DE102004029498B3

DE102004029498B3 - Stufenlos einstellbare Kalibrierhülse für extrudierte Kunststoffrohre

Info

Publication number: DE102004029498B3
Application number: DE102004029498A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Schmuhl; Rolf Michels; Jörg MÖLLER; Reinhard Klose
Original assignee: Inoex GmbH
Current assignee: Inoex GmbH
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-06-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine stufenlos einstellbare Kalibrierhülse (10) für extrudierte Kunststoffrohre (6) mit einem Einlaufkopf (12) und zwei Bänderlagen (16, 17), die sich nach Art eines Scherengitters kreuzen und an den Kreuzungspunkten gelenkig miteinander verbunden sind, wobei der Einlaufkopf (12) in mindestens zwei Radialebenen (21, 22) angeordnete, auf den Umfang eines zu kalibrierenden Kunststoffrohres (6) verteilte, radial verstellbare Segmente (19, 20) aufweist, die sich von Radialebene (21) zu Radialebene (22) überlappen und in den Überlappungsbereichen (23) aneinander anliegen, und wobei die Stirnseite (45) der Segmente (19, 20) zur Anlage an das zu kalibrierende Kunststoffrohr (6) ausgebildet und die Bänderlagen (16, 17) etwa bündig mit den Stirnseiten (45) gelenkig an den Segmenten (19, 20) befestigt sind. Mit einer derartigen Kalibrierhülse (10) solle eine effektive Abdichtung des Vakuumtanks (9) gegenüber der Umgebung erreicht sowie Stauchungen des einlaufenden, extrudierten Kunststoffrohres (6) vermieden werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine stufenlos einstellbare Kalibrierhülse für extrudierte Kunststoffrohre mit einem Einlaufkopf und einem sich daran anschließenden das Kunststoffrohr umfassenden und stützenden und in seiner lichten Weite änderbaren Bauteil.

Aus dem Stand der Technik sind Kalibrierhülsen bekannt, deren Innendurchmesser im laufenden Betrieb in engen Grenzen veränderbar ist. Diese Änderung des Innendurchmessers der Kalibrierhülse dient dazu, Kunststoffrohre unter Berücksichtigung der von verschiedenen Faktoren abhängenden Schrumpfung des Kunststoffes innerhalb der geforderten Toleranzgrenzen herzustellen. Beispiele für derartige Kalibrierhülsen sind in DE 44 08 064 C1 , DE 26 16 197 A1 , DE 200 00 872 U1 , DE 200 23 052 U1 , EP 1 157 805 A1 sowie US 2981975 zu finden.

In der DE 198 43 340 C2 ist eine Kalibrierhülse beschrieben, deren Innendurchmesser im laufenden Betrieb auf Kunststoffrohre unterschiedlicher Außendurchmesser einstellbar ist. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass unter den heutigen Produktionsbedingungen die Auftragslose immer kleiner werden, d. h., die Extrusionsanlagen ständig umgestellt werden müssen. Diese Umstellungen verursachen Stillstandzeiten der Extrusionsanlage, einen hohen Arbeitsaufwand beim Wechseln der einzelnen Ausrüstungsteile sowie Verluste an Kunststoffmaterial. Die Kalibrierhülse gemäß DE 198 43 340 C2 weist eine Vielzahl von in ihrer Längsachse in Radialebenen angeordneten Lamellenkränzen auf, wobei die einzelnen Lamellen jedes Kranzes radial verstellbar sind und sich von Radialebene zu Radialebene überlappen und in den Überlappungsbereichen eng aneinander liegen. Da durch wird ein im Wesentlichen hohlzylindrischer Rohrkörper geschaffen, der ein extrudiertes Kunststoffrohr auf der Außenseite abstützt und in seinem Durchmesser, in Anpassung an den zu fahrenden Rohrdurchmesser verstellbar ist. Diese bekannte Kalibrierhülse ist relativ aufwendig aufgebaut. Außerdem lassen sich mit dieser Kalibrierhülse keine exakten kreisförmigen Querschnitt der Kunststoffrohre erzeugen.

In der nicht vorveröffentlichten DE 103 18 137 B3 ist ebenfalls eine Kalibrierhülse beschrieben, die im laufenden Betrieb auf unterschiedliche Außendurchmesser von herzustellenden Kunststoffrohren verstellbar ist. Diese Kalibrierhülse besitzt einen Einlaufkopf, an dem zwei Lagen von flexiblen Bändern befestigt sind. Diese Bänder kreuzen sich nach Art eines Scherengitters und sind an ihren Kreuzungspunkten gelenkig miteinander verbunden. Der für die Kalibrierung der extrudierten Kunststoffrohre wesentliche Innendurchmesser der Kalibrierhülse wird durch Auseinanderziehen bzw. Zusammendrücken des Scherengitters verändert. Diese Kalibrierhülse zeichnet sich durch einen großen Stellbereich bei hoher Eigensteifigkeit aus. Des weiteren garantiert die Vielzahl der sich kreuzenden, miteinander gelenkig verbundenen Bänder eine absolut kreisrunde Farm der Kalibrierhülse bei jedem eingestellten Durchmesser.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kalibrierhülse zur Verfügung zu stellen, die im Vergleich mit den bekannten Kalibrierhülsen einfach aufgebaut ist, aber dennoch am Einlaufkopf eine effektive Abdichtung des Vakuumtanks gegenüber der Umgebung gewährleistet, Stauchungen des einlaufenden, extrudierten Kunststoffrohres vermeidet und bei jedem eingestellten Durchmesser eine absolut kreisrunde Form besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Kalibrierhülse gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Die im Einlaufkopf der Kalibrierhülse vorgesehenen, radial verstellbaren Segmente gestatten eine exakte Einstellung des Einlaufs auf den zu kalibrierenden Rohrdurchmesser, d. h., die Segmente und die beiden Bänderlagen werden koordiniert und gleichzeitig auf den zu kalibrierenden Durchmesser eingestellt. Stauchungen des extrudierten Kunststoffrohres im Einlaufbereich der Kalibrierhülse werden damit verhindert. Das hat positive Auswirkungen auf die Oberflächengüte der produzierten Kunststoffrohre. Die zur Anlage an das zu kalibrierende Kunststoffrohr ausgebildeten Stirnseiten der Segmente gewährleisten durch einen umlaufenden Kontakt mit dem Kunststoffrohr die Abdichtung des Vakuumtanks gegenüber der Umgebung. Geringfügige Unrundheiten zwischen der durch die Stirnseiten der Segmente gebildeten Umfangsfläche und dem extrudierten Kunststoffrohr werden durch das an dieser Stelle des Produktionsganges noch formbare Masse des Kunststoffrohres kompensiert.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in der Stirnseite der Segmente mindestens ein Druckwasserauslass vorgesehen. Dadurch ist eine intensive Kühlung des Einlaufs sowie die Ausbildung eines Schmierfilms zur Gleitkühlung des extrudierten Kunststoffrohres gewährleistet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:
1 eine Extrusionsanlage zur Herstellung von Kunststoffrohren mit ihren Hauptkomponenten in schematischer Darstellung,
2 einen vergrößerten Ausschnitt A gemäß 1 in teilweise geschnittener Darstellung,
3 einen Blick in Richtung des Pfeils B gemäß 2 auf das Gehäuse des Einlaufkopfes der Kalibrierhülse,
4 eine Einzeldarstellung eines Segments im Halbschnitt,
5 eine vergrößerte Seitenansicht des unteren Bereichs eines Segments mit der Befestigungsstelle für die Bänderlagen der Kalibrierhülse im Schnitt,
6 eine Druntersicht der Darstellung gemäß 5.
Die in 1 dargestellte Extrusionsanlage umfasst eine Extrudereinheit 1 mit einem Aufgabetrichter 2, einer Extruderschnecke 3 und einem Extrusionswerkzeug 4. Über den Aufgabetrichter 2 wird ein thermoplastischer Kunststoff 5 in Granulat- oder Pulverform der Extrudereinheit 1 zugeführt. In der Extrudereinheit 1 wird das Granulat bzw. Pulver erwärmt, geknetet und plastifiziert. Anschließend wird der Kunststoff als formbare Masse durch die Extruderschnecke 3 in das Extrusionswerkzeug 4 gefördert und dort durch einen ringförmigen Durchtrittsspalt gedrückt.
Nach dem Austritt aus dem Extrusionswerkzeug 4 wird das heiße, noch verformbare Rohr 6 mittels einer am Ende der Extrusionslinie angeordneten Abzugseinheit 7 durch eine Kalibrier- und Kühleinheit 8 gezogen, die einen Vakuumtank 9 mit einer an dessen Eingang angeordneten, perforierten Kalibrierhülse 10 aufweist. Die Kalibrierhülse 10 ist stufenlos im Durchmesser einstellbar, so dass das extrudierte, noch formbare Rohr 6 auf den gewünschten Wert fixiert werden kann. Nach dem Verlassen der Kalibrier- und Kühleinheit 8 tritt das Rohr 6 in eine Kühlstrecke 11 ein, in der es auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Der Aufbau der Kalibrierhülse 10 wird nachstehend näher beschrieben.
Die Kalibrierhülse 10 besitzt einen ringförmigen Einlaufkopf 12 und einen ringförmigen Auslasskopf 13. Während der Einlaufkopf 12 außerhalb des Vakuumtanks 9 angeordnet ist, befindet sich der Auslasskopf 13 im Vakuumtank 9. Der Auslasskopf 13 hat einen fixen Innendurchmesser, der mindestens dem größten in der Extrusionsanlage zu fahrenden Rohrdurchmesser entspricht. Er ist gegenüber dem orstfesten Einlaufkopf 12 in Axialrichtung der Kalibrierhülse 10 verlagerbar. Dazu sind mindestens zwei Spindeleinheiten 14 vorgesehen, deren Gewindespindeln 14.1 über einen nicht dargestellten Motor und einen Zahnriemen 15 angetrieben werden. Der Auslasskopf 13 ist mit den Spindelnmuttern 14.2 verbunden. Je nach Antriebsrichtung der Gewindespindeln 14.1 bewegt sich der Auslasskopf 13 entweder vom Einlasskopf 12 weg bzw. auf diesen zu.
Zwischen dem Einlaufkopf 12 und dem Auslaufkopf 13 sind zwei Bänderlagen 16, 17 angeordnet, die sich nach Art eines Scherengitters kreuzen und an den Kreuzungspunkten gelenkig miteinander verbunden sind. Die beiden Bänderlagen 16, 17 bilden zusammen einen perforierten Hohlzylinder. Während an den Auslasskopf 13 nur die Bänder der Lage 16 gelenkig angeschlagen sind, sind an den Auslaufkopf 12 in noch näher zu beschreibender Weise beide Bänderlagen 16, 17 gelenkig befestigt. Der Durchmesser des durch die Bänderlagen 16, 17 gebildeten Hohlzylinders ist veränderbar, indem der Auslaufkopf 13 über die Spindeleinheiten 14 verstellt wird. Durch Verstellung des Auslaufkopfes 13 zum Einlaufkopf 12 hin wird der Durchmesser vergrößert, durch Verlagerung des Auslaufkopfes 13 vom Einlaufkopf 12 weg verringert sich der Durchmesser des Hohlzylinders. Je nach dessen Auszugsgrad ergibt sich am Übergang zum Auslasskopf 13 ein mehr oder weniger konischer Übergang 18. Ein derartiger konischer Übergang soll und wird am Einlasskopf 12 durch dessen, nachstehend näher beschriebene Ausführung vermieden.
Der Einlaufkopf 12 weist radial verstellbare Segmente 19, 20 auf, die in zwei Radialebenen 21 bzw. 22 angeordnet sind. Jeder Radialebene 21, 22 sind jeweils sechs Segmente 19 bzw. 20 zugeordnet. Die Segmente 19, 20 überlappen sich von Radialebene 21 zu Radialebene 22, wie aus 3 hervorgeht. Hier sind die Überlappungsbereiche mit dem Bezugszeichen 23 versehen. Die Segmente 19, 20 sind in den Grenzen einer inneren Kreislinie 24 und einer äußeren Kreislinie 25 (3) radial verstellbar. Dabei steht die innere Kreislinie 24 für den kleinsten zu kalibrierenden Durchmesser eines Rohres 6 und die äußere Kreislinie 25 für den größten Durchmesser eines zu kalibrierenden Rohres 6. Die Stirnseiten 45 der Segmente 19, 20 weisen einen Radius auf, der dem größten, herstellbaren Durchmesser eines Rohres 6 entspricht.
Die Segmente 19, 20 sind in einem Gehäuse 26 gelagert, das seitliche Führungen 27 (3) für die Segmente 19, 20 aufweist. Die Führungsschächte 28 der Segmente 19, 20 in dem Gehäuse 26 münden direkt in Wasserkammern 29, die über Zuleitungen 30 mit Druckwasser versorgt werden. Dabei ist jeweils einer Gruppe von drei Segmenten 19 bzw. 20 eine separate Wasserkammer 29 zugeordnet. Jedes Segment 19, 20 besitzt mindestens einen radialen Kanal 31, dessen äußeres Ende mit einer zugeordneten Wasserkammer 29 kommuniziert und dessen inneres Ende in einem tangentialen Verteilungskanal 32 mündet, von dem vier radiale Zweigkanale 33 abgehen, die ihrerseits in eine zum extrudierten Rohr 16 offene Nut 34 in der Stirnseite 45 jedes Segments 19, 20 münden. Dieses Kanalsystem 31, 32, 33 und 34 ist in jedem Segment 19, 20 doppelt vorhanden. In ihren Überlappungsbereichen 23 sind die Segmente 19, 20 auf ihren einander zugewandten Flächen mit radialen Nuten 35 versehen, deren äußeres Ende ebenfalls mit einer zugeordneten Wasserkammer 29 kommuniziert.
Die stufenlose, radiale Verstellung der Segmente 19, 20 erfolgt über einen Elektromotor 36, der an ein Getriebegehäuse 37 angeflanscht ist. Das Getriebegehäuse 37 seinerseits ist auf einer von zwölf Polygonalflächen 38 des Gehäuses 26 des Einlaufkopfes 12 befestigt (3). Jeder der zwölf Polygonalflächen 38 ist ein derartiger Getriebekasten 37 zugeordnet (in 3 sind die Getriebekästen 37 weggelassen worden), wobei nur einer der Getriebekästen 37 durch den Motor 36 direkt angetrieben wird. Der Antrieb der Getriebe der anderen Getriebekästen 37 erfolgt über miteinander kämmende Stirnräder 38, 39 und einen umlaufenden Zahnriemen 40, der die Stirnräder 39 der anderen Getriebekästen 37 antreibt. In jedem Getriebekasten 37 sitzen die Stirnräder 38 drehfest auf einer Gewindespindel 41, die in ein nicht dargestelltes Gewinde der Segmente 19, 20 eingedreht ist. Je nach Drehrichtung der angetriebenen Stirnräder 38 bewegen sich die Segmente 19, 20 entweder einwärts oder auswärts.
An die dem Auslasskopf 13 zugewandten Seiten der Segmente 19, 20 sind Haltewinkel 42 angeschraubt, die der gelenkigen Befestigung der Bänderlagen 16, 17 an den Segmenten 19, 20 dienen. Dazu sind die den Segmenten 19, 20 zugewandten Enden der inneren Bänderlage 16 mit einem Schweißbolzen 43 versehen, der durch Bohrungen in der äußeren Bänderlage 17 und dem Haltewinkel 42 hindurch gesteckt wird und mit einer Mutter 44 lose verschraubt wird. Die Haltewinkel 42 sind so an den Segmenten 19, 20 angeordnet, dass sich zwischen der inneren Bänderlage 16 und den Stirnseiten 45 der Segmente 19, 20 – wenn überhaupt – nur eine geringe radiale Stufe ergibt.
Die beschriebene Kalibrierhülse 10 ist über einen großen Durchmesserbereich stufenlos verstellbar und gestattet einen Dimensionswechsel der zu produzierenden Kunststoffrohre 6 bei laufender Produktion. Bei einer Durchmesseränderung erfolgt gleichzeitig ein Antrieb der Spindeleinheiten 14 und der Stirnräder 38 in den Getriebekästen 37, d. h., die Segmente 19, 20 und die Bänderlagen 16, 17 werden koordiniert und gleichzeitig verstellt. Dadurch ergibt sich am Einlaufkopf 12 immer ein im Wesentlichen mit dem Innendurchmesser des durch die Bänderlagen 16, 17 gebildeten Hohlzylinders identischer Innendurchmesser. Die Segmente 19, 20 liegen dabei dichtend auf der Oberfläche des extrudierten Rohres 6 auf und sorgen somit für eine sichere Abdichtung des im Vakuumtank 9 herrschenden Unterdrucks gegenüber der Umgebung. Das über die Wasserkammern 29 und die Kanäle 31 an die Stirnseiten 45 der Segmente 19, 20 zugeführte Druckwasser sorgt für eine intensive Kühlung des Einlaufkopfes 12 und die Ausbildung eines Schmierfilms zur Gleitkühlung des extrudierten Rohres 6 und verbessern die Abdichtung zum Vakuumtank 9. Dazu trägt auch das in den Nuten 35 der Segmente 19, 20 anstehende Druckwasser bei, indem es für eine Abdichtung zwischen den Segmenten 19 der Radialebene 21 und den Segmenten 20 der Radialebene 22 gegen Luftströmung sorgt. Der Durchsatz und der Wasserdruck und damit der durch das Wasser auf das extrudierte Rohr 6 ausgeübte Druck kann in Abhängigkeit vom Kunststoff, der Rohrdimension und des Unterdrucks im Vakuumtank 9 eingestellt werden. Dabei sorgen die vier Wasserkammern 29 für eine gezielte selektive Druckaufbringung.

Claims

Stufenlos einstellbare Kalibrierhülse für extrudierte Kunststoffrohre mit einem Einlaufkopf (12) und zwei Bänderlagen (16, 17), die sich nach Art eines Scherengitters kreuzen und an den Kreuzungspunkten gelenkig miteinander verbunden sind, wobei der Einlaufkopf (12) und die Bänderlagen (16, 17) auf den Rohrdurchmesser einstellbar sind, und der Einlaufkopf (12) in mindestens zwei Radialebenen (21, 22) angeordnete, auf den Umfang eines zu kalibrierenden Kunststoffrohres (6) verteilte, radial verstellbare Segmente (19, 20) aufweist, die sich von Radialebene (21) zu Radialebene (22) überlappen und in den Überlappungsbereichen (23) aneinander liegen, und wobei die Stirnseiten (45) der Segmente (19, 20) zur Anlage an das zu kalibrierende Kunststoffrohr (6) ausgebildet und die Bänderlagen (16, 17) bündig mit den Stirnseiten (45) gelenkig an den Segmenten (19, 20) befestigt sind.
Kalibrierhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stirnseite (45) der Segmente (19, 20) mindestens ein Druckwasserauslass (34) vorgesehen ist.
Kalibrierhülse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwasserauslass eine zum extrudierten Kunststoffrohr (6) hin offene Nut (34) ist, die über ein mit einer Druckwasserquelle in Verbindung stehendes Kanalsystem (31, 32, 33) der Segmente (19, 20) mit Wasser versorgt wird.
Kalibrierhülse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (19, 20) gruppenweise an die Druckwasserquelle angeschlossen sind.
Kalibrierhülse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (19, 20) auf ihren einander zuge wandten Seiten im Überlappungsbereich (23) druckwasserführende Nuten (35) aufweisen.
Kalibrierhülse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Segment (19, 20) zu seiner radialen Verstellung ein Getriebekasten (37) zugeordnet ist, und der Antrieb aller Getriebekästen (37) über einen Elektromotor (36) und einen umlaufenden Zahnriemen (40) erfolgt.
Kalibrierhülse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänderlagen (16, 17) über axial von den Segmenten (19, 20) abragende Haltewinkel (42) gelenkig mit den Segmenten (19, 20) verbunden sind, wobei sich die Bänderlagen (16, 17) bündig an die Stirnseiten (45) der Segmente (19, 20) anschließen.
Kalibrierhülse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Einlaufkopf (12) Ultraschallsensoren angeordnet sind, über die die Messung der Wanddicke des extrudierten Kunststoffrohres (6) erfolgt.