DE2742968A1

DE2742968A1 - Rohr aus orientiertem, thermoplastischem polymerem material

Info

Publication number: DE2742968A1
Application number: DE19772742968
Authority: DE
Inventors: Jeremy Robert Goddin; Michael Charles Lock; Jack Lendymore Riley
Original assignee: Yorkshire Imperial Plastics Ltd
Current assignee: Yorkshire Imperial Plastics Ltd
Priority date: 1976-09-23
Filing date: 1977-09-23
Publication date: 1978-03-30
Also published as: BE859022A; FR2365423B1; ATA684477A; US4428900A; NZ185248A; GB1589052A; FR2365423A1; AU2908677A; ES462582A1; GR62651B; NL7710425A; SE7710635L; AT364763B; ZA775689B; JPS5342258A; AU512476B2; IT1086390B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rohr aus orientiertem, thermoplastischem polymerem Material und auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohres.

In der britischen Patentschrift 14 32 539 der Anmelderin werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung eines Rohrs aus orientierbarem, thermoplastischem polymerem Material gelehrt. Dabei wird ein rohrförmiger Rohling bei einer Temperatur, bei der die Ausdehnung des Rohrs zu einer Orientierung der Polymermoleküle führt, in radialer Richtung in eine Form hinein ausgedehnt. Auf diese Weise hat das fertiggestellte Rohr eine orientierte Struktur, die bei gegebener Wanddicke einer größeren Umfangsspannung widerstehen kann, als ein Rohr, das aus dem gleichen, aber nicht orientierten Material hergestellt wurde. Das so hergestellte Rohr

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hat eine vergrößerte , orientierte Muffe zum Tragen eines Dichtungsrings. Auf diese Weise wurde ein Rohr mit einer integrierten Muffe hergestellt, der bei gegebener Berstfestigkeit eine kleinere Wanddicke hatte, als vorher möglich war. Dadurch wurde das Volumen der für einen gegebenen Rohrdurchmesser und für eine gegebene Festigkeit eingesetzten Kunststoffe vermindert und wurden die Kosten der benötigten Materialien herabgesetzt. Solche Rohre werden typischerweise aus PVC, chloriertem PVC, Polyäthylen hoher oder niedriger Dichte, Polypropylen oder ABS hergestellt, obwohl auch andere geeignete, orientierbare Polymere verwendet werden können. Da die vergrößerte Muffe einen größeren Durchmesser als der Rest des Rohres hat, ist die Wand der Muffe dünner als die Rohrwand und demzufolge flexibler.

In der Praxis fand man, daß zwar die verminderte Steifigkeit der Muffe nicht entscheidend ist, daß aber die erhöhte Flexibilität der dünneren Wand der Muffe bei Rohren mit großem Durchmesser, die hohen Drucken ausgesetzt sind, dazu führt, daß der Rohrinhalt an der Muffendichtung vorbei ausströmt.

Nach einem Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Rohr, das eine integrierte Muffe

mit einem vergrößerten Innendurchmesser hat, aus orientierbarem, thermoplastischem polymerem Material dadurch hergestellt, daß man einen rohrförmigen Rohling, der einen Abschnitt_mit einer größeren Wanddicke hat, in einer Matrize so anordnet, daß der Abschnitt mit größerer Wanddicke innerhalb des Abschnitts der Matrize zu liegen kommt, durch den die Form de r integrierten Muffe festgelegt wird, daß man den rohrförmigen Rohling auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Verformung eine Orientierung der Polymermoleküle herbeiführt,daß man

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auf den rohrförmigen Rohling von innen einen Druck ausübt, um ihn in radialer Richtung nach außen unter Orientierung der Polymermoleküle gegen die Matrize auszudehnen, wobei derAbschnitt mit größerer Wanddicke in den Abschnitt der Matrize hinein ausgedehnt wird, durch den die Form der Muffe festgelegt wird, daß man das geformte Rohr abkühlt, bis es hart ist und dann den Druck aufhebt, den man von innen ausgeübt hatte. Der rohrförmige Rohling wird vorzugsweise mittels eine £ Fluids, wie z. B.

Wasser auf eine geeignete Temperatur erhitzt. Der Innendruck wird vorzugsweise mittels eines komprimierten Gases oder mittels einer unter Druck stehenden Flüssigkeit ausgeübt. Das Verfahren kann auch einen Vorgang einschließen, bei dem man den rohrförmigen Rohling mit dem Abschnitt, der eine größere Wanddicke hat, dadurch bildet, daß man ein Rohr mit konstanter Dicke innerhalb einer Form, durch die die Gestalt des Abschnitts größerer Wanddicke festgelegt wird, hält, daß man das Rohr auf die Verformungstemperatur erhitzt, daß man das Rohr in axialer Richtung innerhalb der Form zusammenpreßt, um den Abschnitt größerer Dicke zu bilden, daß man den verformten Rohling abkühlt und daß man ihn aus der Form entfernt.

Nach einem anderen Gesichtspunkt erhält man erfindungsgemäß ein Rohr, das aus orientiertem, thermoplastischem polymerem Material besteht und das eine integrierte Muffe hat, wobei die Querschnittsfläche des Muffenmaterials größer ist als die Querschnittsfläche des Materials in irgendeinem anderen Teil des Rohrs. Die Dicke de*" Muffe ist vorzugsweise gleich oder größer als die Wanddicke des Rohrs.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert:

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Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Form, die eine

Ausführungsform des rohrförmigen Rohlings enthält;

Fig. 2 stellt eine Abwandlung von Fig. 1 dar;

Fig. 3 ist ein vergrößerter Teil schnitt einer Muffe am Ende eines Rohrs, der in Übereinstimmung mit der britischen Patentschrift 14 32 539 hergestellt wurde

und

Fig. 4 und 5 sind Teilschnitte ähnlich wie Fig. 3,

doch stellen sie Muffen dar, die am Ende eines Rohrs mittels der Formen von Fig. 1

oder Fig. 2 hergestellt wurden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 liegt ein rohrförmiger Rohling 10 aus einem unplastifiziertem PVC (Erweichungspunkt nach Vicat: 82⁰C) in einer zusammengesetzten Matrizenform , die aus einer oberen Hälfte 11 und einer unteren Hälfte 12 besteht. Der Rohling 10 wird mittels der Außendichtungen 13 und 14 so gegenüber der Form abgedichtet, daß eine ringförmige Kammer 15 zwischen der Außenfläche des Rohlings 10 und den Innenflächen der zwei Formhälften 11 und 12 abgegrenzt wird. Die ringförmige Kammer 15 kann durch ein Einlaßrohr 16 mit heißem Wasser gefüllt und durch ein Auslaßrohr 17 entleert werden. Die Innenflächen der zwei Formhälften 11 und 12 sind im allgemeinen zylindrisch, wie gezeigt wird, doch begrenzen sie am einen Ende eine ringförmige Vertiefung 18 zur Bildung einer Muffe am Ende des Rohrs. Die zwei Formhälften 11 und 12 werden in einer geeigneten Weise unter Abdichtung miteinander verklammert und werden im allgemeinen so angeordnet und so betrieben,

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wie in der britischen Patentschrift 14 32 539 gelehrt wird.

Jedoch hat, wie man feststellen kann, die Außendichtung 14 einen größeren Innendurchmesser als die Außendichtung 13 und erfaßt einen Abschnitt 19 des Rohlings 10, der eine im allgemeinen größere Wanddicke hat. Nachdem die Formhälften 11 und 12 miteinander verklammert worden sind, so daß die Dichtungen 13 und 14 den Rohling 10 umfassen, läßt man heißes Wasser mit einer Temperatur von 92°C durch das Einlaßrohr 16 in die ringförmige Kammer 15 fließen. Das heiße Wasser wird über einen Zeitraum, der dazu ausreicht, den Rohling 10 auf eine Temperatur zwischen 82°C und 92°C zu erhitzen, bei der die Ausdehnung des Rohlings zur Orientierung der Polymermoleküle führt, durch das Auslaßrohr 17 über einen nicht dargestellten Wassererhitzer zurück zum Einlaßrohr 16 im Kreislauf geführt. Heißes Wasser kann auch durch das Innere des Rohlings 10 im

Kreislauf geführt werden. Sobald der Rohling 10 die

gewünschte Temperatur erreicht hat, wird das Wasser, das sich in der ringförmigen Kammer 15 befindet, vollständig entleert, und heißes Wasser wird unter Druck in das Innere des Rohlings 10 eingefüllt, wo- durch der dickere Abschnitt 19 sich in radialer Richtung nach außen in die ringförmige Vertiefung 18 hinein ausdehnt/ und wpdurch der Abschnitt,der eine normale Dicke hat, sich in den zylindrischen Abschnitt der Form hinein ausdehnt. Auf diese Welse wird das Material, aus dem der rohrförmig« Rohling TO besteht, orientiert, wodurch sich eine ent·* sprechende Erhöhung der ttnfangsfestigkelt des fertigen Hctes ergibt. Dae Innere des Rohlings to wird geeigneterweise entweder von beiden Enden oder nur von einem Ende des Rohlings aus unter

Zuhilfenahme geeigneter Innen- oder Auftendichtungen unter

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Wasserdruck gesetzt. Nachdem der Rohling 10 sich voll in die Formhälften 11 und 12 hinein ausgedehnt hat, wird das entstandene Rohr in einer geeigneten Weise abgekühlt, z. B. indem man die Formhälften 11 und 12 mit kaltem Wasser kühlt, oder indem man kaltes Wasser, mit einem geeigneten Druck, um die Form des Rohrs zu erhalten, durch das Innere des Rohrs laufen läßt, bis die Temperatur des Rohrs unter den Punkt gefallen ist, bei dem noch eine Reversion eintreten könnte. Nach Abkühlung des Rohrs werden die Formhälften 11 und 12 voneinander getrennt und wird das geformte Rohr entfernt. Unter Wegnahme des überschüssigen Materials an beiden Enden wird dann das geformte Rohr zugeschnitten.

Wie in Fig. 3 dargestellt, werden zwei fertige Rohre 20 und 21 mittels eines Dichtungsringes 22, der in eine Vertiefung 23 eingelassen ist, die sich in einer integrierten Muffe 24 befindet, die einen größeren Durchmesser als die zylindrischen Hauptabschnitt der Rohre 20 und 21 hat, gegeneinander abgedichtet. Die in Fig. gezeigte, integrierte Muffe 24 wurde in Übereinstimmung mit der britischen Patentschrift 14 32 539

aus einem zylindrischen Rohling mit konstanter Wanddicke gebildet. Im Ergebnis davon ist, wie man bemerken kann, die Wand der integrierten Muffe 24 dünner als die Rohrwand. Der Grund dafür liegt darin, daß die Querschnittsflächen des Materials des integrierten Muffenkelches und der Rohrwand gleich groß sind, und daß die Muffe 24 einen größeren Durchmesser als das Rohr hat. Obwohl die Orientierung zu einer Erhöhung der Berstfestigkeit des Rohrs führt, ungefähr im gleichen Ausmaß wie das Dehnungsverhältnis, so hat doch die Orientierung einen relativ kleinen Einfluß auf die Steifigkeit. Auf diese Weise hat zwar die Muffe 24 wegen ihres höheren Dehnungsverhältnisses wahrschein.-

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lieh eine höhere Umfangszugfestigkeit als der zylindrische Querschnitt des Rohrs, doch hat die Muffe eine relativ größere Flexibilität, was zur Verschiebung des Dichtungsringes 22 und demzufolge dazu führen kann, daß die Rohrverbindung unter Druck mangelhaft wird. Wenn man jedoch, wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde, einen Abschnitt 19 mit dickerer Wand verwendet, so kann die Wanddicke der integrierten Muffe 24, wie in Fig. und 5 gezeigt, bei denen die gleichen Bezugsziffern verwendet wurden, um äquivalente Bestandteile zu kennzeichnen, ver größert werden. Bei Fig. 4 bemerkt man, daß die Wanddicke

der Muffe 24 gleich der Wanddicke des Rohrs ist, und aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Wanddicke der Muffe 24 größer ist als die Wanddicke des Rohrs.

Die Wanddicke der fertigen Muffe 24 kann tatsäch lich genau kontrolliert werden, indem man die Wanddicke des dickeren Abschnitts 19 des rohrförmigen Rohlings 10 geeignet wählt. Die axiale Länge und die Lage des dickeren Abschnitts 19 können im Vergleich zu dem, was in Fig. 1 gezeigt ist, verändert werden, um die Verstärkung eines jeweils erwünschten Abschnitts des fertigen Rohrs zu erreichen.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der dickere Abschnitt gebildet wurde, indem man den Außendurchmesser des rohr förmigen Rohlings 10 örtlich begrenzt vergrößerte. Fig. ist im allgemeinen der Fig. 1 ähnlich, und die gleichen Bezugsziffern wurden verwendet, um einander entsprechende Bestandteile zu kennzeichnen. Man sieht jedoch, daß die Dichtungen 13 und 14 den gleichen Innendurchmesser haben, da der rohrförmige Rohling 10 einen konstanten Außendurchmesser hat. Der dickere Abschnitti 9 wurde dadurch geschaffen, daß man den Innendurchmesser örtlich begrenzt verminderte. Der in Fig. 2 gezeigte Rohling 10 kann entsprechend der Lehre der britischen Patentschrift 997 551 hergestellt

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werden_/und man kann ihn alternativ dadurch erhalten, daß man einen rohrförmigen Rohling mit konstanter Wanddicke in einer Form erhitzt, durch die der Außen- und der Innendurchmesser des verdickten Endabschnitts 19 festgelegt wird, wobei man den rohrförmigen Rohling 10 innerhalb der beschriebenen Form in axialer Richtung zusammenpreßt, um den verdickten Endabschnitt 1 9 zu erhalten, und wobei man anschließend den Rohling abkühlt und von der beschriebenen Form trennt. Der in Fig. 1 dargestellte, rohrförmige Rohling 10 wird geeigneterweise auf die gleichen Art hergestellt.

Entsprechend der Lehre der britischen Patentschrift 997 552 wird ein rohrförmiger Rohling mit einem verdick- ten Bndabschnitt unter Bildung eines nicht orientierten Rohrs verformt, indem man innerhalb des verdickten Abschnitts einen stempel ausdehnt, um eine vergrößerte Kupplungsmuffe zu bilden. Obwohl es demzufolge einige Zeitlang bekannt war, daß man eine verstärkte Kupplungs- muffe an einem Rohrende bilden kann, indem man einen rohrförmigen Rohling, der einen Abschnitt mit einer größeren Wanddicke hat, ausdehnt, so ist bisher nicht vorgeschlagen worden, solch einen Rohling zur Herstellung eines Rohrs, das aus orientiertem, thermoplastischem polymerein Material besteht, wie z. B. in der britischen Patentschrift 14 32 539 gelehrt wird, einzusetzen. Der Grund dafür, daß die Erfinder diese Möglichkeit bisher nicht in Betracht gezogen haben, liegt darin, daß man der Meinung war, daß die Ausübung eines inneren Drucks auf einen rohrförmigen Rohling mit nicht konstanter Wanddicke dazu führen würde, daß sich der dünnere Abschnitt des Rohrs im Vergleich mit dem dickeren Abschnitt beorugt auedehnen würde_/und daß die Durchführung des Verfahrens entweder vollständig unkontrollierbar sein würde, oder dad es nicht möglich sein würde, ein Produkt zu erhalten, da*

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die Dimensionsunterschiede, die im Rohling vorhanden sind, wiedergibt. Im Gegensatz zu dieser Meinung wurde erfindungsgemäß überraschenderweise gefunden, daß man nach dem Verfahren der britischen Patentschrift 14 32 539 auf eine in befriedigendem Maße kontrollierbare Weise einen rohrförmigen Rohling mit einem Abschnitt, der eine größere Wanddicke hat, ausdehnen kann, und daß man im Ergebnis davon ein orientiertes Rohr mit einer integrierten Muffe, die eine größere Steifigkeit

hat, als bisher erzielt werden konnte, herstellen kann.

Die zur Herstellung des Rohlings 10 von Fig. 1 eingesetzte Form muß nicht in der in der Zeichnung dargestellten Weise geteilt sein. Alternativ kann eine Form eingesetzt werden, die die Gestalt eines Rohrs mit einer Kappe am Ende hat, und die an der Stelle der Muffenringnut geteilt ist.

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e e r s e i t e

Claims

TlEDTKE - BüHLING - KlKNE - GrUPE

Dipl.-Chem. G. Bühling

9 7/ 9QRQ Dipl.-Ing. R. Kinne

L /H^jDO Dipl.-Ing. P. Grupe

Bavarlarlng 4, Postfach 202403 8000 MQnGhm 2

Tel.: (089) 53 96 Telex: 5-24845 tipat cable: Germaniapatent München

23. September 1977

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ICI case M.29073

Patentansprüche

Verfahren zur Bildung eines Rohrs durch Formung orientierbaren, thermoplastischen polymeren Materials, wobei das Rohr eine angeformte Muffe mit vergrößertem Innendurchmesser hat, indem man einen rohrförmigen Rohling in eine Matrize einlegt, die einen Abschnitt hat,der die Form der Muffe festlegt,indem man den rohrförmigen Rohling auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Verformung zur Orientierung der PoIymermoleküle führt, indem man von innen auf den rohrförmigen Rohling einen Druck ausübt, um den Rohling in radialer Richtung nach außen gegen die Matrize auszudehnen, während die Polymermoleküle orientiert, werden, indem man das geformte Rohr kühlt, bis es fest ist, und indem man dann den Druck aufhebt, den man von innen ausgeübt hatte,

dadurch gekennzeichnet, daß man den rohrförmigen Rohling (10) in an sich bekannter Weise mit einem Abschnitt (19) versieht, der eine größere Wanddicke hat, und daß man den Abschnitt (19) in den Abschnitt (18) der Matrize hinein ausdehnt, durch den die Form der Muffe festgelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man den rohrförmigen Rohling mittels einer Flüssigkeit auf eine ge-

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Dresdner Bank (München) KIo. 3*39 844 Posischeck (München) Kto. 670-43-804

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eignete Temperatur erhitzt,

dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeit zwischen dem rohrförmigen Rohling (10) und der Matrize <11, 12) umlaufen läßt, wobei man die Flüssigkeit entleert, bevor der rohrförmige Rohling gegen die Matrize geformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem man den rohrförmigen Rohling (10) mittels einer Flüssigkeit auf eine geeignete Temperatur erhitzt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeit durch das Loch umlaufen läßt, das durch den rohrförmigen Rohling (10) gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck der Flüssigkeit, die sich innerhalb

des rohrförmigen Rohling (10) befindet,

erhöht, um eine radial nach außen gerichtete Ausdehnung zu bewirken.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den rohrförmigen Rohling (10) mit einem Abschnitt (19), der eine größere Wanddicke hat, versieht, indem man ein Rohr mit konstanter Dicke innerhalb einer Form, die die Gestalt des Abschnitts festlegt, der eine größere Wanddicke hat, hält, indem man das Rohr auf eine Verformungstemperatur erhitzt, indem man das Rohr innerhalb der Form zur Bildung des Abschnitts mit einer größeren Dicke in axialer Richtung zusammenpreßt, indem .man den geformten Rohling abkühlt und den abgekühlten, geformten Rohling von der Form abtrennt.
6. Rohr aus orientiertem, thermoplastischem polymerem Material, dadurch gekennzeichnet, daß es eine integralen Muffe mit vergrößertem Innendurchmesser hat und nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wurde.

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7. Rohr nach Anspruch 6 aus orientiertem, thermoplastischem polymerem Material mit einer integrierten Muffe,

dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der integrierten Muffe (24) größer ist als die Querschnittsfläche an einem

anderen Abschnitt des Rohrs (10) ist.
8. Rohr nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Muffe (24) gleich oder größer ist als die Wanddicke des Rohrs (10) ist.

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