CH622984A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von doppelwandigen Kunststoffrohren, bei denen die äussere Wand ringförmige Querwellen aufweist und die innere Wand glatt ist, wobei die Querwellen mittels umlaufender Kokillen erzeugt werden.

Es ist bekannt, solche Rohre in der Weise herzustellen, dass aus zwei konzentrisch angeordneten Ringdüsen zwei Rohre ausgespritzt werden, wobei das äussere Rohr in eine Kokillenbahn geführt wird, die aus im Kreislauf geführten sich in der Kokillenbahn zur Hohlform ergänzenden Halbkokillen besteht, wobei die Kokillen den Querwellen entsprechende Vertiefungen und Erhöhungen aufweisen und das warmplastische Kunststoffrohr durch eine Druckdifferenz zum Anlegen an die Kokillen gebracht wird. In dieses mit Querwellen versehene äussere Rohr wird dann das aus der inneren Ringdüse ausgespritzte Rohr eingeführt und durch Druckmittel zum Anlegen an das äussere Rohr gebracht, so dass die beiden Rohre miteinander verschweisst werden.

Damit das innere Rohr eine glatte Oberfläche erhält und sich weder nach innen noch nach aussen wölbt, wird bei diesem Verfahren vorgewärmte Luft, die einen gewissen Überdruck aufweist,

in den Raum zwischen den beiden Rohren und in den Innenraum des inneren Rohres eingeführt. Bei der Abkühlung des äusseren Rohres stellt sich dann ein Druckgleichgewicht ein. Die Durchführung dieses bekannten Verfahrens macht keinerlei Schwierigkeiten, wenn die Querwellen des äusseren Rohres schraubenlinien-förmig verlaufen und somit einen ununterbrochenen Kanal bilden. Dabei kann sich der Luftdruck innerhalb dieses Kanales ausgleichen, so dass kein Über- oder Unterdruck entsteht.

Anders liegen die Verhältnisse, wenn die Querwellen des äusseren Rohres nicht schraubenlinienförmig verlaufen, sondern geschlossene Kreisrillen sind. In diesem Fall ist ein Druckausgleich nach dem Anschweissen des inneren Rohres nicht mehr möglich. Doppelwandrohre mit kreisförmigen Querwellen werden aber in allen Fällen bevorzugt, in denen besonderer Wert auf Dichtigkeit in den Rohrverbindungen und bei Abzweigungen gelegt wird. Bei den Rohren mit schraubenförmig verlaufenden Querwellen muss an den Rohrenden und an Abzweigstellen darauf geachtet werden, dass der Kanal zwischen den beiden Rohren sorgfältig abgedichtet ist. Bei Rohren mit ringförmigen Querwellen ist dies nicht erforderlich, weil sowieso jeder der ringförmigen Kanäle gegen den benachbarten Kanal abgedichtet ist.

Die Herstellung solcher Rohre mit ringförmigen Querwellen macht erhebliche Schwierigkeiten, weil sich der Luftdruck innerhalb der Ringwellen während des Abkühlungsprozesses ändert. Bei der Verarbeitung von Polyolefinchloriden, insbesondere Polyvinylchlorid, lassen sich diese Schwierigkeiten noch dadurch meistern, dass in den Zwischenraum zwischen beiden Rohren Luft mit erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck eingeführt wird. Bei der Abkühlung nimmt der Luftdruck innerhalb der Ringkanäle ab, die Druckabnahme kann aber in solchen Grenzen gehalten werden, dass bei der weiteren Abkühlung keine zu grosse. Druckdifferenz entsteht, die das innere Rohr in die Ringförmigen Kanäle hineinsaugen würde. Bei der Verarbeitung von Polyolefinen, wie Polyäthylen, Polypropylen oder Polyamiden und ähnlichen Hochpolymeren entstehen wesentlich grössere Schwierigkeiten. Polyolefine haben aber gegenüber den Polyolefinchloriden den Vorteil, dass sie gut zu verschweissen sind und eine höhere Kältebeständigkeit aufweisen. Ferner ergeben Polyolefine bei der Verbrennung keine Umweltbelastung, während bei der Verbrennung von Polyolefinchloriden Salzsäure entsteht. Die Schwierigkeiten sind vor allem darauf zurückzuführen, dass die Verarbeitungstemperaturen der Polyolefine erheblich höher liegen als die Verarbeitungstemperaturen der Polyolefinchloride. Dementsprechend ist auch die Volumenverminderung des in den Kreisrillen eingeschlossenen Luftvolumens erheblich grösser als bei Polyolefinchloriden und lässt sich nicht mehr dadurch ausgleichen, dass Luft von höherem Druck in den Zwischenraum zwischen den beiden Rohren eingeleitet wird. Hinzu kommt, dass die Polyolefine eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen. Wird das äussere, mit Querwellen versehene Rohr abgekühlt, so kann die Wärme aus dem inneren Rohr nur über die Verschweissungsstellen nach aussen abfliessen, d.h. das innere Rohr bleibt auch nach dem Erstarren des äusseren Rohres noch lange Zeit warmplastisch verformbar.

Alle diese Schwierigkeiten werden beim eingangs erwähnten Verfahren erfindungsgemäss dadurch überwunden, dass bei der Formung des Rohres Druckausgleichsöffnungen erzeugt werden, durch die die Innenräume der Querwellen unter sich oder mit der Umgebung in Verbindung gelangen, und die nach dem Abkühlen des Innenrohres durch Verschweissen geschlossen werden. Durch das Anbringen der Druckausgleichsöffnungen liegen die gleichen Verhältnisse vor, wie bei Rohren mit schraubenlinienförmigen Querwellen. Gleichzeitig werden aber die Nachteile dieser Rohre dadurch vermieden, dass die Verbindungsöffnungen nachträglich geschlossen werden.

Durch die Druckausgleichsöffnungen in den Querwellen wird jeder einzelne Ringraum mit der Umgebung verbunden und die

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Abkühlung der Luft innerhalb der Querwelle kann erfolgen, ohne dass ein Unterdruck auftritt. Um die eingestochenen Öffnungen nach der Abkühlung des Rohres bequem schliessen zu können, ist es zweckmässig, durch entsprechende Vertiefungen in den Kokillen an den Ringrippen warzenartige Erhöhungen anzuformen, in die die Öffnungen eingestochen werden können. Durch Heizflä-chenschweissung oder durch Ultraschallschweissung können die Öffnungen in den Warzen verschlossen werden, wobei die Warzen flachgedrückt und dabei dem übrigen Profil angeglichen werden.

Das Einstechen der Öffnungen kann sowohl beim Austreten des Rohres aus der Kokillenbahn, als auch innerhalb der Kokillenbahn erfolgen. Zu diesem Zweck können in den Kokillen Bohrungen vorgesehen sein, deren Weite der Dicke der Nadeln zum Einstechen der Öffnungen entspricht. Während dem Formen des Rohres können sich diese Nadeln in einer Lage befinden, in der ihre Spitzen noch nicht in den Hohlraum der Kokillen hineinragen. Sobald jedoch die äussere Wand genügend formstabil ist, vorzugsweise kurz ehe sich die Kokillenbahn öffnet, können die Nadeln durch äussere Führungsorgane in die äussere Rohrwand eingestossen und wieder zurückgezogen werden.

Wenn das Rohr die Formungsbahn verlässt bzw. während es weiter abgekühlt wird, stellt sich innerhalb der Ringrillen ein Unterdruck ein, so dass durch die eingestochenen oder eingeformten Öffnungen Luft in die Querrillen einströmt. Dabei gelangt allenfalls nicht nur Luft, sondern auch Luftfeuchtigkeit und unter Umständen auch Wasser, das zum Kühlen des äusseren Rohres verwendet wird, in den Hohlraum hinein. Trifft dieses Gemisch aus Luft und Wasser auf die Aussenseite des inneren Rohres, so wird diese durch die Gemischverdampfung deformiert und es entstehen unerwünschte Ausbeulungen der Innenwand nach innen, die nicht nur unschön aussehen, sondern die Brauchbarkeit des Rohres herabsetzen, weil sie den Strömungswiderstand erhöhen. Es hat sich ergeben, dass derartige Schäden vermieden werden können, wenn die die Innenräume der Querwellen mit der Umgebung verbindenden Öffnungen in jene Stellen der äusseren Wand eingestochen werden, an welchen beim Formen des Rohres die Querwelle zwischen dem inneren Rohr und dem äusseren Rohr senkrecht steht. In diesem Fall werden die Öffnungen von der Seite eingestochen, so dass beim Einströmen der Luft mitgerissene Wassertröpfchen nicht auf die der Öffnung gegenüberliegende Stelle der Innenwand treffen, sondern nach unten in den Ringkanal fallen, wo sie sich verteilen und verdampfen.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein nach dem Verfahren gemäss der Erfindung hergestelltes doppelwandiges Kunststoffrohr. Das Kunststoffrohr besteht vorzugsweise aus Polyolefinen oder Polyamiden. Bei der bevorzugten Profilform beträgt die Wellenhöhe und die Wellenlänge 8 bis 12% der lichten Weite. Beispielsweise beträgt bei einem Rohr von 100 mm lichter Weite der Aussendurchmesser der Wellen 120 mm.

Ausführungsbeispiele, die den Gegenstand der Erfindung erläutern, sind in den Fig. 1 bis 9 dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Rohres mit eingestochener Öffnung,

Fig. 2 einen waagerechten Längsschnitt durch das gleiche Rohr,

Fig. 3 den gleichen Längsschnitt mit verschweissten Öffnungen,

Fig. 4 ein bekanntes Doppelwandrohr zur Erläuterung der Druckverformung,

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Teil eines Rohres mit eingestochener Öffnung,

Fig. 6 einen senkrechten Längsschnitt durch das Rohr nach Fig. 5,

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Teil eines Rohres mit Verbindungsöffnungen zwischen benachbarten Kreisrillen, Fig. 8 einen Teillängsschnitt durch das Rohr nach Fig. 7, Fig. 9 einen Teillängsschnitt durch ein Rohr mit seitlich an den Rillen angeformten Warzen.

Das Rohr nach Fig. 1 bis 3 besteht aus dem glatten inneren Rohr 1 und dem in ringförmige Querwellen geformten äusseren Rohr 2. Durch eine entsprechende Formgebung der Kokillen sind an den Ringwellen des äusseren Rohres 2 Warzen 3 angeformt, und zwar an den Stellen, an denen beim Austreten des Rohres aus der Formungsbahn der Ringkanal 5 zwischen dem inneren Rohr 1 und dem äusseren Rohr 2 senkrecht steht. In die Warzen 3 sind Öffnungen 4 eingestochen. Dabei genügt es, sehr kleine Öffnungen von wenigen zehntel Millimeter Durchmesser einzustechen, um den Druckausgleich sicherzustellen. Werden von der durch die Öffnungen 4 einströmenden Luft Wassertröpfchen mitgerissen, so fallen diese, wie die Pfeile 6 in Fig. 1 andeuten, in den an dieser Stelle senkrechten oder nahezu senkrechten Ringkanal 5, wo sie, ohne Schaden anzurichten, verdampfen.

Die Auswirkungen der Druckverhältnisse an einem Rohr, bei dem keine Druckausgleichsöffnungen vorhanden sind, zeigt Fig. 4.

In der Kokillenbahn wird das äussere Rohr 12 soweit abgekühlt, dass es formbeständig ist. Da das innere Rohr 11 die Wärme nur über die schmalen Wärmebrücken 13, an denen äusseres und inneres Rohr miteinander verschweisst sind, abgeben kann, ist das innere Rohr noch nicht hinreichend abgekühlt, um formstabil zu sein, sondern befindet sich noch in warmplastischem Zustand. Um auch die Wärme des inneren Rohres abzuführen, muss das äussere Rohr intensiv gekühlt werden, was dadurch geschehen kann, dass das Rohr durch ein Wasserbad geführt oder mit Wasser besprüht wird. Die Luft im Ringkanal 15, die beim Verschweissen der beiden Rohre miteinander eine der Erweichungstemperatur des verwendeten Kunststoffs entsprechende Temperatur von über 200° C hatte, kühlt sich dabei auf etwa Zimmertemperatur ab. Selbst wenn Stützluft mit einem Überdruck von 1,2 Atmosphären eingeführt wurde, so ergibt sich im Ringkanal 15 nach Abkühlung auf etwa Zimmertemperatur ein Unterdruck von etwa 0,4 Atmosphäre und diese Druckdifferenz drückt das noch warmplastische innere Rohr, wie dargestellt, in die Ringrillen des äusseren Rohres hinein, so dass die Innenseite des Rohres nicht wie gewünscht glatt wird, sondern selbst ebenfalls ringförmige Rippen aufweist, was den Strömungswidesstand sehr erheblich erhöht.

Durch die eingestochenen Öffnungen kann sich der Druck gegen den äusseren Luftdruck ausgleichen, d.h. in den Ringkanälen tritt, sobald die Öffnungen eingestochen sind, überhaupt kein Unterdruck oder Überdruck auf, und die Innenwand kann, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, ohne jede Ausbeulung erstarren, wobei noch hinzukommt, dass durch das Kontraktionsbestreben warmplastischen Kunststoffes sogar geringe Ein- oder Ausbeulungen, die sich vor dem Einstechen der Öffnungen gebildet haben, wieder ausgeglichen werden.

Die Fig. 5 und 6 zeigen die unerwünschte Wirkung, die eintreten kann, wenn die Öffnungen senkrecht von oben in das Rohr eingestochen werden. Das in Fig. 5 und 6 dargestellte Rohr besteht wieder aus einem inneren Rohr 21 und einem äusseren Rohr 22, an das Warzen 23 angeformt sind, in die die Ausgleichsöffnungen 24 eingestochen sind. Werden in diesem Fall durch die einströmende Luft Wassertröpfchen mitgerissen, so fallen diese, wie die Pfeile 25 andeuten, auf die der Öffnung 24 gegenüberliegende Aussenfläche des inneren Rohres 21. Hier verdampfen die Wassertropfen und erzeugen eine starke Abkühlung und damit eine Deformierung der Innenwand, die dann an diesen Stellen unschöne und den Strömungswiderstand erhöhende Ausbeulungen 26 zeigen.

Statt die Öffnungen von aussen einzustechen, können, wie die Fig. 7 und 8 zeigen, bei der Formgebung des äusseren Rohres an den inneren Wellen Erhöhungen 33 erzeugt werden. Wird nun an das in Querwellen geformte äussere Rohr 32 das innere Rohr 33 angedrückt, so bleiben an diesen Stellen zwischen den einzelnen Ringräumen 34 Kanäle 35 offen, so dass die einzelnen Ringräume miteinander in Verbindung stehen. Infolgedessen kann sich der

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Druck zwischen den Ringräumen ausgleichen, so dass auch in diesem Fall keine Deformierung der Innenwand eintritt. Nachträglich, nachdem äusseres und inneres Rohr erstarrt sind, können die Verbindungskanäle 35 dadurch verschlossen werden, dass die Erhöhungen 33 mit einem auf Erweichungstemperatur erhitzten Werkzeug flachgedrückt werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass an den äusseren Rippen keine Narben zu sehen sind. Das Verschliessen der Kanäle 35 ist aber nicht so einfach zu bewerkstelligen, wie das Verschliessen der Lufteintrittsöffnungen 4 bzw. 24.

Um Narben am äusseren Umfang der Ringrippen zu vermei-5 den, können, wie Fig. 9 zeigt, die Warzen 43 auch seitlich an den Ringrippen angeformt sein. Die AusgleichsöfFnungen 44 können in diesem Fall in die Warzen schräg von oben eingestochen werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

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1. Verfahren zur Herstellung von doppelwandigen Kunststoff-rohren, bei denen die äussere Wand ringförmige Querwellen aufweist und die innere Wand glatt ist, wobei die Querwellen mittels umlaufender Kokillen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Formung des Rohres Druckausgleichsöffnungen (4,24, 35,44) erzeugt werden, durch die die Innenräume der Querwellen unter sich oder mit der Umgebung in Verbindung gelangen, und die nach dem Abkühlen des Innenrohres durch Verschweissen geschlossen werden.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsöffnungen (4, 24, 44) beim Austreten des Rohres aus der Kokillenbahn in die Querwellen eingestochen werden.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsöffnungen (4, 24, 44) innerhalb der Kokillenbahn in die Querwellen eingestochen werden.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Formung des Rohres in der Kokillenbahn warzenartige Erhöhungen (3,23,43) angeformt werden, in die die Druckausgleichsöffnungen (4,24,44) eingestochen werden.

5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsöffnungen (4, 24, 35, 44) durch Heizflä-chenschweissung oder durch Ultraschallsweissung verschlossen werden.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Innenräume der Querwellen mit der Umgebung verbindenden Öffnungen in die Stellen der äusseren Wand (2) eingestochen werden, an denen bei der Formung des Rohres der Ringkanal (5) zwischen dem inneren Rohr (1) und dem äusseren Rohr (2) senkrecht steht.

7. Doppelwandiges Kunststoffrohr, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 1.

8. Doppelwandiges Kunststoffrohr nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das innere und das äussere Rohr aus Polyolefinen, z.B. aus Polyäthylen, oder Polypropylen oder aus Polyamiden besteht.

9. Doppelwandiges Kunststoffrohr nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe und die Wellenlänge der Querwellen der äusseren Wand 8 bis 12% der lichten Weite betragen.