DE19700028A1

DE19700028A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung und Evakuierung von Formkörpern in Wellrohrformmaschinen

Info

Publication number: DE19700028A1
Application number: DE19700028A
Authority: DE
Inventors: Helmut Gruell
Original assignee: Unitec Tech Entwicklungen GmbH
Current assignee: Maintools & Cokg 97424 Schweinfurt De GmbH
Priority date: 1997-01-02
Filing date: 1997-01-02
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2017-01-03
Also published as: DE19700028C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrich tung sowie das Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, damit teilkristalline Kunststoffe mit einem hohem Wärmeinhalt pro Masseneinheit ra tionell und mit hohen Ausstoßleistungen (kg/h) zu materialsparenden Rohren ver arbeitet werden können.

Es ist hinreichend bekannt, daß welt weit Hersteller und Anwender von Well rohrformmaschinen, größtenteils das Formkettenumlaufprinzip in horizontaler oder vertikaler Anordnung, zur Produk tion von quergewellten, einschichtigen oder mehrschichtigen Kunststoffwell rohren offerieren und viele Rohrher steller diese Konstruktionen einsetzen.

Solche Vorrichtungen und Verfahren, sowie die verschiedensten Kühlsysteme sind durch viele Patentanmeldungen offenkundig und weltweit im Gebrauch.

Formbackenumlauf: EP 00 67 473; EP 00 07 556; DE 39 30 318; US 5,002,478; EP 02 70 695; DE 31 18 932; DE 38 10 915; DE 40 07 608; DE 22 14 829; WO 91 06 419; DE 30 11 425;
Kühlungsarten: EP 00 67 472; EP 00 47 378; EP 00 05 104; EP 00 67 473; DE 28 36 941; DE 31 20 480.

Diese vorgenannten Anmeldungen be schreiben hauptsächlich nur die ver schiedenen Möglichkeiten zur Kühlung der aus Metall hergestellten Formkörper 1, die in der Regel innerhalb der Formstrecke in Kanälen (Skizze 1) geführt und dabei an den gekühlten Füh rungsleisten 2 mit den integrierten Kühlwassernuten 3 entlang gleiten.

Alle Verfahren haben den entscheidenden Nachteil, daß die Kühlung des Produktes nur durch eine Kontaktkühlung erfolgt, das heißt, daß der durch eine verlängerte Düse 5 eingespritzte heiße Kunststoff 4 während des Abkühlens nur an einer gekühlten und relativ kalten Werkzeug- oder Formoberfläche 6 anliegt. Die bei diesen bekannten Konstruktionen zum Einsatz kommende Kühlmedien, können deshalb nur indirekt, durch eine relativ schlecht leitende und dicke Metallschicht, den zirka 230°C heißen Kunststoff ab kühlen.

Zwischenzeitlich gibt es Weiterentwick lungen im Bereich der Formkörper 1, bei denen das Kühlmedium direkt in die integrierten Kühlkanäle geleitet wird, um eine intensive Kühlung mit einem hohen Wirkungsgrad zu erzielen.

Einer der größten Nachteile dieses Ver fahrens ist der hohe technische Aufwand der betrieben werden muß, um das Kühl medium möglichst leckagefrei an bzw. in die Kühlkanäle der kontinuierlich umlaufenden Formkörper heranzuführen.

Diese Zu- und Ableitungen sind kraft- und formschlüssig über flexible Schläu che mit den Formkörpern verbunden, so daß diese Leitungen in der gleichen Ge schwindigkeit umlaufen müssen, wie der Formkörper 1 selbst.

Um dies zu gewährleisten werden pro ro tierende Kettenhälfte zwischen dem Schubtrum 7 und Leertrum 8 der Ket te 9 bewegliche Schlitten instal liert, die wiederum die Rotationsver teiler für das Kühlmedium tragen. Diese Rotationsverteiler bewegen sich durch die daran angekoppelten Zu- und Ablei tungen für das Kühlmedium auf den Schlitten vorwärts und rückwärts und werden jeweils in den Endpunkten der Schlitteneinheit umgelenkt. Diese Zu- und Abführleitungen benötigen speziell zusätzliche Führungen in den Umlenk punkten der Formblöcke 1 und unter liegen dadurch bedingt einem höheren Verschleiß. Ebenso ist es notwendig die Formblöcke 1 wegen der Eigensteifig keit dieser Schläuche besonders in den Umlenkpunkten zusätzlich abzustützen und zu führen. Nur so läßt sich eine kontinuierliche Speisung der Formblöcke mit einem Kühlmedium sicher durch führen.

Aus technischen und physikalischen Überlegungen sollte jeder Formblock 1 seinen eigenen Zu- und Ablauf für das ihm zugeführte Kühlmedium besitzen. Das dadurch entstehende große Schlauchge wirr läßt einige Maschinenhersteller schon zu Lösungen greifen, bei denen mehrere Formblöcke 1 nur einen ge meinsamen Zu- und Ablauf besitzen.

Bei dieser Konstruktionsausführung gibt es einige gravierende Nachteile:

1. Die Gesamtanzahl solcher Formblöcke innerhalb einer Kettenlänge müssen je weils ein Vielfaches dieser Kühlsek tionslänge sein.
2. Die Formtemperatur dieser Kühlsek tionslänge ist an der Eintrittsstelle des Kühlmediums kälter als an der Aus trittsstelle. Dies bedeutet, daß die Temperaturverlaufskurve in Bezug zur Rohrachse einem Sägezahnprofil gleicht.
Welche mechanische Spannungen durch diese Art der Abkühlung am fertigen Produkt entstehen, bleibt hier unbe rücksichtigt.
3. Bei all den bisher bekannten Kon struktionsvarianten solcher Formblöcke 1 kann nicht verhindert werden, daß sich in den Ecken der integrierten Kühlkanäle kleine Luftblasen bilden, die die Zirkulation des Kühlmediums innerhalb der Formblöcke 1 erheblich beeinträchtigen und deshalb die Kühl leistung herabsetzen können.
4. Außerdem ist bei diesem Herstellungsverfahren für dünnwandige Well rohre immer peinlichst darauf zu ach ten, daß sich kein Schwitzwasser oder irgendwelche kleine Wassertropfen auf den kalten Oberflächen 6 der Form blöcke 1 bilden oder sich zwischen der heißen Schmelze und der kalten Werkzeugoberfläche 6 befinden. Augen blicklich würde die heiße Schmelze, den an der Formoberfläche 6 haftenden Wassertropfen in Wasserdampf verwan deln. Der dabei explosionsartig entste hende Dampfdruck durchschlägt sofort den aus der Düse 5 dünn austretenden und zu formenden Kunststoffschlauch 4, solange keine Möglichkeit der Ab leitung des entstehenden Dampfdruckes durch den massiven Metallteil der Form blöcke 1 besteht. Druck geht bekannt lich immer den Weg des geringsten Widerstandes, also in Richtung des plastischen Kunststoffschlauches 4 und würde diesen zerstören, bzw. Löcher entstehen lassen.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine möglichst einfache und kostengünstige Konstruktion für neue Maschinen zu schaffen, sowie die Möglichkeit aufzu zeigen, bestehende Wellrohrformmaschi nen durch einfache Lösungen kostengün stig umzurüsten. Das erklärte Ziel ist, mit den hier aufgeführten Ansprüchen und gezeigten Lösungen eine rationelle Verarbeitung von Kunststoffmaterialien, die sich durch einem hohen Wärmeinhalt auszeichnen, zu ermöglichen.

Die physikalischen und technischen Voraussetzungen für eine optimale Küh lung in einer Wellrohrformmaschine zur Verarbeitung von teilkristallinen Kunststoffe mit einem hohen Wärmeinhalt sind:

1. Die Verwendung und Einsatz von Formkörpern, hergestellt aus Materia lien mit einer möglichst hohen Wärme leitzahl (Lambda = Watt pro Meter/° Kelvin).
2. Der Einsatz von Konstruktionsvari anten, die einen möglichst großen Wärmeübergang ( Alpha = Watt/m²) garan tieren.
3. Der Einsatz von Konstruktionsvari anten, die eine möglichst große Wärme übergangsfläche besitzen.
4. Der Einsatz von Konstruktionsvari anten, die eine möglichst große Tempe raturdifferenz zwischen Schmelze und Kühlmedium zulassen.
5. Der Einsatz von Konstruktionsvari anten, die möglichst kurze Wege zwi schen der Schmelze und dem Kühlmedium aufweisen.
6. Der Einsatz von Konstruktionsvari anten, die eine möglichst große Turbu lenzen des Kühlmediums garantieren.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrich tung bzw. Maschine mit all den Merk malen der nachfolgend genannten An sprüche gelöst.

Wellrohrformmaschinen sind ideale Ma schinen zur Herstellung von material sparenden quergewellten, flexiblen Kunststoffrohren. Da die Außenabmes sungen der Formblöcke 1 innerhalb einer Maschinentype meist gleich groß sind, eignet sich die vergrößerte Rückenfläche 13 dieser Formblöcke 1, sowie die wellförmig profilierte Formoberfläche 6 zur permanenten Wärmeabfuhr ganz besonders. Die notwen digen Vertiefungen 10 und Ausfrä sungen, sowie die dazu notwendigen Vakuumschlitze 11 lassen sich kosten günstig einbringen und sind bei Bedarf auch sehr leicht zugänglich und auch sehr leicht zu reinigen.

Bedingt durch die Ausfräsungen 10 wird das Gewicht der Formblöcke 1 re duziert, die verbleibende Wandung 12 zur heißen Schmelze 4 auf ein Min destmaß gehalten, um so zusätzlich den Wärmefluß zwischen Schmelze und Kühl medium erheblich zu verbessern.

Der Vorteil dieser Erfindung ist, daß der heiße, zu verformende Kunststoff 4 möglichst schnell und ohne großen technischen Aufwand in die Profilierung 6 der Formblöcke 1 gesaugt und ab gekühlt werden kann.

Auf Grund der sehr effektiven Kühlung der Formkörper 1, kann die Wellrohr formmaschine mit kürzeren Formketten 9 ausgestattet und dadurch die An triebsleistung der Motore erheblich re duziert werden.

Ein weitaus größerer Vorteil für die Umwelt besteht darin, daß durch diese Erfindung und Konstruktion diese Well rohrformmaschinen völlig ölfrei laufen können.

Die Ausführungsbeispiele dieser Erfin dung sind in den beiliegenden Zeich nungen bzw. Skizzen dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen Führungskanal, einer als Stand der Technik bekannten Wellrohr formmaschine.

Fig. 2 zeigt das Funktionsprinzip dieser Erfindung, sowie einen senkrech ten Schnitt durch eine Wellrohrform maschine gemäß Anspruch 1.

Fig. 3 zeigt die Anordnung einer Kette innerhalb einer Wellrohrformmaschine aus mehreren aneinander gereihten, um laufenden Formblöcken.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische An sicht eines Formblockes für kleinere und mittlere Wellrohrformmaschinen.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische An sicht eines Formblockes für größere Wellrohrformmaschinen.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische An sicht eines Formblockes mit einem Trägersystem für große Wellrohrform maschinen.

Claims

1. Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoff-Rohren und Verarbeitung von teilkristallinen Kunststoffmateralien mit einem hohen Wärmeinhalt (z. B. HDPE mit einem Wärmeinhalt von zirka 708 kJ/kg), dadurch gekennzeichnet, daß die Form körper (1) durch eine in sich geschlos sene Kammer (14) befördert und dabei direkt durch ein Kühlmedium abgekühlt bzw. benetzt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form körper (1) durch eine in sich geschlos sene Kammer (14) befördert und mittels Führungselemente (15) geführt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (14) mit Vakuum beaufschlagt werden kann, sobald die Formkörper (1) diese Kammer durchlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu führleitungen (16) für das Kühlmedium innerhalb der Vakuumkammer (14) oder sich in bzw. auf den Wänden (17) der Vakuumkammer befinden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Zuführleitungen (16) für das Kühl medium mit Elemente (18) ausgestattet sind, die zur Verwirbelung oder Zer stäubung des Kühlmediums beitragen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuum kammer (14) an der Ein- (19) bzw. Auslaufseite (20) einen auf die Außen kontur (13) der Formkörper (1) abge stimmten Kanal (21) aufweist, dessen Länge mindestens der halben Länge eines Formkörpers entspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufkanal (19) bzw. der Auslaufkanal (20) im Zusammenwirken mit den endlos in die Vakuumkammer (14) einlaufenden bzw. mit den aus der Vakuumkammer aus tretenden Formkörpern (1) eine Abdicht funktion übernimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Form körper (1) ringförmige Kanäle (22) be sitzen, durch denen das Kühlmedium di rekt auf die Schmelze (4) treffen kann.

9. Vorrichtung nach einem der vor herigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form körper (1) ringförmige Kanäle (22) be sitzen, durch denen das in der Kammer (14) erzeugte Vakuum auf die Kunst stoffschmelze (4) wirken kann.

10. Vorrichtung nach einem der vor herigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ring förmigen Kanäle (22) in den Ausfräsungen (10) oder an einer Außenfläche (13) der Formkörper (1) enden und offen sind.

11. Vorrichtung nach einem der vor herigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ring förmigen Kanäle (22) in Längsbohrungen (29), bzw. in Sackbohrungen oder Nuten enden, die wiederum zur Außenfläche (13) der Formkörper (1) offen sind und somit eine Verbindung zwischen Kühl medium, Vakuum und Schmelze (4) dar stellen.

12. Vorrichtung nach einem der vor herigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form blöcke (1) aus einem sehr wärmeleitfä higen Material (< 200 W/m K) herge stellt werden.

13. Vorrichtung nach einem der vorheri gen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form blöcke (1) aus einem korrosionsbestän digen Material hergestellt und zu sätzlich beschichtet bzw. wärmebehan delt werden.

14. Vorrichtung nach einem der vorheri gen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon taktfläche (6) der Formblöcke (1) zum heißen Kunststoff (4) keine massive und keine luftundurchlässige Schicht ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorheri gen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese luft durchlässige Schicht der Formblöcke eine Sandwichkonstruktion aus Lochblech (23) und/oder Drahtgewebe (24) dar stellt, bzw. aus porösem Material hergestellt ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorheri gen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Er zeugung der wellförmigen Rohrober fläche, einzelne aufgesetzte und kraft schlüssig befestigte, kreisförmige Seg mente sind.

17. Vorrichtung nach einem der vorheri gen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese kreisförmigen Segmente oder Rippen (28) ebenfalls Vakuumschlitze (11) besitzen.

18. Vorrichtung nach einem der vorheri gen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form blöcke (1) selbst, sowie die Trägerele mente (25) für solche Formblöcke (1), je nach Ausführung der Konstruktion miteinander durch Kettenglieder (26) verbunden sind.

19. Vorrichtung nach einem der vorheri gen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form blöcke (1) selbst, sowie die Trägerele mente (25) für solche Formblöcke (1), je nach Ausführung der Konstruktion lose und in entsprechenden Führungska nälen (15 und 21) oder Führungsnuten (27) so aneinander gereiht sind, daß sie eine geschlossene Kette (9) bilden.

20. Vorrichtung nach einem der vorheri gen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form blöcke (1) selbst, sowie die Trägerele mente (25) für solche Formblöcke (1), je nach Ausführung der Konstruktion lose und in entsprechenden Führungskanälen oder Führungsnuten so aneinander ge reiht sind und bewegt werden, daß sie im Shuttle Prinzip (EP 02 70 695) ein gesetzt werden können.