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Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren von Kunststoffrohren Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtungen zum Kalibrieren von Kunststoffrohren
mittels auf die Aussenfläche des Rohres einwirkenden Kalibriereinrichtungen.
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Bei den bekannten Kalibriereinrichtungen besteht bisher nur die Möglichkeit,
entweder die Kalibrierung und Kühlung des Rohres an der Aussenfläche vorzunehmen
und die Innenfläche des Rohres ungekühlt zu lassen oder Kalibrierung und Kühlung
an der Innenfläche des Rohres vorzunehmen und die Aussenfläche
des
Rohres ungekühlt zu lassen. Da bei Innenkalibrierung das sich beim Kühlen zusammenziehende
Rohr verhältnismässig fest auf den Kalibrierdorn ziehen kann und deshalb verhältnismässig
hohe Kräfte benötigt werden, um das Rohr über die Kalibriereinrichtung zu ziehen,
ist in der Praxis die Aussenkalibrierung am gebräuchlichsten. Die Erfindung bezieht
sich daher auch in erster Linie auf die Aussenkalibrierung von Kunststoffrohren.
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Bei den bekannten Arten der Kalibrierung wird durch die nur einseitige
wirksame Kühlung des Rohres eine verhältnismässig lange Kühlstrecke benötigt. Ausserdem
entstehen durch die nur einseitige Kühlung innere Spannungen in der Rohrwand. Um
dem fertigen kalibrierten Rohr gewünschte elastische Eigenschaften zu verleihen,
müssen daher dem Kunststoff von vornherein Zusätze beigegeben werden, die das Ausgangsmaterial
wesentlich verteuern.
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Trotzdem ist es wegen der weitgehend nicht reproduzierbaren Verspannung
in der Rohrwand nicht möglich, gewünschte elastische Eigenschaften des Kunststoffrohres
von vornherein zu bestimmen.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Kalibriervorgang
derart zu verbessern, dass einerseits die Kühlstrecke für das gespritzte und kalibrierte
Rohr verhältnismässig kurz wird und dass möglichst keine inneren Verspannungen in
der Rohrwand mehr entstehen.
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Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Rohr
während des und ggf. anschliessend an das Kalibrieren sowohl an seiner Aussenfläche
als auch seiner Innenfläche gekühlt wird. Der Erfindung liegt die überraschende
Erkenntnis zugrunde, dass der eigentliche Kalibriervorgang des Rohres durch eine
gleichzeitige Kühlung auf der anderen Seite der Rohrwand nicht gestört oder behindert
wird, so dass weder der Ablauf des Kalibriervorganges noch die Xalibriergenauigkeit
durch eine solche gleichzeitige Kühlung auf der anderen Rohrwandseite beeinträchtigt
werden.
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Durch die Erfindung wird die bisher verhältnismässig lange Eühlstrecke
für das kalibrierte Rohr wesentlich verkürzt. Die Kühlung des Rohres lässt sich
jetzt weitgehend dem jeweiligen Material und den jeweiligen gewunschten elastischen
Eigenschaften des Rohres anpassen. Die bisher benötigten Materialzusätze werden
entbehrlich bzw. können weitgehend vermindert werden. Mit Materialzusätzen wie Weichmachern
und dgl. lassen sich jetzt die gewünschten elastischen Eigenschaften des Rohres
reproduzierbar und genau vorher bestimmen und einstellen.
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Durch die Erfindung werden keine Spannungen mehr in die Rohrwand eingefroren,
die den Bestigkeitswert des Rohrmaterials herabsetzen. Beabsichtigt man, die Rohrwand
beim Kalibrieren zu verspannen, so bietet die Erfindung die Möglichkeit, solche
gewollten Verspannungen genau reproduzierbar durch die Steuerung der Kühlung vorher
zu bestimmen und einzustellen. Die Erfindung bietet jetzt eine beidseitige Kühlung
des Rohres im thermoplastischen Temperaturbereich.
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Es besteht auch die Möglichkeit, im Rahmen der Erfindung eine einseitige
oder auch doppelseitige Kühlung der Rohrwandung im thermoelastischen Temperaturbereich
anzuschliessen.
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Das Verfahren gemäss der Erfindung lässt sich praktisch bei allen
Arten von Kalibrierung, insbesondere allen Arten von Aussenkalibrierung durchführen.
Beispielsweise kann im Kalibrierabschnitt, in welchem das Rohr an seiner Aussenfläche
in Berührung mit einer gekuhlten Kalibrierfläche geführt wird, und ggf. in
einem
anschliessenden Kühlabschnitt, in welchem das Rohr an seiner Aussenfläche mit einem
fliessenden Wärmeträger in Berührung ist, durch das Rohrinnere ein fliessender,
die Innenfläche des Rohres als Kühlmittel bespülender Wärmeträger geführt und unter
einem vorher bestimmten ueberdruck gehalten werden.
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Es ist auch möglich, in einem Kalibrierabschnitt, in welchem das Rohr
in Berührung seiner Aussenfläche mit einem fliessenden Wärmeträger als Kühlmittel
unter dem Einfluss eines vorher bestimmten äusseren Druckes steht, durch das Rohrinnere
einen fliessenden, die Innenfläche des Rohres als Kühlmittel bespülenden Wärmeträger
zu führen und auf einem vorher bestimmten höheren Druck als an der Rohrai£ssenfläche
im Kalibrierbereich zu halten. Diese letztere Art der Kalibrierung kann insbesondere
in Art einer Vakuumbad-Kalibrierung durchgeführt werden, und zwar derart, dass im
Kalibrierbereich an der Rohraussenfläche ein Unterdruck erzeugt und der Wärmeträger
im Rohrinneren auf dem herrschenden atmosphärischen Druck gehalten wird.
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Im Rahmen der Erfindung kann vorzugsweise Wasser als Wärmeträger benutzt
werden. Es ist aber auch möglich, für besondere Zwecke andere Wärmeträger zu benutzen.
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Zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung kommt beispielsweise
eine Vorrichtung mit einem an das Mundstück des Rohr-Spritzkopfes angeschloßsenen
hülsenförmigen gekühlten
Aussenkaliber in Betracht. Gemäss der Erfindung
ist bei einer solchen Vorrichtung im Spritzkopf eine axiale, in das gespritzte Rohr
mündende Zuführ- und Abzieheinrichtung für das fliessende Kühlmittel anzubringen,
deren eines Rohr, vorzugsweise das Zuführrohr, sich nahezu bis über die gesamte
Länge des Innenkühlungsabschnittes erstreckt, wobei der Innenkuhlungsabschnitt an
dem dem Spritzkopf entgegengesetzten Ende durch einen Schleppstopfen abgeschlossen
ist und in der Zuführ- und der Abführleitung des Wärmeträgers eine den für das Kalibrieren
erforderlichen Innendruck im Rohrinneren erzeugende und aufrechterhaltende Einrichtung
eingesetzt ist.
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Zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung kommt auch eine
Vorrichtung mit einem geschlossenen, axial vom Rohr durchsetzten Flüssigkeitsbehälter
mit Einrichtungen zum Einstellen und Aufrechterhalten eines vorher bestimmten Behälterinnendruckes
in Betracht. Solche Vorrichtungen sind in Vakuumbad-Kalibriersystemen an sich bekannt.
Gemäss der Erfindung soll eine durch den Rohr-Spritzkopf geführte, axial in das
gespritzte Rohr mündende Zufür und Abziehvorrichtung für das fliessende Kühlmittel
vorgesehen sein, deren eines Rohr, vorzugsweise das Zuführrohr, sich nahezu über
die gesamte e Länge des Innenkühlabschnittes erstreckt, während der Innenkühlabschnitt
an dem dem Spritzkopf entgegengesetzten Ende durch einen Schleppstopfen abgeschlossen
ist. Soll mit einer solchen Vorrichtung eine Vakuumkalibrierung durchgeführt werden,
so kann der vom Rohr axial durchsetzte Plüssigkeitsbehälter
mit
Einrichtungen zum Erzeugen und Aufrechterhalten eines Unterdruckes (Vakuums) versehen
sein und die Innenkühleinrichtung, vorzugsweise deren Auslasseinrichtung für das
Eühlmittel, in Druckausgleich mit der Aussenatmosphäre stehen. Wenn es für besondere
Zwecke vorteilhaft erscheint, lassen sich mit einer solchen Vorrichtung auch durchaus
andere Druckverhältnisse einstellen. Hierzu können gemäss der Erfindung die Innenkühleinrichtung
und der vom Rohr durchsetzte Behälter mit einer Einrichtung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung
einer vorher bestimmten Druckdifferenz zwischen dem Behälterinneren und dem Rohrinneren
verbunden sein.
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Bei allen gemäss der Erfindung mit Innenkühlung des Rohres ausgestatteten
Arten von Kalibrierungen sollte im Rahmen der Erfindung das durch das Rohrinnere
geführte EWhlmittel von der Stirnseite des Spritzkopfes ferngehalten und gegenüber
dem Spritzkopf wärmeisoliert gehalten werden. Hierzu kann beispielsweise ein mit
der Innenfläche des Rohres flüssigkeitsdichter wärmeisolierender Stopfen auf der
Stirnfläche des Spritzkopf-Mundstückes angebracht sein. Es ist auch möglich, einen
mit der Innenfläche des Rohres flüssigkeitsdichten Stopfen in Abstand vor der Stirnfläche
des Spritzkopf-Mundstückes zu halten. Die letztere Möglichkeit eignet sich insbesondere
im Rahmen solcher Kalibrierarten, bei denen das Kaliber, beispielsweise das Vakuumbart-Kalibriersystem,
in gewissen, gegebenenfalls serStellbaren Abstand von dem Extrudermundstück angeordnet
ist.
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Im Rahmen der Erfindung kann auf jede Art der Aussenkalibrierung anwendbar
die Innenkühlstrecke des Rohres in ihrer Längsrichtung mittels Schleppstopfen in
mehrere Kühlabschnitte unterteilt sein und für jeden kühlabschnitt ein Rohrepaar
durch den Spritzkopf geführt sein, von welchem jeweils ein Rohr am Anfang und das
andere Rohr kurz vor dem Ende des jeweiligen Kühlabschnittes endet.
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Einige Ausführungsbeispiele für Kalibriereinrichtungen gemäss der
Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig.
1 einen Rohr-Spritskopf mit angeschlossener Kalibriereinrichtung gemäss der Erfindung
in axialem Schnitt; Fig. 2 und 3 etwas abgewandelte Ausführungen des in Fig. 1 gezeigten
rohrförmigen Aussenkalibers axial geschnitten in vergrössert er Darstellung und
Fig. 4 eine gemäss der Erfindung mit Innenkuhleinrichtung ausgestattete Vakuumbad-Kalibriervorrichtung
in axialem Schn tt.
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In den Beispielen der Fig. 1 bis 3 ist an die Stirnseite des Mundstückes
1 des Spritzkopfes 2 ein bekanntes hülsenförmiges AussRnkaliber 3 angesetzt. Das
Aussenkaliber 3 weist eine innere Kaliberhülse 4 auf, an deren Innenfläche das soeben
gespritzte
Rohr 5 mit seiner Aussenfläche entlanggleitet. Um die
eigentliche Kaliberhülse 4 ist der Kühlmantel 6 gelegt, durch den die Kühlflüssigkeit,
beispielsweise Wasser, im Sinne der Pfeile 7 geführt wird. Im Beispiel der Fig.
1 wird die Kühlflüssigkeit an dem dem Mundstück 1 des Spritzkopfes 2 benachbarten
Ende des Aussenkalibers 3 eingeführt und an dem dem Mundstück 1 entfernten Ende
abgeführt, so dass sich eine Gleichstrom-Kühlung ergibt. In den Beispielen der Fig.
3 und 4 wird dagegen eine Gegenstrom-Kühlung am Aussenkaliber 3 benutzt, d.h. das
Kühlmittel an dem vom Spritzkopf-Mundstück 1 entfernten Ende eingeführt und an dem
dem Spritzkopf-Mundstück 1 benachbarten Ende abgezogen. Im übrigen ist der aufbau
des Aussenkalibers 3 im wesentlichen mit demjenigen gemäss Fig. 1 gleich.
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Im Beispiel der Fig. 1 ist an das Aussenkaliber 3 noch eine Kühlstrecke
8 angeschlossen, die in Art eines oben offenen Troges 9 mit unterem Wassereilslass
10 und Wasserüberlaufauslass Ii ausgebildet ist. Auch in dieser Kühlstrecke 8 wird
im Beispiel der Fig. 1 das Wasser entsprechend den Pfeilen 12 im Gleichstrom mit
dem-im Sinne des Pfeiles 13 abgezogenen kalibrierten Rohres 5 geführt.
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In den Beispielen der Fig. 2 und 3 wird von einer sich an das Kaliber
3 anschliessenden zusätzlichen Kühlstrecke abgesehen.
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Gemäss der Erfindung ist die Kalibriereinrichtung mit einer zusätzlichen
Einrichtung zur Innenkühlung des Rohres 5 versehen. hierzu ist ein Wasserzuführungsrohr
14 axial durch den Spritzkopf 2 eingeführt. Dieses Wasserzuführungsrohr endet kurz
vor dem Ende des Innenkühlabschnittes 15. Ferner ist axial durch den Spritzkopf
2 ein Wasserableitungsrohr 16 geführt, das in dem dem Spritzkopf-Mundstück 1 benachbarten
Endbereich der Innenkühlstrecke 15 endet. In den Beispielen der Fig. 1 bis 3 ist
dieses Wasserableitungsrohr koaxial um das Wasserzuführungsrohr 14 gelegt und bildet
dadurch eine zusätzliche Wärmeabschirmung für das im Rohr 14 eingeführte Kühlwasser
gegenüber dem Spritzkopf 2.
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Im dargestellten Beispiel ist der Spritzkopf 2 als Winkelspritzkopf
ausgebildet, so dass sich eine verhältnismässig einfache Führung für die Kühlmittelleitungen
14 und 16 ergibt. Es ist aber auch bei Längsspritzkopfen eine geeignete seitliche
Einführung der Kühlmittelleitungen 14 und 16 ohne weiteres möglich.
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Hinter dem Spritzkopf 2 sind die Kühlmittelleitungen 14 und 16 über
Druckschläuche oder Druckleitungen 17 und 18 an eine Einrichtung 19 angeschlossen,
mit der ein vorher bestimmter ggf. einstellbarer Stützdruck für das Rohr im Kühlmittelsyætem
erzeugt und aufrechterhalten wird. Diese Druckerzeugungseinrichtung 19 nimmt das
Kühlwasser bei 20 auf und gibt es bei 21 ab.
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Die Führung der Kühlmittelleitungen 14 und 16 durch den Spritzkopf
2 und die Druckerzeugungseinrichtung 19 sind in den Fig. 2 und 3 nicht gezeigt und
können in gleicher WeiUe Wi9 im Beispiel der Fig. 1 ausgebildet sein.
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Die Innenkühlstrecke 15 5 ist an dem dem Spritzkopfmundstück 1 entfernten
Ende durch einen Schleppstopfen 22 und an dem dem Spritzkopfmundstück 1 benachbarten
Ende mit einem flüssigkeitsdicht an der Innenfläche des Rohres gleitenden Stopfen
23 abgeschlossen.
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Im Beispiel der Fig. 1 ist das Kühlflüssigkeits-Zufuhrrohr 14 stirnseitig
offen und mit einer den Schleppstopfen 22 haltenden Kette 24 versehen. Der dem Spritzkopfmundstück
1 benachbarte Stopfen 23 ist in diesem Beispiel auf die Aussenseite des Kühlmittel-Abzugrohres
16 in einem axialen Abstand vor der Stirnfläche des Spritzkopf-Mundstückes 1 gesetzt.
In diesen Hohlraum zwischen dem Stopfen 23 und der Stirnfläche des Spritzkopf-Mundstückes
1 wird durch das Innere des Spritzkopfes 2 Stützluft axial zugeführt, wie dies durch
den Pfeil 25 angedeutet ist.
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Im Beispiel der Fig. 2 ist der Schleppstopfen 22 unmittelbar und
als stirnseitiger Verschluss auf das Kühlmittel-Zuführungsrohr 14 aufgesetzt. Das
EWhlmittel-ZuSuhrungsrohr 14 weist deshalb kurz vor seinem Ende Auslassbohrungen
26 auf. Die Anordnung des dem Spritzkofmundstuck 1 benachbarten Stopfens 23 in axialem
Abstand 27 von der Stirnfläche des Spritzkopfmundstückes 1 ist wie im Beispiel der
Fig. 1 getroffen. Auch im Beispiel der Fig. 2 kann dieser Hohlraum 27 an eine an
sich bekannte Stützluftzufuhr angeschlossen sein.
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@ Im Beispiel der Fig. 3 ist der Schleppstopfen 22 wie im Beispiel
der Fig. 2 auf das Ende des Kühlmittelzuführungsrohres 14 aufgesetzt. Der auf das
Kühlmittel-Abzugrohr 16 aufgesetzte, dem
Spritzkopf-Nundstück 1
benachbarten Stopfen 23 ist in diesem Beispiel an seiner Rückseite mit wärmeisolierenden
Halteelementen 28 und 29 versehen, die ggf. einen Luftraum. 30 zwischen sich einschliessen.
Diese-Halteelemente 28 und 29 bilden eine mechanische aber währmeisolierende Verbindung
zwischen dem Stopfen 23 und der Stirnseite des Spritzkopfmundstückes 1 und machen
dadurch die Zufuhr von Stützluft zwischen der Stirnfläche des Spritzkopf-Nundstückes
1 und dem Stopfen 23 entbehrlich.
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Im Beispiel der Fig. 4 handelt es sich um eine Vakuumbad-Kalibriervorrichtung,
deren Grundaufbau an sich bekannt ist.
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Diese Vakuumbad-Kalibriervorrichtung ist mit einer Innenkühlvorrichtung
gemäss der Erfindung ausgerüstet.
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Im Beispiel der Fig. 4 ist ein vakuumdicht abgeschlossenes Wasserkühlbad
31 vorgesehen. An der Trogstirnwand am Rohreintritt ist im dargestellten Beispiel
eine erste Kalibrierbüchse 32 angebracht, die gleichzeitig als Abdichtung des Kühlbadtroges
31 dient und dazu an der Eintrittsstelle des Schlauches 5 mit einer Zuführvorrichtung
33 für Schmier-und Dichtungsmittel, beispielsweise Wasser, Glyzerin und dgl., verbunden
ist.
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Im Inneren des Wasserkühlbades 31 ist eine sich parallel zu dem Rohr
5 erstreckende Schiene 34 zum Anbringen weiterer Kalibriereinrichtungen, beispielsweise
Ziehblenden, Kalibrierbüchsen und dgl., vorgesehen. Die erste Kalibrierbüchse 32
wird im dargestellten Beispiel durch eine Ringdüse 35 innerhalb des Wasserspiegels
im
Bad 31 mit Wasser bespült. Die weiteren Kalibrierbüchsen und Ziehrohre befinden
sich ebenfalls unterhalb des Wasserspiegels und werden dadurch vom Wasser des Bades
umspült.
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Ein Überlaufrohr 36 hält den Wasserspiegel konstant. Der Wasserspiegel
liegt dabei einige Zentimeter unter dem aufklappbaren Deckel 37. An das Überlaufrohr
36 ist eine Wasserstrahlpumpe oder eine Wasserringpumpe 38 angeschlossen, um den
gewünschten Unterdruck im Wasserkühlbad 31 zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Die
genaue Einstellung des gewünschten Unterdruckes bzw.
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Vakuums wird mittels eines Schnüfflerventils 39 ermöglicht und an
einem Vakuummeter 40 abgelesen. Der Austritt für das Eunststoffrohr 5 ist mit einer
auf der Aussenfläche des Rohres 5 gleitenden Dichtung 41 versehen.
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Am Rohreintritt kann eine verhältnismässig einfache Kalibrierbüchse
oder Ziehblendeneinrichtung vorgesehen sein, wenn man mit Unterzug arbeitet, damit
die schräg einlaufende Wandung des extrudierten Schlauches oder Rohres am Rand der
Kalibrierbüchse 32 bzw. der Ziehblende abdichtet. Für kleine Rohre ist ein Unterzug
von 30 bis 5Q % möglich. Entsprechend dem gewünschten Unterzug ist ein Abstand 42
von beispielsweise 0,6 bis 10 cm zwischen der Stirnfläche des Spritzkopfmundstückes
1 und der Stirnwand des Vakuumkühlbades 31 angeordnet.
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Die bei dieser Vorrichtung gemäss der Erfindung anzuwendende Innenkühlvorrichtung
besteht wiederum aus einem Eühlmittelzuführungsrohr
14, das im
dargestellten Beispiel an dem dem Spritzkopf-Mundstück 1 abgewandten Ende der Innenkühlstrecke
15 endet und dort den fest angebrachten Schleppstopfen 22 trägt, oer zugleich den
stirnseitigen Verschluss des Rohres 14 bildet.
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Kurz vor dem Ende trägt das Rohr 14, wie in den Beispielen der Fig.
2 und 3, Auslässe 26 für das Kühlmittel. Zum Abziehen des Kühlmittels aus der Innenkühlstrecke
15 ist ein Kühlmittelabzugrohr 16 koaxial um das Kühlmittelzuführrohr 14 gelegt.
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Beide Rohre 14 und 16 sind axial durch den Spritzkopf 2 geführt, der
im übrigen wie im Beispiel der Fig. 1 ausgebildet sein kann.
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Im Beispiel der Pig. 4 ist jedoch im Unterschied zum Beispiel der
Fig. 1 das Innenkühlsystem mit einer Druckausgleichsvorrichtung versehen, die das
Kühlmittel im Inneren des Rohres 5 im Innenkühlabschnitt 15 im wesentlichen auf
dem aussen herrschenden Atmosphärendruck hält, so dass die Vakuumbad-Kalibriereinrichtung
in ihrer Arbeitsweise nicht beeinträchtigt wird. Um den Aufbau von Überdruck in
der Unterziehstrecke 42 zu verhindern, kann wie im Beispiel der Fig. 1 eine axiale
Stützluftzuführung im Spritzkopf 2 vorgesehen sein. Mit dieser Einrichtung kann
entweder ein vorherbestimmt er Druck im Unterziehabschnitt 42 im Inneren des Rohres
5 gehalten werden oder das Rohrinnere in diesem Abschnitt 42 in Druckausgleich mit
der Aussenatmosphäre stehen.
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Mit dem Grundaufbau der in Fig. 4 gezeigten Vakuumbad-Ealibriervorrichtung
kann auch in der Weise gearbeitet werden, dass zwischen dem Inneren des Rohres 5
und dem Innenraum des Badtroges 31 eine vorher bestimmte Druckdifferenz eingestellt
wird. May;. wird zu diesem Zweck den Wasserzulaut 43 und den WasserabOau ! 44 des
Wasserkühlbades
31 über Druckschläuche oder dgl. zusammen mit den in das Innere des Rohres 5 führenden
Kühlmittelzuführungs-und Abführrohren 14 und 16 an einen Differenzdruckerzeuger
anschliessen, derart, dass im Inneren des Badbehälters 31 geringerer Druck als im
Inneren des Rohres 5 aufgebaut und aufrechterhalten en wird. Derartige Differenzdruckerzeuger
sind an sich bekannt. Die Wasserstrahlpumpe oder Wasserringpumpe 38 wird dann durch
Schliessen des ihr vorgeschalteten Hahnes 45 ausser Betrieb gesetzt.
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Alle in der Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung wiedergegebenen
Merkmale des Anmeldungsgegenstandes können für sich allein oder in jeder denkbaren
Kombination von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung sein.