CH687449A5

CH687449A5 - Verfahren zum Strangpressen von Hohlprofilen.

Info

Publication number: CH687449A5
Application number: CH00770/93A
Authority: CH
Inventors: Hermann Zwilling; Guenther Seewald
Original assignee: Rehau Ag & Co
Priority date: 1991-10-26
Filing date: 1993-03-15
Publication date: 1996-12-13
Also published as: DE4135336A1; PT101243A; FR2684919A1; FI931442A0; LU88234A1; ES2074397A1; FR2684919B1; NO930982L; ES2074397B1; NO930982D0; BE1006907A5; FI931442A; DE4135336C2

Description

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CH 687 449 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strangpressen von Hohlprofilen aus polymeren Materialien mit Verbundwandaufbau, wobei sich im Querschnitt an eine Aussenwand aus kompaktem Polymermaterial als mittlerer Wandbereich eine anders strukturierte Polymerschicht anschliesst, und wobei der mittlere Wandbereich nach innen hin wiederum von einer Wand aus kompaktem Polymermaterial abgedeckt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der Europäischen Patentschrift 0 019 564 ist ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffrohren durch Extrudieren bekannt, wobei die solcherart hergestellten Kunststoffrohre einen mehrschichtigen Wandquerschnitt aufweisen. Hierbei ist zwischen die Aussen- und die Innenwand im Wege des Koextrusionsverfahrens ein Füllmaterial eingebracht.

Bei den bekannten Koextrusionsverfahren wird das Kunststoffmaterial für die Aussen- und Innenwand von einem Extruder in einen Verteilerkopf gefördert. Dort wird dieses Kunststoffmaterial in zwei koaxial verlaufende Strömungsbahnen getrennt und zwischen diese Strömungsbahnen wird aus einem weiteren Extruder das die dritte Strömungsbahn bildende Füllmaterial eingebracht. Durch Annähern und gegenseitiges Berühren dieser drei Materialschichten wird ein dreischichtiger Aufbau gebildet, der bei seinem Austritt aus dem Verteilerkopf im Durchmesser vergrössert und daran anschliessend unter Verdichtung des Füllmaterials auf seine gewünschte Endabmessung reduziert wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besitzt einen heiz- und regelbaren Verteilerkopf, der durch einen Extruder für die Aussen- und Innenwand sowie einen weiteren Extruder für das Füllmaterial gespeist wird.

Der Verteilerkopf selbst weist Trennelemente zur Bildung der einzelnen Strömungsbahnen auf und besitzt eine Einrichtung zum Einführen des Füllmaterials zwischen die beiden Strömungsbahnen für das Kunststoffmaterial für Aussen- und Innenwand.

Das Werkzeug besitzt im Anschluss an den Verteilerkopf einen Werkzeugdorn mit einem divergierenden Kegelabschnitt, auf dem die drei Rohrschichten bis zu einem grössten Durchmesser geführt sind. Im Bereich des grössten Durchmessers ist der Werkzeugdorn durch stegartige Halterungen mit dem Werkzeug verbunden. Die stegartigen Halterungen durchtrennen die Rohrschichten radial und diese Trennstellen werden nachdem die Rohrschichten den Bereich der Halterungen durchlaufen haben weder zusammengeführt und verschweisst. Nach Durchlaufen der grössten radialen Ausdehnung des Werkzeugdornes - die grösser ist als der Durchmesser des fertigen Rohres - werden die drei Rohrschichten in einem konvergierend verlaufenden Bereich des Werkzeugdomes unter Komprimierung der Mittelschicht auf die Abmessungen des fertigen Rohres gebracht.

Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung des Standes der Technik lassen sich Mehrschichtenrohre - sogenannte Schaumkernrohre - herstellen.

Diese Mehrschichtenrohre weisen jedoch den Nachteil auf, dass an einer Stelle des Fertigungsablaufes alle drei Schichten durchgehend von den stegartigen Halterungen des Werkzeugdomes getrennt wurden, und dass diese durchgehenden Trennstellen danach wieder zusammengeführt; und verschweisst werden müssen. Dadurch entstehen -insbesondere im Bereich der mittleren Schaumschicht - Schwachstellen in der Rohrstruktur, die bei Druckbelastungen des Rohres wie Sollbruchstellen wirken. Dieser Nachteil lässt einen optimalen Gebrauch eines mit dem beschriebenen Verfahren erzeugten Mehrschichtenrohres nicht zu.

Um diesen Nachteil abzustellen wird in der Euro-päiscnen Patentschrift 0 236 645 vorgeschlagen, das Werkzeug in drei ringförmige Kanäle aufzuteilen.

Davon sind zwei dieser Kanäle für die aussen-und innenliegende Rohrwand bestimmt, die den Kanal für die Rohrseele umgeben und mit dem Kanal für die Rohrseele im Werkzeug vereinigt werden. Die drei Kanäle sind dabei zur Werkzeugachse axial-asymmetrisch angeordnet und der Werkzeugdorn ist oberhalb der Materialeinspeisung direkt mit dem Rahmen des Extruders fest verbunden. Durch die direkte Anbindung des Werkzeugdorns an den Extruderrahmen wird bei dieser Werkzeuglösung die Halterung des Werkzeugdorns am Werkzeug über Haltestege vermieden. Damit ist das Phänomen der «Sollbruchstellen» bei diesem Werkzeugaufbau nicht mehr gegeben. Das Werkzeug selbst ist jedoch durch die komplizierten Fliesswege der Kunststoffmaterialien, die in diesem Falle konstruktionsbedingt sind, nur für leichtfliessende Kunststoffmaterialien und nicht beispielsweise für PVC hart erfolgreich verwendbar.

Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gestellt hat, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Mehrschichtenrohren anzugeben, mit dem jeder polymere Werkstoff verarbeitet werden kann und bei dem die negativen Auswirkungen der die gesamte Wanddicke durchsetzenden «Sollbruchstellen» nicht mehr gegeben sind. Erfindungsgemäss wird die Aufgabe in bezug auf das Verfahren dadurch gelöst, dass wenigstens das kompakte Polymermaterial der Innenwand erst im vorderen, zylindrischen Werkzeugbereich der bis zu diesem Punkt gemeinsam über den Werkzeugdorn geförderten Kombination Aussenwand - mittlerer Wandbereich zugeführt und mit dem inneren Umfang des mittleren Wandbereichs an dieser Stelle durch Extrusionsverschweissung verbunden wird, und dass die in Fliessrichtung der Polymerströme für die einzelnen Wandbereiche fertigungsbedingt mitgeführten Längsnahtstellen von Wandbereich zu Wandbereich gegeneinander versetzt im Wandschichtenaufbau angeordnet sind.

Bei diesem Verfahrensablauf sind die haltesteg-bedingten Trennstellen in der Aussenwand und in der Mittelwand direkt übereinander angeordnet, wie es zum Stand der Technik beschrieben wurde. Das Kunststoffmaterial der Innenwand wird über einen Zuspritzkanal ins Innere des Hauptwerkzeugdorns eingeführt und speist dort den durch einen innenliegenden Werkzeugdorn gebildeten Ringkanal.

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Dieser innenliegende Werkzeugdorn ist mit Haltestegen mit den zugeordneten Ringkanalbereichen des Hauptwerkzeugdorns verbunden. Das Kunststoffmaterial für die Innenwand wird durch diese Haltestege getrennt und nach deren Durchlaufen wieder zusammengeschweisst. Wesentlich für das erfindungsgemässe Verfahren ist die Tatsache, dass die Haltestege für den inneren Werkzeugdorn versetzt zu den Haltestegen des Hauptwerkzeugdorns angeordnet sind. Dadurch wird erfindungsge-mäss bewirkt, dass die «Sollbruchstelle», die aus den Haltestegen des Hauptwerkzeugdorns in der Aussen- und der Mittelwand erzeugt wird, von einem kompakten Wandbereich der Innenwand abgedeckt wird. Dieser kompakte Wandbereich verhindert den linearen Durchtritt der «Sollbruchstelle» durch den gesamten Wandquerschnitt und schafft ein erheblich verbessertes Bruchverhalten eines solcherart hergestellten Mehrschichtenrohres im Vergleich zum Stand der Technik.

Dieses Bruchverhalten kann noch verbessert werden, wenn sowohl das kompakte Polymermaterial der Innenwand als auch das kompakte Polymermaterial der Aussenwand erst im vorderen, zylindrischen Werkzeugteil nach dem Aufweitkegel dem bis zu diesem Punkt geförderten mittleren Wandbereich zugeführt und mit dessen äusserem und innerem Umfang durch Extrusionsverschweissung verbunden werden. Bei einem derartigen Verfahrensablauf durchläuft das Polymermaterial der Aussenwand keine Trennstellen, die zur Halterung eines Werkzeugdorns dienen. Hier wird vielmehr der Ringkanal für das Polymermaterial der Aussenwand direkt; von der Einspritzöffnung des Zuspritz-Extru-ders gespeist und das Polymermaterial für die Aussenwand damit direkt auf den äusseren Umfang des mittleren Wandbereiches im vorderen, zylindrischen Werkzeugteil zugespritzt. Es ist hierbei für das erfindungsgemässe Verfahren ohne Bedeutung, ob der Zuspritzbereich für das kompakte Polymermaterial der Aussenwand vor oder hinter dem Zuspritzbereich für das kompakte Polymermaterial der Innenwand liegt.

Die Haltestege des den Ringkanal für das kompakte Polymermaterial der Innenwand bildenden inneren Werkzeugdorns sind hierbei genauso versetzt zu den Haltestegen des Hauptwerkzeugdorns angeordnet, wie es zur ersten Verfahrensvariante beschrieben worden ist. Es gibt also bei dieser zweiten Variante keine «Sollbruchstelle» im Wandquerschnitt eines solchen Mehrschichtenrohres mehr, die mehr als eine Schicht durchsetzen würde. Es gibt solche «Sollbruchstellen» bei diesem Verfahrensbeispiel nur noch in der Innenwand und im mittleren Wandbereich. Diese dort vorhandenen «Sollbruchstellen» sind jedoch durch die besondere Steghalterung der Werkzeugdorne gegeneinander so versetzt, dass jeweils ein kompakter Wandbereich einen «Sollbruchstellenbereich» überdeckt. Da in der Aussenwand überhaupt keine «Sollbruchstelle» vorhanden ist, bietet ein solches Mehrschichtenrohr bei vertretbarem Fertigungsaufwand eine optimale Bruchfestigkeit.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Zuführungskanäle für das kompakte Polymermaterial der Aussenwand sowie für das kompakte Polymermaterial der Innenwand aus derselben Extrusions-quelle gespeist werden. Es können jedoch auch jeweils unterschiedliche Zuspritz-Extruder verwendet werden.

Die anders strukturierte Polymerschicht bei einem Profil oder Rohr, hergestellt nach dem erfin-dungsgemässen Verfahren, kann aus geschäumtem Polymermaterial bestehen. Bei einem solchen Schichtaufbau ist die zweite Verfahrensvariante vorzuziehen, da die «Sollbruchstellen» bei geschäumten Polymermaterialien besonders nachteilig wirken. Die anders strukturierte Polymerschicht kann auch eine Schicht aus Recyclingmaterial sein. Hier können verschiedene polymere Materialien in dieser anders strukturierten Polymerschicht vereinigt sein, die von den kompakten Aussen- und Innenwänden gehalten werden. Es können weiterhin verstärkte Polymere als anders strukturierte Polymerschicht in diesem Mehrschichtenverbund ver-wendel werden.

Die Vorrichtung zum Strangpressen von Hohlprofilen aus polymeren Materialien mit Verbundwandaufbau besitzt einen zentralen Fliesskanal im Werkzeug für das Polymermaterial des mittleren Wandbereichs, einen in diesen zentralen Fliesskanal eingesetzten und an Haltestegen zentral im Fliesskanal gehaltenen Werkzeugdorn, wobei der Werkzeugdorn als Doppelkegel mit einem gegen die Fliessrichtung des Polymermaterials gerichteten ersten Kegelteil einem geraden Führungsbereich mit den Haltestegen und einem in Gegenrichtung zum ersten Kegelteil konvergierend in Fliessrichtung verlaufenden zweiten Kegelteil, der in einen zylindrischen Endbereich ausläuft, besteht, und wobei der Werkzeugdorn mit den zugeordneten Werkzeugbereichen zu einer Aufweitung mit einer anschliessenden Querschnittsverringerung des Polymermaterials führt. Die Ringöffnung für das kompakte Polymermaterial der Innenwand ist bei dem erfindungsge-mässen Werkzeugaufbau hinter dem zweiten Kegelteil im zylindrischen Endbereich des Werkzeugdor-nes angeordnet, und diese Ringöffnung ist durch eine zentrale, von aussen in den Werkzeugdorn führende Zuführungsleitung gespeist. Hierbei erscheint es vorteilhaft, dass innerhalb des Werkzeugdornes in die zentrale Zuführungsleitung für die Ringöffnung, in Fliessrichtung gesehen, ein an Haltestegen gehaltener zweiter Werkzeugdorn eingesetzt ist, der den zentralen Schmelzestrom in einen Ringkanal leitet, welcher seinerseits die Ringöffnung für das kompakte Polymermaterial der Innenwand speist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Haltestege des äusseren Werkzeugdornes und die Haltestege des inneren Werkzeugdornes gegeneinander versetzt angeordnet. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass eine Ringöffnung für das kompakte Polymermaterial der Aussenwand im zylindrischen Endbereich angeordnet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung schematisch dargestellt; es zeigt;

Fig. 1 einen Werkzeugaufbau gemäss der ersten Variante des Verfahrens

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Fig. 2 einen Werkzeugaufbau gemäss der zweiten Variante des Verfahrens

Die schematisch dargestellte Vorrichtung 1 zeigt im vorderen Bereich das Werkzeug 2 mit dem Verteiler 3, dem Ring 4 und der Zuspritzeinheit 5. Die Zuspritzeinheit 5 umfasst den Zuspritzkanal 51 für die anders strukturierte Polymerschicht 6, sowie den Zuspritzkanal 52 für das kompakte Polymermaterial 71 bei Aussenwand 7.

Die Aussenwand 7 und die anders strukturierte Polymerschicht 6 werden erfindungsgemäss vor dem Ringraum 61 zusammengeführt. Dieser Schichtenaufbau wird durch den als Verdrängungskörper wirkenden Werkzeugdorn 8 in den Ringraum 61 geführt. Der Werkzeugdorn 8 ist ein Doppelkegel mit einem gegen die Fliessrichtung der anders strukturierten Polymerschicht gerichteten ersten Kegelteil 81. An das erste Kegelteil 81 schliesst sich ein gerader Führungsbereich 82 an, von dem aus die Haltestege 83 mit dem Verteiler 3 verbunden sind. An den geraden Führungsbereich 82 schliesst sich der in Gegenrichtung zum Kegelteil 81 konvergierend in Fliessrichtung verlaufende zweite Kegelteil 84 an. Der Kegelteil 84 läuft in einen zylindrischen Endbereich 85 aus. Die Zuführungsleitung 9 für das kompakte Polymermaterial 91 der Innenwand 92 speist eine Ringöffnung 93, wobei diese Ringöffnung 33 mit der von aussen durch den Werkzeugdorn 8 verlaufenden Zuführungsleitung 9 verbunden ist.

Innerhalb des Werkzeugdomes 8 ist in die zentrale Zuführungsleitung 9 für die Ringöffnung 93 in Fliessrichtung gesehen ein an Haltestegen 94 gehaltener innerer Werkzeugdorn 21 eingesetzt, der den zentralen Schmeizestrom 91 in einen Ringkanal 95 leitet, welcher seinerseits die Ringöffnung 96 für das kompakte Polymermaterial der Innenwand 92 speist.

Die Haltestege 83 des äusseren Werkzeugdornes 8 und die Haltestege 94 des inneren Werkzeugdornes 21 sind gegeneinander versetzt angeordnet.

In der zweiten Variante nach Fig. 2 ist eine Ringöffnung 53 für das kompakte Polymermaterial der Aussenwand 7 im zylindrischen Endbereich 85 angeordnet. Die Ringöffnung 53 wird durch die zentrale Zuführungsleitung 52 gespeist. Andere Elemente haben die gleichen Bezugszeichen wie zu Fig. 1 erhalten.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Strangpressen von Hohlprofilen aus polymeren Materialien mit Verbundwandaufbau, wobei sich im Querschnitt an eine Aussenwand aus kompaktem Polymermaterial als mittlerer Wandbereich eine anders strukturierte Polymerschicht an-schliesst, und wobei der mittlere Wandbereich nach innen hin wiederum von einer Wand aus kompaktem Polymermaterial abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das kompakte Polymermaterial der Innenwand erst im vorderen, zylindrischen Werkzeugbereich der bis zu diesem Punkt gemeinsam über den Werkzeugdorn geförderten Kombination Aussenwand - mittlerer Wandbereich zugeführt und mit dem inneren Umfang des mittleren Wandbereichs an dieser Stelle durch Extru-sionsverschweissung verbunden wird, und dass die in Fliessrichtung der Polymerströme für die einzelnen Wandbereiche fertigungsbedingt mitgeführten Längsnahtstellen von Wandbereich zu Wandbereich gegeneinander versetzt im Wandschichtenaufbau angeordnet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das kompakte Polymermaterial der Innenwand als auch das kompakte Polymermaterial der Aussenwand erst im vorderen, zylindrischen Werkzeugteil des Werkzeugdornes dem bis zu diesem Punkt geförderten mittleren Wandbereich zugeführt und mit dessen äusserem und innerem Umfang durch Extrusionsverschweissung verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die anders strukturierte Polymerschicht eine Schicht aus geschäumtem Polymermaterial ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die anders strukturierte Polymerschicht eine Schicht aus Polymer-Recyclingmaterial ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die anders strukturierte Polymerschicht eine Schicht aus verstärkten Polymeren ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem zentralen Fliesskanal für das Polymermaterial des mittleren Wandbereichs, einem in diesen zentralen Fliesskanal eingesetzten und an Haltestegen zentral im Fliesskanal gehaltenen Werkzeugdorn, wobei der Werkzeugdorn als Doppelkegel mit einem gegen die Fliessrichtung des Polymermaterials gerichteten ersten Kegelteil, einen geraden Führungsbereich mit den Haltestegen und einem in Gegenrichtung zum ersten Kegelteil konvergierend in Fliessrichtung verlaufenden zweiten Kegelteil, der in einen zylindrischen Endbereich ausläuft, gebildet ist, und wobei der Werkzeugdorn mit den zugeordneten Werkzeugbereichen zu einer Aufweitung mit einer anschliessenden Querschnittsverringerung des Polymermaterials führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringöffnung (93) für das kompakte Polymermaterial (91) der Innenwand (92) hinter dem zweiten Kegelteil im zylindrischen Endbereich (85) des Werkzeugdornes (8) angeordnet ist, und dass diese Ringöffnung (93) durch eine zentrale, von aussen in den Werkzeugdorn (8) führende Zuführungsleitung (9) gespeist ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Werkzeugdornes (8) in die zentrale Zuführungsleitung (9) für die Ringöffnung (93) in Fliessrichtung gesehen ein an Haltestegen (94) gehaltener innerer Werkzeugdorn (21) eingesetzt ist, der den zentralen Schmelzestrom (91) in einen Ringkanal (95) leitet, welcher seinerseits die Ringöffnung (36) für das kompakte Polymermaterial der Innenwand (92) speist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestege (83) des Werkzeugdornes (8) und die Haltestege (94)

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des inneren Werkzeugdornes (21) gegeneinander versetzt angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ringöffnung (53) für das kompakte Polymermaterial der Aussenwand (7) im zylindrischen Endbereich (85) angeordnet ist.

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