DE3622775A1 - Anordnung und verfahren zur herstellung von rippenrohren - Google Patents

Anordnung und verfahren zur herstellung von rippenrohren

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Herstellung von mit einer glatten Innenfläche ver­ sehenen Rippenrohren aus einer formbaren Masse, welche Anordnung eine Kernportion, bestehend aus einer Spindel, aus einem in der Produktionsrichtung der Anordnung nach der Spindel gelegenen, sich konisch erweiternden Dorn und aus einem nach dem Dorn befindlichen Kern mit einem wesentlich konstanten Durchmesser, eine die Spindel umgebende Mundstückhülse, die zusammen mit der Kern­ portion eine Mündung für die Masse bildet, und die Mundstückhülse und die Kernportion umgebende Kokillen umfasst, die einer endlosen Bahn entlang befördert werden können und die an der Innenfläche Nuten auf­ weisen, und zwar zur Ausformung von Rippen an einem Rohr, wobei eine in Abstand von der Mündung befindliche Endzone des Kerns Mittel zur Abkühlung dieser Zone auf­ weist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Rippenrohren.
Zur Herstellung von Rippenrohren mit Wänden ohne Hohlräume sind verschiedene Anordnungen und Verfahren vorgeschlagen worden, aber keine davon werden industriell verwendet, und zwar wegen damit verbundener grosser Ungelegenheiten. So wird z.B. in der GB-Patentschrift 14 31 796 ein Strangpressformungsverfahren beschrieben, das durch Erzeugung eines ziemlich niedrigen Formungs­ drucks in erster Linie mittels einer Strangpresse ge­ kennzeichnet ist. In den Schriften DE 23 62 444, DE 12 33 128 und FR 73 15 485 werden Spritzgussverfahren beschrieben, die durch einen unter hohem Druck stehenden geschlossenen kleinen Formungsraum gekennzeichnet sind. Aus den Schriften FI 60 825 und DE 27 09 395 sind wieder Pressformungsverfahren bekannt, die durch einen offenen Formungsraum und eine Erzeugung von Druck einerseits mittels einer Strangpresse und anderseits mittels des sich konisch erweiternden Teils der Kernportion, d.h. des Dorns, und der Zugkraft der Kokillen gekennzeichnet sind. Eine entsprechende Konstruktion mit geradem Kern ist auch aus der Herstellungstechnik von gerieften Rohren mit Doppelwänden bekannt, siehe z.B. die Schrift CA 11 72 813.
Eine der am Anfang der Beschreibung genannten Anordnung entsprechende Konstruktion ist aus der EP- Schrift 00 05 104 (US 43 65 948) bekannt, in welcher Schrift Fig. 6 eine nach Strangpressformungsverfahren fungierende Anordnung zeigt, mittels welcher Kunststoff­ rohre mit glatter Innenfläche und wellenförmiger Aussen­ fläche hergestellt werden können. In dieser Figur wird ein Kern gezeigt, wobei die Mittel zur Abkühlung des Kerns sich nur am Ende des Kerns befinden, während der Anfang des Kerns nicht abgekühlt ist. Der Kern hat einen konstanten Durchmesser.
Eine bedeutende Ungelegenheit der obenerwähnten Herstellungsverfahren ist, dass es sehr schwer ist, nach diesen Verfahren Rohre mit hohen und schmalen Rippen zustandezubringen, die beim Gebrauch des Rohres die vor­ teilhaftesten wären. Damit die tiefen und schmalen Nuten an der Innenfläche der Kokillen gefüllt werden, müssen sehr hohe Drucke benutzt werden, die grosse Anforderungen an die Festigkeit der Anordnung stellen. Diese Probleme spitzen sich zu, wenn eine steife Kunststoffart, wie unplastifiziertes PVC, verwendet wird.
Ein anderes bedeutendes Problemfeld ist die Qualität der Innenfläche des Rohres. Die Ebenheit der Innenfläche wird u.a. von den folgenden Faktoren ver­ schlechtert, und zwar von im Formungsraum entstehenden Luftblasen, von Schmelzrissen des Materials wegen einer grossen Schnittgeschwindigkeit, von Unebenheiten und unterbrochenen Güssen wegen der schichtweisen Struktur des Materials, von Festhaften der Innenfläche am Kern und von Senkungen wegen einer ungleichmässigen Abkühlung der Masse und von inwendigen Luftblasen im Material. Aus diesen Gründen ist es noch nicht möglich gewesen, Rippen­ rohre von hoher Qualität mittels der obengenannten Ver­ fahren industriell herzustellen.
Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur Herstellung von Rippen­ rohren zustandezubringen, wodurch Rohre mit vollständi­ gen Rippen und glatter Innenfläche versehen werden können. Die erfindungsgemässe Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangszone des Kerns zwischen dem Dorn und der Endzone des Kerns Mittel zur Erwärmung dieser Zone aufweist, und dass der Durchmesser der Anfangszone des Kerns in der Bewegungsrichtung der Masse etwas zunimmt.
Bei der erfindungsgemässen Anordnung ist die Anfangszone des Kerns somit einerseits erwärmt und anderseits nimmt ihr Durchmesser gegen die Endzone etwas zu. Durch eine weitere Erwärmung der Rohre im Gebiet des Kerns und durch gleichzeitiges Zwingen der Masse gegen die Kokillen, wird die Masse überraschend dazu gebracht, dass sie alle Kokillennuten mit Sicherheit füllt, während die Innenfläche des Rohres sich völlig glatt ausformt. Der vorteilhafte Einfluss der erfindungsgemässen Kon­ struktion dürfte so erläutert werden können, dass, nach­ dem der Strangpressdruck die Kokillennuten im Gebiet des konischen Dorns gefüllt hat, die Masse unter dem Einfluss der Kokillen sich abzukühlen und damit auch einzuschrumpfen beginnt. Von verschiedenen Abkühlungsgeschwindigkeiten und dem Einschrumpfen der Masse verursachte Unvollständig­ keiten werden dadurch verhindert, dass in den Kokillen­ nuten ein beachtlicher Enddruck geschaffen wird, mit dem Resultat, dass die formbare Masse den Oberflächen der Kokillen und des Kerns genau folgt. Dieser Enddruck ist unabhängig von dem Strangpressdruck und deshalb durch Änderung des Heizeffektes leicht regulierbar. Auch die Länge der Anfangszone des Kerns beeinflusst den Enddruck.
Die Heizmittel können sich nur in einem Teil der Anfangszone befinden, aber für die Funktion ist es vor­ teilhaft, dass die Heizmittel der Anfangszone sich über die ganze Länge der Zone erstrecken. Aus demselben Grund ist es wünschenswert, dass der Durchmesser der Anfangs­ zone wesentlich gleichmässig zunimmt.
Unter dem Kern wird in dieser Beschreibung der Teil der Kernportion verstanden, der einen wesentlich konstanten Durchmesser hat und mittels dessen die Innen­ fläche des Rohres kalibriert wird. Deshalb ist es klar, dass sein Durchmesser nicht sehr viel variieren kann. Bei den bekannten Anordnungen hat der Kern einen konstan­ ten Durchmesser, oder der Durchmesser vermindert sich etwas gegen das Ende, damit das sich abkühlende und des­ halb einschrumpfende Rohr daran nicht haftet. So bei der vorliegenden Erfindung nimmt der Durchmesser der Anfangs­ zone des Kerns in der Produktionsrichtung nur wenig zu, so dass der Durchmesser am Ende der Anfangszone um 0,2...2,0%, vorzugsweise etwa 1,0%, grösser ist als der Durchmesser am Anfang der Anfangszone.
Damit die Anfangszone des Kerns den erwünschten Effekt auf die Ausformung des Rohres hat, soll sie lang genug sein. Erfindungsgemäss ist die Länge der Anfangs­ zone in der Achsenrichtung der Anordnung 10...100%, vorzugsweise etwa 50%, von dem Aussendurchmesser des Rohres.
Wegen des Enddrucks herrscht zwischen der Masse und dem Kern eine grössere Friktion als üblich. Die nach­ teiligen Einwirkungen dieser Friktion können verhindert werden, und zwar durch ein geeignetes, Kunststoff ab­ stossendes Verfahren, z.B. eine Borierung des Kerns, durch Gebrauch eines Schmiermittels oder durch Versehen eines Teils des Kerns mit einer spiralförmigen niedrigen Nute oder mehreren solchen Nuten, die die Masse daran hindern, in die Oberfläche des Kerns aufgesogen zu werden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung von mit glatter Innenfläche versehenen Rippenrohren aus einer formbaren Masse, nach welchem Verfahren formbare Masse im plastischen Zustand in einen ringförmigen Formungsraum hineingespritzt wird, der von einer Endfläche der Mundstückhülse, von einer Kernportion der Anordnung, welche Kernportion eine Spindel, einen sich konisch erweiternden Dorn und einen Kern mit einem wesentlich konstanten Durchmesser umfasst, und von die Mundstückhülse und die Kernportion umgebenden Kokillen begrenzt ist, die sich in der Produktionsrichtung der Anordnung bewegen und die an der Innenfläche Nuten zur Ausformung von Rippen aufweisen, wobei die zu einem Rohr ausgeformte Masse von den Kokillen und von der Endzone des Kerns aus abgekühlt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge­ kennzeichnet, dass man die Innenfläche der rohrförmigen Masse von einer Anfangszone des Kerns aus erwärmt und den Durchmesser der Innenfläche des Rohres im Gebiet der Anfangszone etwas vergrössert.
Im folgenden wird eine vorteilhafte Ausführungs­ form der Erfindung unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung genauer erläutert, in der
Fig. 1 ein Prinzipbild einer Anordnung zum Her­ stellen von Rippenrohren zeigt und
Fig. 2 einen Längsschnitt einer Einzelheit der Anordnung im grösseren Masstab zeigt.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung besteht aus Kokillen 1 und 2, die sich entlang zwei endlosen Bahnen bewegen und einander an Steuerschienen 3 treffen, und zwar zur Ausformung einer zylindrischen Form. In diese Form dringt eine Mundstückhülse 4 hinein, die in Ver­ bindung mit einem Presskopf 6 einer Strangpresse 5 steht. In Fig. 1 wird auch gezeigt, wie fertiges Rohr 7 aus dem einen Ende der von den Kokillen ausgeformten Form herauskommt.
In Fig. 2 werden die Teile der Anordnung genauer beschrieben, die an der Ausformung des Rohres teilnehmen. Auf der Mittellinie der Anordnung befindet sich teilweise innerhalb der Mundstückhülse 4 eine Spindel 8, die gerade ist, d.h. sie hat einen konstanten Durchmesser. Nach der Spindel befindet sich ein sich konisch erweiternder Dorn 9, der sich ganz ausserhalb der Mundstückhülse befindet und nach dem ein Kern 10 mit einem wesentlich konstanten Durchmesser gelegen ist. Die Spindel 8, der Dorn 9 und der Kern 10 bilden zusammen die Kernportion der Anordnung.
Die Mundstückhülse 4 und die Spindel 8 bilden zwischen sich eine Ringmündung 11, wodurch formbare Masse, z.B. Kunststoffmasse, einem von der Mundstückhülse 4, den Kokillen 1, 2, der Spindel 8 und dem Dorn 9 begrenzten Formungsraum 12 zugeführt wird. Zum Zustandebringen eines an der Aussenfläche mit Rippen versehenen Rohres weist die Innenfläche der Kokillen in einem Abstand von ein­ ander gelegene ringförmige Nuten 13 auf, in die Kunststoff­ masse hineindringt, um Rippen zu formen.
Der Kern 10 besteht aus zwei nacheinander folgenden Teilen, nämlich aus einer Anfangszone 14 und einer Endzone 15. Die Zonen sind durch eine in der Umfangsrichtung laufende Nute 16 von einander getrennt, durch die Schmier­ mittel, wie Luft, der Oberfläche der Endzone 15 des Kerns zugeführt werden kann. In der Endzone 15 sind in der Zeichnung schematisch gezeigte Kühlmittel 17 beispiels­ weise für einen flüssigen Kühlstoff vorgesehen. Mittels der Kühlmittel kann die Oberfläche der Endzone 15 und dadurch auch die Innenfläche des aus der Masse geformten Rohres abgekühlt werden, so dass das Rohr 7 seine Form behält, wenn sie die Herstellungsanordnung verlässt.
Der Durchmesser der Endzone 15 vermindert sich etwas von der Nute 16 vorwärts, so dass der Durchmesser D 1 etwa 1% grösser als der Durchmesser D 2 ist. Es handelt sich somit um eine sehr flache Verengung, die in der Zeichnung deutlichkeitshalber übertrieben wird.
Erfindungsgemäss ist die Anfangszone 14 des Kerns, die sich zwischen dem Dorn 9 und der Nute 16 befindet, so gemacht, dass sie sich gegen die Nute 16 etwas erweitert und mit Heizmitteln versehen ist.
Der Durchmesser der Anfangszone 14 nimmt gleich­ mässig von dem Durchmesser D 3, der der Durchmesser der Anfangszone am Dorn 9 ist, bis zum Durchmesser D 4 zu, der der Durchmesser der Anfangszone an der Nute 16 ist, so dass der Durchmesser D 4 0,2...2,0, vorzugsweise etwa 1% grösser ist als der Durchmesser D 3. Es handelt sich somit um eine sehr kleine Erweiterung, deren Bedeutung sich in der Praxis jedoch als sehr gross erwiesen hat. In der Anfangszone sind ausserdem sich über die ganze Länge der Zone erstreckende Heizmittel vorgesehen, die in der Zeichnung schematisch dargestellt und mit der Referenz­ nummer 18 bezeichnet sind.
Die Länge der Anfangszone ist 10...100%, vorzugs­ weise 50%, von dem Aussendurchmesser des Rohres und die Länge der Endzone 15 ist 50...200% von dem Aussendurch­ messer des Rohres.
Die Kokillen 1, 2 sind mit nicht-gezeigten Kühl­ mitteln zur Abkühlung der Aussenfläche des Rohres ver­ sehen.
Die in der Zeichnung gezeigte Anordnung fungiert in der folgenden Weise. Formbare Masse, wie Kunststoff­ masse, unter Druck wird durch die Mündung 11 zwischen der Mundstückhülse 4 und der Spindel 8 dem Formungsraum 12 zugeführt, wo sie unter dem Einfluss des sich konisch erweiternden Dornes 9 auswärts gezwungen wird, so dass sie die Nuten 13 der Kokillen und den Raum zwischen den Kokillen und der Kernportion der Anordnung füllt. Die in die Nuten 13 hineingedrungene Masse bildet die Rippen des Rohres und die zwischen den Kokillen und der Kern­ portion bleibende Masse bildet die Wand des Rohres.
Wenn die Masse die Kokillen 1, 2 berührt, beginnt sie sich abzukühlen, aber weil die Anfangszone 14 des Kerns mittels der Mittel 18 erwärmt wird, bleiben die am nächsten bei dem Kern befindlichen Teile der Masse im plastischen Zustand. Unter dem Einfluss der Erwärmung der Masse und des sich erweiternden Durchmessers der Anfangs­ zone 14 füllt die Masse gut alle Nuten 13 und wird im Gebiet der Anfangszone sehr homogen, weshalb auch die Innenfläche des Rohres sehr glatt wird.
Nachdem das Rohr die Nute 16 passiert hat, beginnt man es auch inwendig mit den Kühlmitteln 17 abzukühlen, wobei die Masse in dem Grad steif wird, dass sie ihre Form behält, wenn sie die Anordnung verlässt. Im Zusammenhang mit der Abkühlung schrumpft das Rohr ein, und damit es nicht am Kern haftet, verengt sich die Endzone des Kerns etwas gegen das Ende. Aus demselben Grund wird Schmier­ mittel von der Nute 16 der Oberfläche der Endzone zuge­ führt.
Abweichend von dem Obenangeführten können die Heizmittel 18 sich nur entlang einem Teil der Länge der Anfangszone erstrecken und die Nute 16 kann natürlich ausgeschlossen werden, wenn kein Schmiermittel der Ober­ fläche des Kerns zugeführt werden braucht. Ausserdem soll beachtet werden, dass die Abschrägung der Oberfläche der Anfangszone 14 in der Zeichnung deutlichkeitshalber etwas übertrieben ist.

Claims (8)

1. Anordnung zur Herstellung von mit einer glatten Innenfläche versehenen Rippenrohren aus einer formbaren Masse, welche Anordnung eine Kernportion, bestehend aus einer Spindel, aus einem in der Produktionsrichtung der Anordnung nach der Spindel gelegenen, sich konisch er­ weiternden Dorn und aus einem nach dem Dorn befindlichen Kern mit einem wesentlich konstanten Durchmesser, eine die Spindel umgebende Mundstückhülse, die zusammen mit der Kernportion eine Mündung für die Masse bildet, und die Mundstückhülse und die Kernportion umgebende Kokillen umfasst, die einer endlosen Bahn entlang befördert werden können und die an der Innenfläche Nuten aufweisen, und zwar zur Ausformung von Rippen an einem Rohr, wobei eine in Abstand von der Mündung befindliche Endzone des Kerns Mittel zur Abkühlung dieser Zone aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anfangszone (14) des Kerns zwischen dem Dorn (9) und der Endzone (15) des Kerns Mittel (18) zur Erwärmung dieser Zone aufweist, und dass der Durchmesser (D 3, D 4) der Anfangszone (14) des Kerns in der Bewegungsrichtung der Masse etwas zunimmt.
2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel (18) der Anfangszone sich über die ganze Länge der Zone (14) erstrecken.
3. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D 3, D 4) der Anfangszone wesentlich gleichmässig zunimmt.
4. Anordnung nach Patentanspruch 1 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, dass die Zunahme des Durchmessers (D 3, D 4) der Anfangszone 0,2...2,0%, vorzugsweise etwa 1,0% ist.
5. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Anfangs­ zone (14) in der Achsenrichtung der Anordnung 10 ...100%, vorzugsweise etwa 50%, von dem Aussendurchmesser des Rohres ist.
6. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Kerns (10) boriert oder mit einer sich um die Achse des Kerns erstreckenden, schraubenlinienförmigen Nute oder mehreren solchen Nuten versehen ist.
7. Verfahren zur Herstellung von mit einer glatten Innenfläche versehenen Rippenrohren aus einer formbaren Masse, nach welchem formbare Masse im plastischen Zustand in einen ringförmigen Formungsraum hineingespritzt wird, der von einer Endfläche der Mundstückhülse, von einer Kernportion der Anordnung, welche Kernportion eine Spin­ del, einen sich konisch erweiternden Dorn und einen Kern mit einem wesentlich konstanten Durchmesser umfasst, und von die Mundstückhülse und die Kernportion umgebenden Kokillen begrenzt ist, die sich in der Produktionsrichtung der Anordnung bewegen und die an der Innenfläche Nuten zur Ausformung von Rippen aufweisen, wobei die zu einem Rohr ausgeformte Masse von den Kokillen und von der End­ zone des Kerns aus abgekühlt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, dass man die Innenfläche der rohrförmigen Masse von einer Anfangszone (14) des Kerns aus erwärmt und den Durchmesser (D₃, D₄) der Innenfläche des Rohres im Gebiet der Anfangszone etwas vergrössert.
8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D 3, D 4) der Innenfläche um 0,2...2,0%, vorzugsweise etwa 1,0% vergrössert wird.
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