PL217442B1 - Sposób wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego, w szczególności rury jedno- lub wielościennej wytwarzanej poprzez śrubowe zwijanie.

Znane są, na przykład z opisu patentu europejskiego o numerze EP 0816050 sposób i urządzenie do wytwarzania rur z tworzyw sztucznych, wykorzystywanych przykładowo w instalacjach kanalizacji ściekowej lub deszczowej. Sposób polega na tym, że wytłacza się płaski pasek z tworzywa termoplastycznego i bezpośrednio po wytłoczeniu pasek ten w stanie uplastycznionym nawija się spiralnie na obracające się rolki urządzenia aż do utworzenia podstawowej rury, a następnie na zewnętrzną powierzchnię rury nakłada się i mocuje żebra wzmacniające, zawierające zewnętrzną powłokę wytworzoną z takiego samego materiału jak rura podstawowa oraz wewnętrzne wypełnienie z wtórnie przetworzonych tworzyw sztucznych.

Dodatkowo znany jest, na przykład z polskiego opisu patentowego o numerze publikacji PL 194867 B1 sposób wytwarzania spiralnie zwiniętej rury z wydrążonego termoplastycznego profilu mającego prostokątny przekrój poprzeczny. W ujawnionym sposobie nawija się termoplastyczny profil na bęben, wzajemnie łączy się sąsiadujące zwoje poprzez zgrzewanie, wygładza się zewnętrzną zgrzeinę poprzez środki w postaci specjalnego ogrzewania i wygładzającego elementu opierającego się na zgrzeinie i podaje się rurę osiowo w kierunku swobodnie obracających się elementów, promieniowych rolek naciskowych oddziaływujących na termoplastyczny profil podczas pierwszego nawijania na bęben. Podczas podawania termoplastycznego profilu na bęben, przechodzi on przez pierwszy nieruchomy odcinek zawierający rozstawione elementy ślizgowe rozmieszczone wzdłuż obwodu, na którym to odcinku wykonuje się zgrzewanie, po którym ukształtowana wewnętrzna zgrzeina jest ułożona tak, by biegła wzdłuż spiralnego wyżłobienia przebiegającego wokół pierwszego nieruchomego odcinka, gdzie wewnętrzna zgrzeina, jak również i zewnętrzna zgrzeina, są obrabiane przy zastosowaniu specjalnego ogrzewania i stałego wygładzającego elementu opierającego się na nich, i tym, że rurę, o równocześnie wygładzanych zgrzewanych powierzchniach, przekazuje się na odcinek napędowego obrotowego bębna powodujący obrót rury i wywołujący ruch nawijający termoplastycznego profilu.

Ponadto znany jest, na przykład z polskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku o numerze publikacji P-377750 sposób wytwarzania spiralnie zwijanych rur z tworzyw sztucznych. Sposób ten polega na uformowaniu profilu w kształcie pasa o przekroju prostokątnym, który wydłuż poziomych krawędzi posiada z jednej strony wgłębienie w kształcie półkola i/lub otwartego wielokąta, a po drugiej stronie wypust o kształcie odpowiadającym uformowanemu wgłębieniu. Ponadto wewnątrz profilu formuje się równoległe kanały o dowolnym kształcie, tworząc jego wydrążenie. Wydrążony profil nawija się na tuleję obrotową i kształtuje przewód rurowy, nadając mu spiralny kształt, oraz łączy się poziome siadujące spiralnie zwinięte krawędzie za pomocą zapięcia zatrzaskowego, uformowanego na obrzeżach profilu. Wytworzona rura z tworzywa sztucznego jest w sposób ciągły osiowo spychana za pomocą nawijanego profilu. Dodatkowo zapięcie zatrzaskowe, w miejscu wgłębienia, korzystnie uzupełnia się uplastycznionym tworzywem, z którego wykonany jest profil. Wytworzone rury są stosowane do budowy sieci wodociągowych i kanalizacyjnych.

W powyższych opisach rozwiązań używa się pojęcia „zwijania spiralnego”, które to pojęcie rozumiane jest jako zwijanie zgodnie z przebiegiem linii śrubowej, co wynika z przytoczonych przykładów wykonania i załączonych rysunków. Dla potrzeb niniejszego wynalazku używane będzie pojęcie zwijania śrubowego, które należy rozumieć zgodnie z jego powszechnym rozumieniem, czyli zwijaniu zgodnie z linią śrubową, po tworzącej walcowej lub stożkowej. Obejmuje to również znaczenie znane z powyżej opisanego stanu techniki.

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego, polegający na śrubowym nawijaniu elementu z tworzywa na bęben zawierający obrotowe rolki i wzajemnym łączeniu sąsiadujących ze sobą zwojów. Istota wynalazku polega na tym, że rurę wytwarza się z gotowego płaskiego paska wykonanego uprzednio z tworzywa termoplastycznego, przy czym przed nawinięciem przedmiotowego paska na bęben pasek ten formuje się do profilu U lub L w przekroju poprzecznym, a następnie tak uformowany profil nawija się na bęben dokonując jednocześnie łączenia sąsiednich zwojów tak, że ścianka lub ścianki profilu tworzą zewnętrzne, śrubowe żebro wzmacniające rury.

Przez gotowy płaski pasek wykonany uprzednio z tworzywa termoplastycznego rozumie się pasek wykonany ze znanego tworzywa znanymi sposobami, przykładowo poprzez wytłaczanie, całkowicie uformowany. Pasek ten może zawierać ponadto element lub elementy wzmacniające z innego materiału niż tworzywo, z którego jest wykonany. Element lub elementy wzmacniające mogą być zloPL 217 442 B1 kalizowane wewnątrz paska, albo zamocowane do jego powierzchni. Ponadto element lub elementy wzmacniające mogą przebiegać na całej szerokości paska bądź też alternatywnie tylko na części jego szerokości, przykładowo na części odpowiadającej podstawie profilu U lub L.

Korzystnie na tak wytworzoną rurę nawija się dodatkowy płaski pasek wykonany uprzednio z tworzywa termoplastycznego i mocuje się go do górnych krawędzi bocznych ścianek sąsiadujących ze sobą zwojów żebra tak, że przedmiotowy pasek zakrywa przestrzeń pomiędzy sąsiednimi zwojami żebra rury.

Celowym jest także, gdy sąsiednie zwoje wykonane z profilu U łączy się zarówno w dolnej jak i górnej części ścianek bocznych profilu U.

Dodatkowo pożądanym jest, gdy wytwarzanie rury począwszy od formowania paska do profilu U lub L wykonuje się w procesie ciągłym.

Dalszą korzyść osiąga się, gdy płaski pasek wytwarza się przez cięcie wcześniej wytworzonego arkusza z tworzywa termoplastycznego. Dotyczy to paska, z którego formowane są profile U lub L oraz paska tworzącego zewnętrzną powłokę rury.

Ponadto korzystnym jest, gdy rurę wytwarza się z wykorzystaniem urządzenia mobilnego, korzystnie w rejonie montażu instalacji sieci kanalizacyjnych lub wodociągowych.

Sposób według wynalazku umożliwia wytwarzanie lekkich rur o znacznych średnicach przy zastosowaniu mobilnego urządzenia, z możliwością ich wytwarzania na miejscu montażu instalacji wykonywanej z wytworzonych rur. Zaproponowany sposób jest bardzo prosty i skuteczny, mało energochłonny, a jego zastosowanie nie wymaga skomplikowanych urządzeń. Rury o znacznej średnicy są uciążliwe w transporcie i składowaniu, przede wszystkim ze względu na objętość którą zajmują, przez co istotnym elementem jest możliwość wytwarzania rur z wcześniej przygotowanych gotowych płaskich pasków w dowolnym miejscu z wykorzystaniem przenośnego urządzenia. Takie płaskie paski zajmują mało miejsca, a ich transport nie stwarza żadnych problemów. Sposób wytwarzania wymaga przy tym mało energii, przez co stosowane urządzenie może być zasilane z lokalnej sieci elektrycznej albo nawet z przenośnego generatora. Ponadto przedmiotowy sposób pozwala na wytwarzanie rur w wielu różnych opcjach, na specjalne zamówienie klienta, dla krótkich serii i zastosowań specjalnych, jak na przykład silosy lub zbiorniki. Naprężenia powstające podczas wytwarzania rury są praktycznie ograniczone tylko do miejsc łączenia, przez co kształt rury pozostaje stabilny po ucięciu, a dalsze łączenie rur jest łatwe. Zmniejszono ponadto zużycie materiałów ze względu na zoptymalizowaną konstrukcję, ograniczony został także odpad materiałowy z rozruchu i zatrzymania produkcji. Przy wyborze materiału na paski można w bardzo prosty sposób zmieniać jego parametry wytrzymałościowe stosując materiały kompozytowe.

Wynalazek został bliżej przedstawiony w poniższych przykładach wykonania i na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny widok perspektywiczny na wytwarzaną rurę, fig. 2 - schematyczny przekrój poprzeczny przez gotowy płaski pasek służący do wytwarzania rury, fig. 3 schematyczny przekrój wzdłużny przez fragment rury po połączeniu sąsiednich zwojów profilu U w rejonie podstawy profilu, fig. 4 - schematyczny przekrój wzdłużny przez fragment rury po połączeniu sąsiednich zwojów profilu U zarówno w rejonie podstawy profilu jak i w rejonie górnych krawędzi ścianek bocznych profilu, fig. 5 - schematyczny przekrój poprzeczny przez profil L uformowany z paska jak na fig. 2, fig. 6 - schematyczny przekrój wzdłużny przez fragment rury po połączeniu sąsiednich zwojów profilu L, fig. 7 - schematyczny przekrój wzdłużny przez fragment rury po połączeniu sąsiednich zwojów profilu U i zamocowaniu do górnych krawędzi ścianek bocznych dodatkowego paska, fig. 8 schematyczny widok perspektywiczny na linię technologiczną do wytwarzania rur, zaś fig. 9 - schematyczny widok perspektywiczny na urządzenie realizujące sposób wytwarzania rury z zaznaczonymi elementami wykonawczymi stosowanego urządzenia.

Sposób wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego, polega na tym, że rurę wytwarza się z gotowego płaskiego paska wykonanego uprzednio z tworzywa termoplastycznego. Pojęcie gotowego paska objaśniono w opisie istoty rozwiązania powyżej, przy czym możliwe jest uprzednie wytworzenie paska jako takiego albo alternatywnie pocięcie wcześniej wytworzonego arkusza z tworzywa termoplastycznego na paski o pożądanej szerokości. Jak wspomniano powyżej, paski mogą zawierać wzmocnienia i być wytwarzane z różnych tworzyw termoplastycznych, w zależności od zapotrzebowania. Śrubowo zwijana lekka rura wytwarzana jest z wykorzystaniem rolek obrotowych tworzących bęben, na który nawija się śrubowo uprzednio przygotowany pasek, uformowany przed nawinięciem do profilu U lub L, i łączy sąsiednie zwoje znanymi metodami, przykładowo przez spawanie poprzez wtłaczanie wytłoczonego z wytłaczarki materiału lub inne znane sposoby spawania tworzyw termopla4

PL 217 442 B1 stycznych. Możliwe jest również zastosowanie klejenia. Ścianki profilu U lub L tworzą na powierzchni wytworzonej rury śrubowe zewnętrzne żebro, które zapewnia obwodową sztywność rury. Ponadto można uzyskać dwuścienną, zamkniętą strukturę ścianki rury, poprzez zamocowanie do zewnętrznych krawędzi żeber dodatkowego paska z tworzywa termoplastycznego tak, że przedmiotowy pasek zakrywa przestrzeń pomiędzy sąsiednimi zwojami żebra rury. Preferowane jest nawijanie profilu na rolki bębna jego dolną podstawą. Sąsiednie zwoje wykonane z profilu U można łączyć tylko w dolnej części ścianek bocznych, jak i zarówno w dolnej i górnej części ścianek bocznych profilu U. Wytwarzanie rury począwszy od formowania paska do profilu U lub L można wykonywać w procesie ciągłym, z wykorzystaniem urządzenia mobilnego, korzystnie w rejonie montażu instalacji, przykładowo sieci kanalizacyjnych lub wodociągowych.

Odnosząc się szczegółowo do załączonego rysunku, rurę 1 wytwarza się z gotowego, uprzednio przygotowanego płaskiego paska 2 (fig. 2), który to pasek 2 formuje się do profilu 3 o kształcie U i nawija śrubowo jego podstawą na rolki 4 tworzące bęben 5 (fig. 1, fig. 8, fig. 9). Sąsiednie zwoje profilu 3 łączy się wzajemnie wspomnianymi powyżej sposobami w rejonie podstawy (fig. 3). Alternatywnie, możliwym jest dodatkowe łącznie sąsiednich zwojów profilu 3 w rejonie górnych krawędzi bocznych ścianek profilu 3 (fig. 4). Boczne ścianki profilu 3 tworzą żebro 6, które jest integralną częścią rury 1.

W korzystnym wykonaniu do opisanej powyżej rury 1 można zamocować dodatkowy pasek 7 wykonany uprzednio z materiału termoplastycznego (fig. 1, fig. 9). Pasek 7 tworzący zewnętrzną powłokę rury 1 mocuje się sposobami opisanymi powyżej do górnych krawędzi ścianek bocznych profilu 3 (fig. 7).

Możliwym jest również wytwarzanie rury 1 formując pasek 2 do profilu 8 o kształcie L (fig. 5, fig. 6). Przy takiej konstrukcji rury bazowej również możliwym jest alternatywne zamocowanie dodatkowego paska tworzącego zewnętrzną powłokę rury i zakrywającego przestrzeń pomiędzy żebrami utworzonymi przez jedno ramię profilu 8. Taki zewnętrzny pasek mocuje się do górnych krawędzi sąsiednich zwojów żebra utworzonego przez ramię profilu 8.

Na fig. 8 przedstawiono schematycznie widok perspektywiczny na linię technologiczną do wytwarzania rur według sposobu zgodnym z wynalazkiem. Wcześniej wytworzony pasek 2 jest wyprowadzany ze szpuli 9 i poprzez podajnik 10 wprowadzany do urządzenia 11 do kształtowania, gdzie pasek 2 jest kształtowany do profilu 3 o kształcie U lub profilu 8 o kształcie L. Formowania do profilu U lub L, w zależności od zaprojektowanej konstrukcji rury, dokonuje się znanymi sposobami, przykładowo poprzez, osobne bądź łączne, wyginanie, wycinanie, nacinanie, podgrzewanie i/lub spawanie. Paski mogą być jednorodne bądź też o różnej strukturze. Następnie uformowany profil U lub L nawija się na bęben 5 utworzony przez napędzane rolki 4 (fig. 8, fig. 9). Śrubowego nawijania profilu dokonuje się przy użyciu zestawów obrotowych rolek dociskowych 12 o własnym napędzie i rolek kształtujących 13. Pasek nawijany jest śrubowo podobnie jak w znanym procesie „Drostholm” systemu do produkcji rur z włókna szklanego w procesie ciągłym. Różnica polega na tym, że występuje między profilami przerwa umożliwiająca wykonanie spawu łączącego sąsiednie zwoje profilu ze sobą. Po nawinięciu sąsiednich zwojów są one wzajemnie łączone od wewnątrz przy użyciu wałka dociskowego z wykorzystaniem odpowiedniej metody łączenia, przykładowo spawania materiałem wytłoczonym z wytłaczarki. Dodatkowo, w przypadku profilu U, można połączyć zewnętrzne krawędzie sąsiednich ścianek bocznych tworzących żebro 6, gdy jest to pożądane dla jego stabilności.

Wytworzona w ten sposób rura 1 z otwartym profilem, tak zwana rura bazowa, może być stosowana do budowy rurociągów tam, gdzie niższa sztywność obwodowa jest dozwolona lub wymagają tego inne aspekty projektu. W celu zwiększenia sztywności obwodowej i/lub zapewnienia większej wytrzymałości i bezpieczeństwa do rury bazowej można zamocować w tym samym procesie ciągłym dodatkową warstwę zewnętrzną. W tym celu dodatkowy pasek 7 o odpowiednio dopasowanej szerokości jest podawany ze szpuli 9a z wykorzystaniem podajnika 10a. Szybkość podajnika 10a jest regulowana, aby dopasować ją do prędkości obrotu zewnętrznej powierzchni żebra 6 rury bazowej. Na co najmniej jednej z krawędzi, albo na dwóch krawędziach dodatkowy pasek 7 jest łączony z powierzchnią śrubową żebra 6. Możliwym jest dokonanie dodatkowego uszczelnienia i wzmocnienia dodatkowymi spawami. Zewnętrzne spoiny mogą być również wykonywane ze spoinami wewnętrznymi, z wykorzystaniem specjalnych głowic spawalniczych lub zestawu głowic spawalniczych zasilanych z tej samej wytłaczarki. Tak wyprodukowana rura 1 śrubowo zwijana jest w dalszej kolejności cięta gdy przechodzi przez urządzenie do cięcia 14. Gotowa rura jest cięta w kierunku promieniowym przez

PL 217 442 B1 środek osi do wymaganej długości. Pocięte rury są następnie transportowane do miejsca składowania 15 lub ładowane na przyczepy i wywożone do klienta.

Wygładzanie wewnętrznej i/lub zewnętrznej powierzchni rury 1 w rejonie wykonanych łączeń może być dokonywane znanymi ze stanu techniki sposobami.

Fig. 9 przedstawia szczegółowo sposób nawijania profilu 3 na nawijarkę, czyli bęben 5 zawierający napędzane rolki 4. Profil 3 podaje się na bęben 5 i zwija się go śrubowo do postaci rury bazowej. Za pomocą rolek kształtujących 13 pozycjonuje się żebro 6 w wymaganej pozycji do łączenia sąsiednich zwojów profilu 3. Ponadto za pomocą rolek dociskowych 12 wspiera się profil 3 podczas nawijania i dostarcza niezbędnego tarcia między profilem a rolkami 4 bębna 5. Łączenie zewnętrznego paska 7 od wewnątrz wykonuje się po przejściu paska 7 przez podajnik 10a przez podanie roztopionego materiału do przestrzeni pomiędzy zwojami żebra 6 celem ustabilizowania pierwotnej postaci z wykorzystaniem podparć i zestawu rolki dociskowej 16. Dodatkowy zewnętrzny spaw 17 dodaje się od strony zewnętrznej celem zapewnienia odpowiedniego połączenia.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania rury z tworzywa termoplastycznego, polegający na śrubowym nawijaniu elementu z tworzywa na bęben zawierający obrotowe rolki i wzajemnym łączeniu sąsiadujących ze sobą zwojów, znamienny tym, że rurę (1) wytwarza się z gotowego płaskiego paska (2) wykonanego uprzednio z tworzywa termoplastycznego, przy czym przed nawinięciem przedmiotowego paska (2) na bęben (5) pasek (2) formuje się do profilu U (3) lub L (8) w przekroju poprzecznym, a następnie tak uformowany profil (3, 8) nawija się na bęben (5) dokonując jednocześnie łączenia sąsiednich zwojów tak, że ścianka lub ścianki profilu (3, 8) tworzą zewnętrzne, śrubowe wzmacniające żebro (6) rury (1).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowy płaski pasek (7) wykonany uprzednio z tworzywa termoplastycznego nawija się na rurę (1) i mocuje do górnych krawędzi bocznych ścianek sąsiadujących ze sobą zwojów żebra (6) tak, że przedmiotowy pasek (7) zakrywa przestrzeń pomiędzy sąsiednimi zwojami żebra (6) rury (1).
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że sąsiednie zwoje wykonane z profilu U (3) łączy się zarówno w dolnej jak i górnej części ścianek bocznych profilu U (3).
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że wytwarzanie rury (1) począwszy od formowania paska (2) do profilu U (3) lub profilu L (8) wykonuje się w procesie ciągłym.
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienny tym, że płaski pasek (2) wytwarza się przez cięcie wcześniej wytworzonego arkusza z tworzywa termoplastycznego.
6. 6. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5, znamienny tym, że rurę (1) wytwarza się z wykorzystaniem urządzenia mobilnego, korzystnie w rejonie montażu instalacji sieci kanalizacyjnych lub wodociągowych.