteil einen Grad der Schrumpfung von 5 bis 60% am Umfang auf der Basis des Umfangs des ungeschrumpften Endteils aufweist.

8. Element nach Anspruch 7, wobei der Endteil (12) wenigstens eine erste, äußere und eine zweite, innere Schicht (51, 52) umfasst, die miteinander verbunden sind, und jeder Endteil integral mit einer der Schichten ausgebildet ist.

9. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche in Form einer Wickelhülse, die eine Bahn umfasst, die wenigstens teilweise in einer Wärmeschrumpfrichtung wärmgeschrumpft werden kann und die vollständig oder in Abschnitten zu einer röhrenförmigen Hülse geformt werden kann, indem die Ränder miteinander verbunden werden, die einander in der Wärmeschrumpfrichtung gegenüberliegen.

10. Element nach Anspruch 9, wobei die Bahn eine wärmeschrumpfbare erste Schicht und eine zweite Schicht umfasst, die darauf laminiert ist und innerhalb der Grenzen der ersten Schicht angeordnet ist.

11. Element nach Anspruch 10, wobei die zweite Schicht (52) faserverstärktes Kunststoffmaterial umfasst.

12. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das eine erste, äußere Schicht umfasst, die die Endteile in der Form einer Hülse umfasst, die an eine zweite, innere Schicht angepasst wärmegeschrumpft und damit verbunden ist.

13. Ummantelungselement zum Herstellen einer Verbindung zwischen röhrenförmigen Abschnitten, die eine röhrenförmige Hülse mit Endzonen aufweist, und wobei wenigstens die Endzonen wärmeschrumpfbar sind und die Hülse einen ersten sowie einen zweiten koaxialen Kunststoffhülsenabschnitt umfasst, die miteinander verbunden sind, wobei der zweite Kunststoffhülsenabschnitt einen Grad der Vernetzung aufweist, der erheblich geringer ist als der des ersten Kunststoffhülsenabschnitts, und die röhrenförmige Hülse ein Loch durch den ersten und den zweiten Kunststoffhülsenabschnitt zum Einleiten eines flüssigen Vorläufers einer Schaumstoffzusammensetzung in das Innere der röhrenförmigen Hülse aufweist.

14. Element nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die zweite Schicht Kunststoffmaterial umfasst, das nicht vernetzt ist oder in einem Maße von weniger als 40% oder noch besser weniger als 25% vernetzt ist.

15. Element nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die innere und die äußere Schicht (51, 52) jeweils transparentes oder halbtransparentes Kunststoffmaterial umfassen.

16. Element nach Anspruch 12, wobei die innere Schicht (52) faserverstärktes Kunststoffmaterial, Blech oder eine Kombination daraus umfasst.

17. Element nach einem der Ansprüche 8 und 10 bis 16, wobei die Schichten durch Schmelzen oder durch einen Klebstoff miteinander verbunden werden.

18. Element nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Hülse eine Bahn (66) umfasst, die in einer Wärmeschrumpfrichtung wärmegeschrumpft werden kann und Ränder hat, die einander in der Schrumpfrichtung gegenüberliegen und an einem Überlappungsabschnitt miteinander verbunden sind, dessen Dicke nicht mehr als 80%, vorzugsweise 50%, noch besser 30% und noch besser 15% größer ist als die Dicke des Rests der Bahn.

19. Verfahren zum Herstellen eines Verbundhülsenelementes (10) mit wärmeschrumpfbaren Endteilen, dass das Anordnen einer zweiten Schicht (52) auf einem Dom (53), das Anordnen einer ersten Schicht (51) um die zweite Schicht und den Dom herum, die aus einer Bahn besteht, die in der Umfangsrichtung wärmeschrumpfbar ist, wobei Randabschnitte der Bahn an einem Überlappungsabschnitt verbunden werden und sich die Hülse über beide Enden der zweiten Schicht hinaus erstreckt, Schrumpfen der Hülse, so dass sie an die zweite Schicht und den Dorn angepasst ist, Verbinden der geschrumpften Hülse mit der zweiten Schicht, um ein Verbundhülsenelement herzustellen, und Entfernen des Verbundhülsenelementes von dem Dom umfasst.

20. Verfahren zum Herstellen eines Verbundhülsenelementes (10) zum Herstellen einer Verbindung zwischen röhrenförmigen Abschnitten mit wärmeschrumpfbaren Endteilen, dass das Bereitstellen einer ersten Schicht (66), die in einer Wärmeschrumpfrichtung (67) wärmeschrumpfbar ist, das Laminieren einer zweiten Schicht (68) auf die erste Schicht, wobei die zweite Schicht Seiten hat, die von den Grenzen der ersten Schicht aus innenliegend angeordnet sind, und das Verbinden von Randabschnitten des Laminats, die in der Wärmeschrumpfrichtung beabstandet sind, an einem Überlappungsabschnitt umfasst, um eine Hülse herzustellen, die Endteile aufweist, die die Grenzen des Verbundteils außerhalb der Seiten der zweiten Schicht bilden und die eine relativ geringe Dicke haben, die nicht mehr als 95% der Dicke des mittleren Abschnitts des Verbundteils zwischen den Seiten der zweiten Schicht, vorzugsweise nicht mehr als 90%, noch besser 80% und noch besser 70% der Dicke des Mittelteils beträgt, wobei die Grenzen vorzugsweise schrumpfen, während der Mittelteil nicht schrumpft und die Form einer selbsttragenden Schicht beibehält, wenn der Mittelteil und die Grenzen gleichen Erwärmungsbedingungen ausgesetzt werden.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Randabschnitt der Bahn oder ersten Schicht wenigstens in den Bereichen an die Endteile der Hülse angrenzend geringere Dicke erhalten, so dass die Dicke der Überlappungsabschnitte, dort wo sie verbunden sind, nicht mehr als 80%, vorzugsweise 50%, noch besser 30% und noch besser 15% größer ist als die Dicke des Rests der Bahn bzw. ersten Schicht.

22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Randabschnitte mit verlängerter Dicke abgefast sind.