DE69011430T2

DE69011430T2 - Rohre mit integrierten Ansätzen.

Info

Publication number: DE69011430T2
Application number: DE69011430T
Authority: DE
Inventors: Peter Glanville Greenwich Nws 2065 Chapman; Jyri J. Fi-15780 Hollola Jarvenkyla; George Cherrybrook Nsw 2072 Macovaz
Original assignee: Vinidex Tubemakers Pty Ltd; Uponor NV
Current assignee: Vinidex Pty Ltd
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: RU2037081C1; ATE109719T1; FI94902B; NZ234169A; IE61414B1; CA2063248C; IE902239L; EP0404557A2; DE69011430D1; NO302970B1; EP0404557A3; WO1990015949A1; BR9007468A; PT94456B; PT94456A; EP0404557B1; CA2063248A1; DK0404557T3; NO915052D0; IE902239A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Rohre aus Plastikmaterial mit molekularer Orientierung und im Speziellen auf die Herstellung orientierter Plastikrohre mit Integral geformten Rohrmuffen.
Es ist generell bekannt, daß die molekulare Orientierung von Plastik verbesserte mechanische Eigenschaften erzielen kann. Orientierung wird erreicht durch Ziehen oder Dehnen des Materials unter geeigneten Temperaturbedingungen. Eine Anzahl verschiedener Methoden wurden vorgeschlagen, in denen dieses Prinzip auf Plastikrohre speziell zur Verbesserung der Berstfestigkeit unter Druck von innen bei peripherem Ziehen angewandt wird.
Das Britische Patent 1,382,580 beschreibt die Herstellung von peripher orientierten geschäumten PVC-Rohren durch Ausdehnung eines rohrförmigen Einsatzmateriales in einer zylindrischen Form.
Eine Schwierigkeit die bei solchen Methoden auftritt, ist das Vorsehen einer Rohrmuffe zum Zusammenfügen von Rohren. Während es zwar viele Muffen und separate Verbindungsglieder gibt die für diesen Zweck möglicherweise ausreichen würden, sieht das bevorzugte System jedoch eine integrierte glockenförmige Erweiterung an einem Ende des Rohres vor, in welches das andere glatte Ende unter Verwendung eines geeigneten Dichtungssystemes, wie zum Beispiel ein Klebemittel oder eine Gummidichtung, eingefügt werden kann. Es wird allgemein als notwendig angesehen, daß der Muffenteil solcher Rohre aufgrund des größeren Durchmessers, hydrostatischer Kräfte und verschiedener anderer Kräfte, denen der Muffenteil ausgesetzt sein könnte, im Vergleich zum Rohrkörper verstarkt werden soll. Ein allgemein gebräuchliches Verfahren ist es, die Wanddicke der Muffe in Bezug auf die Wanddicke des Rohres den Durchmessern proportional zu erhöhen.
Das Britische Patent 1,432,539 beschreibt die Herstellung eines Muffenteils mit vergrößertem Durchmesser durch Erweiterung des Einsatzmaterials in eine Negativform in einer Weise, die eine periphere Orientierung produziert. Diese Methode ist durch die resultierende reduzierte Wanddicke des Muffenteils nicht zufriedenstellend. Weitere Patentanträge durch denselben Antragsteller beschrieben Alternativmethoden. Im Australischen Patentantrag 29086/77 wird der Muffenteil aus einem Teil mit größerer Wanddicke geformt, während im Australischen Patentantrag 29088/77 eine Hülse über den Muffenteil geschoben wird um den Verlust an Wanddicke auszugleichen.
Diese Vorschläge aus dem früheren Stand der Technik sind umständlich und sind der rationellen Herstellung nicht dienlich. Durch die Verdickung des Einsatzmaterials geht die Dimensionskontrolle verloren und es wird ein genaues Abschneiden der Extrusion notwendig um das richtige Positionieren des verdickten Teiles sicherzustellen. Die Hülsenmethode verlangt die Herstellung und das Aufstecken der Hülsen durch einen Zusatzprozeß.
Ein weiteres Problem entsteht bei orientierten Rohren wenn es gewünscht ist Formstücke wie Bogen oder T-Stücke zur Verfügung zu stellen, die mit Muffen an das Rohr angebracht sind um axialen Schub abzustützen. Solche Elemente können mit nicht-orientierten Plastikrohren verwendet werden, da die axiale Festigkeit des Rohres die Betriebskräfte aufnehmen kann. Es ist auch wünschenswert die axiale Festigkeit orientierter Rohre mit der Einführung axialer Orientierung zu erhöhen.
Mit der Methode die im U.S. Patent 4,499,045 beschrieben ist, wird die Methode des Britischen Patentes 1,382,580 durch die Verwendung einer Buchse, die progressiv am Einsatzmaterial entlang läuft und damit dessen Ausdehnung reguliert, modifiziert. Die Reibung zwischen dieser Buchse und dem Einsatzmaterial verursacht ein Ziehen des Rohres in Längsachse, wodurch ein zweiachsig orientiertes Rohr produziert wird. Die darin beschriebene Methode hat den Nachteil, daß keine ausreichend positive Kontrolle bezüglich der Größe des axialen Zuges des Einsatzmateriales gegeben ist und bietet auch keine Lösung zum Problem der Bereitstellung einer zufriedenstellenden Muffe durch ein wirtschaftliches Verfahren an.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das die Herstellung orientierter Plastikrohre mit integraler Muffe an einem Ende erlaubt, die die notwendige verbesserte Festigkeit und Wanddicke aufweist ohne daß das Einsatzmaterial im Muffenabschnitt vorher verdickt werden muß. Die Erfindung ist durch die Anwendung von kontrolliertem Axialzug am Einsatzmaterial dahingehend gekennzeichnet, daß ein unterschiedliches Axialzugsverhältnis an der Muffe und am Rohr angewandt wird, um die erstrebte relative Dicke und die erstrebten Eigenschaften zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung sieht ein peripher orientiertes oder zweiachsig orientiertes Plastikrohr vor, welches aus einem Rohrkörper und einer integrierten Rohrmuffe an einem Ende des Rohres besteht, wobei die Muffe eine Wand mit geringerem Axialzug aufweist als der Rohrkörper. Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohres vor, bestehend aus:
(a) Erwärmen eines rohrförmigen Einsatzmateriales auf eine erwünschte Orientierungstemperatur;
(b) Formen einer Muffe durch peripheres Ziehen eines Teiles des rohrförmigen Einsatzmateriales mit einem axialen Zug ersten Grades; und
(c) das Formen des Rohrkörpers durch peripheres Ziehen des rohrförmigen Einsatzmaterials mit einem axialen Zug zweiten Grades,
wobei der genannte axiale Zug ersten Grades geringer ist als der genannte axiale Zug zweiten Grades.
Der in dieser Schrift verwendete Ausdruck "Axialzug" bezieht sich auf die Längenausdehnung, die durch peripheres Ziehen des freien Endes erreicht werden würde. Beim peripheren Ziehen des freien Endes sind die Enden des Einsatzmaterials axial nicht festgespannt und Material wird von der Länge und der Wanddicke gezogen, wodurch ein Rohr entsteht, dessen Länge und Wanddicke durch einen Faktor reduziert ist, der im Wesentlichen der Quadratwurzel aus der Verhältnisvergrößerung des Durchmessers gleich ist. Im Gegensatz dazu bleibt beim peripheren Ziehen mit festgespanntem Ende die Länge gleich und die Wanddicke wird durch einen Faktor reduziert, der gleich der Durchmesservergrößerung ist. Im Vergleich zum Ziehen mit freien Enden wird beim Ziehen mit festgespannten Enden somit eine dünnere Wand und positiver Axialzug erreicht, wobei auch axial-molekulare Orientierung des Plastikmaterials erreicht wird, wenn das Ziehen unter geeigneter Orientiertemperatur erfolgt.
In einer Ausführungsart der Erfindung kann die Muffe einem Axialzug von null ausgesetzt sein, während der Rohrkörper einem gewissen positiven Axialzug ausgesetzt ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Muffe einem gewissen positiven Axialzug ausgesetzt sein, während der Rohrkörper einem größeren positiven Zugverhältnis ausgesetzt ist. In einer weiteren Ausführungsform kann die Muffe einem negativen Axialzug oder einer Stauchkraft ausgesetzt sein während der Rohrkörper einem gewissen positiven Zug ausgesetzt ist.
Vorzugsweise weist die Muffenwand periphere Orientierung und der Rohrkörper zweiachsige Orientierung auf. Ein Verfahren, mit dem eine Kombination von differentialem Axialzug und peripherem Zug erreicht werden kann, ist in Figur 1 dargestellt. Eine Form 1 hat einen Innendurchmesser, der vernünftigerweise gleich dem erwünschten endgültigen Außendurchmesser des fertigen Rohres ist. Der Endabschnitt oder Muffenabschnitt 2 der Form hat grundsätzlich die Form, die für die Außenausführung der Rohrmuffe erwünscht ist. Sie kann zusätzlich eine Nut (nicht dargestellt) aufweisen, um eine Nut in der Rohrmuffe zu formen die eine Elastomerdichtung aufnimmt. Der Muffenabschnitt ist derart ausgeführt, daß er entweder seitlich oder axial geöffnet werden kann, um das Entfernen des fertigen Rohres zu ermöglichen.
Ein rohrartiges Einsatzmaterial 3, welches teilweise oder ganz auf die Orientierungstemperatur vorgewärmt werden kann, wird durch eine Buchse oder eine andere Unterstützungsvorrichtung 4 unterstützt und eingeschlossen und in die Form eingeführt. Am Ende dieser Buchse ist ein konischer Flansch 5 angebracht, der genau paßt und innerhalb der Form gleitbar angeordnet ist. Die Buchse wird anfänglich so positioniert, daß der Flansch an die Rückseite des Muffenabschnittes 6 der Form angrenzt, wie in Fig.1 dargestellt. Das Ende des Einsatzmateriales wird in ein Spannfutter 8 eingespannt, welches an die Stange 9 angebracht ist, durch die das Einsatzmaterial innerhalb der Buchse bewegt wird um in Verschlußkapsel 10, die fest am Außendurchmesser des Einsatzmaterials sitzt, einzugreifen.
Eine Flüssigkeit mit geeigneter Temperatur wird innerhalb und außerhalb des Einsatzmateriales 3 durch die Bohrungen 11, 12, 13, 14, 15 zirkuliert, um das Einsatzmaterial auf eine konstante und einheitliche Temperatur zu erwärmen, die zum richtig kontrollierten Ziehen des Materials notwendig ist. Der Druck der auf die Flüssigkeit durch Bohrung 11 ausgeübt wird, wird danach auf einen Druck erhöht der notwendig ist, das Ziehen oder Dehnen des Materials zu bewirken, das sich in den Muffenabschnitt der Form ausdehnt, wie in Fig.2 dargestellt, und dabei die Heizflüssigkeit durch die Bohrungen 13, 14, 16 und 17 ausstößt. Während dieses Vorganges wird Material von der Verschlußkapsel 10 und Buchse 4 ohne Rückhalt gezogen, so daß das Material der Rohrmuffe nicht in Axialrichtung gezogen wird. Wahlweise kann auch das Ende 7 des Einsatzmateriales in einem Spannfutter festgehalten werden und das Einsatzmaterial kann über Spannfutter 8 und Stange 9 gezogen werden, um jegliches gewünschtes Ausmaß von axialem Zug in der Muffe zu erreichen. Wiederum wahlweise kann Druck auf die Enden des Einsatzmateriales ausgeübt werden, um negativen Zug und zusätzliches Verdicken der Muffe zu bewirken.
Selbstdichtende oder hydraulisch wirksam werdende Elastomerdichtungen können in der Muffe 4 und in der Verschlußkapsel 10 vorgesehen werden, um bei der Ausdehnung der Muffe mitzuhelfen.
Sobald die Ausdehnung der Muffe fertiggestellt ist, wird kalte Flüssigkeit durch Bohrung 17 in den Kühlmantel 18 um den Muffenabschnitt der Form eingeleitet, um das orientierte Material der Rohrmuffe zu fixieren oder einzufrieren. Der Druck innerhalb des Einsatzmateriales wird danach reduziert, so daß sich das Einsatzmaterial für den Körperabschnitt innerhalb der Buchse entspannen kann. Die Buchse 4 kann während dieses Vorganges teilweise oder ganz zurückgezogen werden, wie in Fig.3 dargestellt. Danach wird der Druck über Bohrung 11 erhöht, um den Körper des Einsatzmaterials auszudehnen, wie in Fig.4 dargestellt. Diese Ausdehnung beginnt ganz natürlich von dem schon ausgedehnten Muffenabschnitt und bewegt sich zum anderen Ende hin. Die Zugkraft, die am Einsatzmaterial über Stange 9 durch das Spannfütter 8 angreift verhindert eine Reduktion der Länge des Einsatzmateriales während der peripheren Ausdehnung, was eine dünnere Wand und positiven Axialzug zur Folge hat.
Sobald der Ausdehnungsvorgang des Rohres beendet ist, wird kalte Flüssigkeit durch die Bohrungen 11, 12 eingeführt um die Orientierung zu fixieren, die Spannfufter werden gelöst und die Form wird an der Verschlußkapsel 10 und am Muffenabschnitt 2 geöffnet, um das Rohr entnehmen zu können. Zur Fertigstellung des Produktes werden die Rohrenden in geeigneter Weise beschnitten.
In einer in Fig.5 dargestellten Variation des Verfahrens wird ein zusätzlicher Zug am Einsatzmaterial durch das Spannfutter 8 angewandt, um ein gewunschtes Maß zusätzlichen Axialzuges zu erreichen. Dieser zusätzliche Zug kann vor oder während der peripheren Ausdehnung angewandt werden.
In einer weiteren Variation des in Fig.6 dargestellten Verfahrens kann die Reibung zwischen dem Einsatzmaterial 3 und der buchsenartigen Unterstützungsvorrichtung 4, die mit einer Dichtung 19 versehen ist, zum Erzielen und kontrollieren des Axialzuges in einer Art verwendet werden, die dem im obengenannten U.S. Patent 4,499,045 beschriebenen Verfahren ähnlich ist, wobei der Druck innerhalb des Einsatzmateriales während dem Zurückziehen der Buchse aufrechterhalten wird. Bei dieser Vorgangsweise kann auch die Stange 9 und das Spannfutter 8 eliminiert werden und die Bewegung von Buchse 4 und Flansch 5 in axialer Richtung innerhalb der Form kann entweder vor oder während der Ausdehnung der Muffe zum Erzielen jedes gewünschten Axialzuges der Muffe verwendet werden.

Claims

1. Ein peripher oder zweiachsig orientiertes Plastikrohr bestehend aus einem Körper mit einer in einem Ende integrierten Muffe, wobei die Muffe eine Wand mit kleinerem Axialzug, d.h. die Längenausdehnung die durch peripheres Ziehen bei nicht eingespanntem Ende erreicht werden wurde, aufweist als der Rohrkörper.

2. Ein Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffenwand einen größeren Grad peripherer Molekularorientierung aufweist als der Rohrkörper.

3. Ein Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffenwand im Wesentlichen einen Axialzug von null und der Rohrkörper positiven Axialzug aufweist.

4. Ein Rohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffenwand periphere Orientierung und der Körper zweiachsige Orientierung aufweist.

5. Ein Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffenwand einen positiven Axialzug und der Rohrkörper einen größeren Axialzug aufweist.

6. Ein Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffenwand einen negativen Axialzug und der Rohrkörper im Wesentlichen null Axialzug oder einen positiven Axialzug aufweist.

7. Ein Rohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper einen positiven Axialzug aufweist.

8. Ein Verfahren zum Formen eines Rohres nach Anspruch 1, bestehend aus:

(a) Erwärmung eines rohrförmigen Plastik-Einsatzmateriales auf eine erwünschte Orientierungstemperatur;

(b) Formen einer Muffe durch peripheres Ziehen eines Teiles des rohrförmigen Einsatzmateriales mit einem axialen Zug ersten Grades; und

(c) Formen des Rohrkörpers durch peripheres Ziehen des rohrförmigen Einsatzmaterials mit einem axialen Zug zweiten Grades,

wobei der genannte axiale Zug ersten Grades geringer ist als der genannte axiale Zug zweiten Grades.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Einsatzmaterial eine im Wesentlichen gleichbleibende Wanddicke über dessen gesamte Länge aufweist.

10. Ein Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe vor dem Körper geformt wird.

11. Ein Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe unter die erwünschte Orientierungstemperatur abgekühlt wird um die molekulare Orientierung der Muffe vor der Formung des Körpers zu fixieren.

12. Ein Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das periphere Ziehen des rohrförmigen Einsatzmateriales zum Formen des Rohrkörpers über die Länge des Rohres voranschreitet.

13. Ein Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das periphere Ziehen in Richtung dem der Muffe gegenüberliegenden Ende des Rohres voranschreitet.

14. Ein Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß deijenige Abschnitt des Einsatzmaterials der zum Rohrkörper geformt wird, vor dem peripheren Ziehen in einer Buchse unterstützt wird.

15. Ein Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse vor dem voranschreitenden peripheren Ziehen zurückgezogen wird.

16. Ein Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibung zwischen Buchse und dem rohrförmigen Einsatzmaterial zumindest einen teilweisen Axialzug hervorruft.

17. Ein Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Wesentlichen ein Axialzug von null an der Muffe und ein positiver Axialzug am Körper angewandt wird.

18. Ein Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe im Wesentlichen durch peripheres Ziehen bei nicht eingespannten Enden geformt wird.

19. Ein Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper durch peripheres Ziehen bei eingespannten Enden geformt wird.

20. Ein Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper durch peripheres Ziehen bei eingespannten Enden mit zusätzlichem Axialzug geformt wird.

21. Ein Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Axialzug durch Einspannen des der Muffe gegenüberliegenden Endes des rohrförmigen Einsatzmateriales und Dehnen während des peripheren Ziehens angewandt wird um den Rohrkörper zu formen.

22. Ein Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Axialzug am Rohr gleichzeitig mit dem peripheren Ziehen angewandt wird um eine zweiachsige Orientierung des Körpers zu erzielen.