AT393808B - Werkzeug zur herstellung von rohren mit unterschiedlichen wanddicken - Google Patents

Description

AT 393 808 B

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung von Rohren mit unterschiedlichen Wanddicken bestehend aus einem Rohrkopf, einer Düse, einem im Rohrkopf und Düse angeordneten Dom sowie einem Verstellmechanismus zur Relativverschiebung zwischen Dom und Düse, wobei die Düse zur Verschiebung in Axialrichtung des Werkzeuges mit dem Verstellmechanismus verbunden ist und die Mantelflächen der unmittelbar vor den Stirnseiten der Düse und des Domes einschließen.

Bei der Herstellung von Rohren erfolgt die Formgebung der Kunsstoffschmelze in Rohrwerkzeugen. Für jede Kunsstofftype sind spezielle Werkzeuge mit unterschiedlichen Flußkanalgeometrien notwendig. Die Hauptgruppen eines derartigen Werkzeuges bestehen aus Rohrkopf und Düsensatz. Der Rohikopf hat die Aufgabe, den aus dem Extrader austretenden Vollstrang in einen Hohlstrang umzuformen. Der aus Dom und Düse gebildete Düsensatz bringt den Hohlstiang schließlich auf die gewünschte Rohrdimension. Durch den konstruktiven Aufbau des Rohikopfes ist es möglich, mit verschiedenen Düsensätzen einen definierten Rohrbereich abzudecken. Für die Herstellung einer bestimmten Rohrdimension ist stets ein formgebendes Werkzeug erforderlich. Bei Wechsel der Rohrdimension ist immer ein Tausch von Dom und Düse notwendig. Wird bei gleichem Nenndurchmesser des Rohres eine andere Wanddicke gewünscht, so muß je nach System entweder der Dom oder der gesamte Düsensatz getauscht werden.

Es ist aber auch zur Verkürzung der Rüstzeit und dem damit verbundenen Produktionsausfall beim Düsensatzwechsel bekannt, mit ein- und demselben Werkzeug Rohre mit unterschiedlichen Wanddicken herzustellen. Dazu ist der gesamte Dom im Werkzeug axial verschiebbar gelagert und über ein Getriebe mit einem an der Werkzeugaußenseite angeordneten Motor gekuppelt. Ein solches Rohrwerkzeug wurde z. B. durch die AT-PS 284 417 bekannt. Eine derartige Ausführung ist jedoch durch die Notwendigkeit einer eigenen Rohrkopfkonstruktion und der Anordnung des Verstellmechanismus innerhalb des Rohrkopfes besonders aufwendig. Darüberhinaus sind relativ hohe Verstellkräfte für die Axialverschiebung des Domes erforderlich. Durch die Verschiebung des Domes gegenüber der feststehenden Düse kommt es zur Bildung einer schlechteren Innenfläche des Extrudates.

Durch die DE-PS 1 804 640 ist ein sich verengender Düseneintrittsbereich an sich bekannt, wobei der Dom jedoch zylindrisch ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich der Nachteil, daß zur Herstellung von Rohren unterschiedlicher Wandstärken verschiedene Düsensätze verwendet werden müssen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Düse nicht verstellbar ist, wodurch sich auch im Zusammenhang mit den oben angeführten Nachteilen erhöhte Rüstzeiten ergeben.

Die US-PS 3 453 690 beschreibt zwar ein Rohrwerkzeug, bei dem die Düse in einem engen Bereich verstellbar ist, jedoch weisen die Düse und der Dom sich in Richtung zu den freien Stirnflächen dieser Teile zu erweiternde Abschnitte auf. Der Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, daß die Wandstäike der Rohre nur in einem geringen Bereich veränderbar ist, wobei dies umständlich und zeitraubend über einen Schraubmechanismus, der die Düse gegenüber dem Dom verschiebt, erfolgt, sowie darin, daß es durch die Abstufung zur Bildung einer schlechteren Oberfläche des Extrudates kommt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun in der Schaffung eines Werkzeuges der eingangs beschriebenen Art, daß unter Vermeidung der oben angeführten Nachteile eine relativ einfache Konstruktion aufweist.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß dadurch gelöst, daß sich diese Abschnitte der Düse und des Domes gegen deren Stirnflächen zu trompetenartig verengen. Durch die trompetenförmige Ausbildung von Düsen- und Domende erfolgt auch noch bei extremer Relativ-Verschiebung zueinander eine im wesentlichen parallel zur Werkzeuglängsachse verlaufende Austrittsrichtung des plastifizierten Materials. Außerdem kann durch die trompetenförmige Veijüngung des Düsensatz-Endbereiches der im Sinne der Materialförderrichtung dahinter-liegende Bereich des Domes mit einem größeren Durchmess»: ausgebildet werden. Auf diese Weise erhält der Flußkanal eine Druckausgleichs-Zone, um bei Düsenverstellung und konstant gehaltenem Ausstoß das Druckniveau am Rohrkopfanschluß nahezu konstant zu halten.

Eine bevorzugte Ausfühmngsform der Erfindung besteht darin, daß die Geometrie der trompetenförmigen Düsenverengung - in einem in axialer Richtung verlaufenden Querschnitt gesehen - von der freien Düsenstimfläche beginnend aus einem Kreisbogen (S) mit einem Radius (R) gebildet ist, wobei der Kreisbogen (S) am freien Düsenende tangential zur Düsenachse unter einem Winkel α von 0 bis 20° beginnt und tangential unter einem zur Düsenachse eingeschlossenem Winkel ß von 1 bis 90° endet, und daß die Geometrie der Domveijüngung ebenfalls aus einem Kreisbogen (S') gebildet ist, der im Bereich der freien Stirnfläche des Domes tangential unter dem genannten Winkel α und im gegenüberliegenden Endbereich der Veijüngung tangential unter dem genannten Winkel ß endet, wobei der Radius (R1) im Vergleich zum Radius (R) um den Düsenaustrittsspalt (SA) größer ist, der sich dann ergibt, wenn die Stirnfläche der Düse und die Stirnfläche des Domes in einer gemeinsamen Ebene liegen. Mit einer derartigen Formgebung von Dom und Düse ist bei Axialverschiebung der Düse gegenüber dem Dom eine optimale Änderung der Spaltbreite bzw. der Wanddicke des aus dem Düsensatz austretenden Materials erreichbar. Der im wesentlichen parallele Materialaustritt zur Längsachse wird durch den Winkel et, die gewünschte Spaltänderung durch den Winkel ß gesteuert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausfühmngsform der Erfindung sind die Düse und der -2-

AT 393 808 B

Verstellmechanismus mit einer einen Flansch aufweisenden Rohrkopfanschlußdüse verbunden, wobei der Dom im Bereich der Rohikopfanschlußdüse mit einer Domverlängerung verbunden ist. Mit einer derartigen Ausbildung ist eine konstruktiv einfache Lagerung der Düse für deren Axialverschiebung möglich, wobei der Verstellmechanismus und der Düsensatz als vorgefertigte Arbeitseinheit in einfachster Weise über den mit der 5 Rohrkopfanschlußdüse verbundenen Flansch auf einen bereits im Einsatz befindlichen Rohrkopf angeschraubt werden kann. Durch die Rohrkopfanschlußdüse und die Domverlängerung wird außerdem zwischen dem bestehenden Rohrkopf und dem Düsensatz an Länge gewonnen, in der der Flußkanal zur Bildung einer Druckausgleichszone einen im Durchmesser verkleinerten und vergrößerten Bereich aufweist.

Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, daß die Düse aus etwa sechs bis zwölf an ihrem 10 spaltseitigem Ende miteinander verbundenen Ringsegmenten gebildet ist, zwischen denen Luftspalte angeordnet sind und die unabhängig voneinander heizbar sind. Auf diese Weise können die einzelnen Düsensegmente unabhängig beheizt und geregelt werden, so daß etwaige nach der Kalibrierung durch eine Meßeinrichtung festgestellte geringfügige Dickenabweichungen ausgeglichen werden können. Mit einer derartigen Düsensegmentierung wird der Vorteil einer ausschließlich axialen Verschiebung der Düse zur Spaltänderung IS ausgenützt, da nur auf diese Weise sichergestellt ist, daß immer dieselben Düsensegmente denselben Umfangszonen des extrudierten Rohres zugeordnet sind.

Zur Feststellung von geringfügigen Dickenabweichungen kann in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Ringsegmente zur voneinander unabhängigen Temperaturregelung mit einer der Kalibriervorrichtung nachgeordneten Meßeinrichtung zur Kontrolle der Rohrdicke in Verbindung stehen. 20 Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfmdungsgemäß ausgebildetes Werkzeug, 25 Fig. 2 die Kurvengeometrie der in Fig. 3 im Querschnitt dargestellten Düse,

Fig. 4 die Kurvengeometrie des in Fig. 5 dargestellten Domes,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Kurvengeometrien von Dom und Düse,

Fig. 7 eine Ansicht der Stirnfläche der Düse und Fig. 8 eine Seitenansicht des Düsenendbereiches. 30

Das in Fig. 1 dargestellte Werkzeug (1) besteht im wesentlichen aus dem aus der Düse (2) und Dom (3) gebildeten Düsensatz und einem Verstellmechanismus (4) zur Axialverschiebung der Düse (2) gegenüber dem Dom (3). Der Verstellmechanismus (4) setzt sich aus einem zylinderförmigen Verstellgehäuse (5) zusammen, das über eine Lagerung (6) mit einer Rohrkopf-Anschlußdüse (7) drehbar verbunden ist Die Verdrehung des 35 Verstellgehäuses (5) um die Werkzeugachse (8) erfolgt elektromotorisch über einen Stimradgetriebemotor (9), dessen Antriebswelle mit dem auf dem Verstellgehäuse (5) gelagerten Stirnrad (10) in Eingriff steht. Der Motor (9) ist über eine Antriebsbefestigungsplatte (11) mit der Rohrkopf-Anschlußdüse (7) verbunden. Diese weist einen Flansch (12) zur Fixierung an einem herkömmlichen Rohrkopf auf. Der Dom (3) ist an einer Domverlängerung (13) befestigt, die ihrerseits an einem herkömmlichen Rohrkopf befestigt wird. Das 40 Verstellgehäuse (5) steht über ein Trapezgewinde (14) oder ein Kugelumlaufgewinde mit einer Verstellbüchse (15) in Eingriff. Die mit ihrer zur Werkzeugachse (8) senkrechten Stirnfläche mit der Düse (2) verbundene Verstellbüchse (15) ist über in axialer Richtung verlaufende FUhrungsbolzen (16), die in der Verstellbüchse (15) befestigt sind, gegen Verdrehung gesichert und axial zu diesen Bolzen verschiebbar. Die Verstellbüchse (15) weist einen in den Flußkanal (17) reichenden, zylinderförmigen Führungsabschnitt (18) mit einer Gleit-45 und Dichtfläche (19) auf. Durch die Anlage dieser Gleit- und Dichtfläche (19) an die Innenfläche der Rohikopf-Anschlußdüse kommt es während der gesamten Axialverschiebung der Verstellbüchse (15) zu einer Abdichtung des Flußkanals (17). Die Düse weist im an die Stirnfläche (20) angrenzenden Bereich eine trompetenförmige Verengung (21) auf. Dm- Dom (3) weist ebenfalls im an seine Stirnfläche (22) anschließenden Bereich eine gegengleich ausgebildete trompetenförmige Veqüngung (23) auf. Bei Beaufschlagung des Stimradgetriebemotors 50 (9) erfolgt eine Rotation des Verstellgehäuses (5) um die Rohrkopf-Anschlußdüse (7) bzw. die Werkzeugachse (8), wobei infolge des Gewindes (14) die Verstellbüchse (15) - je nach Umlaufrichtung des Motors (9) - in axialer Richtung nach vorne bzw. entgegen der Flußrichtung (24) zurückbewegt wird. Dabei wird die mit der Verstellbüchse verbundene Düse (2) ebenfalls in axialer Richtung verschoben. Der Flußkanal (17) weist eine Druckausgleichszone (25) im Domanfangsbereich auf, um bei der Axialverschiebung der Düse und 55 gleichbleibendem Materialausstoß das Druckniveau am Rohrkopfanschluß nahezu konstant halten zu können. Dabei erfolgt die Spaltverstellung in der Druckausgleichszone (25) gleichzeitig mit der Spaltverstellung am Düsenaustritt. In dieser Druckausgleichszone (25) nimmt der mittlere Durchmesser des Flußkanals in Extrasionsrichtung derart zu, daß dieser mit der Werkzeugachse (8) einen Winkel von etwa 10° einschließt. Die Druckkräfte, die im Bereich der Gleit- und Dichtfläche (19) und im Bereich der Düsenverengung (21) angreifen, 60 können bei kleinster Spaitemstellung relativ groß werden, sodaß eine Verstellung mit dem Trapezgewinde (14) während des Betriebes nicht mehr möglich sein könnte. Um dies sicher auszuschließen, ist die erwähnte Neigung des Flußkanals um den Winkel vorgesehen, wodurch eine gegen die Extrusionsrichtung auf die Verstellbüchse -3-

Claims (5)

1. AT 393 808 B (15) wirkende Kraft gebildet wird. Die Domverlängerung (13) und die Verstellbüchse (15) weisen eine derartige Anschlußgeometrie auf, daß auch Düsensätze für mehrere Außendurchmesser verwendbar sind. Die in Fig. 2 ersichtliche Düsenaustrittsgeometrie der Düsenverengung (22) hat folgende Kontur. Rotiert die dargestellte Kurve (S) um die Werkzeugachse (a), so entsteht eine der Fläche im Bereich des Düsenaustritts identische Fläche. Die Kurve (S) stellt einen Kreisbogen mit einem Radius (R) von 150 bis 500 mm dar. Die Kurve (S) beginnt tangential im Punkt (A) unter einem Winkel α zur Düsenachse von 0 bis 20° und endet tangential im Punkt (B) unter einem Winkel ß zur Düsenachse (a) von 1 bis 90°. Die Düsenaustrittsgeometrie der Domveijüngung (23) hat folgende Kontur. Rotiert die Kurve (S') um die Achse (a'), so entsteht eineFläche, die der Fläche des Domes im Bereich des Düsenaustritts, also der Domveijüngung (23) identisch ist. Die Kurve (S*) stellt einen Kreisbogen mit einem Radius (R') dar. Dieser ist um den Düsenaustrittsspalt (SA) größer als der Radius (R) der Düsenverengung (21). Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf die Kontur in Form eines Kreisbogens nicht beschränkt. In Abänderung der Erfindung kann die Kontur auch die Form eines Ellipsen- Parabel- oder Hyperbelbogens, überhaupt die Form eines Abschnittes einer Kurve zweiter oder höherer Ordnung aufweisen. Wie in Fig. 6 ersichtlich, ist unter dem Düsenaustrittsspalt (SA) jener Spalt zu verstehen, der sich einstellt, wenn die Düse (2) in ihrer hintersten Stellung ist, d. h. wenn die Stirnflächen (20 und 22) von Düse- bzw. Dom in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die Düse (2) gemäß Fig. 7 weist acht Ringsegmente (30) auf. Diese sind voneinander durch einen Luftspalt getrennt. Die Temperatur jedes Ringsegmentes (30) kann unabhängig vom anderen Segment eingestellt und geregelt werden. Abweichend von dieser Ausbildung können aber auch beispielsweise 6 bis 12 Segmente vorgesehen sein. Nach Kalibrierung des aus dem Düsensatz austretenden Rohres ist eine um dieses rotierende Meßeinrichtung vorgesehen, welche konstant die Rohrdicke kontrolliert Stellt diese Meßeinrichtung in einem Umfangsbereich eine unzulässige Abweichung fest, dann muß das diesem Umfangsbereich des Rohres zugeordnete Ringsegment (30) der Düse (2) thermisch nachgeregelt werden, was durch die in die Bohrungen (31) dar Segmente (30) eingesetzte Heizpatronen erfolgen kann. PATENTANSPRÜCHE 1. Werkzeug zur Herstellung von Rohren mit unterschiedlichen Wanddicken, bestehend aus einem Rohrkopf, einer Düse, einem im Rohrkopf und Düse angeordneten Dom sowie einem Verstellmechanismus zur Relativverschiebung zwischen Denn und Düse, wobei die Düse zur Verschiebung in Axialrichtung des Werkzeuges mit dem Verstellmechanismus verbunden ist und die Mantelflächen der unmittelbar vor den Stirnseiten dar Düse und des Doms liegenden Abschnitte derselben einen Winkel mit der Achse des Domes einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß sich diese Abschnitte der Düse (2) und des Domes (3) gegen deren Stirnflächen zu trompetenartig verengen.
2. 2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der trompetenförmigen Düsenverengung (21) - in einem in axialer Richtung verlaufenden Querschnitt gesehen - von der freien Dfisenstimfläche beginnend aus einem Kreisbogen (S) mit einem Radius (R) gebildet ist, wobei der Kreisbogen (S) am freien Düsenende tangential zur Düsenachse (8) unter einem Winkel α von 0 bis 20° beginnt und tangential unter einem zur Düsenachse eingeschlossenen Winkel ß von 1 bis 90° endet, und daß die Geometrie der Domverjüngung (23) ebenfalls aus einem Kreisbogen (S') gebildet ist, der im Bereich der freien Stirnfläche (22) des Domes (3) tangential unter dem genannten Winkel α und im gegenüberliegenden Endbereich der Verjüngung (23) tangential unter dem genannten Winkel ß endet, wobei der Radius (R*) im Vergleich zum Radius (R) um den Düsenaustrittsspalt (SA) größer ist, der sich dann ergibt, wenn die Stirnfläche (20) der Düse (2) und die Stirnfläche (22) des Domes (3) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
3. 3. Werkzeug nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (2) und der Verstellmechanismus (4) mit einer einen Flansch (12) aufweisenden Rohrkopfanschlußdüse (7) verbunden sind und daß der Dom (3) im Bereich der Rohrkopfanschlußdüse (7) mit einer Domverlängerung (13) verbunden ist.
4. 4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (2) aus etwa sechs bis zwölf an ihrem spaltseitigen Ende miteinander verbundenen Ringsegmenten (30) gebildet ist, zwischen denen Luftspalte angeordnet sind und die unabhängig voneinander heizbar sind. -4-
5. 5 AT 393 808 B S. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente (30) zur voneinander unabhängigen Temperaturregelung mit einer der Kalibriervorrichtung nachgeordneten Meßeinrichtung zur Kontrolle der Rohrdicke in Verbindung stehen. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen -5-