Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Rohren mit Querrillen aus thermoplastischem Kunststoff
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rohren mit Querrillen aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem ein aus einer Strangpresse austretender Schlauch zwischen im Kreislauf geführten, geteilten, sich zur Hohlform ergänzenden Kokillen mit Querrillen geführt und durch Unterdruck in die Querrillen der Kokillen hineingesaugt wird. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Für die Herstellung von Rohren mit Querrillen aus thermoplastischem Kunststoff ist die Formgebung von besonderer Bedeutung, da nur eine gleichmässige Wand stärke der profilierten Rillen dem Rohr die notwendige Festigkeit garantiert und ihm eine ausreichende Beständigkeit gegen Korrosion und Feuchtigkeit verleiht.
Auch wird eine weitgehende Verformbarkeit bei flexiblen Rohren aus thermoplastischem Kunststoff gewünscht, ebenso wie ein hoher Isolationswert bei einer Verwendung als Mantelrohr zur Verlegung von elektrischen Leitungen erwartet wird. Nur gleich- mässig profilierte Rohre vermögen diesen gestellten Aufgaben gerecht zu werden.
Jede absatzweise Fertigung von gerillten Rohren ist mit Mängeln behaftet, die erst bei kontinuierlichen Verfahren behoben werden, da heute auch grosse Herstellungslängen dieser Rohre verlangt werden.
Es ist bekannt, Rohre aus thermoplastischem Kunststoff dadurch mit Querrillen zu versehen, dass das zuerst hergestellte glatte Rohr in Formen mit Querrillen eintritt und durch Über- oder Unterdruck in die Querrillen der Form eingedrückt bzw. gesaugt wird.
Bei den kontinuierlichen Verfahren wird von einem glatten Rohr oder Schlauch aus thermoplastischem Kunststoff ausgegangen, das nach dem Verlassen der Strangpresse mit dem gewünschten Profil aus Rillen und Rippen versehen wird. Während des plastischen Zustandes des Rohres wird diese Profilgebung in umlaufenden und länsgeteilten Formen vorgenommen, und nach der Abkühlung des Kunststoffes wird das fertig profilierte Rohr den geöffneten Formen entnommen. Bei dem bekannten Eindrücken in die mit Rippen und Rillen versehenen Formen wird das Rohr ungleichmässig gedehnt.
Da nämlich die Pressluft immer gleichzeitig auf mehrere Rillen wirkte bzw. aus mehreren Rillen gleichzeitig abgesaugt wurde, legte sich das aus der Strangpresse kommende weiche Rohr aus thermoplastischem Kunststoff zuerst an den Scheitelpunkten der zwischen den Rillen stehenden Rippen an, so dass es unter Luftabschluss gegenüber den benachbarten Rillen gespannt war und sich unter entsprechender Dehnung in die Rille legen musste. Die dadurch bedingte ungleichmässige Wandstärke der Rohre war ausserordentlich nachteilig und ausserdem unwirtschaftlich, da das Rohr nur solchen Belastungen ausgesetzt werden konnte, die der kleinsten Wandstärke entsprachen und somit die dickeren Stellen des Kunststoffrohres ohne Erreichen eines wirtschaftlichen Zweckesnur ein Mehrverbrauch an Rohmaterial darstellten.
Ein weiterer Nachteil, der nach den bekannten Verfahren hergestellten Rohre bestand darin, dass die Rillen in den Formen so geformt sein mussten, dass ihre Tiefe wesentlich geringer war als ihre Breite, da bei Anwendung eines äusseren Unterdruckes der verhältnismässig geringe Druckunterschied von maximal einer Atmosphäre nicht ausreichte, eine starke Dehnung des Kunststoffschlauches zu bewirken. Nur bei der oben beschriebenen flachen Rillenform war es mög lich zu erreichen, dass sich das weiche Kunststoffrohr vollständig den Rillenwänden anschmiegt.
Um mit Querrillen versehenen Rohren aus thermoplastischem Kunststoff einerseits eine hohe Biegsamkeit und anderseits eine hohe Scheiteldruckfestigkeit zu verleihen, ist es aber wünschenswert, tiefe oder eng aneinanderliegende Falten zu erzeugen.
Es ist bekannt, mit Querrillen versehene Papieroder Kunststoffrohre nach dem Eindrücken der Rillen einem Stauchvorgang zu unterwerfen, indem das Rohr nach dem Eindrücken der Rillen eine Verengung durchläuft, die die Bewegung des Rohres bremst und dadurch die Stauchung bewirkt. Ein derartiges Verfahren ist aber zum Stauchen von mit Querrillen versehenen Kunststoffrohren nicht brauchbar, da die Kunststoffmasse sich beim Stauchen auf einer über dem Einfrierpunkt liegenden Temperatur befinden muss und deshalb an einer verengten Bremsstelle ankleben und diese nach kürzester Zeit verstopfen würde.
Zur Vermeidung dieser Fehler und Nachteile sieht das erfindungsgemässe Verfahren zum Herstellen von Rohren mit Querrillen aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem ein aus einer Strangpresse austretender Schlauch zwischen im Kreislauf geführten, geteilten, sich zur Hohlform ergänzenden Kokillen mit Querrillen geführt und durch Unterdruck in die Querrillen der Kokillen hineingesaugt wird, vor, dass der Schlauch mit einer Geschwindigkeit aus der Schlauchpresse ausgepresst wird, die grösser ist als die Geschwindigkeit, mit der die Kokillen auf ihrer Bahn geführt werden, und dass das Einsaugen des Schlauches in die einzelnen Querrillen nacheinander beginnt. Dabei wird vorteilhaft nach Abkühlung unter die Erweichungstemperatur das geformte Kunststoffrohr durch Einführen von Druckluft in die Kokillen von diesen abgelöst.
In der Ausgestaltung der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist vorgesehen, dass zwei Reihen Kokillen, von denen je zwei sich zur geschlossenen Form ergänzen, auf einer Grundplatte gleitend im Kreislauf geführt sind, und durch Öffnungen in der Unterseite der Kokillen und in der Grundplatte, sobald diese Öffnungen zur Dekkung kommen, aus den einzelnen Rillen der Kokillen Luft abgesaugt bzw. an anderer Stelle in die Kokillen Luft eingeblasen wird. Dabei kann jede Rille durch Schlitze mit nur dieser Rille zugeordneten Bohrungen, die an der Unterseite der Kokille ausmünden, in Verbindung stehen. Für eine Paralleleinstellung der umlaufenden Kokillen ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass die Kokillen an der Innen- und Aussenseite so abgeschrägt sind, dass sie mit entsprechend geneigten Führungen parallel zueinander geschlossen bzw. geöffnet werden.
Die Antriebsbewegung der Kokillen erfolgt dadurch, dass an jedem Kokillenteil in der Mitte ein Bolzen vorgesehen ist und die zur gleichen Reihe gehörigen Kokillenteile durch Verbindungsglieder zu einer Kette vereinigt sind. Weiterhin kann ein Führungsdorn vorgesehen sein, der innerhalb des Kunststoffschlauches in den Raum, in dem sich die Kokillen schliessen, bis zu der Stelle, an der das Absaugen der Luft aus den Rillen beginnt, hineinragt.
Am Ende des Dornes ist zweckmässig ein Spalt vorgesehen, durch den ein Luftstrom austritt, durch dessen Saugwirkung die Luft aus dem Raum zwischen Dorn und Kunststoffschlauch abgesaugt wird. Der Führungsdorn kann ein Hohldorn und der an seinem Ende vorgesehene Spalt ein Ringspalt sein.
Zur Abführung der frei werdenden Wärme ist vorgesehen, dass die Grundplatte Bohrungen zur Durchleitung eines Kühlmittels hat.
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist in den Fig. 1 bis 4 dargestellt.
Die Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf den äusseren Aufbau der Gesamtvorrichtung.
Fig. 2 zeigt geöffnete Kokillen mit Formteilen nach einem Mittelausschnitt der Fig. 1.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach A-A der Fig. 2.
Fig. 4 zeigt einen Teilausschnitt der Fig. 1 als Draufsicht mit einem Schnittdetail nach B-B der Fig. 2.
Aus Fig. 1 ist der äussere Aufbau der Gesamtvorrichtung für die Herstellung nahtloser, quergerippter, flexibler Kunststoffrohre zu erkennen. Auf einer Grundplatte 1 bewegen die regelbar gleich gesteuerten Antriebskettenräder 2 und 3, die sich in entgegengesetzten Richtungen drehen, eine Anzahl von endlos verbundenen Kokillenhälften 4 und 5, die in der Mittelachse der Grundplatte geschlossene Formen für die Querrillenausbildung eines nahtlosen Rohrschlauches ergeben. Nach dem Öffnen der Kokillenhälften zur Freigabe des fertig gerillten Rohres laufen die Hälften über ihre Bahn nach Umlenkung über gleichartige Umlenkräder 2a und 3a zurück, um abgekühlt erneut für einen kontinuierlichen Formvorgang bereit zu sein.
Für die Umlenkung an den Antriebs- und Umlenkrädern sind die Kokillenhälften mit mittig angeordneten, in die Räder eingreifenden Bolzen 6 versehen, und die Laschen 7 verbinden alle Kokillenglieder oben und unten. Abschrägungen 8 an den Innenkanten der Kokillen ermöglichen ein reibungsloses Umlaufen um die Triebräder. Durch die Warzen 9 mit ihren zugeordneten Gegenpfannen 10 ist ein sicherer Schluss der Kokillenhälften gewährleistet.
Auf der Einlaufseite sind die Keilprismen 11 und 12 für eine Paralleleinstellung der sich schliessenden Kokillenhälften angeordnet, die zu diesem Zweck mit der Innenbahn zugewandten, untenliegenden Schrägführungen 13 ausgerüstet sind. Auf der Aus taufseite ist ein Keilschwert 14 angeordnet, das wiederum eine Parallel-Einstellung der sich öffnenden Kokillenhälften bewirkt, die hierfür eine zweite unten, jedoch an der Aussenbahn liegende Schrägführung 15 aufweisen. Auf der zwischen dem Schliessen und Öffnen der Kokillenhälften liegenden eigentlichen Arbeitsstrecke halten in Brücken 18 und 19 gelagerte Rollen 16 und 17 die Kokillenhälften fest geschlos sen, wobei die Rollen 17 starr, die Rollen 16 nachgiebig über eine Federlagerung 20 angeordnet für gleichmässigen Kokillendruck sorgen.
Der Einlaufdorn 21 ist am Extruder der Kunststoffspritzmaschine befestigt und führt den aus der Presse austretenden glatten Kunststoffschlauch in die Vorrichtung ein.
Durch eine in Fig. 2 erkennbare Innenbohrung 22 des Einlaufdornes 21 wird Warmluft eingeführt, die durch die schrägen Bohrungen 25 aus dem Dorn in einen Ringspalt 26 ausströmt und nach dem Venturi Prinzip aus dem Raum zwischen Dorn und Kunststoffschlauch Luft absaugt. Zur Führung dieses Luftstromes ist der Dorn 21 an der Aussenseite mit Rillen 23 versehen, damit der Kunststoffschlauch leicht über den Dorn gleiten kann. Das Endstück 24 des Dornes 21 schliesst die Innenbohrung 22 ab.
Der aus dem Extruder austretende Kunststoffschlauch 28 wird über den Dorn durch das Luftpolster frei geführt und wird vom Endstück 24 an beginnend in Formrillen 32 der Kokillen-Formteil Einsatzschalen 30 durch Unterdruckwirkung eingesaugt. Jede Kokillenhälfte 4 und 5 ist mit diesen Formteit-Einsatzschalen 30 ausgestattet, die für das Aussenprofil der Kunststoffrohre mit Rippen 31 und Rillen 32 versehen sind. Die Schrauben 41 dienen zur Befestigung der Formteil-Einsatzschalen 30 innerhalb der Kokillenhälften 4 und 5. Der Aussendurchmesser d des Kunststoffschlauches 28 ist um etwa max. 1 mm kleiner als der Innendurchmesser D der Formrippen 31.
Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, sind in die Formteil Einsätze 30 den Rillen 32 entsprechende Aussenschlitze 33 eingefräst, die bei 34 in die Rillen einmünden. Brückenartige Ausnehmungen bei 35 stellen eine Verbindung zwischen zwei übereinanderliegenden Schlitzpartien her. Von jeder Rille ausgehende Bohrungen 36 in den Kokillen verbinden die Absaugschlitze bei 34 mit den Abzugskanälen 37 in der Grundplatte, die bei 38 einen abgewinkelten Auslauf aufweisen, damit ein grösserer Rillenbereich von der Unterdruckwirkung erfasst wird. Die Geschwindigkeit der Abzugsbewegung ist für die Formgebung der Rillen im Kunststoffschlauch zum gerillten Rohr etwa halb so gross wie die Geschwindigkeit des aus dem Extruder austretenden Schlauches.
Nach Beendigung der Formgebung des gerillten Kunststoffrohres 29 durch entsprechende Abkühlung erfolgt bei 39 eine Belüftung der Formteile in entgegengesetzter Richtung, wodurch sich das fertige Rohr von den Formwänden ablöst. Die weiterlaufenden Kokillen geben dann das fertige Kunststoffrohr bei ihrer Öffnung über das Keilschwert 14 frei. Die Grundplatte wird durch Bohrungen 40 gekühlt. Ein auf ihr vorhandener Ölfilm lässt die Kokillen leicht gleiten und bewirkt zugleich einen dichten Abschluss zwischen der Grundplatte und den über sie hinweggleitenden Kokillen.
Die Arbeitsweise der Gesamtanlage gemäss der vorliegenden Erfindung verläuft für den Formvorgang des Kunststoffrohres mit Querrillen so, dass der aus einem nicht dargestellten Extruder der Kunststoffpresse austretende, glatte Kunststoffschlauch über den am Extruder befestigten Führungsform gleitet.
Die auf ihren Bahnen geführten Kokillenteile schlie ssen sich in ihrem Umlauf auf der eigentlichen Arbeitsstrecke um den Schlauch zu Hohlformen mit dem Aussenprofil des Kunststoffrohres zusammen.
Die Geschwindigkeit der formgebenden Kokillen ist etwa halb so gross wie die Geschwindigkeit des Kunststoffschlauches. Sobald der noch plastische Schlauch das Ende des Führungsdornes erreicht hat, wird er durch Unterdruck in die jeweils nächstliegende Formrille eingesaugt und verliert dabei nicht an Wandstärke, da die Kokillen nur mit halber Geschwindigkeit weiterwandern. Die Unterdruckeinwirkung hält das gebildete Rohr in den Formrillen fest, wobei es nunmehr erkaltet und sich somit verfestigt. Auf dem letzten Teil der Arbeitsstrecke wird das fertig gerillte Rohr durch Pressluft von den Formwänden abgelöst, die weitergleitenden Kokillenteile öffnen sich und geben kontinuierlich das fertige Rohr frei, das in unendlicher Länge gemäss der Füllung der Strangpresse mit Kunststoffmasse anfällt.