Durch Wärme rückverformbarer Gegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung Gegenstand des Hauptpatentes ist ein durch Wärme rückverformbarer Gegenstand, welcher dadurch ge kennzeichnet ist, dass er eine eigene Wärmequelle auf weist, die in der Lage ist, die Temperatur des Gegen standes soweit zu erhöhen, dass er sich rückverformt, jedoch nicht ausreicht, um ihn zu beschädigen.
Als Wärmequelle finden dabei vorzugsweise pyro technische Materialien Verwendung, welche auf die Oberfläche des rückverformbaren Gegenstandes aufge bracht sind. Die Verwendung solcher pyrotechnischer Materialien als Wärmequelle für den genannten Zweck ist auch in der USA-Patentschrift Nr. 3 315 986.
Der hauptsächlichste Nachteil solcher Überzüge aus pyrotechnischem Material ist der, dass im Brennsatz in folge ungleichmässigen Abbrennens überhitzte Stellen vorkommen können. Diese überhitzten Stellen ergeben öfters Anbrennungserscheinungen an dem durch Wärme rückverformbaren Material, die zur Lochbildung führen können.
Ein weiterer Nachteil der pyrotechnischen Überzüge besteht darin, dass sie teilweise zu schnell ab brennen, um die Wärme während der gesamten benötig ten Zeitdauer aufrecht zu erhalten, oder dass sie zu langsam abbrennen und die Wärmeanwendung und somit die Rückverformung in verschiedenen Teilen des rückverformungsfähigen Gegenstandes ungleichmässig ausfällt.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseiti gung dieser Nachteile.
Gegenstand der Erfindung ist demnach: I. Ein durch Wärme rückverformbarer Gegenstand nach Patentanspruch I des Hauptpatentes, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Wärmequelle aus einem wärmeleitenden Wärmeübertragungsschirm be steht, dessen exponierte Oberfläche in Berührung mit dem durch Wärme rückverformbaren Gegenstand steht oder sich in dessen unmittelbarer Nähe befindet, und dessen rückseitige Oberfläche mit wenigstens einer Schicht eines Materials, welches zu exothermer Reak tion befähigt ist, versehen ist; II.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungs- gemässen rückverformbaren Gegenstandes, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man die exponierte Oberfläche eines wärmeleitenden Wärmeübertragungs schirmes, dessen rückseitige Oberfläche mit wenigstens einer Schicht eines Materials, welches zu exothermer Reaktion befähigt ist, versehen ist, in Berührung mit dem durch Wärme rückverformbaren Gegenstand oder in dessen unmittelbare Nähe bringt.
Der Wärmeübertragungsschirm ist vorzugsweise an seiner rückseitigen Oberfläche, die beim Gebrauch vom Gegenstand abgewandt ist, mit einer ersten Schicht eines Materials, welches zu einer schnellverlaufenden exothermen Reaktion befähigt ist, und einer zweiten Schicht eines Materials, welches zu einer langsam ver laufenden exothermen Reaktion befähigt ist, versehen.
Die erfindungsgemässen durch Wärme rückverform baren Gegenstände, die mit der beschriebenen Wärme quelle versehen sind, können Gegenstände und Form stücke jeder Gestalt und jeden Verwendungszweckes sein, sofern sie aus durch Wärme rückverformbarem Material hergestellt sind. Insbesondere können sie rohr- förmige bzw. hohlzylinderartige Gestalt aufweisen. Diese Bezeichnung umfasst jedes Gebilde, das über ein anderes Objekt gestülpt oder gezogen werden kann und einen runden, viereckigen oder andern Querschnitt be sitzt. Im weiteren kann der Gegenstand konisch oder mit variierendem Querschnitt ausgebildet sein und eines oder mehrere geschlossene Enden aufweisen.
Es kann auch eine ein- oder mehrfache Rohrverzweigung dar stellen. Ausser den genannten Formen kann der durch Wärme rückverformbare Gegenstand die Form eines Streifens, einer Folie, eines Blattes, eines Zapfens oder Pflockes besitzen. Der durch Wärme rückverformbare Gegenstand ist entweder schrumpfbar, indem er sich auf einem Objekt, über das er gestülpt worden ist, zusam menzieht, oder er ist expandierbar, indem er ein Loch ausfüllt, in das er vor der Rückverformung eingesetzt worden ist. Im weiteren kann der rückverformungsfä- hige Gegenstand eine Feder darstellen, wie dies in der USA-Patentschrift Nr. 3 396 460 beschrieben ist.
Er kann auch Einschlüsse, wie Lot, Mastik oder Fett ent halten, wie dies in den USA-Patentschriften Nr. 3 243 211, 3 297 819 und 3 415 287 beschrieben ist. Des weitem kann der rückverformbare Gegenstand eine Kombination eines expandierenden und eines schrumpfenden Gebildes sein. Wie aus dieser Darstel lung hervorgeht, ist es möglich, jede Art durch Wärme rückverformbarer Gegenstände mittels der beschriebe nen Heizvorrichtung rückzuformen.
Jegliches Material, welchem die Fähigkeit verliehen werden kann, sich durch Wärme rückzuverformen, kann für die Herstellung des genannten Gegenstandes verwendet werden. Ein gebräuchliches Ausgangsmate rial zur Herstellung solcher Formteile ist ein polymerer Kunststoff, der die Eigenschaft des elastischen oder pla stischen Gedächtnisses besitzt.
Beispielsweise eignen sich die folgenden vemetzbaren Materialien: Polyäthy len; Polyäthylencopolymere, wie solche aus Äthylen und Vinylacetat oder aus Äthylen und Äthylacrylat; Polyvi- nylhalogenide, wie Polyvinylchlorid; Polyvinylidenhalo- genide, wie Polyvinylidenfluorid; Polyacrylate; Poly amide, wie Nylon; Polyester; Polyurethane und Iono- mere.
Der wärmeleitende Wärmeübertragungsschirm der beschriebenen Wärmequelle schützt die Oberfläche des rückverformungsfähigen Materials in der Umgebung der Wärmequelle. Er verhindert auch die übermässige Wärmekonzentration auf kleiner Fläche, selbst bei der Bildung von Überhitzungsstellen in der oder den Schich ten des pyrotechnischen Belages. Zum Beispiel können im pyrotechnischen Material Funken entstehen, welche die Tendenz haben, in das rückverformungsfähige Material Löcher zu brennen, wenn kein Wärmeübertra gungsschirm vorhanden ist.
Im weiteren kann der Wär meübertragungsschirm in bestimmten Fällen die Funk tion haben, die durch die pyrotechnische Reaktion ent standene Wärme über die ganze Oberfläche des rück- verformungsfähigen Gegenstandes zu verteilen und somit ein gleichmässiges Eindringen der Wärme zu ge währleisten. Bei einer Ausführungsform des Erfindungsgegen standes besitzt der Wärmeübertragungsschirm dieselbe Gestalt wie der rückverformungsfähige Gegenstand, mit welchem er kombiniert ist.
Beispielsweise besitzt ein Wärmeübertragungsschirm, welcher zum Aufbringen auf ein schrumpfbares Rohr bestimmt ist, einen inneren Durchmesser, welcher wenig grösser ist als der äussere Rohrdurchmesser, so dass der Schirm sich eng von aus sen an das Rohr anschmiegt. Der Schirm muss nicht ge nau passen, aber es ist notwendig, dass der Schirm ge nügend dicht anschliesst, so dass der Luftspalt zwi schen dem Schirm und dem Gegenstand den letzteren nicht von der durch die Wärmequelle erzeugten Wärme isoliert. Es versteht sich von selbst, dass es wichtig ist, den Wärmeübertragungsschirm so auf dem Gegenstand zu befestigen, dass es über die gesamte Oberfläche den selben Abstand gegenüber dem durch Wärme verform baren Gegenstand besitzt,
und der innere Durchmesser des Wärmeübertragungsschirmes darf nicht soviel grös- ser sein als der äussere Durchmesser des Gegenstandes, dass es vorkommen kann, dass der Wärmeübertra gungsschirm an einem Punkt den Gegenstand berührt und an einem anderen Punkt einen solchen Abstand be sitzt, dass eine Wärmeübertragung verunmöglicht wird. Allgemein wird bevorzugt, dass der Wärmeübertra- gungsschirm nur gerade um soviel grösser ist, dass er eben noch leicht plaziert werden kann.
Der Wärmeübertragungsschirm kann beispielsweise auch als Band oder Blatt ausgebildet sein und auf den rückverformungsfähigen Gegenstand aufgepresst oder darumherum gewickelt werden. Das Band kann, hierbei die Form eines langen Rechteckes aufweisen oder für die helixartige Bedeckung eines Rohres spiralig ausge bildet sein. Wenn der Wärmeübertragungsschirm in Form eines Bandes auf den rückverformungsfähigen Gegenstand aufgebracht wird kann dies in jeder ge wünschten Art, beispielsweise auch spiralig erfolgen.
Der Wärmeübertragungsschirm kann aus jedem ge eigneten Material bestehen, welches den rückverfor mungsfähigen Gegenstand vor zu heissen Teilen der wärmeerzeugenden Masse der Wärmequelle schützt, jedoch die Wärmeübertragung nicht behindert. Geeig nete Materialien zur Herstellung des Wärmeübertra gungsschirmes sind beispielsweise Folien aus Alumi nium, Kupfer, Bronze sowie aus Beryllium-Kupfer- Legierungen. Weiter kann der Wärmeübertragungs schirm durch Aufbringen einer Flüssigmasse entweder auf die äussere Oberfläche des rückverformungsfähigen Gegenstandes oder auf die innere Oberfläche der Wär mequelle mit anschliessender Trocknung oder Verfesti gung gebildet werden.
Solche Flüssigmassen können beispielsweise Metallsprays oder wärmeresistente Far ben sein. Die Farbanstriche können wärmeleitendes Material enthalten; in gewissen Fällen genügt es jedoch, wenn der Wärmeübertragungsschirm Infrarotstrahlung durchlässt. Der Wärmeübertragungsschirm kann auch so ausgebildet sein, dass er schmilzt, oder sich zersetzt, nachdem er seine Schutzfunktionen erfüllt hat.
Beispielsweise kann der Wärmeübertragungsschirm aus temperaturbeständigen Polymeren, wie Polyamiden, Keramik, metallgefüllter Keramik oder Glasfasergewir- ken oder -geweben bestehen.
Der Wärmeübertragungsschirm muss nicht durchge hend aus wärmeleitendem Material bestehen, nämlich dann nicht, wenn Teile des wärmerückverformbaren Gegenstandes nicht rückverformt bzw. nicht der Wär meeinwirkung ausgesetzt werden sollen.
Die eine Seite des Wärmeübertragungsschirmes ist bedeckt mit einem wärmeerzeugenden Material, das zu exothermer Reaktion befähigt ist. Beispiele solcher wär meerzeugenden Mischungen sind erwähnt in der USA- Patentschrift Nr. 3 315 986 sowie im Hauptpatent. Das Abbrennen bzw. die Wärmeerzeugung sollte so schnell verlaufen, dass wenn ein Teil des Materials gezündet ist, die Zündung sofort auf das restliche Material übergreift.
Die rasche Wärmeverteilung gewährleistet eine gleich- mässige Wärmeanwendung während der Rückverfor mung des Gegenstandes sowie eine nicht zu lange Zeit dauer des Vorganges. Im weiteren sollte die Wärmeein wirkung während einer Zeitspanne hinhalten, die ge nügt, um den Gegenstand vollständig rückzuverformen. Diese Bedingung kann erfüllt werden, indem zwei oder mehr Schichten eines wärmeerzeugenden Materials ver wendet werden.
Im Falle von zwei Schichten ist es zweckmässig, wenn die eine Schicht die Wärme sehr rasch entwickelt und verbreitet, während bei der zwei ten Schicht dies langsam erfolgt.
Bei der Verwendung einer Wärmequelle mit zwei fach beschichtetem Wärmeübertragungsschirm verteilt sich die Wärme, die in einem Teil der Wärmequelle ent wickelt worden ist, über die ganze Schicht, so dass sich die Wärme innert kurzer Zeit auf den rückverformungs- fähigen Gegenstand überträgt. In dem Masse wie sich die Wärmeentwicklung in der schnell brennenden Schicht ausbreitet, wird auch die benachbarte langsam brennende Schicht gezündet, die dann während einer Zeitspanne, die genügend lang ist um die Rückverfor mung des Gegenstandes zu bewirken, Wärme liefert. Die Zündung der ganzen Wärmequelle sollte innerhalb kurzer Zeit, vorzugsweise in weniger als einer Minute erfolgen.
Die Zündungsdauer ist nicht ausschlaggebend, da die Wärmequelle, beispielsweise mit einem Zünd holz, an mehreren Stellen gezündet werden kann.
Die schnellbrennende Schicht soll so beschaffen sein, dass sie mit einer Flamme gezündet werden kann, oder dass sie mittelst Wasser oder einer chemischen Substanz zur exothermen Reaktion gebracht werden kann. Im Falle eines brennbaren oder pyrotechnischen Materials wird vorzugsweise ein Fasermaterial, wie Cel lulose, Reyon oder ein anderes brennbares Hochpoly meres, verwendet. Es wurde gefunden, dass Papiertü chermaterial, welches mit Kaliumnitrat imprägniert worden ist, sich sehr gut eignet. Wenn die Durch- schnittsgrösse der Fasern gering ist und ein Material mit geringer Dichte Verwendung findet, lässt sich die Brenngeschwindigkeit erhöhen.
Ein solches Fasermate rial mit grosser freier Oberfläche wirkt einerseits als Zünder und als Wärmelieferant, anderseits als Zündver teiler bei der Ausbreitung der Zündung im pyrotechni schen Material. Das Fasermaterial kann durch Tau chen, Besprühen oder Bestreichen imprägniert werden. Normalerweise besteht die Imprägnation aus Oxyda tionsmitteln, wie Nitraten, insbesondere Natrium-, Kalium-, Bor- und Strontiumnitrat; Chloraten; Perchlora- ten; Magnesiumoxyd, sowie schiesspulverähnlicher Agenzien.
Die langsambrennende Schicht besteht aus ähn lichen Materialien wie die schnell brennende Schicht. Eine wirksame langsam brennende Schicht ist beispiels weise ein Baumwolle enthaltendes, mit Kaliumnitrat imprägniertes Tuch. Eine Verminderung der Brennge- schwindigkeit lässt sich durch Einarbeiten von Füllstof fen oder Dephlegmatoren erreichen.
Im allgemeinen ist es erwünscht, dass die langsam brennende Schicht eine gewisse Festigkeit besitzt, wie sie durch eine Tuch-, Gewebe-, Metall-, Gitter- oder Glasfasereinlage erreicht werden kann. Eine langsam brennende Schicht kann man erhalten durch Verwen dung eines Tuches mit relativ kleiner freier Oberfläche, beispielsweise eines langfasrigen Tuches von dichter Webart. Geeignete Fasermaterialien sind beispielsweise brennbare Fasern, wie Baumwolle und Reyon. Ein Metallgewebe kann anstelle von tuchartigem Material sowohl bei der schnell- wie auch bei der langsam bren nenden Schicht verwendet werden.
Ein solches Metall gewebe stellt ein Wärmereservoir dar, das Wärme wäh rend einer längeren Zeitspanne abstrahlt als ein tuch artiges Material.
Allgemein ist vorzuziehen die langsam brennende Schicht als äussere Schicht zu verwenden, so dass die schnell brennende Schicht zwischen der vorgenannten Schicht und dem Wärmeübertragungsschirm liegt. Die langsam brennende Schicht hat die Tendenz ihre Struk tur länger beizubehalten und somit das wärmeerzeu gende Material länger in Form zu halten. Zweckmässig werden die Brennschichten mit einer Folie, einer Glas fasermatte oder einem Glasfasergewebe, die über die äussere Schicht gelegt werden, abgedeckt. Im Falle, dass die schnell brennende Schicht aussen liegt, sollte die Wärmequelle zu ihrer Stützung noch eine zusätz liche Schicht aufweisen.
Es ist aber auch möglich schnell brennende Schichten, die ihre strukturelle Festigkeit behalten, herzustellen.
Im allgemeinen ist es wünschenswert, die wärmeer zeugende Schicht auf dem Wärmeübertragungsschirm zu befestigen. Die Befestigung kann mechanisch durch Heften oder Nähen oder durch Kleben mittels eines Klebstoffs oder eines wasserlöslichen Polymers, wie Polyvinylalkohol, erfolgen.
Zur Herstellung der beschriebenen Wärmequellen wird zweckmässig zuerst der Wärmeübertragungsschirm durch Aufwickeln auf einen Dorn oder direkt auf den durch Wärme rückverformbaren Gegenstand herge stellt. Für Heizvorrichtungen in Form eines Bandes oder Blattes ist selbstverständlich keine Formgebung des Wärmeschirmes notwendig. Nach der Formung des Wärmeübertragungsschirmes kann das wärmeerzeu gende Material auf verschiedene Arten aufgebracht werden. Bei der Verwendung von imprägnierten Tüchern oder Fasern zur Herstellung der verschiedenen Brennschichten, können diese einfach mit einem Binde mittel imprägniert und um den Wärmeübertragungs schirm gewickelt werden. Andererseits kann die Brenn- schicht in Form einer Paste auf die Schirmoberfläche aufgebracht werden.
Im allgemeinen ist jede Herstel lungsart, welche eine Mehrschichtenheizvorrichtung er gibt, anwendbar.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der durch Wärme rückverformbare Gegenstand zusammen mit der Wärmequelle als eine integrierte Einheit ausgebildet sein.
Am einfachsten ist es die Wärmequelle direkt auf den rückverformungsfähigen Gegenstand anzubringen und sie mit einem Klebemittel darauf zu befestigen, sofern sie nicht von selbst durch Reibung hält. Weiter kann der rückverformungsfähige Gegenstand gedehnt werden, so dass er mit dem Wärmeübertragungsschirm in Berührung kommt. Zum Beispiel umfasst die Herstel lung eines rückverformbaren Rohrstückes die folgenden Stufen: a) Extrudieren des Rohres; und b) Dehnen des Rohres durch Wärme- und Druck anwendung in seine expandierte Form.
Für ein inte griertes Erzeugnis ist die Folge etwas anders. a) Her stellung einer rohrartigen Wärmequelle, b) Extrusion eines Kunststoffrohrstückes: und c) Dehnung des Kunststoffrohres gegen die innere Wand der Wärmequelle.
Bei der Verwendung der Wärmequelle ist es ledig lich notwendig, diese mit ihrem Wärmeübertragungs- schirm in Kontakt mit dem rückverformungsfähigen Gegenstand oder in dessen unmittelbare Nähe zu brin gen. Zum Ingangbringen der wärmeerzeugenden Reak tion wird die Masse mit einer Flamme, z. B. einem Zündholz, oder durch Zugabe eines die exotherme Reaktion ingang setzenden Mittels gezündet.
Ein Vorteil der beschriebenen Wärmequelle ist die, dass wenn diese einmal in Gang gesetzt ist, sie keine weitere Wartung mehr benötigt, dass der Arbeiter für andere Arbeiten frei wird. Bei der Verwendung einer offenen Flamme, z. B. einer Lötlampe, als Wärme quelle, würde mindestens für die Zeit, welche die Rück verformung benötigt, eine Arbeitskraft gebunden. Im allgemeinen ist es erwünscht, dass bei einer zweischichtigen Wärmequelle die schnell brennende Schicht gezündet wird. Dies ist gut möglich, wenn die schnell brennende Schicht sich direkt hinter dem Wär meübertragungsschirm befindet und der Zündungsdocht an einer Ecke befestigt ist, wo die vorgenannte Schicht zu Tage tritt.
Im weitem können mehrere Stellen mit Zünddochten versehen sein, um sicher zu sein, dass eine Zündung der schnell brennenden Schicht eintritt.
Die Prozentangaben in den folgenden Beispielen sind, soweit nicht anderes erwähnt ist, Gewichtsprozent. <I>Beispiel 1</I> Eine einfache Lage einer Aluminiumfolie wird um einen 22 mm dicken Dorn gewickelt und dann mit- drei Schichten eines einfach gefalteten, gebleichten Kraftpa piertuches, welches ungefähr 0,1 mm dick und unter dem Namen Crown Manu-Towel im Handel erhält lich ist, und mit einer Lage eines Mischgewebes mit 700!n Reyon und 300/a Baumwolle mit einem ungefähren Flächengewicht und 270 g/m2, einer Dicke von zirka 0,5 mm und einer Gewebedichte von 11 Kettfäden bzw. 6 Schussfäden pro/cm2, das unter dem Namen Wind- jammer -Gewebe erhältlich ist, umwickelt.
Das ganze wird in eine Mischung folgender Zusammensetzung ge taucht:
EMI0004.0005
Kaliumnitrat: <SEP> 13 <SEP> o/n
<tb> Kleister <SEP> (Stärkekleister): <SEP> 40/o
<tb> Wasser: <SEP> Rest Nach der Trocknung in einem Luftzirkulationsofen wird das Gebilde von dem Dorn entfernt und über den Teil einer TCS-350 -Hülse aus einem kommerziell er hältlichen durch Wärme rückverformbaren vernetzten Polyäthylen, welche einen Innendurchmesser von 20 mm aufweist und auf der Innenoberfläche mit einer Mastikklebmasse versehen ist, gestülpt. Ein 10 cm lan ges Versuchsstück wird über einen 12-mm-Dorn ge stülpt und die Brandmasse mit einem Zündholz an einem Ende gezündet. Die Zündung über die die 10 cm Länge benötigt 15 Sekunden, während die Brenndauer des imprägnierten Gewebes 2 Minuten beträgt.
Die maximale Temperatur in der Mastikmasse wurde mit 125 C ermittelt. Nach der Entfernung der Folie und der Brandrückstände kann festgestellt werden, dass die Hülse sauber und nicht angesengt ist und fest auf den Dorn aufgeschrumpft ist.
<I>Beispiel 2</I> Stücke von 4fachem, ungebleichtem Kraftpapier tuch mit einem Flächengewicht von 70 bis 100g/mê, im Handel unter dem Namen Kimo- towel erhältlich und eines Gewebes aus 1000/o Baum wolle, unter den Namen Cannon Huck Towelling er hältlich, mit einem Flächengewicht von 170 bis 200 g/mê werden in eine Mischung der folgenden Zu sammensetzung getaucht:
EMI0004.0012
Kaliumnitrat: <SEP> 15110
<tb> Handelsübliche <SEP> Natriumsilikatlösung
<tb> von <SEP> 41 <SEP> C <SEP> Bé: <SEP> 80/0 Die überschüssige Lösung wird vorsichtig abge- quetscht und die Stücke in einem Zirkulationsofen ge trocknet.
Die Stücke setzen sich wie folgt zusammen:
EMI0004.0013
Papier: <SEP> 60 <SEP> % <SEP> Papier
<tb> 40 <SEP> 0/o <SEP> getrocknete <SEP> Lösung
<tb> Gewebe: <SEP> 70 <SEP> 0/o <SEP> Gewebe
<tb> 30 <SEP> 0/ <SEP> o <SEP> getrocknete <SEP> Lösung Durch Zusammenfügen von Schichten in der nach stehenden Reihenfolge wird ein Gebilde aufgebaut:
Aluminiumfolie Gewebe (imprägniert) Papier (imprägniert) Gewebe (imprägniert) Glasfaser Fenstergewebe Dieses Gebilde wird um eine durch Wärme rückver- formbare Hülse des in Beispiel 1 verwendeten Typs mit der Folienseite nach innen gewickelt und die Kanten an- einandergeheftet. Die Hülse wird auf einen Dorn ge stülpt. Nach der Zündung beträgt die Brenndauer zirka 2 Minuten. Es kann anschliessend festgestellt werden, dass die rückverformte Hülse sauber und nicht ange sengt ist und dicht auf den Dorn aufgeschrumpft ist.
Aus diesem Beispiel kann ersehen werden, dass sowohl der durch Wärme rückverformbare Gegenstand wie auch die Wärmequelle jede Form einnehmen kann. Es ist nur notwendig, dass der Wärmeübertragungs schirm den rückverformungsfähigen Gegenstand vor dem Ansengen schützt, indem es Funken und überhitzte Teile des Brandsatzes zurückhält. Obschon eine Zwei schichtenkonstruktion die gewünschten Brenneigen- schaften gewährleistet, kann auch eine Einschichten konstruktion jeden Typus verwendet werden. In glei cher Weise kann als wärmeerzeugendes Material jeg liches Material verwendet werden, das genügend Wärme erzeugt, um einen durch Wärme rückverform baren Gegenstand rückzuverformen.