DE2012111A1 - Plastic pipe fitting with reinforcing filament windings - Google Patents

Description

• Verfahren zur Erzeugung von druckfesten umwickelten Formstücken für Rohrleitungen und danach hergestellte FornistUcke Bei der Erzeugung von Rohren und Behältern werden zunehmend Wickelverfahren, insbesondere der "Filament Winding Process" angewandt. Formstücke, wie Rohrbögen, Abzweige, Reduktionen, Kupplungen, Übergangstücke, Flanschstutzen, Endflaschen, ReinigungstUcke u.dgl., die einen vesentjichen Bestandteil jeder Rohrleitung darstellen, werden dagegen entweder, wenn keine Druckfestigkeit gefordert ist, als Spritzguß oder Preßteile aus kunststoff oder, wenn Druckfestigkeit gefordert ist, aus Gußeisen hergestellt, insbesondere, wenn größere Dimensionen oder Beanspruchungen vorliegen, Die letztgenannten Formstücke brauchen zur Aufnahme entsprechender Betriebsdrücke verhältnismig große Waddicken, woraus sich verhältnismäßig große Gewichte und Herstellkosten sowie auch ein erheblicher Aufwand für Transport und Verlegung ergeben.
• ~ç-» keine geraden Durchgänge vorliegen, mUssen zur HersteXlung ruckfester Formstücke entweder verlorene Kerne aus Gußsand, Gips u.dgl. oder teuere mehrteilige Stahiformen verwendet werden, Im letzteren Fall verläßt man oft die hydraulisch günstigen Innen-Normen, um einfachere Formwerkzeuge einsetzen zu können. Besonders unwirtscha£tlich ist die Verwendung von Formstücken aus Gußeisen dann, wenn sie in Chemieleitungen zur Förderung von chemisch aggressiven Medien verwendet werden und durch Sonderanstriche geschützt werden müssen.
• Man hat daher seit langem nach geeigneten Verfahren zur Her-Stellung von druckfesten Formstücken aus chemisch resistentem Material gesucht. Bisher gelang es Jedoch weder durch Wickelverfahren noch auf andere Weise,aus solchen Materialien Formstücke mit der benötigten Festigkeit mit wirtschaftlich ertrAglichen Kosten herzustelilen.
• Diese Aufgabe wird nun durch die Erfindung gelöst. Das erfindungsgem§ße Verfahren zur Erzeugung von druckfesten umwickelten Forinstücken für Rohrleitungen ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein' Rohformstück entsprechender Gestalt mit glatter Innenwand aus tunststoff, wie PVC, Polyäthylen, Polypropylen od.dgly in an sich bekannter Weise hergestellt und Fäden, Vliese, Faden-oder Gewebebänder unter gleichzeitigem Aufbringen eines härtbaren Kunstharzes als Bindemittel um dieses Rohformstilck gewickelt und gegebenenfalls auf dieses gelegt werden, bis eine solche Sch-ichtdicke der Umwicklung erreicht ist, daß das Formstück nach erfolgter Aushärtung des Bindemittels die gewünschte Festigkeit besitzt.
• Die Erfindung umfaßt auch solche druckfesten, umwickelten Formstlicke, die insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind. Das Rohformstück kann in bekannter Weise durch Pressen, Spritzen oder Gießen auf einfachen Formen einteilig oder mehrteilig hergestellt und gegebenenfalls verschweißt werden, wobei als Werkstoff Polyvinylchlorid oder andere Kunststoffe--mit oder ohne Faserarmierung oder jedes Material Verwendung findet, das in eine facher Weise ein Rohformstück mit glatter und dichter Innenfläche liefert. Da das Rohformstück keine hohe Festigkeit bes-itzen muß, kann es auch dünnwandig und leicht, also mit geringen Material und Herstellungskosten gefertigt werden.
• Die für die Gewinnung der erforderlichen mechanischen Eigenschaften9 insbesondere Druckfestigkeit erforderliche verstärkende Ummantelung kann unter Verwendung von hochzugfesten Fäden, Vliesen oder Geweben aus geeignetem Material, wie Stahldraht bzw. Stahlwolle, Polyamiden,Hanf, Baumwolle, Asbest Glas; oder sonstigen synthetischen organischen oder mineralischen Fasern hergestellt werden. Besonders geeignet sind auch sog. Axialverstärkungsbänder", die aus verhältnismäßig kurzen, z.B. 10 bis 40 cm langen Faserbündeln bestehen, die parallel nebeneinanderliegend durch min destens eine senkrecht dazu verlaufende Faden- oder Klebeverbindung zu einem Band vereinigt sind. Diese erhöhen insbesondere die Biegefestigkeit der Formstücke, da die Faserbündel in der fertigen Umwickelung nur einen geringen Winkel mit der Formstückachse bilden.
• Zur VerstArkung in Umfangerichtung dienen Fäden, Filamente oder Rovings, Gewebe, die auch als "Ringverstärkungsbänder" oder "Radialverstärkungsbänder" bezeichnet werden.
• Als Bindemittel werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren härtbare Kunstharze, wie Polyester- oder Epoxyharze, benuntzt, die mit anorganischen oder organischen, synthetischen oder natürlichen Fullstoffen, wie Sand, Kaolin u.dgl., gefüllt sein können. Das Bindemittel kann in der Weise angewandt werden, daß die Fäden, Vliese oder Gewebe. bevor sie um das Rohformstück gewickelt werden.
• mit dem Bindemittel getränkt oder beschichtet werden. Stattdessen oder zusätzlich kann das Bindemittel auch in flüssiger Form oder als Paste während des Wickelvorgangs auf die Stellen aufgebracht werden. welche zu diesem Zeitpunkt umwickelt werden. Dabei kann erfindungsgemäß beim Wickeln zwischen einzelne oder alle Lagen des Verstärkungsmaterials ein Füllstoff eingetragen werden, der aus einem anorganischen oder organischen, synthetischen oder natürlichen Material, wie Sand. Kaolin u.dgl.. besteht, Die Härtung des unstharzbindem-ittels erfolgt je nach Art des zugesetzten Härtungskatalysators bei Raumtemperatur oder durch Erwärmen.
• Die Zahl und Art der Wickellagen sowie die Art des Bindemittels können in radialer und/oder axialer Richtung des Formstückes entsprechend den gewünschten Festigkeitseigenschaften desselben oder einzelner seiner Abschnitte verändert werden. Durch entsprechende Dimensionierung und Armierung der Ummantelung kann jede gewünschte Innendruckfestigkeit bzw. statisch-mechanische Festigkeit erhalten werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren liefert Formstücke, die qualitativ den bisher verwendeten gußeisernen Formstücken überlegen und dabei wesentlich leichter sind und sich billiger herstellen lassen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht insbesondere das Auftragen von Füllstoffen, die auf wirtschaftlich günstige Weise die nötige Eigensteifigkeit der FormstUcke liefern.
• Die Durchführung des erfindungsg?Lßen Verfahrens erfolgt von iland oder Mittels geeigneter Vorrichtungen vorzugsweise so. daß das Rohfo>astück beim Umwickeln um die Achse seines jeweils au u*-wickelnden Abschnitts gedreht wird.
• Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung, die sich auf die beigefügten Figuren bezieht. Hierin zeigen: Fig. 1 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes T-Formstück im Längsschnitt; Fig. 2 ein erfindungsgemäß hergestelltes Rohrbogen-Formstuck im Längsschnitt; Fig. 3 schematisch in größerem Maßstab einen Ausschnitt der Wand der Formstücke der Fig. 1 und 2, teilweise abgetragen, um den lagenweisen Aufbau zu zeigen, und Fig. 4 schematisch den Querschnitt des. Wandstücks der Fig. 3.
• Gleiche Teile sind in allen Figuren mit-gleichen Bezugszeichen versehen.
• Wie ersichtlich bestehen die Formstücke 1 (Fig. 1) bzw. 2 (Fig.2) jeweils aus einem entsprechend geformten Rohformstück 3 und einer durch Wickeln hergestellten Ummantelung 4. Der lagenweise Aufbau der Ummantelung ergibt sich aus den Figuren 3 und 4. Man erkennt das Rohformstück 3 und die aufeinanderfolgenden, fortlaufend mit 41 bis 45 bezeichneten Wickellagen aus folgendem Material: Wickellage 41 und 42: Axialvestärkungsbänder aus jeweils mit zwei Fäden miteinander verbundenen, parallel nebeneinanderliegenden Fasern, die in jeder der beiden Lagen nur einen kleinen Winkel mit der Achse des jeweiligen Rohrabschnitts bilden, wobei aber die Wickelung in der Lage 41 als Rechts-Spirale und in der Lage 42 als Links-Spirale erfolgt; Wickellage 43:-Eine Lage Filamente oder Rovings (als "Radialvertärkungsband"); Wickellage 44s Ein Gewebeband; Wickellage 45s Ein Vljesband.
• Alle diese Wickellagen sind mit Bindemittel durchtränkt und bilden nach dem Aushärten des Bindemittels miteinander und mit dem Rohformstück 3 ein einziges massives Formstück 1 bzw. 2. Die oberste Schicht 46 besteht im allgemeinen nur aus Bindemittel.
• Falls gewünscht, werden zwischen die Wickellagen 41 bis 45 Füllmaterialschichten 47 (Fig. 4) eingetragen. Selbstverständlich können Je nach den Anforderungen an die Armierung die Wickellagen auch in anderer Reihenfolge oder Art, wie auch alle in gleicher Art, gewickelt werden.
• Die folgenden Beispiele erläutern AusfUhrungsformen der Erfindung, die jedoch offensichtlich je nach den praktischen Anforderungen, die an das jeweilige Formstück gestellt werden, abgewandelt werden können.
• Beispiel 1 Ein Formstück gemäß Figur 1 hat eine Länge über die Achse gemessen von 520 mm, eine lichte Weite von 400 mm und eine Winkelabweichung von der Geraden von 300. Die Wanddicke dieses Formstückes beträgt 8 mm.
• Die Fertigung dieses Formstücks wird so vorgenommen, daß auf ein Rohformstück 3 aus Polyvinylchlorid mit einer Wanddicke von 2 mm eine aus neun Lagen bestehende Verstärkung in Umfangsrichtung t"RadialverstArkungsband") und zwei Lagen Verstrkung in Längsrichtung ("AxialverstArkunysband") aus mit Polyesterharz getr(1nkten Glasfasern aufgewickelt wird. Auf eine erste Lage der Verstärkung in- Umfangsrichtung folgt eine Lage Verstärkung in Längsrichtung, darauf wieder eine in Umfangs- und eine in Längsrichtung. Zwischen die weiteren Lagen wird zur Erhöhung der Eigensteifigkeit jeweils eine Lage Sand eingebracht. Dieses Formsttick nach Beispiel 1 zeigt nach einer an den Fertigungsprozeß anschliessenden Wärmebehandlung eine Innendruckfestigkeit von 60 atü bei einem Gewicht von ca. 25 kg. Die Chemikalienbeständigkeit entspricht bei Angriffen von innen dem für das Rohformstück vervendeten Material, bei Angriffen von außen dem verwendeten Bindemittel.
• Ein vergleichbares Formstück aus Gußeisen wiegt dagegen bei gleicher InnendruckEestigkeit etwa 177 kg.
• Beispiel 2 Das Formstück nach Beispiel 1 wird so hergestellt, daß anstelle von Polyesterharz als Tränk- und Bindemittel der Glasfasern ein dünnflüssiges Epoxyharz verwendet wird. Bei sonst gleicher Herstellung und Nachbehandlung zeigt dieses Formstück eine gesteiwerte Festigkeit bei Temperaturbeanspruchung und eine noch wesentlich höhere Chemikalienbeständigkeit bei sonst gleichen oder verbesserten Eigenschaften gegenüber dem Formstück nach Beispiel 1.

Claims (11)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Erzeugung von druckfesten umwickelten Formsttlkken Ptlr Rohrleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Rohfozinstück (3) von dem Formsttlck entspre-chender Gestalt aus runststoff, wie Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen od.dgl.lmit glatter Innenwand in an sich bekannter Weise herde.

   stellt wird und Fäden, Vliese, Faden- oder Gewebebänder unter gleichzeitigem Aufbringen eines härtbaren kunstharzes als Dindemittel um dieses Rohformstück gevickelt-und gegebenenfalls auf dieses gelegt werden, bis eine solcheSchtchtdicke der Umwickelung erreicht ist, daß das Formstück nach erfolgter Aushärtung des Bindemittels die gewünschte Festigkeit besitzt.
2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umwickeln Faden, Vliese, Bänder oder Gewebe aus einem Material mit hoher Zugfestigkeit, wie Stahldraht bzw. Stahlvolle, Polyamide, Polyester, Asbest, Glas oder sonstige natürliche oder synthetische organische oder mineralische Fasern oder Filamentelvervendet werden.
3. 3.) Verfahren nach einem der AnsprUche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als härtbare Bindemittel Polyester- oder tpoxyharze oder ähnliche härtbare Bindemittel im Gemisch mit ein Härtungskatalysator verwendet werden.
4. 4.) Verf ahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel mit einem Gehalt an anorganischen oder organischen, synthetischen oder natürlichen Füllstoffen.
5. wie Sand, Kaolin u.dgl., verwendet wird0 5.). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Wickeln zwischen einzelne oder alle Lagen ein oder mehrere anorganische oder organische, synthetische oder natürliche Füllstoffe, wie Sand, Kaolin u.dgl., eingetragen werden.
6. 6.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl und Art der Wickellagen und/oder die Art des Bindemittels in radialer und/oder, axialer Richtung des Formstücks entsprechend den gewünschten FestigkeitseigenschaSten,desselben oder einzelner seiner Abschnitte verändert werden.
7. 7.) Druckfestes umwickeltes Formstück für Rohrleitungen, das insbesondere nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Rohformstück (3) entsprechender Gestalt aus Kunststoff, wie Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen, mit glatter nnenwand besteht, das mit VerstärkungsEden, -vliesen, -bändern und/oder -geweben umwickelt und in sowie zwischen diesen Wickelschichten (41-45) mit die Wickel schichten untereinander und mit dem Rohformstück (3) als Bindemittel verbindendem gehärtetem Kunstharz sowie gegebenenfalls diesem zugesetzten Füllstoff und gegebenenfalls zwischen einzelnen oder allen Wickelschichten mit eingebrachten Füllstoffschichten (47) beschichtet ist.
8. 8.) Formstück nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfäden, -vliese, -bänder oder -gewebe aus einem material mit hoher Zugfestigkeit, wie Stahldraht bzw. Stahlwolle, polyamide, Polyester, Asbest, Glas oder sonstige natürliche oder synthetische organische oder mineralische Fasern oder Filamente, bestehen.
9. 9.) Formstück nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel einPolyester- oder Epoxyharz ist.
10. 10.) Formstück nach einem der Ansprüche 7 bis 9., dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff aus anorganischen oder organischen, synthetischen oder natürlichen Füllstoffen, wie Sand, Kaolin u.dgl., besteht.
11. 11.) Formstück nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl und Art der Wickellagen und/oder die Art des Bindemittels in radialer und/oder axialer Richtung des Formstücks entsprechend den gewünschten Festigkeitseigenschaften desselben oder einzelner seiner Abschnitte gewählt sind.