DE2748164C2 - Vorrichtung zur Herstellung eines Rohres aus einem thermoplastischen Kunststoff mittels Extrusion - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kopfteil (26, _ ^

64) am Dom (9, 59) eine heize irichtung (13, 72) 35 daß zur Bildung einer Innenhaüt"am Rohr der Endbevorhanden ist. reich des Doms von einem gesonderten Kopfteil gebil-

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfteil (26, 64) und der übrige Teil des Doms (9,59) relativ zueinander drehbar angeordnet sind. 40 ordnet ist

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, Auf diese Weise schließt sich der Innenkühlbereich dadurch gekennzeichnet daß die Kühllänge des

Kopfteils (26, 64) größer als ein Viertel und kleiner als das Vierfache der Wanddicke des Rohres (15) ist. det ist das den werkzeugseitigen Abschluß des Innenkühlbereichs bildet und daß zwischen dem Kopfteil und dem übrigen Teil des Dorns eine Wärmesperre angeunmittelbar an das Formwerkzeug an, wobei das Kühlmittel das Dorn-Kopfteil auf eine solche Temperatur abkühlt daß das Rohr noch innerhalb des Formwerkzeugs, wo das Kunststoffmaterial vom Extrusionsdruck gefördert wird, eine erstarrte Innenhaut erhält, die anschließend keine Schädigungen mehr erhält. Durch die Wärmesperre ist es sichergestellt daß keine den Materialfloß störende Kühlung des übrigen Teils des Doms

50 sintritt Ein weiterer Vorteil besteht dann, daß mit erheblicher größerer Extrusionsgeschwindigkeit gefahren werden kann. Auch kann man innerhalb des Formwerkzeugs mit höheren Temperaturen als üblich arbeiten.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Rohres aus einem thermoplastischen Kunststoff mittels Extrusion, mit einem Formwerkzeug, das einen innen von einem Dorn begrenzten Ringkanal für

den Durchtritt des Kunststoffes enthält, wobei in Extru- 55 wenn man die Wärmesperre entsprechend anpaßt dasionsrichtung gesehen hinter der Austrittsmündung des mit die Bildung der Innenhaut im Bereich des Dom-Ringkanals ein an beiden Enden abgeschlossener und
außen von der Rohrinnenseite begrenzter Innenkühlbereich, dessen Kühlmittel-Zufuhrleitung durch den Dorn
verläuft, sowie ein außen am Rohr anliegender gekühl- 60
ter Kalibriermantel vorhanden sind.

Bei einer aus der gattungsgemäßen DE-QS 25 06 517 * · bekannten Vorrichtung beginnt der innenkühlbereich

— ebenso wie der äußere Kalibriermantel — mit Ab- _{β a}

stand zum Formwerkzeug. Das aus dem Formwerkzeug 65 Materialersparnis, sondern auch eine schnellere Rohraustretende extrudierte Rohr gelangt frei durch die Um- herstellung mit sich bringt.

gebungsatmosphäre zu einem den werkzeugssitigen Aus der DE-OS 24 56 386 ist es zwar bekannt, daß der

Albschluß des Innenkühlbereichs bildenden Dichtele- Dorn einen unmittelbar anschließenden Innenkühlbe-

Kopfteils sichergestellt ist. Da der Innenkühlbereich unmittelbar an das Formwerszeug anschließt baut die erfindungsgemäße Vorrichtung auch kürzer.

Bei alledem wird der Vorteil beibehalten, daß im Röhrmaterial an der Röhrinnenseite keine Zugspannungen, sondern Druckspannungen entstehen, so daß ein. auf einen bestimmten Innendruck ausgelegtes Rohr verhältnismäßig dünnwandig sein kann, Was nicht nur eine

reich begrenzen kann. Eine gezielte Lnnenhautbildung am Rohr innerhalb des Formwerkzeugs ist jedoch nicht vorgesehen und tritt auch nicht unabsichtlich auf, da der hier durchgehend einstückige Dorn von dem im bekannten Falle eingedüsten Kältegas nur stirnseitig gekühlt wird. Eine stärkere Kühlung hätte im übrigen ein unkontrolliertes und den Materialfiuß im Formwerkzeug störendes Abkühlen des Doms zur Folge.

Zweckmäßig erweise ist die Wärmesperre von einem gesonderten Isolierring gebildet. Auf diese Weise kann man das Material des Kopfteils dem gewünschten Kühleffekt entsprechend und das Material des Isolierrings der erforderlichen Wärmeisolation entsprechend unabhängig voneinander wählen.

Alternativ hierzu kann die Wärmesperre durch eine Querschnittsverjüngung eines zylindrischen Bereichs des Kopfteils gebildet sein.

Vorteilhaft ist des weiteren, daß vor dem Kopfteil am Dom eine Heizeinrichtung vorhanden ist. Mittels einer solchen Heizeinrichtung kann ein trotz der Wärmesperre zum gekühlten Kopfteil hin gegebenenfalls auftretender Wärmeverlust ausgeglichen werden.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme besteht darin, daß das Kopfteil und der übrige Teil des Dorns relativ zueinander drehbar geordnet sind. Auf diese Weise kann man bei drehendem Dorn mit feststehenden Kopfteil oder bei stehendem Dorn mit rotierendem Kopfteil arbeitet Ein rotierender Dorn kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn in dem Kunststoffmaterial Verstärkungsfasern enthalten sind.

Schließlich hat die Praxis gezeigt, daß es vorteilhaft sein kann, daß die Kühllänge des Kopfteils größer als ein Viertel und kleiner als das Vierfache der Wanddicke des Rohres ist

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den Längsschnitt einer Extrusionsvorrichtung in schematischer Darstellung und

F i g. 2 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung ebenfalls im \ängsschnilt.

Der Pumpenteil 1 der in F i g. 1 dargestellten Extrusionsvorrichtung enthält einen scheibenförmigen Pumpenkörper 2, der mittels einer Achse 3 drehbar gelagert ist und dessen Antrieb auf eine beliebige bekannte Weise erfolgen kann, z. B. mit Hilfe einer Keilriemenscheibe 4 und eines angetriebenen Keilriemens 5.

Dem Pumpenteil 1 schließt sich ein Formwerkzeug 6 an. Dieses enthält einen Ringkanal 7, der außen von einer Außenwand 8 und innen von einem Dorn 9 begrenzt wird und mit derr. Pumpenraum 10 des Pumpenteils 1. in dem die Flügel 11 des Pumpenkörpers 2 rotieren, verbunden ist Die Außenwand 8 und der Dorn 9 halten den Ringkanal 7 mit Hilfe von Heizelementen 12 bzw. 13 auf der gewünschten Temperatur. An die Außenwand 8 schließ/ sich ein Kalibriermantel 14 für die Kalibrierung des Außendurchmessers des herzustellenden Rohres 15 an. Um den Kalibriermantel 14 herum sind Wassermäntel 16 angeordnet Der Kalibriermantel 14 ist ferner mit Bohrungen 17 versehen, die dazu dienen, daß beim Anlaufen des Extrusionsprozesses die ersten Längen des sich formenden Rohres 15 zur guten Führung an den Kalibriermantel 14 angesaugt werden können, indem in den Bohrungen 17 Unterdruck erzeugt wird. In Extrusionsrichtung stromabwärts gesehen, kann sich an den Wassermantel 16 ein unabhängig von diesem verwendbarer weiterer Wassermantel 18 anschließen, bei dem das Rohr 15 als Behälterwand dient

Beim Ausführungsbeispiel bildet der Dorn 9 ein festes Ganzes mit dem scheibenförmigen Pumpenkörper 2, so daß er sich mit diesem dreht Die von der Achse 3, dem scheibenförmigen Pumpenkörper 2 und dem Dorn 9 gebildete Einheit ist mit einer zentralen Bohrung 40 versehen, durch die zv/ei zueinander konzentrische Leitungen 20 und 21 eintreten, die jeweils einen Anschlußstuteen 22 bzw. 23 aufweisen. Die Leitung 20 verläuft konzentrisch im Dorn 9, wobei dazwischen ein Isoliermaterial 25 enthaltender Ringraum 24 vorhanden ist

Stromabwärts setzt sich die Leitung 20 bis zum Endbereich des Dorns 9 fort, wo sie an einem den Endbereich des Dorns bildenden Kopfteil 26 befestigt ist Das Kopfteil 26 ist mit dem übrigen Teil des Dorns über einen Isolierring 27 verbunden, der außerdem als Zentrierung für das Kopfteil 26 dienen kann. Das Material des Jisolierrings 27 wird so gewählt, daß es bei Temperaturen von ungefähr 220° C seine Steifigkeit oder seine Tragfähigkeit beibehält Außerdem muß es wegen des sich drehenden Dorns 9 gute Gleiteigenschaften aufweisen, dem passierenden Kunststoffrohr wenig Widerstand bieten und schließlich maßgenau bvarbeitbar sein. Geeignete Materialien, die diese Erfordernisse erfüllen, sind bekannt

Die Leitung 21 erstreckt sich in Extrusionsrichtung gesehen etwa bis zum Ende der Wassermäntel 16,18. Im Endbereich der Leitung 21 sind Bohrungen 28 angebracht An ihrem Ende ist die Leitung 21 mit einem Dichtungen aufweisenden Kolben 39 verbunden, der den Innenraum des Rohres 15 abschließt

Beim Betrieb gelangt pulverförmiges oder körniges Kunststoffmaterial in den Pumpenraum 10 und wird dort durch nicht dargestellte Erhitzungsmittel in flüssigen Zustand gebracht Der scheibenförmige Pumpenkörper 2 pumpt dieses Kunststoffmaterial in den erhitzten Ringraum 7, wo die flüssige Masse, auf die richtige Temperatur gebracht, die Rohrform annimmt und das Dornende, d. h. das Kopfteil 26, erreicht, an dem der Dorn verlassen wird.

Über den Anschlußstutzen 23 wird in die Leitung 21 Kühlwasser eingelassen, das durch die Öffnungen 28 in einen Innenkühlbereich 30 fließt, der durch die Wand des Rohres 15, das Kopfteil 26 des Dorns 9 und den Kolben 29 begrenzt Der Abstand zwischen eiern Kopfteil 26 und dem Kolben 29 ist so groß, daß das Rohr 15 bei Erreichen des Kolbens 29 bereits genügend ausgehärtet ist, um ohne Verformung einen Raupenabzug passieren zu können.

Das in dem Innenkühlbereich 30 befindliche Wasser strömt gegen das Kopfteil 26 und kühlt dieses auf eine Temperatur ab, bei der der verarbeitete Kunststoff zumindest nahezu fest ist Hierdurch erhält das Rohr vcr dem Verlassen des Kopfteils an der Innseneite eine feste hinennaut, die dünn sein kann. Unmittelbar nach dem Austritt aus dem Ringraum 7 kommt das Rohr mit dem durch den Innenkühlraum 10 fließenden Kühlwasser in Berührung, so daß hier eine äußerst intensive Abkühlung des Rohres 15 von innen her erfolgt. Hinzu kommt, vorzugsweise ein venig stromabwärts, die äußere Abkühlung durch den Kalibriermantel 14 mit dem Wassermäntel 16. Die von der .Innenseite und der Außenseite des Rohres her erstarrenden Schichten begegnen einander etwa in halber Dicke der Rohrwand. Gegenüber einer nur von einer Seite her erfolgenden Abkühlung wird die Kühlzeit auf «in Viertel reduziert.

Das aus den öffnungen 28 in den Innenkühlbereich 30 geflossene Kühlwasser wird über den zwischen den beiden Leitungen 20, 21 befindlichen ringförmigen Raum

19 und den Anschlußstutzen 22 abgeleitet, so daß im Gegenstrom Wärme ausgetauscht wird. Der Druck des Kühlwassers wird so gewählt, daß das erstarrende Rohr 15 derart gegen den Kalibriermantel 14 gedrückt wird, daß der gewünschte Außendurchmesser des fertigen Rohres exakt erhalten wird.

Durch die Abkühlung der Rohrwand von innen her ergeben sich beim fertigen Rohr im Bereich der Innenseite Druckspannungen. Dies hat für ein Rohr, das ein unter Druck stehendes Medium transportieren soll, zur Folge, daß die Wanddicke verhältnismäßig dünn sein kann. Außerdem machen Druckspannungen in dem Gebiet der mit dem transportierten Medium in Berührung kommenden Innenwand das Rohrmaterial weniger empfindlich für Spannungskorrosion. is

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Kopfteil 26 des Doms 29 mittels einer Leitung

20 stillgehalten, was in manchen Fällen zweckmäßig sein kann, in anderen Fäilen kann es günstiger sein, daß das Kopfteil 26 rotationsfest am Dorn 9 sitzt. Es versteht sich, daß in diesem Falle die Leitung 20 drehbar mil dem Anschluß 23 gekuppelt sein muß.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2, bei dem der geschmolzene Kunststoff durch einen Extruder bekannter Bauweise gefördert wird, steht der Dorn still. Die Schmelze wird über einen Kanal 51 in einem Anschlußstück 50 zugeführt und über einen Vorverteiler 52 in die schneckenförmigen Kanäle 54 eines Wendelverteilers 53 geleitet. In einem solchen Verteiler wird die Schmelze über die in Extrusionsrichtung flacher werdenden Schneckeng j nge 55 der Kanäle allmählich auf den gesamten Umfang verteilt, und zwar dergestalt, daß in dem Ringspalt 57 zwischen dem Gehäuse 56 und dem glatten Ende 73 des Verteilers 53 ein homogenes Extrudat vorhanden ist, dessen mittlere Strömungsgeschwindigkeit in Extrusionsrichtung an jeder Umfangsstelle des Spaltes 57 gleich ist.

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sich das eigentliche Formwerkzeug, das aus einem Gehäuse 58 und einem Dorn 59 besteht. Das Kunststoffmaterial gelangt aus dem Ringspalt 57 über einen Übergangskanal 60 zum austrittsseitigen Ringkanal 61, der im wesentlichen von der zylindrischen Gehäuse-Innenwand 62 und der hierzu konzentrischen Dorn-Außenwand 63 begrenzt wird. Der Endbereich des Doms wird wiederum von einem Kopfteil 64 gebildet, das an der Kühlmittel-Abflußleitung 65 befestigt ist, die ihrerseits durch eine Mutter 66 über einige Tellerfedern 67 an dem Endstück 68 des Verteilers 52, 53 festgeschraubt wird. Auf diese Weise kann die durch Temperaturunter- so schiede verursachte relative Länger.verär.derur.g der Leitung 65 gegenüber der Kerneinheit 52,53,59 durch die Tellerfedern 67 aufgefangen werden. Das Kopfteil 64 schließt sich mittels eines Profilrandes 69 dem übrigen Teil des Doms 59 an, der zu diesem Zwecke mit einem entsprechenden Profilrand 70 versehen ist

Um die Wärmeübertragung zwischen dem Kopfteil 64 und dem übrigen Teil des Dorns 59 zu verkleinern, ist in diesem Falle das Kopfteil mit einer Verjüngung 71 im zylindrischen Bereich versehen, wodurch der für die Wärmeleitung verfügbare Querschnitt klein gehalten wird. Das Kopfteil 64 besteht aus einem die Wärme verhältnismäßig schlecht leitenden Material, z. B. aus 37% Nickelstahl Der Dorn 59 ist mit einem Heizdraht 72 versehen, dessen Kapazität so gewählt wird, daß er die Wärmeabgabe über die Verjüngung 7i genau kompensieren kann.

Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Möglichkeit, das Kopfteil 64 drehbar gegenüber dem übrigen Teil des Dorns auszuführen. Um die axiale Komponente des Reibungsvektors zwischen dem Kopfteil 64 und der bereits erhärteten Innenhaut des Rohres zu verkleinern, ist es nützlich, daß das Kopfteil 64 rotiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung eines Rohres aus einem thermoplastischen Kunststoff mittels Extrusion, mit einem Formwerkzeug, das einen innen von einem Dorn begrenzten Ringkanal für den Durchtritt des Kunststoffs, enthält, wobei in Extrusionsrichtung gesehen hinter der Austrittsmündung des ment, über das das Rohr gezogen wird. An der Stelle dieses Dichtelementes befindet sich das Rohr vor allem an seiner Innenseite — zwischen dem Formwerkzeug und dem Dichtelement umschließt das Rohr ein stehendes und deshalb heißes Luftvoiumen — noch in plastischem Zustand, so daß beim Gleiten über das Dichtelement die Gefahr einer Schädigung der Rohrinnenseite besteht Femer entsteht beim Aufgleiten des Rohres auf das Dichtelement ein Abrieb, der sich in dem abge-

Ringkanals ein an beiden Enden abgeschlossener to schlossenen Luftvolumen sammelt. Da dieser sozusagen und außen von der Rohrinnenseite begrenzter In- klebrige Abrieb an dem vorbeigleitenden Rohr haftet, nenkühlbereich, dessen Kühlmittel-Zufuhrleitung
durch den Dorn verläuft, sowie ein außen am Rohr

bringt er eine weitere Schädigung der Rohrinnenseite mit sich. Um den Abrieb zu entfernen, muß der Betrieb der Vorrichtung unterbrochen werden. Des weiteren gelangt die noch plastische Rohrinnenseite im Innenkühlbereich in unmittelbaren Kontakt mit dem Kühlmittel, was eine Verformung der Innenseite des Rohres zur Folge hat

Auch kann aufgrund der hohen Temperaturen in dem

den werkzeugseitigen Abschluß des Innenkühl- 20 Luftvolumen zwischen Formwerkzeug und Dichtelebereichs ßO) bildet, und ment eine ebenfalls die Qualität der Rohrinnenseite

anliegender gekühlter Kalibriermantel vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet,

— daß zur Bildung einer Innenhaut am Rohr (15) der Endbereich des Doms (9, 59) von einem gesonderten Kopfteil (26, 64) gebildet ist, das

daß zwischen dem Kopfteil (26, 64) und dem übrigen Teil des Doms (9,59) eine Wärmesperre (27,71) angeordnet ist

schädigende Oxidation des Rohrmaterials auftreten.

Schließlich ist noch nachteilig, daß es wegen des freien Austritts des Extrudats aus dem Formwerkzeug zwisehen diesem und dem Dichtelement zu einem sogenannten Schmelzbruch, d. h. zu einem sich wellenähnlich verändernden Wandcfikenverlauf kommen kann. Um dies zu vermeiden, muß mit einer entsprechend niedrigen Extrusionsgeschwindigkeit gefahren werden.

Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe man ein Rohr mit möglichst einwandfreier Innenseite erhält Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Wärmesperre bus einem gesonderten Isolierring (27) gebildet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesperre durch eine Querschnittsverjünf;ung(71) eines zylindrischen Bereichs des Kopfteils (t»4) gebildet ist

4. Vorrichtung nach e/iem di. Ansprüche 1 bis 3,