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Vorrichtung zum Formen einer Plastikrohr-
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leitung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung
eines Plastikschlauches und eignet sich besonders dazu, Plastikschläuche oder -rohre
von komplizierterer Gestalt herzustellen.
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Da ein als Luftleitung für eine Belüftungs- oder Kühlungseinrichtung
verwendeter Schlauch üblicherweise so geführt werden muß, daß er verschiedenen Verbiegungen
unterworfen wird, wird bisher dafür ein Gummischlauch eingesetzt, der sich gut deformieren
und biegen läßt. Wenn das für den Schlauch verwendete Material zu wenig flexibel
ist, dann müssen verschiedenste Schlauchverbindungselemente #hergestellt werden,
um das Leitungssystem fertigstellen zu können.
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Wenngleich ein Gummi schlauch sich mit seinen guten Eigenschaften
und aufgrund einfacher Handhabung verwenden läßt, verhindern seine überaus hohen
Herstellungskosten und die Schwierigkeit, eine Leitung von komplizierter Gestalt
zu bilden, seine weite Verbreitung. Unter diesen Umständen wurde neuerdings dem
weniger teuren Thermoplastikharz, wie Polyäthylen oder Polypropylen und dgl. als
Ausweichmaterial Beachtung geschenkt. Wenn thermoplastisches Harz verwendet wird,
sind aber immer noch Nachteile zu beachten, die hauptsächlich in der Schwierigkeit
bestehen, eine Plastikschlauchleitung von komplizierter Gestalt mit Hilfe herkömmlicher
Technologie zu formen. So muß z. B. eine Anzahl von Plastikrohrleitungen unterschiedlicher
Größe und verschiedener Formen zusammen mit zahlreichen Verbindungselementteilen,
wie
Rohrkrümmern und dgl. hergestellt werden.
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Es benötigt sehr viel Zeit, diese Leitungsteile und Verbindungselemente
zusammenzufügen, um das gewünschte Rohrleitungssystem herzustellen. Häufig ergeben
sich auch an den Verbindungsstellen kleine Zwischenräume oder Lücken, so daß dort
das Strömungsmedium austreten kann.
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Die herkömmliche Technik bei der Herstellung eines Rohrbogens soll
anhand der Figuren 1 bis 3 der Zeichnung kurz erläutert werden. Ein Rohling 13 in
Form eines Rohres wird ontinuierlich aus einer Düse 14 vertikal abwärts extrudiert,
d. h. in Richtung der Schwerkraft, und zwar in einer Stellung, wo sich vertikale
Formhälften 12a und 12b befinden, in deren Oberflächen nutartige Vertiefungen 11a
und 11b eingraviert sind.
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Diese nutartigen Vertiefungen 11a und 11b haben einen halbkreisförmigen
Querschnitt, so daß, wenn die Formhälften 12a und 12b gegeneinander gerückt sind,
darin ein Formhohlraum in Gestalt eines Rohrkrümmers gebildet ist. Die Formhälften
12a und 12b werden unter Druck miteinander in Berührung gebracht, woraufhin dann
Luft in den Rohling eingeblasen wird.
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Nach dem Abkühlen hat sich ein Rohrkrümmer ausgebildet, dessen Gestalt
mit der Form der in die Formhälften eingravierten Nutvertiefungen übereinstimmt.
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Bei dieser herkömmlichen Technik ist die Länge der Teile begrenzt,
denn der Rohling 13 hängt von der Düse 14 zwischen den vertikal angeordneten Formhälften
herab, und außerdem ist es praktisch unmöglich, die Wanddicke zu steuern. Wenn der
Rohling 13 zu lang wird, dann verändert er seine Gestalt oder reißt einfach ab.
Wenn außerdem das zu formende Rohr eine komplizierte Form hat, führt die Herstellungsweise
zu Fehlproduktionen, denn der Hohlraum der Form kann überquellen, weil zu viel Material
zugeführt werden muß. Es müssen dann diese Ausschußstücke beseitigt werden, was
wiederum die Herstellungskosten erhöht. Auch für das Ausformen eines Rohrkrümmers
in der oben beschriebenen Weise muß etwas überschüssiges Material zugeführt werden,
um den Formhohlraum vollständig auszufüllen. Wenn die Formhälften 12a und 12b
gegeneinander
gedrückt werden, dann fließt dieses Uberschußmaterial in den Spalt zwischen den
Formhälften 12a und 12b, so daß ein Grat entsteht. Das den Grat bildende Material
ist Abfall, und der Grat muß in einem anschließenden Verfahren beseitigt werden,
was bei komplizierten Rohrgestaltungen sehr mühsam sein kann. Es ist deshalb nicht
möglich, mit den herkömmlichen Formtechniken für Plastikrohrleitungen Leitungsteile
von komplizierter Gestalt herzustellen, z. B. eine Rohrleitung mit einem Balgenstück
in der Mitte, das der gesamten Leitung eine Flexibilität in Biegerichtung verleiht,
oder eine Leitung mit einem plötzlichen Querschnittssprung, oder auch eine Leitung,
die ihre Form in drei Dimensionen ändert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Formen
von Plastikrohrleitungen zu schaffen, mit der eine Rohrleitung von komplizierter
Gestalt geformt werden kann, ohne daß dabei Grate entstehen, die nachträglich beseitigt
werden müssen. Ferner soll die erfindungsgemäße Vorrichtung in die Lage versetzen,
Rohrleitungen aus Plastikmaterial zu formen, die bei großer Länge jede gewünschte
Dicke haben können.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll eine untere und eine obere Formhälfte
besitzen, die zur Bildung des Formhohlraums auf die untere Hälfte aufgesetzt wird,
während ferner ein Extruder für den Rohling vorhanden sein soll, dessen relative
Lage zur unteren Formhälfte steuerbar verändert werden kann, so daß ein Rohling
in der richtigen Weise in die Formausnehmung in der Oberfläche der unteren Formhälfte
eingelegt werden kann.
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Es ist ferner von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zum
Formen von Plastikrohrleitungen wenigstens zwei untere Formhälften besitzt, die
auf einem umlaufenden Träger befestigt sind, so daß das Formen der Rohrleitungen
kontinuierlich fortlaufen kann.
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Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nun anhand der Zeichnung
an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen
Vorrichtung; Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 bei geschlossenen
Formhälften; Fig 3 einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 2; Fig. 4 eine erste
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Darstellung;
Fig.5A und 5B eine Draufsicht und eine Schnittansicht im Verlauf der Formausnehmung;
Fig.6A und 6B Vorder- und Seitenansicht einer mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung
hergestellten Plastikrohrleitung; Fig.7A, 7B und 7C eine Draufsicht, eine Seitenansicht,
teils geschnitten, und eine Schnittdarstellung senkrecht zur Ebene der Fig. 7B einer
weiteren Ausführungsform; Fig. 8 eine Schemadarstellung eines Ausführungsbeispiels
einer Rohlingdüse; und Fig. 9 eine schematische Darstellung, wie der Rohling in
die Form eingebracht wird, so daß #die Wandstärken ungleich sind.
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Ein Rohr 21 in den Figuren 4 und 5 enthält das Material, aus dem ein
Rohling 27 geformt wird, üblicherweise also ein thermoplastisches Material, wie
Polyäthylen, Polypropylen oder dgl. Aus einer Düse 22 wird der Rohling 27 in Form
eines Schlauchstückes abgegeben. Das Rohr 21 und die Düse 22 sind Teile eines Extruders.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind Rohr 21 und Düse 22 fest, und eine Form
23 wird gegenüber diesen ortsfesten Teilen bewegt. Die Form 23 besteht aus einer
unteren Formhälfte 23a und einer oberen Formhälfte 23b. In beiden Formhälften sind
nutförmige Formvertiefungen 24a, 24b von halbkreisförmigem Querschnitt eingearbeitet.
Die einander berührenden Oberflächen der Formteile der Form 23 sind räumlich gekrümmt
entsprechend den Erfordernissen zum Formen eines
Plastikrohres von
gewünschter Gestalt. Das Vorderende der Nutvertiefungen 24a, 24b ist geschlossen,
so daß der Formhohlraum, der durch diese Nutvertiefungen gebildet wird, abgedichtet
werden kann, wenn die beiden Formhälften 23a, 23b aufeinander gelegt werden. Am
hinteren Ende weist jede Nutvertiefung 24a, 24b eine Aussparung 26a, 26b auf, durch
die in den Rohling Luft eingeblasen werden kann. Mit 24a' und 24b' sind Abschnitte
der Nutvertiefungen 24a und 24b bezeichnet, durch die in der Rohrleitung ein Balgenabschnitt
hergestellt werden soll. Die untere Formhälfte 23a ruht auf einem horizontalen Träger
und kann darauf frei verschoben werden. Sie ist mit einer Anzahl von Traglagern
29 versehen, z. B. in Form von Stahlkugeln, die drehbar an der Formunterseite gehaltert
sind. Der Träger 28 ist von einem Rahmen 30 umgeben, wodurch die horizontale Bewegung
der unteren Form hälfte 23a begrenzt ist. Die Form 23 kann horizontal und vertikal
angetrieben werden.
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Eine Form des horizontalen und vertikalen Antriebs wird in Verbindung
mit den Figuren 4 und 5 erläutert. Der Träger 28 ruht auf mehreren Kolbenstangen
31b, die jeweils in Arbeitszylinder 31 hinein führen. Die Zylinder 31 sind hydrodynamisch
mit einem Druckregler 31a verbunden, der seinerseits mit einer Druckquelle (nicht
gezeigt) in Verbindung steht. Ein weiterer Zylinder 32 mit Kolbenstange 32a ist
horizontale angeordnet und mit einer horizontalen Schiene 33a verbunden, in der
Kugeln 33 eingelagert sind, die auf der der Kolbenstange 32a abgewandten Seite aus
der Schiene 33a zum Teil vorstehen. Die horizontale Schiene 33a wird in einem Bügelpaar
33b gleitbar gehaltert. Wie am besten aus der Fig. 5A hervorgeht, ist für die Bewegung
der Form 23 in der Richtung X nur ein Stellzylinder vorgesehen, doch sei hier bemerkt,
daß ein weiterer Stellzylinder für die Bewegung der Form 23 in Y-richtung anzubringen
ist, der lediglich aus Gründen der Darstellungsvereinfachung in der Zeichnung weggelassen
wurde.
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Die Stellzylinder zum Bewegen der Form in X- und Y-Richtung sind hydrodynamisch
mit entsprechenden Druckreglern (nicht gezeigt) verbunden, die wiederum mit einer
Druckquelle (nicht dargestellt) in Verbindung stehen Alle die drei Druckregler sind
mit einer ebenfalls nicht gezeigten Steuervorrichtung verbunden, etwa mit einer
numerischen Steuervorrichtung, so daß die Form 23 automatisch so verschoben werden
kann, daß die Mittellinie der Nutausnehmung 24a ständig genau mit demselben Abstand
unterhalb der Düse 22 zu liegen kommt.
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Der Vorgang der Formung eines plastikrohrsQ-ückes unter Verwendung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nun beschrieben. Zunächst wird die Nutvertiefung
24a der unteren Formhälfte 23a unter die Düse 22 plaziert Wenn dann aus der Düse
22 kontinuierlich der Rohling 27 abgegeben wird, wird die untere Formhälfte 23a
horizontal und vertikal gemäß den Informationen aus der Steuervorrichtung verschoben
g daß der Rohling 27 in der richtigen Weise in die Nutausmehmung 24a eingelegt wird.
Die horizontale und vertikale Verschiebung der unteren Formhälfte 23a kann auch
von Hand erfolgen, jedoch auch durch andere mechanische oder elektrische Binrichtungen
Ist dann der Rohling 27 in die Nutvertiefung 24a richtig eingelegt worden, wird
die obere Formhälfte 23b auf die untere Formhälfte 23a gelegt und anschließend wird
Luft mit dem vorgesehenen Druck durch die Öffnung 261 die durch die Ausschnitte
26a und 26b gebildet wird1 in den Rohling 27 eingepreßt. Da das Vorderende des Rohlings
27 verschlossen ist, wenn die Nuthälften aufeinander gebracht sind1 wird der Rohling
27 in dem Formhohlraum aufgeblasen und somit in die durch die Wandflächen der Nutvertiefungen
gebildete Gestalt der Form ausgeformt. Nach dem Abkühlen wird die obere Formhälfte
23b entfernt1 so daß die ausgeformte Rohrleitung entnommen werden kann Soll dieser
Vorgang oinuierlich erfolgen, dann müssen zwei oder mehr Träger 28, jeweils mit
einer unteren Formhälfte 23a, vorhanden sein,
die dann auf einer
drehbaren Scheibe angeordnet sind.
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Figuren 6A und 6B zeigen ein Ausführungsbeispiel eines mit Hilfe der
erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Plastikrohres. Das dünne Rohr 17 besitzt
am Vorder- und Hinterende aufsteigende Teile. Außerdem sind die Rohräste gegeneinander
verschränkt, und am hinteren Ende des in Fig. 6B rechts liegenden, aufwärts gerichteten
Astes befindet sich eine 90°-Biegung. Balgenabschnitte 17a, 17b und 17c geben der
Rohrleitung eine gewisse Flexibilität.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren 7A,7B
und 7C dargestellt. Im Gegensatz zu dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird die den Rohling abgebende Düse bewegt und dabei die untere Formhälfte festgehalten.
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Die Vorrichtung hat einen Grundrahmen 60, auf dem eine Einrichtung
40 zur Abgabe des Rohlings und ein Formabschnitt 50 gelagert sind.
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Der Abschnitt 40 zur Abgabe des Rohlings ist mit einem Trichter 41
ausgerüstet, der das Material enthält, aus dem der Rohling geformt wird. Eine Leitung
42 erstreckt sich horizontal vom unteren Ende des Trichters 41 und enthält eine
Transportschnecke 42a. Eine die Leitung 42 umgebende Heizvorrichtung 42c sorgt für
die entsprechende Temperatur. Die Transportschnecke 42a wird von einem Motor 42b
angetrieben und fördert das Material aus dem Trichter 41 zu einer Düse 43 am Vorderende
der Leitung 42. Die Düse 43 ist an einer Stange 43a befestigt, die in einem Zylinder
43b steckt, der am Rohr 42 befestigt ist. Die Düse kann auf diese Weise gegenüber
dem Rohr 42 vertikal verschoben werden.
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Das Rohr 42 ist fest auf einer oberen Platte 44 montiert, die in Längsrichtung
des Rohres 42 verschiebbar ist. Von dieser oberen Platte 44 erstreckt sicht ein
Ansatz 44a nach unten.
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Dieser Ansatz 44a wird von einer Spindel 44b durchsetzt, die von einem
Motor 44c in Drehung versetzt wird, der seinerseits
auf einer Zwischenplatte
45 gehaltert ist. Durch Drehung des Motors und damit der Spindel 44b wird die obere
Platte 44 gegenüber der Zwischenplatte 45 in Längsrichtung des Rohres 42 verschoben.
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Die Zwischenplatte 45 besitzt ihrerseits einen nach unten gerichteten
Ansatz 45a, durch den eine Spindel 45b hindurchgeführt ist, die von einem Motor
45c angetrieben wird. Die Spindel 45b ist in einem Rahmen 46 gelagert, der auf der
Grundplatte 60 befestigt ist. Beim Drehen der Spindel 45b wird deshalb die Zwischenplatte
45 in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Rohres 42 verschoben. So kann
die obere Platte 44 und mit ihr die Düse 43 durch Einschalten der Motoren 44c und
45c in jeder gewünschten Richtung horizontal verstellt werden. Da außerdem die Düse
43 noch mit Hilfe der Kolbenstange 43a im Zylinder 43b vertikal verstellt werden
kann, besteht die Möglichkeit, die Düse 43 in drei Dimensionen in beliebiger Weise
einzustellen.
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Der Formabschnitt 50 weist einen drehbaren Träger 51 auf, auf dem
zwei untere Formhälften 52a und 52b befestigt sind.
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Mittels eines Motors 53 kann der Träger 51 um eine Welle 51a gedreht
werden. Eine obere Formhälfte 54 ist an einer oberen Platte 54a fest angebracht,
die ihrerseits an einer vertikalen Kolbenstange 55 sitzt. Die vertikale Kolbenstange
55 führt in einen Zylinder 56 und kann durch Zuführung von Druck in den Zylinder
56 aus dem Zylinder 56 heraus und in ihn hinein gefahren werden, wodurch die Stellung
der oberen Formhälfte 54 bestimmt wird.
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Die Oberfläche 57 der unteren Formhälften 52a und 52b ist beliebig
gekrümmt, was von der Gestalt der im Formvorgang herzustellenden Rohrleitungen abhängt.
Die Unterfläche 58 der oberen Formhälfte 54 ist ihrerseits entsprechend der gekrümmten
Oberfläche 57 gestaltet, so daß, wenn die Formhälften aufeinander gesetzt werden,
die darin eingravierten Nutvertiefungen einen Hohlraum bilden, der der Gestalt des
herzustellenden Rohres entspricht.
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Die Motoren 44c und 45c und der Stellzylinder 43b sind mit einer Steuereinheit
(nicht gezeigt) wirkungsmäßig verbunden, die beispielsweise eine numerische Steuereinrichtung
sein kann, in die die Form der herzustellenden Rohrleitungen im voraus einprogrammiert
werden kann. Die Motoren 44c und 45c sowie der Zylinder 43b werden also entsprechend
den von der Steuereinheit zugeführten Befehlen so betätigt, daß die Düse 43 in ihrer
Bewegung der Nutvertiefung 59 mit Einhaltung eines bestimmten Abstandes folgt, so
daß der Rohling richtig in die Nutvertiefung 59 eingelegt wird.
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Auch der Motor 53 und der Stellzylinder 56 sind mit der Steuereinheit
verbunden. Wenn der Rohling in die Nutvertiefung 59 eingelegt ist, wird der Motor
53 in Drehung versetzt, wodurch der Träger 51 aufgrund eines Befehls von der Steuereinheit
um 1800 gedreht wird. Anschließend wird die obere Formhälfte 54 auf die unter ihr
befindliche Formhälfte 52b abgesenkt, in deren Nutvertiefung sich der Rohling befindet,
womit der Blasformvorgang eingeleitet wird. Gleichzeitig beginnt die Düse 43 wiederum,
einen weiteren Rohling auf die zweite untere Formhälfte 52a aufzulegen. Auf diese
Weise kann der Rohrleitungs-Formvorgang kontinuierlich durchgeführt werden.
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Um die Dicke des Rohlings zu steuern, kann im Ausgang der den Rohling
abgebenden Düse eine Steuereinrichtung vorgesehen sein. Ein mögliches Ausführungsbeispiel
ist in der Fig. 8 dargestellt. Hierbei ist ein innerer Dorn mit einem Betätigungszylinder
52 verbunden, der fest an der Abgabedüse 43 für den Rohling sitzt. Am Ausgang der
Düse 43 befindet sich ein schräg einwärts verlaufender Abschnitt 73. Durch Veränderung
der Stellung des inneren Dorns 71 gegenüber der Düse 43 läßt sich die Stärke der
Rohlingwandung leicht steuern. Dies hat besonders Bedeutung für den Fall, daß ein
Rohrleitungsteil von komplizierter Gestaltung geformt werden soll. Die Dicke der
Rohlingwandung muß nämlich in den Abschnitten, in denen der Durchmesser des zu formenden
Rohres relativ groß ist, oder dort,
wo das Rohr bei gleichförmiger
Dicke mehrere aufwärts und abwärts gehende Abschnitte aufweist, verstärkt werden.
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Die gewünschte Dicke des zu einem Rohrstück ausgeformten Rohlings,
der in eine Nutvertiefung der unteren Formhälfte eingelegt wird, ist so, wie es
die Fig. 9 beispielsweise zeigt, wobei nämlich der Teil 83 des Rohlings 82, der
auf dem Boden der Nutvertiefung 81a der unteren Formhälfte 81 aufliegt, geringere
Wandstärke hat, als der obere Teil 84. Um dies zu erreichen, wird, wie es die Fig
9 erkennen läßt, der innere Dorn 87, durch den der Hohlraum 85 im Rohling 82 hervorgerufen
wird, in der Öffnung 88 der Düse 86 exzentrisch angeordnet. Hierbei erhält dann
der Rohling die ungleichförmige Wandstärke beim Austritt aus der Düse 86.
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Die Begründung, weswegen die Wandstärke des Rohlings ungleichmäßig
gemacht wird, ist folgende. Mit seinem Teil 83 kommt der Rohling in Kontakt mit
der unteren #Formhälfte und wird dadurch abgekühlt, so daß er sich etwas verfestigt.
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Wird nun anschließend Luft in den Hohlraum 85 des Rohlings 82 eingeblasen,
um ihn aufzuweiten, dann kann sich der bereits etwas verfestigte Teil nicht so stark
dehnen wie der noch heiße und dadurch weiche obere Teil. Wäre also die Wandstärke
des Rohlings durchgehend gleich, so würde die sich nicht so stark dehnende untere
Zone nach dem Aufblasen dicker sein als der obere Bereich. Mit anderen Worten, die
Wandstärke des fertigen Rohres wäre ungleichmäßig. Diesem Phänomen kann man nun
abhelfen, indem der untere Teil 83 des Rohlings von vorneherein dünner ausgeführt
wird, als der obere Teil 84. Das Ergebnis ist dann ein fertiges Rohrleitungsstück
mit durchgehend gleicher Wandstärke.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich ein Rohr von beliebiger
Gestaltung auf einfache Weise mit niedrigen Kosten unter Verwendung billiger thermoplastischer
Werkstoffe herstellen. Da außerdem kein Grat erzeugt wird, eignet sich die Vorrichtung
für die Massenproduktion. Die horizontale Anordnung der Formhälften macht es darüber
hinaus möglich,
relativ lange Rohrleitungsstücke herzustellen.
Zusammenfassend wird also mit der Erfindung eine Vorrichtung geschaffen, bei der
die untere Formhälfte horizontal angeordnet ist. Die Oberfläche dieser unteren Formhälfte
weist eine erste Nutvertiefung von der gewünschten Gestaltung auf, wobei ein Ende
dieser Nutvertiefung geschlossen und das andere Ende mit einer kleinen Öffnung versehen
ist, so daß dort Luft eingeblasen werden kann. Eine obere Formhälfte besitzt eine
Unterfläche, die genau mit der Oberfläche der unteren Formhälfte zusammenpaßt, und
ferner befindet sich in der oberen Formhälfte eine zweite Nutausnehmung, die der
ersten Nutausnehmung entspricht. Wenn also die obere und die untere Formhälfte aufeinander
liegen, ist ein Formhohlraum gebildet, der durch die erste und die zweite Formhälfte
bestimmt ist.
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Eine Düse, aus der ein Rohling abgegeben wird, ist oberhalb der unteren
Formhälfte angeordnet. Die relative Stellung zwischen Düse und unterer Formhälfte
wird so verändert, daß die Düse der ersten Nutausnehmung folgt, ohne daß sich ihr
gegenseitiger Abstand verändert, so daß der Rohling in der richtigen Weise in der
ersten Nutausnehmung plaziert wird. Sind wenigstens zwei untere Formhälften vorhanden,
so ist es möglich, das Formverfahren kontinuierlich durchzuführen.
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