DE1928843A1 - Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von endlosen Kunststoff-Profilen und -Hohlkoerpern,wie Rohre od.dgl. - Google Patents

Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von endlosen Kunststoff-Profilen und -Hohlkoerpern,wie Rohre od.dgl.

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DE1928843A1 DE19691928843 DE1928843A DE1928843A1 DE 1928843 A1 DE1928843 A1 DE 1928843A1 DE 19691928843 DE19691928843 DE 19691928843 DE 1928843 A DE1928843 A DE 1928843A DE 1928843 A1 DE1928843 A1 DE 1928843A1
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Description

Dipl.« Ii>5 ^ *
5060/kr
Patent- ,und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
Josef-Helmut Danzer, 56 Wuppertal-Elberfeld, Annenstro 9
Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von endlosen Kunststoff-Profilen und -Hohlkörpern, wie Rohre oder dergleichen
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zum Herstellen von endlosen Kunststoff-Profilen und -Hohlkörpern, wie Rohre mit inneren statischen Versteifungselementen oder dergleichen, bei welchem das Profil fortlaufend durch Auspressen aus einer Düse geformt und nachfolgend aufgeweitert, in Längsrichtung verstreckt, kalibriert und durch Kühlen verfestigt wird, und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens·
Es sind Verfahren der oben bezeichneten Gattung bekannt, alt denen gepreßte Profile, insbesondere Hohlprofile, verfestigt werden. Diese bekannten Verfahren haben einmal den Nachteil, daß bei den Aufheizen der ProfHe9 welches dem Verstrecken voraufgeht, die Wärme durch Kontaktberührung übertragen wird. Dies erfordert bei rationeller fertigung eine sehr lange Wäraeübertragungsstreeke, womit eint sehr große fertigungilange beansprucht wird und sieh die Fertigung unübersichtlich gestaltet. Weiterhin kann da-
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bei die Steuerung nicht ganz kompakt und gleichmäßig erfolgen und schließlich tritt durch die Kontaktberührung längs der großen Übertragungsstrecke und des daraus resultierenden Eeibungsweges eine große mechanische axiale Beanspruchung des durchlaufenden Profils auf, die zum Abreißen des Profils führen kann. Das hat zu kostspieligen und schwierig beherrschbaren Fertigungseinrichtungen geführt· Außerdem hat sich in der Praxis herausgestellt, daß dafür nur bestimmte Thermoplaste, wie Polyäthylen verwendbar ijsnd. Bei Anwendung von PYC ist das Verfahren beispielsweise nicht mehr durchführbar, weil die erforderlichen Zugkräfte, die zur Überwindung des Reibungswiderstandes aufgebracht werden müssen, von der Materialfestigkeit her nicht mehr aufgenommen werden können· Ein weiterer Kachteil der bekannten Verfahren ist dadurch gegeben, daß insbesondere bei Hohlprofilen das Ausgangeprofil im kleinen Querschnitt und daher mit der erforderlichen dicken Wandstärke hergestellt wird, um dann nach der Aufwärmung durch eine eich vergrößernde Kalibrierkaomer auf den gewünschten Durchmesser aufgeweitet und reretreckt wird· Sie bei diesen Verfahren «reorder Ii ehe dicke Ausgangsvandetärke hat aber den Kachteil einer bedeutend langer dauernden Kontaktwärmeübertragung sur endgültigen Durchwärmung bie in dft· Innere de· Werk-
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stoffes. Außerdem sind, durch, den kleinen Ausgangsquerschnitt bedingt, durch die kleine Kalibrierungsabmessung verhältnismäßig geringe Kilo-Stunden-Leistungen erreichbar. Weiterhin besitzt dann das vertreckte Molekulargefüge nur eine normale Dichte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren mit geeigneten Vorrichtungen zu schaffen, welches diese Nachteile nicht aufweist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst öjwrden, daß das Profil aus der Düse mit zunächst erheblich größerem Querschnittsumfang gepreßt, kalibriert, vorgestreckt und abgekühlt wird, daß das Profil nachfolgend in seinem gesamten Materialgefüge erneut aufgeheizt wird und in diesem Zustand durch beschleunigten Axialzug auf den gewünschten kleineren Querschnittsumfang verstreckt wird und mit diesem Querschnittsumfang vorzugsweise auf einem Innenkalibrierdorn abgekühlt und dabei vorzugsweise unter Aufschrumpfung auf den Innenkalibrierdorn nach-verfestigt wird.
Bei dieser neuen Bearbeitungsweise wird das Kunststoff-Profil auf wirtschaftliche Weise mit einer großen Produktionsgeschwindigkeit und mit einer weniger Raum beanspruchenden Fertigungsstraße nachverfestigt. Dabei wird die Produktionsgeschwindigkeit durch den Umstand begün-
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stigt, daß das Profil aus der Spritzdüse des Extruders mit zunächst großem Durchmesser austritt und somit pro Längeneinheit viel Material angeliefert wird, das im Verhältnis zum Profilendmaß eine große Oberfläche und dünne Wandstärke aufweist, wodurch eine wesentlich schnellere Durchwärmung der Masse erzielt wird, und daher vor dem Nachverstrecken schnell wieder aufgeheizt werden kann. Durch das Aufschrumpfen auf einen Innenkai ibrierdorn wird neben der zusätzlichen Verfestigung gleichmäßige Maßhaltigkeit erzielt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Aufheizung mittels Hochfrequenz erfolgen, wobei der ganze Materialquerschnitt in seinem Gesamtgefüge gleichmäßig und schnell erwärmt wird.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist ) zusätzlich innen im Profil eine Strahlungsheizeinrichtung angeordnet, die einen minimalen Außendurchmesser aufweist. Durch diese zusätzliche Innenaufheizung ist eine weitere Beschleunigung der Arbeitsgeschwindigkeit möglich.
Bei Verwendung einer Hochfrequenz-Heizeinrichtung kann im Inneren des Profils ein durch das Dielektrikum aufheizbarer Zylinder angeordnet sein f der die sich bildende Wärme vorzugsweise durch Strahlung an die Innenwand des Profils abgibt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Pig. 1 ein schematisches und teilweise als Schnittansicht gezeigtes Bild des kontinuierlichen Profil-Bearbeitungsverfahrens,
Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch den
Profil-Aufschrumpfabschnitt mit einem Innenkalibrierdorn,
Fig. 3 eine Heizeinrichtung zum Wiederaufheizen des Profils,
Fig. 4 eine andere Heizeinrichtung zum Wiederaufheizen des Profils und
Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Spritzkopf des Extruders·
Mit 1 ist der Extruder bezeichnet, aus dessen Spritzkopf 2 das vergrößerte beim Ausführungsbeispiel rohrförmige-Kunststoff-Profil 3 austritt. Mit 4 ist eine Außenkalibriereinrichtung und mit 5 eine Kühleinrichtung bezeichnet. Das Profil 3 wird zunächst von einem Raupenabzug 6 befördert.
Hinter dem Eaupenabzug wird das Profil durch eine Hochfrequenz-Aufheizeinrichtung 7 hindurchgeführt, die in
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Fig· 3 schematisch und vergrößert dargestellt ist· Die Heizeinrichtung 7 hat zwei Metallelektroden 8a und 3b, die als schraubenförmige Zylinderacbschnitte so ausgebildet sind, daß der Elektroden-Zwischenraum 8c sich über mindestens eine Umdrehung erstreckt· Die Metailelektroden sind koaxial zur Achse des Kunststoffrohres
P drehbar angeordnet und dazu antriebsmäßig mit einem Motor 9 verbunden· Nach dem Aufheizen des Profils durch die Heizeinrichtung 7 wird das Profil durch einen Ver— Streckvorgang eingeschnüt|r, wozu das erwärmte und damit plastisch verformbare Kunststoffrohr mit Hilfe eines zweiten schneller laufenden Eaupenabzuges 10 von dem großen Profildurchmesser auf einen vorherbestimmten kleinen Profildurchmesser reduziert wird· Der vorher bestimmte Durchmesser wird durch einen Innenkalibrierdorn
) 11 bestimmt, der in Pig· 2 in vergrößerter Längsschnittdarstellung gezeigt ist. Der Innenkalibrierdorn ist hohl ausgebildet und wird über den Spritzkopf 2 durch ein ^^ axial zugeführtes Kühlmedium gekühlt, wodurch dem Pro- /
fil in diesem Zustand so viel Wärme entzogen wird, daß das verstreckte Profil durch radiale Auf schrumpfung nachverdichtet wird und dabei in Maß und Formgebung entsprechend den Abmessungen des Innenkalibrierdorns eingefrören wird, so daß damit gleichzeitig der Verstreckungs-
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vorgang tint erbrochen wird. Wie lig· 5 zeigt, sind die Kühlmittel-Zuführ- und Abflußleitungen radial in den Spritzkopf eingeführt und im Spritzkopf axial umgelenkt, wobei die Kühlmittelleitungen gegenüber dem Spritzkopf mit Einlagen 23, 24- wärmeisoliert und elektrisch isoliert sind. Zur Unterstützung des Einfriervorganges befindet sich außerhalb des Profils eine nachgeschaltete -Kühleinrichtung 12, vorzugsweise mit Kühl bad. Die Kühleinrichtung ist in Axialrichtung des Profils verschiebbar, so daß einem bestimmten Wirkungsbereich, ungefähr im Bereich des Innenkalibrierdornes 11, der absolute Einfrierpunkt axial verlagert werden kann·
Nach dem zweiten Raupenabzug 10 ist eine Oberflächen-Schmelzeinrichtung 13a angeordnet, die das Kunststoffrohr außen an der äußersten Oberfläche zwecks Oberflächenvergütung kurzzeitig aufschmilzt. Beim Ausführungsbeispiel ist außerdem am Ende des Innenkalibrierdorns 11 eine innere Oberflächen-Schmelzeinrichtung 13b angeordnet, welche die Innenfläche des Profils aufschmilzt.
Durch die Schmelzeinrichtungen 13a, 13b werden die Oberflächen des Profils optisch verändert und werden durch den Schmelzvorgang die axial nebeneinander gelagerten Makromoleküle elastisch querverbunden, womit zusätzlich
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eine Querstabilisierung erreicht wird«.
Mit 14 ist ein weiterer Raupenabzug bezeichnet, der das Profil durch ein Aufheizbad 15 und ein Kühlbad 16 hindurchzieht, wobei das Profil auf Streckung beansprucht wird. Bas derart unter axialmechanischer Spannung stehende Profil wird dabei während des kontinuierlichen Laufes auf zum Beispiel bei PYC "70 - 90° bei Polypropylen 100 - 120° C aufgeheizt, wodurch sich aufgrund der Aufheizung die Makromoleküle einlagern können, bis in der Kühleinrichtung 16 das Profil unter der noch vorhandenen Zugbeanspruchung wieder abgekühlt und eingefroren wird. Dadurch ist das Profil bei späterer Wärmebelastung spannungsmäßig neutralisiert also thermostabilisiert. Mit 17 ist eine am Ende des kontinuierlichen Fertigungsvorganges angeordnete AbäiLngeeinrichtung bezeichnet·
Fig. 4 zeigt eine im Hohlraum des Profils liegende Strahlungsheizeinrichtung 18, die im Aufheizbereich der außen liegenden Hochfrequenz-Heizeinrichtung 7 oder einer Strahlungsheizeinrichtung angeordnet ist, beispielsweise auf die zum Innenkalibrier-dorn 11 führende äußere Kühlmittelleitung aufgeschoben ist. Die Strahlungsheizeinrichtung 18 ist als elektrische Widerstandheizung ausgebildet. Die Heizeinrichtung besteht aus einem Rohr 19 mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser aus starkwandi-
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gem hochohmigen und hoch. Mtzebestandigem Chromnickelstahl, welches in dem gewünschten Heizbereich um ein mehrfaches dünnwandiger ausgeführt ist, wodurch der dort weit höhere elektrische Widerstand bei Stromdurchfluß an dieser Stelle Abstrahlhitze zur Aufwärmung des Profils erzeugt. Mit 20 ist ein koaxiales Leitungsrohr aus beispielsweise Kupfer bezeichnet, das als eläctrische Rückleitung und gleichzeitig als Leitungsrohr für das Kühlmedium dient, das zum nachgeordneten Innenkalibrierdorn geleitet wird. 21 ist eine elektrische und mechanische Verbindung und 22 ist eine elektrische und thermische Isolierung.
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Claims (1)

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    Ansprüche:
    M. Werfahren zum Herstellen von endlosen Kunststoff-Profilen und -Hohlkörpern, wie Rohre mit inneren statischen Yersteifungselementen oder dergleichen, "bei welchem das Profil fortlaufend durch Auspressen aus einer
    W Düse geformt und nachfolgend aufgeweitert, in Längsrichtung verstreckt, kalibriert und durch Kühlen verfestigt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Profil aus der Düse mit zunächst erheblich größerem Querschnittsumfang gepreßt, kalibriert, gestreckt und abgekühlt wird, daß das große Profil nachfolgend in seinem gesamten Materialgefüge erneut aufgeheizt wird und in diesem Zustand durch beschleunigten Axialzug auf
    t den gewünschten kleineren Querschnittsumf ang verstreckt wird und mit diesem Querschnittsumf ang vorzugsweise auf einem Innenkalibrierdorn abgekühlt und dabei unter Nachverfestigung vorzugsweise auf den Innendornmesser aufgeschrumpft und nachfolgend in diesem Zustand durch eine Kühlzone eingefroren wird.
    2± Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil vorzugsweise nach der Querschnittsverringerung innen und/oder außen an der äußersten Ober-
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    fläche kurzzeitig aufgeschmolzen wirdo
    3» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil abschließend auf die für die spätere Anwendung zulässige Höchsttemperatur aufgeheizt und nachfolgend unter mechi^aischer Axialspannung kontinuierlich abgekühlt wird·
    4-. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Materialgefüge vor dem Verstrecken auf den kleineren Querschnitt sinnfang mittels Hochfrequenz aufgeheizt wird.
    5» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Thermoplasten mit kleinen Dielektrizitätskonstanten bzw. kleinen Verlustwinkeln, beispielsweise Polypropylen oder Polyäthylen, das Materialgefüge vor dem Verstrecken mittels berührungsloser Wärmeübertragung, wie Infrarotstrahlung, Ultraschall ο.dgl·, von innen und/oder außen aufgehet wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil im Bereich des Verstreckens auf den
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    klexneren Querschnittsumfang, durch eine Kühleinrichtung geführt wird, die axial zum Profil verschiebbar ist.
    7> Heizeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung eines hochfrequenten dielektrischen Feldes w zwei oder mehrere vorzugsweise gekühlte Metallelektroden hat, die um das durchlaufende Kunststoff-Profil drehbar gelagert sind.
    8^ Heizeinrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Me tall elektroden axial und zueinander radial verstellbar für alle Durchmesser sind.
    °/, Heizeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalleiektroden in Axialrichtung als schraubenförmige Zylinderabschnitte ausgebildet sind, und daß sich der durch den Elektrodenabstand gebildete Luftspalt über mindestens eine Umdrehung erstreckt.
    ^«Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 "bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz-Aufheizeinrichtung durch axial verlaufende koaxial angeordnete zylinderische Elektroden, die im Querschnitt dem Jeweiligen Thermo-
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    plast-Querschnitt angepaßt sind, vorgenommen ist, wo bei eine Elektrode innen durch das Kühlrohr gehalten ist und die andere Elektrode koaxial außerhalb des Thermoplast-Profil-Rohres angeordnet ist.
    11. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Herstellung eines Hohlprofils im Profil und koaxial zu den Hochfrequenzelektroden ein durch das hochfrequente Dielektrikum aufheizbarer Axialzylinder angeordnet ist, der die aufgenommene Wärme an die Innenwand des Profils abgibt.
    12. Heizeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens, nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Erzeugung von Strahlungswärme außen einen Infrarot-Strahlungszylinder aufweist, und daß eine innerhalb des Kunststoff-Profils koaxial liegende und der Profilform angepaßte Oberflächenwiderstandsheizung vorgesehen ist.
    13· Heizeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenwiderstandsheizung einen Chrom-Nickelstahl-Widerstandskörper aufweist, der in dem vorgesehenen Heizbereich so dünnwandig gestaltet ist, daß der dünne Querschnitt durch den hohen Widerstand erhitzbar
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    14» Innenkalibrierdorn zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Innenkühlung mit im Profil verlaufender Kühlmittelförderleitung aufweist, und daß die Kühlmittelförderleitung aus einem Werkstoff mit sehr geringem dielektrischem Verlustwinkel, vorzugsweise Quarz, besteht.
    15· Innenkalibrierdorn zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Kühlmediums für die Innenkühlung von
    außen in das Zentrum des Spritzkopfes (2) hineingeführt
    und von dort axial herausgeführt ist, und daß die Rohrleitungen im Spritzkopf elektrisch und thermisch isoliert sind.
    ■o — . — ο— ο — ο
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