DE69003829T2

DE69003829T2 - Kühldorne für Vorrichtungen zur Herstellung thermoplastischer Rohre.

Info

Publication number: DE69003829T2
Application number: DE90100576T
Authority: DE
Inventors: Manfred Arno Alfred Lupke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-01-16
Filing date: 1990-01-12
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2010-01-13
Also published as: DE69003829D1; KR930004048B1; EP0381938A1; FI900210A0; JPH02289326A; CA1312717C; CN1029671C; CN1044253A; JP2931007B2; EP0381938B1; KR900011559A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formung nahtloser gerippter thermoplastischer Rohre, bestehend aus einem wandernden Formtunnel, einer Vorrichtung zum Extrudieren geschmolzenen Kunststoffes in den wandernden Formtunnel, einem Kalibrierungsdorn mit einer Oberfläche zur Formung einer inneren Wandung des Rohres und eine Einrichtung zur Einleitung einer Lage geschmolzenen Kunststoffes auf die Oberfläche des Dorns.
Eine derartige Vorrichtung mit einem einfachen Kalibrierungsdorn, der die innere Wandung eines Rohres bestimmt, ist in der EP 0 239 046 offenbart.
In dem US-Patent 4,663,107 wird eine andere Vorrichtungsart offenbart, bestehend aus einem Dorn zur Kühlung der inneren Oberfläche eines Rohres, das eine glatte Außenwand aufweist. Auf der Oberfläche des in dem US-Patent 4,663,107 offenbarten Dorns befinden sich vier umlaufende Nuten, und zwischen den zentralen Nuten befinden sich zickzackförmige Nuten. Im Boden jeder der umlaufenden Nuten sind Löcher geformt, die mit einer Vakuumpumpe verbunden sind, wodurch das Innere des Dorns unter einem Unterdruck gehalten wird. Die Löcher und Nuten sind so angeordnet, daß das beaufschlagte Vakuum entlang der Länge des Dorns die gleiche Stärke aufweist, wodurch die innere Oberfläche des Rohres mit der äußeren Oberfläche des Dorns in festen Kontakt gebracht wird. Zusätzlich wird Kühlwasser auf die äußere Oberfläche des Dorns aufgebracht.
In dem US-Patent 4,377,545 wird ein Verfahren zur Herstellung starrer, steifer, verstärkter thermoplastischer Rohrleitungen mit inneren und äußeren Rohren offenbart, die dazwischenliegenden Wellungen aufweisen, bestehend aus dem Extrudieren der inneren und äußeren Rohre durch eine Extruderdüse bei einer linearen Geschwindigkeit, während eine dritte Schicht oder ein Band bei einer höheren linearen Geschwindigkeit extrudiert wird, wodurch sich die dritte Schicht zwischen den inneren und äußeren Rohren zur Bildung von Wellungen in dem Raum zwischen den beiden Rohren krümmt. Um den Innendurchmesser des Innenrohres zu kalibrieren, wird Vakuum durch kurze Durchlässe, die sich von einem Verteilerrohr in einem Dorn aus erstrecken, beaufschlagt, welches an allen Punkten auf der Oberfläche des Dorns etwa gleich ist, wodurch die innere Oberfläche des Innenrohres in festen Kontakt mit der Oberfläche des Dorns gebracht wird.
Murai et al (4,036,930) offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffrohren, die abwechselnd einen dicken Wandteil und einen dünnen Wandteil aufweisen. Kunststoffrohre, die dicke und dünne Wandteile aufweisen, werden durch eine besonders konfigurierte Öffnung auf einem Extruder und durch Variieren der Geschwindigkeit, bei der das extrudierte Kunststoffrohr aus dem Extruder gezogen wird, gebildet. Zur Erzielung eines konstanten Außendurchmessers des Rohres ist eine zylindrische Vorrichtung zur Regelung des Außendurchmessers mit ringförmigen Nuten vorgesehen, die in der inneren Oberfläche der Vorrichtung gebildet werden und mit einer druckreduzierenden Rohrleitung verbunden sind, durch die Luft ausgestoßen wird. Dies führt zu einem teilweisen Vakuum, wodurch das Kunststoffrohr in engen Kontakt mit der inneren Oberfläche der Vorrichtung gebracht wird. Dann tritt das Kunststoffrohr aus der Vorrichtung in einen Wasserbehälter aus, in dem Kühlwasser gespeichert wird, so daß seine äußere Oberfläche durch das Kühlwasser gekühlt wird.
Die Herstellung von gerippten Rohren führt jedoch zu sehr unterschiedlichen Problemen. Darüberhinaus ist in der Regel eine Temperaturregelung in einem Kalibrierungsdorn wünschenswert.
Ein Kühldorn, der zur Verwendung bei der Herstellung gerippter Rohrleitungen geeignet ist, wird durch Lupke in seinem später veröffentlichten US-Patent Nr. 4,555,230 offenbart, das am 26. November 1985 erteilt wurde. In diesem Patent ist innerhalb und in der Nähe eines nachfolgenden Dorns eine wendelförmige Spule der Rohrleitung vorgesehen, durch die Kühlflüssigkeit durchgeführt werden kann.
Der Kalibrierungsdorn ist zur Bildung einer glatten Innenwandung des geformten Rohres vorgesehen, aber bei der Formung eines gerippten Rohres treten bei der Erzielung einer glatten inneren Wandung einige Probleme auf. Der Grund liegt in dem variierenden Bedarf an Kunststoffmaterial aufgrund der variierenden Wandstärke für die Rippen und Vertiefungen. Mehr Kunststoffmaterial ist zur Bildung der Rippen und eines Teils der Rohrwandung (Vertiefungen) zwischen den Rippen erforderlich. Es bilden sich in der Vorrichtung Spannungen aufgrund des variierenden Bedarfs an Kunststoffmaterial, wenn die Formblöcke gefüllt werden. Darüberhinaus werden Unebenheiten aufgrund von Schrumpfung noch verstärkt, wenn die Dicke des Rohres variiert, z. B., wenn Rippen und Vertiefungen vorhanden sind.
Im kanadischen Patent Nr. 1,303,315 des gleichen Erfinders, das am 16. September 1988 angemeldet wurde, wird die Verwendung einer Speicherkammer für Kunststoffmaterial zum Zeitpunkt der Formblockfüllung beschrieben und beansprucht. Die Speicherkammer ist zum Ausgleich von Druckschwankungen und zur Reduzierung von Spannungen vorgesehen. Die Verwendung einer Speicherkammer ist ihrem beabsichtigten Verwendungszweck nach sehr nützlich, aber die auftretenden Druckschwankungen haben immer noch Auswirkungen, die auf der inneren Wandung des Rohres sichtbar sind.
Daher kann die innere Wandung des Rohres eine leichte Wellenbildung aufweisen, wobei sie dazu neigt sich scheinbar zwischen den Rippen nach innen zu verdicken, wo der Druck des Extrudats größer ist, und sich zur Bildung einer Vertiefung gegenüber einer Rippe wieder zurückzuziehen, wo der Druck des Extrudats geringer ist. Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn eine Speicherkammer nicht verwendet wird.
Bei der Herstellung doppelwandiger gewellter Rohre können aufgrund des Drucks in den Wellungen Probleme auftreten. Wenn dieser Druck zu gering ist, kann sich die innere Wandung in die Wellung neigen und bildet einen nicht gewünschten Hohlraum in der inneren Wandung. Wenn der Druck zu groß ist, kann sich die innere Wandung von der Wellung weg neigen und bildet eine nicht gewünschte Wölbung in der inneren Wandung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die erzielbare Glätte der inneren Wandung des geformten thermoplastischen Rohres zu verbessern, insbesondere wenn die äußere Oberfläche gerippt ist.
Dies wird dadurch gelöst, daß eine Einrichtung zur Kühlung der Oberfläche des Dorns und eine Einrichtung zur Verteilung eines Sogs über die Oberfläche des Dorns vorgesehen sind und daß die Einrichtung zur Verteilung eines Sogs so angeordnet ist, daß der Sog stromabwärts am Beginn der Kühlung aufgebracht wird, so daß der Unterdruck stromaufwärts des Dorns verringert wird.
Vorzugsweise befinden sich auf der Kalibrierungsoberfläche des Dorns zur Verteilung des Sogs über seine Oberfläche eine Nut oder Nuten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bei einer Vorrichtung zur Formung eines Rohres mit einem wandernden Formtunnel angewandt, insbesondere wenn die Vorrichtung zur Formung eines gerippten oder doppelwandigen gewellten Rohres vorgesehen ist. Jedoch liegt ein Grund hierfür darin, daß Fehlerhaftigkeiten in der inneren Wandung solcher Rohre aufgrund eines unterschiedlichen Bedarfs an Extrudat entlang der Form ausgeprägter sind.
Das Vakuum, mit dem die Oberfläche des Kalibrierungsdorns beaufschlagt wird, dient zur Ansaugung von Kühlwasser und anderen Flüssigkeiten vom Inneren des Dorns durch die Öffnungen auf der Kalibrierungsoberläche des Rohres. Das Wasser oder andere Flüssigkeiten können zur Schmierung oder anderen Zwecken auf der Grenzfläche zwischen der inneren Wandung des geformten Rohres und des Dorns nützlich sein.
Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die Unteransprüche deutlich.
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun die erfindungsgemäßen Ausführungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Extruderdüse einer Vorrichtung zur Formung eines thermoplastischen Rohres in einem wanderndem Formtunnel, wobei ein Teil eines Formtunnels in einem erfindungsgemäßen Kühlungsdorn gezeigt ist,
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teils einer Extrudervorrichtung zur Bildung eines einzelnen glattwandigen Rohres, das einen Kalibrierungsdorn einschließt,
Fig. 3 eine Ansicht eines Kühlungsdorns gemäß Fig. 1,
Fig. 4 eine Skizze eines longitudinalen Schnitts eines Rohres des Standes der Technik, die die Unebenheit der inneren Wandung zeigt, und
Fig. 5 eine Skizze ähnlich der aus Fig. 4 mit dem gewünschten Profil der inneren Wandung.
Mit Bezug auf die Zeichnugnen und insbesondere Figur 1 besteht die Vorrichtung aus zwei zueinander komplementären unteren und oberen Formeinrichtungen. Jede Formeinrichtung weist gelenkig miteinander verbundene Formblöcke 16 auf.
Die Formblöcke 16 können so ausgelegt sein, daß mit ihnen Rohre jeder gewünschten Gestalt geformt werden können. Beispielsweise können die Formblöcke 16 so ausgelegt sein, daß ringförmig gerippte Rohre oder wendelförmig gerippte Rohre, doppelwandige Rohre oder andere Ausgestaltungen geformt werden können. Jedoch ist es wünschenswert, daß die innere Wandung des Rohres glatt ist.
Die Formeinrichtungen können wirksam zur Einstellung eines Extruderkopfes angeordnet sein, der wirksam mit der Düse einer Extrudermaschine verbunden ist, die eine herkömmliche Form aufweist. Gegebenenfalls können die Formeinrichtungen vom Extruderkopf 23 weg bewegt werden, um ihn für Wartungszwecke oder aus anderen Gründen zugänglich zu machen.
Der Extruderkopf 23 weist einen sich axial erstreckenden röhrenförmigen Teil 26 auf, der mit Spiel von einem röhrenförmigen Element 27 umgeben ist, wobei ein Endteil mittels eines Schraubgewindes ein äußeres Element 28 einer ringförmigen Extruderdüse 24 trägt. Der röhrenförmige Teil 26 trägt ein inneres Element 29 der Extruderdüse, das eine kegelstumpfförmige Gestalt aufweist und in eine ringförmige Öffnung 31 mündet und mit dem ringförmigen Raum 32 zwischen dem Rohr 27 und dem Teil 26 verbunden ist. Dieser ringförmige Raum 32 steht wiederum in Verbindung mit dem Ausgang der Extrudermaschine (nicht gezeigt), durch den das thermoplastische Material, wie PVC, zur Extruderdüse 24 geführt wird.
Stromabwärts der Extruderdüse 24 trägt der Extruderkopf 23 auf einer Verlängerung des röhrenförmigen Teils 26 einen in der Regel zylindrischen Kalibrierungsdorn 46. Der Dorn 46 bestimmt die innere Wandung des durch thermoplastisches Material gebildeten Rohres, das durch die Formblöcke 16 geformt wird. Der Dorn 46 hält insbesondere thermoplastisches Material in den Vertiefungen der Formblöcke 16 zur Bildung ringförmiger Rippen auf der äußeren Oberfläche des geformten Rohres.
Die Kühlung des Dorns 46 kann durch isentropische Ausdehnung von komprimiertem Gas, z. B. Kohlendioxid, erfolgen.
Alternativ kann die Kühlung des Dorns 46 durch jedes geeignete Mittel, z. B. durch den Fluß von Kühlwasser von der Leitung 20 durch die Kanäle 25, die im Inneren des Dorns 46 angeordnet sind und sich über seine Länge erstrecken, erfolgen. Der Rückfluß des Kühlwassers kann durch die Leitung 21 erfolgen, durch den Kern 53 des röhrenförmigen Elements 26. Die Vorrichtungen zur Kühlung des Dorns 46 sind nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung, und viele Abweichungen bei solchen Kühlvorrichtungen sind zur Vereinfachung möglich. Wiederum erfolgt dies durch jegliche zweckmäßig angeordnete Rückflußleitung.
Zweckmäßigerweise weist der Kühldorn 46 einen Kern 45 auf, der an einem Ende mit dem inneren Element 29 verbunden ist und einen Kanal 25 auf seiner äußeren Oberfläche für Kühlflüssigkeit, wie z. B. Wasser, aufweist. Der Kern 45 weist eine axiale Bohrung auf, die mit der Bohrung 53 des Extruderkopfs 23 kommuniziert und sich durch sie erstreckt. Der Kanal 25 kann entweder eine wendelförmige Gestalt oder jede andere geeignete Form aufweisen. Der Kern 45 kann durch eine Hülse 47 bedeckt sein, um Kühlmittel im Kanal 25 einzuschließen. Die Hülse 47 weist in der Regel eine glatte äußere Oberfläche auf, um die innere Wandung des Rohres in der Form zu kalibrieren, aber ein Kanal oder Kanäle 28 sind vorgesehen, um einen Sog über die äußere Oberfläche der Hülse 47 zu verteilen. Eine Form des Kanals 28 ist in Fig. 3 als wendelförmiger Kanal dargestellt, der einen kleinen Querschnitt im Vergleich zu dem Querschnitt des Kühlungskanals 25 aufweist. Die Weite des Kanals 25 kann nur 0,010 Inch betragen. Andere Formen des Kanals sind selbstverständlich auch möglich. Der Kanal 28 ist mit einer einzelnen Sogversorgung (nicht gezeigt) über eine Leitung 38 verbunden, die sich in den Kanal 28 und die Sogöffnung 39 öffnet. Die Leitung 38 kann Verzweigungen aufweisen oder auch nicht, so daß der Sog entlang des Dorns 46 stufenweise aufgebracht werden kann. Wenn sie Verzweigungen aufweist, mündet jede Verzweigung in mehrere Kanäle, ähnlich dem Kanal 28. Vorzugsweise ist jeder Kanal 28 so angeordnet, daß der Sog strombabwärts am Beginn der Kühlung aufgebracht wird, so daß das Kunststoffmaterial nicht in die Kanäle 28 gezogen wird. Wenn der Sog am stromabwärtsliegenden Ende des Dorns 46 aufgebracht wird, ohne daß die Leitung 38 Verzweigungen aufweist, nimmt die Verringerung der Stärke zum stromaufwärtsliegenden Ende hin zu.
Es kann vorteilhaft sein, kleine kommunizierende Kanäle 30 zwischen dem Kanal 25 für Kühlflüssigkeit oder einem anderen Flüssigkeitsreservoir im Kühldorn und der äußeren Oberfläche des Dorns 46 vorzusehen. Der durch den Kanal 28 beaufschlagte Sog führt dazu, daß geringe Mengen der Flüssigkeit auf das Äußere des Dorns gezogen werden und zu einem eventuellen schinierenden und/oder glättenden Effekt auf der Rohrwand führen. Die Schmierung kann auch durch einen porösen vorderen Bereich des Dorns 46 erfolgen.
Wenn das ringförmig gerippte Rohr so geformt wird, wie im kanadischen Patent Nr. 1,303,315, das am 16. September 1988 angemeldet wurde, beschrieben, öffnet sich die Leitung 38 zweckmäßigerweise sofort stromabwärts der Speicherkammer in den Kanal 28.
Beim herkömmlichen Betrieb besteht die Tendenz, daß die innere Wandung so geformt wird, wie in der übertriebenen Skizze der Fig. 3 gezeigt ist. Wennn der Sog auf die Innere Wandung des Rohres aufgebracht wird, insbesondere ausreichend stromaufwärts, so daß das Kunststoffmaterial leicht fließt, wird die Tendenz zur Bildung von Vertiefungen 37 gegenüber jeder Rippe 38 des Rohres verringert.

Claims

1. Vorrichtung zur Formung nahtloser gerippter thermoplastischer Rohre, bestehend aus einem wandernden Formtunnel, einer Vorrichtung zum Extrudieren geschmolzenen Kunststoffes in den wandernden Formtunnel, einem Kalibrierungsdorn (46) mit einer Oberfläche zur Formung einer inneren Wandung des Rohres und eine Einrichtung zur Einleitung einer Lage geschmolzenen Kunststoffes auf die Oberfläche des Dorns (46), dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Kühlung der Oberfläche des Dorns (46) und eine Einrichtung zur Verteilung eines Sogs über die Oberfläche des Dorns (46) vorgesehen sind und daß die Einrichtung zur Verteilung eines Sogs so angeordnet ist, daß der Sog stromabwärts am Beginn der Kühlung aufgebracht wird, so daß der Unterdruck stromaufwärts verringert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein für die Sogverteilung ausgelegter Sogverteilungskanal (28) auf der Oberfläche des Dorns vorgesehen ist und der Länge nach offen ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Leitungen mit Verzweigungen, die in mehrere auf der Länge des Dorns (46) angeordnete Sogöffnungen (39) münden, vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (46) einen Flüssigkeitskanal (24) oder ein Reservoir aufweist.