DD255506A5 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von rippenflanschrohren - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Rippenflanschrohren. Die Vorrichtung weist einen Kern auf, der mit der Mundstueckhuelse eine Duese bildet, aus der verformbare Masse in den Formraum zwischen dem Dorn und den gegenueber dem Dorn beweglichen Kokillen zugefuehrt wird. Die in bekannten Vorrichtungen hergestellten Rippenflanschrohre weisen aus verschiedenen Gruenden eine unebene Innenflaeche, unvollstaendige Rippen oder Lufteinschluesse und schwache Fugen in der Wand und in den Rippen des Rohres auf. Diese Nachteile koennen dadurch beseitigt werden, dass der Formraum der Vorrichtung und die Nuten der Kokillen so bemessen werden, dass das Volumen des von der bei der Endflaeche der Mundstueckhuelse befindlichen Ebene, von der Flaeche des Dorns und von der die Mantelflaeche des Kernteils umfassenden Ebene begrenzten Raumes der Summe der Fuellvolumen der bei dem Dorn jeweils befindlichen Nuten entspricht. Fig. 2

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Rippenflanschrohren mit glatter Innenwand aus einer verformbaren Masse, welche Vorrichtung aus einer Mundstückhülse, einem auf der Mittellinie der Mundstückhülse befindlichen Kern, der eine im Innern der Hülse angeordnete Spindel, einen von der Hülse herausragenden Dorn, der einen sich in der Produktionsrichtung im wesentlichen kegelförmig erweiternden Abschnitt umfaßt, und ein Kernteil mit im wesentlichen konstantem Durchmesser als Verlängerung des Doms aufweist, wobei der Kern mit der Mundstückhülse einen rohrförmigen Kanal bildet, der mit der Massezuführvorrichtung in Verbindung steht, sowie aus die Mundstückhülse und den Kern umgebenden Formorganen besteht, die sich in einer endlosen, in der Produktionsrichtung beweglichen Reihe befinden und die auf ihrer Innenfläche Nuten zur Bildung von Rippenflanschen des Rohres aufweisen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Rippenflanschrohren.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die GB-PS 1431796 offenbart eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Schläuchen, die auf ihrer Außenfläche verhältnismäßig hohe und schmale ringförmige Rippen aufweisen, die das Rohr in seiner Umfangsrichtung umgeben und deren Innenfläche glatt ist. Die Vorrichtung umfaßt Kokillen, die entlang zwei endlosen Bahnen umlaufen und die bei einem ersten Extruderkopf einen geschlossenen Hohlraum bilden und die auf ihrer Innenfläche im Abstand voneinander Nuten aufweisen. Im Hohlraum befindet sich eine ringförmige Mundstückhülse, deren Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser der Kokillen entspricht, sowie einen auf der Mittellinie der Vorrichtung angeordneten geraden (mit konstantem Durchmesser) Dorn, der sich teilweise im Innern der Mundstückhülse befindet und sich teilweise an der Mundstückhülse vorbei erstreckt. Zwischen dem Ende der Mundstückhülse und dem Dorn ist eine ringförmige Düse vorgesehen, die schräg gegen die mit Nuten versehene Innenfläche der Kokillen gerichtet ist und die in einem kleinen ringförmigen Formraum mündet, der von der kegelförmigen Fläche des Dorns, der Endfläche der Mundstückhülse und der Innenfläche der Kokillen begrenzt ist. Rippenverstärkte Schläuche werden mit dieser Vorrichtung dadurch hergestellt, daß elastische Masse unter hohem Druck aus der Düse in den ersten Formraum zugeführt wird, wo die Innenfläche der Kokillen die Außenflächedes Rohres und der Dorn die Innenfläche desselben verformen. Die glatte Innenfläche wird in den zweiten Formraum zugeführt. Dieses im Prinzip gute Herstellungsverfahren hat einige Nachteile, weshalb es in der Praxis nicht für die Herstellung von Kunststoff rohren angewendet worden ist. Die wichtigsten Nachteile entstehen dadurch, daß es an Sondermaßnahmen fehlt, die für die Verbesserung der Strömung der zähen Kunststoffmasse erforderlich sind, sowie durch schwer zu beseitigende Betriebsstörungen des Prozesses. Diese sind darauf zurückzuführen, daß weil die Kokillen an ihrer Innenfläche abwechselnd Nuten und Rippen aufweisen, schwankt das Volumen des mit einer unter hohem Druck stehenden, nicht kompressiblen Kunststoffmasse zu füllenden ersten Formraumes rasch und steil während der Vorwärtsbewegung der Kokillen gegenüber der Mundstückhülse und dem Dorn. Diese plötzlichen Änderungen im Volumen haben Druckstöße zur Folge, die z. B. das verursachen, daß zwischen den Kokillen Kunststoffmasse geschäumt wird, die im fertigen Produkt als nachteilige Abgrate vorkommt.

Zur Lösung dieser Probleme wurde in der US-PS 4365948 vorgeschlagen, die Vorlaufgeschwindigkeit der Kokillen kontinuierlich so zu ändern, daß wenn das Volumen des Formraumes gering ist, ist die Geschwindigkeit größer als dann, wenn das Volumen des Formraumes groß ist. Dank dieses an sich aus einer anderen allgemeinen Herstellungstechnik eines Kunststoffrohres bekannten Gedankens bleibt die Strömung der Kunststoffmasse konstant und es treten keine Druckstöße auf. Einen Nachteil dieser Lösung bildet jedoch die komplizierte Vorrichtung zum Regeln der Geschwindigkeit des Korrugators. Außerdem ist es wegen der Trägheitskräfte schwierig, die Geschwindigkeit der Kokillenreihe schnell zu ändern, sodaß die Produktionsgeschwindigkeit der Vorrichtung ziemlich klein ist.

Die beiden vorstehend genannten Verfahren sind sog. Extrusionsformverfahren, für die charakteristisch ist, daß der Durchmesser des Dorns, richtiger gesagt des Kernteils, nicht größer sondern vielmehr kleiner wird von dem Mundstück an. Somit stammt der gesamte Druck, der die Masse in die Nuten der Kokillen treibt, aus dem Extruder. Der Druck entsteht durch die sich abkühlende Masse, die einen Stopfen bildet.

Ein wesentliches Problem bei diesen Verfahren bilden die Beherrschung des Extrusionsdruckes bei hochviskosen Kunststoffen und die Gleichmäßigkeit der Zufuhr. Eine übermäßige Zufuhr bildet ein ständiges Gefahrmoment dessen Beseitigung schwierig ist, weil die Qualität des Produkts im Falle einer Drucksenkung verschlechtert wird, d. h. die Innenfläche wird rauh und/oder die Nuten werden nicht vollständig aufgefüllt. Aus den vorgenannten Gründen ist es nicht gelungen, diese Verfahren für die Bearbeitung von Kunststoffen mit hohem E-modul, wie z. B. unplastifiziertem PVC, anzuwenden.

Die DE-PS 2362444 offenbart einen von den älteren Verfahren abweichenden Grundgedanken. Es ist charakteristisch, daß der ' Formraum sehr klein und geschlossen ist. Der Dorn und die Mundstückhülsen sind kegelförmig. Der Dornabschnitt, der sich nach außerhalb der Hülse erstreckt, bildet eine geradlinige Verlängerung für den inneren Abschnitt. Der Dorn ist gerade. Weil der Formraum auch nach hinten geschlossen ist, kann das Verfahren kontinuierlich arbeitenden Spritzgießen gleichgestellt werden. Daher sind die Prozeßschwierigkeiten derartig, daß das Verfahren nie in der Praxis angewendet worden ist. Die Regelung des Druckes ist äußerst schwierig und auch die theoretische Kapazität ist wegen der großen Schnittgeschwindigkeiten gering, weil das Hubvolumen zu klein ist.

Als Gedanke offenbart die FR-PS 7315485 ein Herstellungsverfahren der vorgenannten Art, das auf Spritzgießen beruht, wobei zwischen zwei Formhälften ein kurzer Rohrabschnitt, 10 bis 40cm, gepreßt und vorgeschoben wird, und anschließend wird der Zyklus so wiederholt, daß ein neuer zu spritzgießender Abschnitt mit dem ersten verschweißt wird. Einen Vorteil des Verfahrens bildet die Möglichkeit, sehr hohe Spritzdrücke zu verwenden, mit welchen eine glatte Innenfläche erzielt wird. Schwierigkeiten bringen die Tatsachen mit sich, daß die Anlage wegen der genannten Drücke teuer und wegen der Periodizität schwer synchronisierbar ist.

Eine dritte Variante vom Spritzgußprinzip her ist in der DE-PS 1233128 offenbart. Charakteristisch sind wieder eine geradlinige Verlängerung des Doms hinter dem Mundstück, ein gerades Kernteil und ein geschlossener Raum nach vorn und nach hinten. Die Probleme sind gleich wie vorstehend und somit wird das Verfahren in der Praxis für die Herstellung von Kunststoffrohren nicht angewendet.

Ein drittes Hauptprinzip zur Herstellung von mit Rippen versehenen, auf der Innenseite glatten Rohren ist sowohl aus der FI-PS 60825 als auch der DE-OS 2709395 bekannt. Der sich kegelförmig erweiternde Abschnitt des Dorns liegt in diesen Vorrichtungen in einem recht großen Abstand von der Mundstückhülse und der Formraum zwischen der Mundstückhülse, dem Dorn und den Formorganen oder Kokillen ist durch einen Spalt zwischen der Mundstückhülse und den Kokillen nach hinten offen. Bei diesen Herstellungsverfahren fließt die Kunststoffmasse gleichmäßig aus dem axialen Mundstück schräg nach außen auf die Innenfläche der Kokillen zu und dringt unter Einwirkung des zunehmenden Dorndurchmessers und der Zugkraft des Korrugators in die Nuten der Kokillen. Daher kann das Verfahren als ein Preß-Form-Verfahren bezeichnet werden. Obwohl der Grundgedanke richtig ist, funktionieren die Verfahren in der Praxis nicht in gewünschter Weise. Es wird ein Rohr erhalten, dessen Rippen nicht ordentlich aufgefüllt sind und dessen Innenfläche äußerst rauh ist. Außerdem ist der Prozeß mit den früher genannten Regelungsstörungen behaftet. Aus diesen Gründen findet dieser Prozeß keine Anwendung. Es fehlt die entscheidende Einsicht, die bei einem Preßformprozeß wichtig ist. Wegen des zu großen Volumens des Formraumes gegenüber dem Volumen des Rohres wird die Masse unter Einwirkung der Kokillen zu stark abgekühlt und somit zäh. Wird die Temperatur der Masse erhöht, wird sie brennen. Somit ist die Dornlänge, die nach der Lehre der FI-PS 60825 etwa 4 bis 5mal der Durchmesser beträgt, viel zu groß und führt zu einem Mißverhältnis zwischen dem Rohrvolumen und dem Formraum. Wie vorstehend erwähnt, führen Änderungen im Volumen des Formraumes zu Druckstößen, die ihrerseits Grate zwischen den Kokillen zur Folge haben. Diese Grate sind hinsichtlich der Anwendungseigenschaften der Rohre nachteilig. Zum Beispiel macht ein in Längsrichtung verlaufender Grat auf der Außenfläche des Rohres zwischen zwei Rippen es unmöglich, diese Fläche als Dichtfläche zu verwenden. Diese wäre jedoch eine natürliche Dichtfläche für einen Gummiring, weil sie an den Rippenflanschen gut anliegt.

Neben den genannten Volumenänderungen kommt bei den Verfahren nach den vorstehend genannten Patenten auch eine andere Grate verursachende Störung vor. Diese Störung entsteht durch die natürliche Geschwindigkeitsschwankung der Korrugatorkette und durch die Änderungen in der vom Extruder zugeführten Massenströmung. Bei konventionellen Verfahren kann die Einwirkung derartiger Störungen nur dadurch vermieden werden, daß die Schlußkraft der Kokillen groß bemessen wird. Eine große Schlußkraft wird benötigt, weil die Bemessung der Formräume in der gegenwärtigen Lage hohe Drücke fordert. Dies wiederum führt zu sehr teuren Lösungen. Das wesentliche Problem besteht somit darin, den Formraum so zu bemessen, daß die Rippen leicht vollständig aufgefüllt werden, ohne daß es erforderlich ist, den Druck so viel zu erhöhen, wie es beim Spritzgießen üblich ist.

Die vorstehenden Ausführungen erläutern prozeßtechnische Probleme, mit denen die bekannten Verfahren behaftet sind. Diese allein sind vielleicht nicht ausreichend, die Tatsache zu erklären, daß keines dieser Verfahren industrielle Anwendung bei der Herstellung von Kunststoffrohren findet. Der wesentliche Grund dafür, daß die Prozesse für die Herstellung von Kunststoffrohren mit guter Qualität nicht geeignet sind, ist wohl die Tatsache, daß die Verformeigenschaften physikalisch nicht geeignet sind. Die industrielle Verwendung von thermoplastischen Körpern beruht auf der Verformbarkeit von Thermoplast mittels Druck und Wärme. Die gleichzeitige Anwesenheit von Druck und Wärme spielt eine wesentliche Rolle, wenn zwei Materialströme sich in einer Maschine vereinigen sollen. Eine vollständige Verschweißung wird nur erzielt, wenn der Kunststoff diesen beiden Elementen lang genug ausgesetzt wird. Man hat festgestellt, daß dieser Zeitfaktor auf die Trägheit der Bewegung der Molekülketten, d. h. Relaxation, zurückzuführen ist. Die erforderliche Verschweißzeit kann somit durch Erhöhung der Verschweißtemperatur oder der im Material vorkommende Spannung verkürzt werden. Eine unvollständige Verschweißung zeigt sich z. B. in Form von Delaminierung bei erhöhter Temperatur, von unterbrochenen Güssen und von Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften.

In der SE-AS 381001 wird offenbart, daß Kunststoffmasse mit genügender Geschwindigkeit zuzuführen ist, um die Nuten der Formorganevollständig aufzufüllen. Ferner wird dort offenbart, daß wenn die Zuführgeschwindigkeit nicht ausreichend ist, nur unvollständige Rippen entstehen. Nach dieser Druckschrift wird die Zuführgeschwindigkeit also nach dem Ergebnis eingestellt, was nicht gut ist, weil dann eine kontinuierliche Überwachung erforderlich ist und von Zeit zu Zeit fehlerhafte Rohre entstehen. Bei den vorstehend genannten Herstellungsverfahren bringen die widersprüchlichen Ziele diese Problematik vor; das Ziel, die Herstellungskapazität zu erhöhen, zwingt dazu, große Spritzgeschwindigkeiten zu verwenden, wobei die Schnittgeschwindigkeiten groß sind und das Risiko, daß Schmelzbrüche entstehen, größer wird. Es bleibt nicht genug für die Wiedervereinigung der Molekülketten, weil gleichzeitig die Temperatur wegen der abkühlenden Wirkung der Kokillenkette und/oder des Dorns sinkt.

Ziel der Erfindung ist es, die Gebrauchswerteigenschaften von Rippenflanschrohren der gattungsgemäßen Art auf kostengünstige Weise zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung zur Herstellung von Rippenflanschrohren zu schaffen, die eine gleichmäßige laminare Strömung von Kunststoff aus dem Mundstück durch den Formraum zum Kernteilbereich ermöglicht, nur mäßige Drücke fordert, trotzdem aber Rohre ergibt, deren Rippenflansche perfekt sind und ein Verfahren zur Herstellung von Rippenflanschrohren zu finden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Hubvolumen des von der bei der Endfläche der Mundstückhüise befindlichen, quer zur Mittellinie des Kerns verlaufenden Ebene, von der Fläche des Doms und von der die Mantelfläche des Kernteils umfassenden Ebene begrenzten ringförmigen Raumes im wesentlichen der Summe der Füllvolumen der bei dem Dorn jeweils befindlichen Nuten der Formorgane entspricht. Erfindungsgemäß wurde überraschenderweise erkannt, daß die vorgenannten Nachteile beseitigt werden können, wenn die Vorrichtung so ausgebildet wird, daß die oben genannten Volumen etwa gleich groß sind, während die höchstzulässige Abweichung etwa 25% beträgt. Den Grund dafür weiß man nicht mit Sicherheit; man kann aber annehmen, daß auf diese Weise ein vorteilhaftes Verhältnis zwischen dem Volumen des Rohres einerseits und des Formraumes andererseits erzielt ist, mit Hilfe dessen unnötige Turbulenzen der Masse sowie unterbrochene Güsse vermieden werden. Die durchgeführten Versuche haben auf jeden Fall gezeigt, daß die im Innern der Mundstückhülse am nächsten dem Dorn fließende Kunststoffmasse beinahe turbulenzfrei entlang der Dornoberfläche in den Kernteilbereich übergeht, wo sie eine fehlerfreie Rohrwandung bildet. Die im Innern der Mundstückhülse der Mundstückhülse am nächsten fließende Kunststoffmasseschicht geht ihrerseits im Ganzen in die Nuten der Kokillen. Auf diese Weise wird eine sehr ruhige Strömung erhalten, die frei von Turbulenzen ist und die daher Rohre mit guter Qualität ergibt. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung entstehen auch keine Druckstöße. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Länge des Hubvolumens derart bemessen ist, daß gerade wenn sich eine Nut der Kokille schließt, öffnet sich bei der Düse eine neue, wobei das Volumen des Formraumes etwa konstant bleibt.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß die Gleichmäßigkeit der Kunststoffströmung dann am besten ist, wenn die Länge des Doms mit einem Vielfachen des Abstandes zwischen den Nuten der Formorgane im wesentlichen gleich groß, vorzugsweise vierfach, ist. Aus demselben Grunde ist es wesentlich, daß die Wandung des sich im wesentlichen kegelförmig erweiternden Dornabschnittes mit der Mittelachse des Kerns einen Winkel von 2 bis 30°, vorzugsweise etwa 15°, bildet. Für die Gleichmäßigkeit der Strömung ist es auch vorteilhaft, daß der Winkel, den die Wandung des sich im wesentlichen kegelförmig erweiternden Dornabschnittes mit der Mittelachse des Kerns bildet, derart variiert, daß er am Anfang des genannten Dornabschnittes am größten und am Ende desselben am kleinsten ist. Die Fläche des Dornabschnittes kann dabei z. B. eine Parabelfläche sein.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Füllvolumen der Nuten nur einem Teil der Summe der Füllvolumen der Nuten entsprechen, wobei die Bildung von Druckgipfeln in der Masse verhindert werden kann. In der betreffenden Ausführungsform ist dies so verwirklicht worden, daß neben den das Füllvolumen bildenden Nuten auf der Innenfläche der Kokillen erheblich schmälere Druckausgleichsnuten vorgesehen sind, die so bemessen sind, daß sie bei normalen Massendrücken der Vorrichtung als Folge der Viskosität der Masse völlig oder teilweise leer bleiben. Dank der Druckausgleichsnuten können im Formraum nie sehr hohe Druckgipfel gebildet werden, weil die Masse allmählich in diese Druckausgleichsnuten dringt, wenn der Druck den Normalwert überschreitet.

Dank der Druckausgleichsnuten ist das Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr breit. Somit können mit der Vorrichtung in üblicher Weise Rippenflanschrohre so hergestellt werden, daß die Kokillennuten vollkommen aufgefüllt werden, wobei die Druckausgleichsnuten die Bildung von Druckgipfeln verhindern, was die vorstehend genannten Vorteile mit sich bringt. Alternativ können mit der Vorrichtung Rohre mit verschieden hohen Rippenflanschen hergestellt werden, indem das Füllvolumen der Flanschnuten reguliert wird, wobei die Druckausgleichsnuten so ausgebildet werden können, daß sie dazu beitragen, daß das Füllvolumen der Rippenflanschnuten bei einem konstanten Wert bleibt. Damit die unter Druck stehende Masse zuerst die Rippenflanschnuten und erst bei unzulässigem Druckanstieg die Druckausgleichsnuten auffüllen würde, ist es wichtig, daß die Masse die Rippenflanschnuten leichter als die Druckausgleichsnuten auffüllen kann. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, daß das Verhältnis zwischen der Tiefe und der Breite der Druckausgleichsnuten wenigstens zweimal das gleiche Verhältnis der Rippenflanschnuten ist. In konventionellen Rohrherstellungsvorrichtungen kann das Verhältnis zwischen der Tiefe und dar Breite der Druckausgleichsnuten zwischen 3:1 und 15:1, vorzugsweise etwa 10:1, sein. Die praktischen Versuche haben gezeigt, daß die passende Breite der Druckausgleichsnuten 0,1 bis 3mm, vorzugsweise etwa 1mm, beträgt.

Es ist aber zu beachten, daß die vorstehend angegebenen Verhältnisse und Größen nur maßgebend sind und daß sie je nach der Viskosität des verwendeten Rohstoffes und des Normaldruckes der Vorrichtung variieren können. Ein Fachmann kann die richtigen Größen für jedes Material mit Hilfe von Versuchen leicht finden.

Damitdie bei den Druckausgleichsnuten eventuell gebildeten Kämme bei derVerwendung des Rohres möglichstwenig stören, ist es vorteilhaft, daß sich die Druckausgleichsnuten in der Nähe der Rippenflanschnuten befinden und zu diesen parallel verlaufen. Kämme neben den Rippenflanschen stören nicht z. B. das Anbringen eines Dichtringes um das Rohr zwischen den Rippenflanschen.

Damit es genug Druckausgleichsnuten auf der Formfläche der Kokillen geben würde, ist es vorteilhaft, daß an beiden Seiten von jeder Rippenflanschnuten eine Druckausgleichsnut vorgesehen ist.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung von Rippenflanschrohren mit glatter Innenwandung, gemäß welchem eine verformbare Masse aus einem Ringkanal zwischen der Mundstückhülse und dem Kern in den Formraum zugeführt wird, der von dem Ende der Mundstückhülse, dem sich kegelförmig erweiternden Kern und den die Mundstückhülse und den Kern umgebend, mit Nuten versehenen beweglichen Formorganen begrenzt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der aus dem Ringkanal zuzuführenden Masse pro Zeiteinheit durchschnittlich auf einen wenigstens gleich großen Wert wie die Summe des Volumens der während der gleichen Zeiteinheit gebildeten Rohrwandung und des Füllvoiumens der Nuten der an dem Ringkanal vorbeigehenden Formorgane und auf einen höchstens gleich großen Wert wie die Summe der Volumen der während der gleichen Zeiteinheit gebildeten Rohrwandung und der Nuten der an dem Ringkanal vorbeigehenden Formorgane eingestellt wird. Vorteilhaft ist es, wenn die Masse aus dem Ringkanal in zwei koaxialen Schichten zugeführt wird, die aus verschiedenen Extrudern stammen. Ebenso ist vorteilhaft, wenn die Zuführgeschwindigkeit der Masse in dem Kanal zwischen der Mundstückhülse und dem Kern bei einem im wesentlichen gleich großen Wert wie die Vorlauf geschwindigkeit der Formorgane gehalten wird. Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die Zuführgeschwindigkeit der Masse um höchstens 25% von der Vorlaufgeschwindigkeit der Formorgane abweicht.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, fehlerfreie Rohre kontinuierlich zu erzeugen. Dadurch, daß die Zuführgeschwindigkeit der Masse bei einem im wesentlichen gleich großen Wert als die Vorlaufgeschwindigkeit der Kokillen gehalten wird, werden die nachteiligen Turbulenzen und die Bildung von Vorsprüngen vermieden.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: eine prinzipielle Darstellung der Vorrichtung zur Herstellung eines Rippenflanschrohres; Fig. 2: ein Detail der Vorrichtung in vergrößertem Maßstab in Längsschnitt;

Fig.3: eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung in Teildarstellung;

Fig.4: die Strömung der Kunststoffmasse;

Fig. 5: eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung in Teildarstellung und

Fig.6: ein Detail der Fig. 5 in noch größerem Maßstab.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus entlang zwei endlosen Bahnen umlaufenden Formorganen 1 und 2, die sich bei den Führungsschienen 3 zur Bildung einer zylindrischen Form einander begegnen. In die genannte Form dringt eine Mundstückhülse 4 ein, die mit dem Preßkopf 6 eines Extruders 5 in Verbindung steht. Ferner zeigt Fig. 1, wie ein fertiges Rohr 7 aus dem anderen Ende der von den Formorganen gebildeten Form herausdringt.

Fig. 2 erläutert näher die Teile der Vorrichtung, die beim Formen des Rohres mitfunktionieren. Auf der Mittellinie der Vorrichtung befindet sich vollkommen im Innern der Mundstückhülse eine Spindel 8, die einen Abschnitt mit konstantem Durchmesser und einen sich etwa kegelförmig erweiternden Abschnitt 8a aufweist. Hinter dem sich erweiternden Spindelabschnitt ist ein sich ebenfalls etwa kegelförmig erweiternder Dorn 9 vorgesehen, der sich vollkommen außerhalb der Mundstückhülse befindet und hinter dem ein Kernteil 10 mit konstantem Durchmesser vorgesehen ist und der Kühlvorrichtungen zum Versteifen des Rohres aufweist. Die Spindel 8, der Dorn 9 und das Kernteil 10 bilden zusammen den Kern der Vorrichtung.

Die Mundstückhülse 4 und der Spindelabschnitt, der Abschnitt 8a, bilden zwischen sich eine Ringdüse, den Kanal 11, aus der verformbare Masse, z. B. Kunststoffmasse, in einen von der Mundstückhülse 4, den Kokillen, hier als Formorgane 1; 2 bezeichnet und dem Dorn 9 begrenzten Formraum 12 zugeführt wird. Zur Erzielung eines auf seiner Außenfläche mit Rippenflanschen versehenen Rohres weisen die Kokillen auf ihrer Innenfläche im Abstand voneinander Nuten 13 auf, in die die Kunststoffmasse zur Bildung der Rippenflansche dringt.

Erfindungsgemäß wird in der Vorrichtung eine sehr gleichmäßige Strömung der Kunststoffmasse dadurch erhalten, daß die Volumen der zwei Teile des Formraumes 12 in bestimmter Weise einander angepaßt werden. In Fig.2 sind diese Teile, der Raum 14 und der Raum 15, gestrichelt dargestellt.

Der Raum 14, dessen Volumen als Hubvolumen bezeichnet wird, ist ringförmig und in seinem Querschnitt etwa dreieckförmig. Diesen Raum begrenzen die bei der Endfläche der Mundstückhülse 4 befindliche, senkrecht zur Mittellinie des Doms verlaufende Ebene 20, die Fläche 16 des Doms und die die Mantelfläche des Kernteils 10 umfassende Ebene 17. Der Raum 15, dessen Volumen als Füllvolumen bezeichnet wird, besteht aus der Summe der Füllvolumina der jeweils auf der Strecke zwischen der Mundstückhülse 4 und dem Kemteil 10, d.h. bei dem Dorn 9, befindlichen Nuten 13. Erfindungsgemäß sind die Volumina der Räume 14 und 15 im wesentlichen gleich groß, während die Abweichung höchstens etwa 25% beträgt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Länge des Doms dreimal der Abstand zwischen den Nuten 13. Es ist im allgemeinen wünschenswert, daß die Länge des Doms 9 im wesentlichen einem Vielfachen des genannten Abstandes entspricht. Vorzugsweise entspricht die Länge des Dorns einem Vielfachen des Nutenabstandes minus eine Nutendicke. Dabei sind die Druckschwankung minimal. In der Ausführungsform nach Fig. 2 bildet die Wandung der Fläche des Domes 16 mit der Mittelachse des Kerns einen Winkel von etwa 20°. Dieser Winkel kann zwischen 2° und 30° variieren und zu den meisten Verwendungszwecken beträgt der Winkel vorzugsweise etwa 15°. Die genaue Größe des Winkels wird nach dem erforderlichen Hubvolumen bestimmt. Aus dieser Fig. ist femer ersichtlich, daß die Fläche 16 nicht ganz kegelförmig ist, sondern einigermaßen derart gewölbt, daß der Winkel der Wandung mit der Mittelachse des Kerns am Anfang des Dorns am größten und am Ende desselben am kleinsten ist. Die Fläche 16 ist vorzugsweise eine Parabelfläche.

Fig.3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In diesem Fall besteht der Dorn 9 aus einem der Spindel 8 am nächsten befindlichen geraden Abschnitt 9a und einem darauffolgenden, sich kegelförmig erweiternden Abschnitt 9b, an welchen sich das gerade Kemteil 10 anschließt. Das Hubvolumen der Vorrichtung wird ähnlich wie in der Ausführungsform nach Fig.2 gebildet, d.h. den Raum begrenzen die Ebenen 20 und 17 und die Fläche 16, die sich in diesem Fall auch auf den geraden Abschnitt 9a des Dorns erstreckt. Das Füllvolumen der Vorrichtung wird seinerseits von den bei der Fläche 16 befindlichen Nuten 13 der Kokillen gebildet. Diese Nuten sind gestrichelt dargestellt.

Fig. 4 soll erläutern, wie die Kunststoffmasse bei ihrem Eintritt in den Formraum 12 verformt wird. Die der Spindel und beim Dorn am nächsten liegende Kunststoffschicht, die Schicht 18, die gitterförmig gestrichelt ist, tritt in einer beinahe ungestörten Laminarströmung in den Zwischenraum zwischen dem Kernteil 10 und den Formorganen 1; 2, den Kokillen, wo sie eine Rohrwand bildet, ein. Die der Mundstückhülse4am nächsten liegende Kunststoffmasseschicht, die Schicht 19, die einfach gestrichelt dargestellt ist, dringt dagegen in die Nuten 13 der Kokillen und wird somit vollkommen gemäß der Innenfläche der Kokillen verformt.

Wenn mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Rohre hergestellt werden, wird eine unter Druck stehende verformbare Masse aus der Ringdüse, dem Kanal 11, in den Formraum 12 zugeführt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es wesentlich, daß das Volumen der aus dem Ringkanal zuzuführenden Masse pro Zeiteinheit durchschnittlich auf einen wenigstens gleich großen Wert wie die Summe des Volumens der während der gleichen Zeiteinheit gebildeten Rohrwandung und des Füllvolumens der Nuten der an dem Ringkanal vorbeigehenden Formorgane und auf einen höchstens gleich großen Wert wie die Summe der Volumen der während dergleichen Zeiteinheit gebildeten Rohrwandung und der Nuten der an dem Ringkanal vorbeigehenden Formorgane eingestellt wird. In der Praxis kann dieses Verfahren dadurch durchgeführt werden, daß die Zuführgeschwindigkeit der Masse in der Düse bei einem im wesentlichen gleich großen Wert als die Vorlaufgeschwindigkeit der Kokillen gehalten wird. Die Zuführgeschwindigkeit der Masse sollte um höchstens 25% von der Vorlaufgeschwindigkeit der Formorgane abweichen. Die Schicht 18 der Masse bildet die Wand des Rohres 7, während die Schicht 19 in die Nuten 13 der Kokillen dringt und diese während der Bewegung der Kokillen in Richtung des in den Fig. dargestellten Pfeiles auffüllt. Dank dergleichen Größe des Hubvolumens im Raum 14 und des Füllvolumens im Raum 15 nach Fig. 2 und 3fließt die Masse sehr ruhig und gleichmäßig in den Form raum 12, wobei in der bei dem Kernteil 10 befindlichen Masse eigentlich keine Lufteinschlüsse und keine schwachen Verbindungsfugen zwischen den verschiedenen Massenschichten vorkommen.

Erfindungsgemäß kann die Strömung der Masse in axialer und radialer Richtung dadurch eingestellt werden, daß das Verhältnis zwischen den Temperaturen der Kokillen und des Kerns reguliert werden. Werden z. B. die Nuten der Kokillen nicht vollständig aufgefüllt, kann die Temperatur des Kerns herabgesetzt und die Temperatur der Kokillen erhöht werden, wobei die axiale Strömung der Masse langsamer und die radiale Strömung schneller wird. Somit werden die Nuten noch besser aufgefüllt. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung können leicht Rohre hergestellt werden, deren Rippenflansche aus einem Kunststoff bestehen, der im Hinblick auf seine Eigenschaften von dem die Rohrwand bildenden Kunststoff abweicht. Die Kunststoffe können z. B. verschiedenfarbig sein oder die Rippenflansche können aus einem schlagfestigkeitsmodifizierten Kunststoff bestehen, während die Wandung aus üblichem Kunststoff besteht. Die Kunststoffmasse wird in diesem Fall aus dem Kanal 11 in zwei koaxialen Schichten zugeführt, die den Schichten 18; 19 der Fig. 4 entsprechen. Die Schichten stammen aus verschiedenen Extrudern.

Wie vorstehend bereits festgestellt wurde, ist unter dem Füllvolumen der Nuten 13 das Volumen zu verstehen, das mit der Kunststoffmasse aufgefüllt werden soll, sodaß das Gesamtvolumen aller Nuten größer als das Volumen des Raumes 14 sein kann. Dieses kann mit Hilfe der in Fig. 5 und 6 dargestellten dritten Ausführungsform verwirklicht werden. Gemäß diesen Fig. befindet sich auf der Mittellinie der Vorrichtung ein Kern 108, dereinen geraden und einen sich kegelförmig erweiternden Abschnitt und als Verlängerung ein Abkühlteil mit konstantem Durchmesser aufweist, das nicht dargestellte Hohlräume für das Kühlmedium aufweist. Die Mundstückhülse 104 und der Kern 108 bilden zwischen sich eine Ringdüse, den Kanal 109, aus der plastische Masse, z.B. Kunststoffmasse, in den Formraum 110 zwischen den Kokillen, dem Kern und der Mundstückhülse zugeführt wird. Zur Erzielung eines auf seiner Außenfläche mit Rippenflanschen versehenen Rohres weisen die Kokillen auf ihrer Innenfläche im Abstand voneinander angeordnete ringförmige Nuten 111 auf, in die die Kunststoffmasse 107 zur Bildung der Rippenflansche 112 dringt.

Nach dieser Ausführungsform der Erfindung sind auf der Innenfläche der Kokillen, den Formorganen 101; 102, neben den Rippenflanschnuten, den Nuten 111, Druckausgleichsnuten 113 vorgesehen. Diese Nuten sind so bemessen, daß sie bei üblichen Massedrücken der Vorrichtung als Folge der Viskosität der Masse völlig oder teilweise leer bleiben.

In der Ausführungsform der Fig. 5 und 6 sind die Druckausgleichsnuten 113 sehr schmal und befinden sich an beiden Seiten der Rippenflanschnuten in der Nähe derselben. Die Druckausgleichsnuten verlaufen außerdem parallel zu den Rippenflanschnuten.

Wie aus der Fig. ersichtlich, sind die Druckausgleichsnuten 113 ihrer Breite gegenüber sehr tief. In der dargestellten Ausführungsform beträgt das Verhältnis der Tiefe und der Breite der Druckausgleichsnuten etwa 10:1, sodaß, wenn die Breite der Nute z. B. 1 mm beträgt, beträgt ihre Tiefe 10 mm. Die sobemessenen Druckausgleichsnuten passen im allgemeinen zu den Rippenflanschnuten, die 4mm breite und 14mm tief sind. Es ist aber zu berücksichtigen, daß die Größenverhältnisse der Druckausgleichsnuten und die Verhältnisse zwischen den Nuten 111 und den Druckausgleichsnuten 113 von dem zu verwendenden Rohmaterial, insbesondere von desen Viskosität, abhängig sind.

Wenn mit der Vorrichtung nach Fig. 5 und 6 Rohre hergestellt werden, wird eine unter Druck stehende plastische Masse aus der Düse, dem Kanal 109, in den Formraum 110 zugeführt. Ein Teil der Masse bildet die Rohrwandung, während der übrige Teil der Masse in die Rippenflanschnuten der Kokillen dringt und diese während der Bewegung der Kokillen in Richtung des in Fig. 5 dargestellten Pfeiles auffüllt. Das Volumen des Formraumes 110 variiert plötzlich, wenn die Nut 111 den Formraum erreicht. Aus diesem Grund und eventuell auch wegen der Schwankungen in der Massezufuhr und in der Bewegungsgeschwindigkeit der Kokillen variiert der Druck der durch den Formraum durchfließenden Masse erheblich. Dank der Druckausgleichsnuten 113 entstehen aber nicht so hohe Druckgipfel wie bei bekannten Vorrichtungen, weil die Masse bei Druckerhöhung auch in die Druckausgleichsnuten dringen kann, die somit als eine Art Sicherheitsventile dienen. Das Füllvolumen der Druckausgleichsnuten ist von der Höhe der Druckgipfel der Masse abhängig. Unter normalen Bedingungen dringt fast keine Masse in die Druckausgleichsnuten, weshalb bei den Nuten nur ein flacher Kamm 114 gebildet wird; s. Fig. 6. Von der vorstehenden Ausführung abweichend können sich die Druckausgleichsnuten auch anderswo als in der unmittelbaren Nähe der Rippenflanschnuten, und zwar z.B. mitten zwischen den Rippenflanschnuten befinden. Auch brauchen die Druckausgleichsnuten nicht unbedingt parallel zu den Rippenflanschnuten zu verlaufen, sondern können eine andere passende Richtung haben.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Rippenflanschrohren mit glatter Innenwandung aus einer verformbaren Masse, wobei die Vorrichtung aus einer Mundstückhülse, einem auf der Mittellinie der Mundstückhülse befindlichen Kern, der eine im Innern der Mundstückhülse angeordneten Spindel, einen von der Mundstückhülse herausragenden Dorn, der einen sich in der Produktionsrichtung im wesentlichen kegelförmig erweiternden Abschnitt umfaßt, und ein Kernteil mit im wesentlichen konstantem Durchmesser als Verlängerung des Doms aufweist, wobei der Kern mit der Mundstückhülse einen rohrförmigen Kanal bildet, der mit der Massezuführvorrichtung in Verbindung steht, sowie aus die Mundstückhülse und den Kern umgebenden Formorganen besteht, die sich in einer endlosen, in der Produktionsrichtung beweglichen Reihe befinden und die auf ihrer Innenfläche Nuten zur Bildung von Rippenflanschen des Rohres aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubvolumen des von der bei der Endfläche der Mundstückhülse befindlichen, quer zur Mittellinie des Kerns verlaufenden Ebene (20), von der Fläche (16) des Doms und von der die Mantelfläche des Kernteils (10) umfassenden Ebene (17) begrenzten ringförmigen Raumes (14) im wesentlichen der Summe der Füllvolumen der bei dem Dorn (9) jeweils befindlichen Nuten (13; 111) der Formorgane entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Volumen um höchstens 25% voneinander abweichen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Doms (9) im wesentlichen einem Vielfachen des Abstands zwischen den Nuten (13) der Formorgane minus die Dicke einer Nut (1.3) entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des sich im wesentlichen kegelförmig erweiternden Abschnitts (9 b) des Doms (9) mit der Mittelachse des Kerns einen Winkel von 2 bis 30°, vorzugsweise etwa 15°, bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Wandung des sich im wesentlichen kegelförmig erweiternden Dornabschnitts und der Mittelachse des Kerns derart variiert, daß er am Anfang des genannten Domabschnitts am größten und am Ende desselben am kleinsten ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Dornabschnitts eine Parabelfläche ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben den das Füllvolumen bildenden Nuten (13; 111) auf der Innenfläche der Kokillen erheblich schmälere Druckausgleichsnuten (113) vorgesehen sind, die so bemessen sind, daß die bei normalen Massendrücken der Vorrichtung als Folge der Viskosität der Masse völlig oder teilweise leer bleiben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen derTiefe und der Breite der Druckausgleichsnuten (113) wenigstens zweimal das gleiche Verhältnis der Rippenflanschnuten ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen derTiefe und der Breite der Druckausgleichsnuten (113) zwischen 3:1 und 15:1, vorzugsweise etwa 10:1, ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Druckausgleichsnuten (113)0,3 bis 3 mm, vorzugsweise etwa 1 mm, beträgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Druckausgleichsnuten (113) in der Nähe der Rippenflanschnuten befinden und zu diesen parallel verlaufen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten von jeder Rippenflanschnut eine Druckausgleichsnut (113) vorgesehen ist.

13. Verfahren zur Herstellung von Rippenflanschrohren mit glatter tanenwandung, gemäß welchem eine verformbare Masse aus einem Ringkanal zwischen der Mundstückhülse und dem Kern in den Formraum zugeführt wird, der von dem Ende der Mundstückhülse, dem sich kegelförmig erweiternden Kern und den die Mundstückhülse und den Kern umgebenden, mit Nuten versehenen beweglichen Formorganen begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der aus dem Ringkanal zuzuführenden Masse pro Zeiteinheit durchschnittlich auf einen wenigstens gleich großen Wert wie die Summe des Volumens der während der gleichen Zeiteinheit gebildeten Rohrwandung und des Füllvolumens der Nuten der an dem Ringkanal vorbeigehenden Formorgane und auf einen höchstens gleich großen Wert wie die Summe der Volumen der während der gleichen Zeiteinheit gebildeten Rohrwandung und der Nuten der an dem Ringkanal vorbeigehenden Formorgane (1; 2; 101; 102) eingestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Massen in axialer und radialer Richtung der Vorrichtung durch Regulieren des Verhältnisses der Temperaturen des Kerns und der Kokillen eingestellt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse aus dem Ringkanal in zwei koaxialen Schichten (18; 19) zugeführt wird, die aus verschiedenen Extrudern stammen.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführgeschwindigkeit der Masse in dem Kanal (11) zwischen der Mundstückhülse und dem Kern bei einem im wesentlichen gleich großen Wert wie die Vorlaufgeschwindigkeit der Formorgane (1; 2) gehalten wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführgeschwindigkeit der Masse um höchstens 25% von der Vorlaufgeschwindigkeit der Formorgane abweicht.