Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schläuchen aus Kunststoff oder zähelastischen Massen mit ungleichen Wandstärken, insbesondere für die Erzeugung von Hohlkörpern aus solchen Schläuchen
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schläuchen aus Kunststoff oder zähelastischen Massen, wie Gummi oder Kautschuk, mit ungleichen Wandstärken, insbesondere für die Erzeugung von Hohlkörpern aus solchen Schläuchen, wobei die Masse dem Mundstück einer Extrudervorrichtung zugeführt wird.
Es ist bereits ein Verfahren bekannt geworden, gemäss welchem bei der Herstellung eines Schlauches mit ungleicher Wandstärke thermoplastischer Kunststoff der Düse einer Strangpresse mit exzentrisch angeordnetem Dorn zugeführt und die Durchflussgeschwindigkeit des Kunststoffes über dem Düsenquerschnitt bereichsweise verschieden gewählt wird.
Bei diesem und anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Schläuchen mit ungleichen Wand stärken, wobei eine Extrudervorrichtung verwendet wurde, wurden diese Schläuche nach dem Verlassen des Mundstückes der Extrudervorrichtung geradlinig geführt, so dass kein Verziehen der Schläuche möglich war.
Falls jedoch aus einem solchen Schlauch aus Kunststoff oder zähelastischen Massen, wie Gummi oder Kautschuk, mit ungleichen Wandstärken ein Hohlkörper erzeugt werden soll, so ist die Anwendung dieses Verfahrens nicht möglich, da hierbei das Schlauchende jeweils dem Blasmundstück einer Blasvorrichtung zugeführt werden muss, welches Blasmundstück z. B. genau senkrecht unterhalb der Austrittsöffnung des Extruders angeordnet ist, wobei der Schlauch frei fallend dieses Blasmundstück erreichen bzw. das Blasmundstück in den Schlauch eingeschoben werden muss. Wenn man dies nun ohne besondere Vorkehrungen durchführen will, so stellt man fest, dass sich der austretende Schlauch krümmt und dadurch ein Einführen des Blasmundstückes in die untere Schlauchöffnung unmöglich macht.
Um diesen Nachteil, der insbesondere bei der Herstellung von Hohlkörpern aus einem Schlauch mit ungleichen Wandstärken auftritt, zu beseitigen, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass zur Erzielung eines geradlinigen Schlauches die Masse in der Düse oder unmittelbar danach im Bereich des geringeren Schlauchquerschnittes auf eine höhere Temperatur gebracht wird als im übrigen Querschnitt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Mundstück des Extruders im Bereich der Querschnittsverjüngung eine erhöhte Temperatur oder im Bereich der Querschnittserweiterung eine Kühlung oder beides aufweist, wobei im Bereich der geringeren Schlauchwandstärken die Mundstück-Temperatur höher ist als im übrigen Bereich.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird das Mundstück einer Extrudervorrichtung aus mehreren, miteinander im wesentlichen nicht in wärmeleitender Verbindung stehenden Ringsegmenten aufgebaut, wobei wenigstens an den dem Teil des Mundstückspaltes mit geringerem Durchmesser zugeordneten Ringsegmenten Heizvorrichtungen und/oder an den übrigen Ringsegmenten Kühlvorrichtungen vorgesehen sind. Vorzugsweise werden hierbei die für die stärkere Erhitzung vorgesehenen Ringsegmente aus einem besser wärmeleitfähigen Material hergestellt als die übrigen Ringsegmente. Es kann z. B. für die stärkere Erhitzung vorgesehenen Ringsegmente Kupfer und für die übrigen Ringsegmente Eisen oder Stahl als Werkstoff gewählt werden. Die Trennung der einzelnen Ringsegmente kann durch zwischen diesen Ringsegmenten angeordnete Trennschichten aus einem schlechten Wärmeleiter erfolgen.
Bei einer besonders einfachen und in der. Pra- xis äusserst zweckmässigen Weiterausbildung der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens für die Herstellung von Rohren mit einer exzentrisch angeordneten Öffnung, kann das Mundstück aus zwei sich im wesentlichen je über 1800 erstreckenden Ringsegmenten bestehen, die nur über einen dünnen Steg miteinander verbunden sind.
Durch die Anbringung dieses dünnen Steges wird im wesentlichen die wärmeleitende Verbindung zwischen diesen beiden Zonen verhindert. Für die Bildung dieses dünnen Verbindungssteges hat es sich als sehr zweckmässig erwiesen, am Mundstück zwei diametral angeordnete, im wesentlichen V-förmig ausgebildete Einschnitte am Aussenumfang vorzusehen.
Für die Erhitzung des einen Ringsegmentes dieses so ausgebildeten Mundstückes hat es sich als sehr zweckmässig erwiesen, dieses Ringsegment stärker als das andere zu dimensionieren und über dieses Ringsegment ein im wesentlichen halbzylindermantelförmiges elektrisches Heizelement anzuordnen. Dies kann geringfügig federnd ausgebildet und gegebenenfalls allein durch diese Federwirkung befestigbar sein.
Die erforderliche Temperaturdifferenz kann dar über hinaus auch dadurch erreicht werden, dass das Extrudermundstück ringsegmentweise entsprechend gekühlt wird, z. B. mit Wasser, Luft od. dgl.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgenden Beschreibungsteil und aus der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, ohne die Erfindung hierauf zu beschränken.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Extrudervorrich- tung, wobei der Extruderkopf geschnitten dargestellt ist. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Mundstück der Extrudervorrichtung nach Fig. 1. Fig. 3 zeigt. den Extruderkopf der Vorrichtung nach Fig. 1 samt einem teilweise heraustretenden Schlauchstück. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf ein Mundstück nach der Erfindung. Fig. 5 zeigt einen Extruderkopf mit unterhalb der Austrittsöffnung des Mundstückes angeordneter Blasvorrichtung und Fig. 6 zeigt eine beispielsweise Ausbildung eines nach der Erfindung hergestellten Hohlkörpers.
In Fig. 1 ist die Extrudervorrichtung nur ganz schematisch mit 1 angedeutet (ohne Rücksicht auf tatsächliche Grössenverhältnisse od. dgl.), wobei der schematisierte Einfülltrichter für das z. B. körnige Kunststoffmaterial mit 2 bezeichnet ist. Die Ausbildung der Extrudervorrichtung 1 ist an sich bekannt und daher nicht näher dargestellt. Das Kunststoffmaterial wird nach der Erwärmung mittels einer Schnecke 4 durch ein Rohr 3 einem Extruderkopf 5 zugeführt, an welchem ein Mundstück 6 z. B. durch Anschrauben, wie dies in der Zeichnung angedeutet ist, und weiters auch ein Kern 7, z. B. ebenfalls durch Anschrauben, befestigt sind. Das Mundstück 6 kann aber z. B. auch mittels einer Steckverbindung od. dgl. am Kopf 5 befestigt werden. In diesem Fall ist es auch möglich, das Mundstück 6 gegebenenfalls mit örtlich verschiedener Höhe auszubilden, wie dies z.
B. in Fig. 3 strichpunktiert angedeutet ist. Durch diese Ausbildung des Mundstückes 6 ist es möglich, dem Kunststoff an der Stelle, an welcher das bzw. die Ringsegmente mit grösserer Höhe ausgebildet sind, bei einem geeigneten Temperaturgefälle mehr Wärme zu- bzw. gegebenenfalls abzuführen, als dies bei einem Mundstück der Fall ist, bei welchem sämtliche Kreissegmente rundherum die gleiche Höhe aufweisen. Die von der Schnecke 4 geförderte teigige Kunststoffmasse umschliesst im Extruderkopf den Kern 7 und verlässt den Extruderkopf an der öff- nung 8 und fliesst als rohrförmiger Strang ab. Selbstverständlich kann bei dieser bekannten Einrichtung der gesamte Extruderkopf auf eine bestimmte Temperatur erwärmt und auf dieser Temperatur gehalten werden, z. B. auf 200 C.
Wenn nun der Kern 7, wie dies insbesondere aus Fig. 2, welche eine Draufsicht auf den Extruderkopf nach Fig. 1 darstellt, deutlich zu ersehen ist, exzentrisch zum Mundstück 6 angeordnet ist, so entsteht ein Schlauch mit ungleichmässiger Wandstärke; und zwar weist dieser Schlauch bei 9 eine grosse und bei 10 eine kleine Wandstärke auf. Wenn die Herstellung dieses Schlauches 9, 10 ohne weitere Vorkehrungen erfolgt, so ist zu bemerken, dass sich der Schlauch entsprechend der Darstellung in Fig. 3 verzieht, d. h. dass er sich sehr stark auf eine Seite krümmt; und zwar kommt hierbei die dünnste Wandstärke, die durch das Bezugszeichen 10 angedeutet ist, dem Krünunungsmit- telpunkt am nächsten zu liegen.
Dieses Krümmen des Schlauches findet seine Erklärung darin, dass sich der Schlauch infolge der verschieden grossen Wandstärken an den einzelnen Stellen verschieden schnell abkühlt und daher an manchen Stellen noch länger flüssiger bleibt als an anderen (abgesehen von dem grösseren Materialnachschub im Bereich der grösseren Wandstärke zufolge der geringen Reibung) und zwar bleibt er an jenen Stellen flüssiger, and denen die Wandstärke grösser ist, da an diesen Stellen ja eine grössere Materialmenge abzukühlen und daher auch eine grössere Wärmemenge abzuführen ist. Es dürfte ersichtlich sein, dass es bei einer derartigen unkontrollierbaren Krümmung des Schlauches nicht möglich ist, diesen sofort weiterzuverarbeiten, indem man ihn geradlinig abwärtssenkend auf ein Blasmundstück auftreffen lässt, durch welches er dann an zwei sich um ihn herum schliessende Formhälften angepresst wird.
Für eine solche Herstellung von Hohlkörpern, jedoch auch für die Herstellung eines geradlinigen Schlauches mit ungleicher Wandstärke ist es vielmehr notwendig, dass sich der Schlauch geradlinig von dem Mundstück der Extrudervorrichtung absenkt. Um dies zu erreichen, wird das Mundstück 6 erfindungsgemäss so ausgebildet, wie es z. B. in Fig. 4 dargestellt ist, d. h. die Seite, auf der sich die dünnere Wandstärke des Schlauches befindet, wird z. B. durch eine gesonderte Heizung über die allgemeine Temperatur des Mundstückes bzw. des Extruderkopfes erhitzt. Das Mundstück gemäss Fig. 4 besteht hierbei aus zwei Ringsegmenten 11 und 12, wobei sich das Ringsegment 11 auf der Seite 9 des Schlauches, also auf der Schlauchseite mit der stärkeren Wandstärke, und das Ringsegment 12 auf der Seite 10, d.h. also auf der Schlauchseite mit der dünneren Wandstärke befindet.
Zwischen diesen beiden Ringsegmenten sind nur dünne Verbindungsstege 13 vorhanden, welche die mechanische Verbindung der beiden Ringsegmente 11 und 12 gewährleisten, jedoch eine möglichst geringe wärmeleitende Verbindung zwischen diesen beiden Ringsegmenten bewirken sollen. Vorzugsweise werden die beiden dargestellten Ringsegmente auch aus verschieden wärmeleitfähigen Materialien hergestellt, und zwar wird das Ringsegment, welches mehr erhitzt werden soll, und sich also auf der Seite des Schlauches mit der dünneren Wandstärke befindet, aus einem besser wärmeleitfähigen Material, z. B. Kupfer oder Aluminium, hergestellt, während das andere Ringsegment, also das Ringsegment 11, aus einem schlechter wärmeleitfähigen Material, also z. B. Eisen oder Stahl, hergestellt wird.
Zur Erhitzung des Ringsegmentes 12 dient ein Heizelement 14, welches im wesentlichen halbzylindermantelförmig ausgebildet ist und durch eine geringfügig federnde Ausgestaltung den Teil 12 federnd umgreift und daher an diesem Ringsegment 12 ohne weitere Befestigungsmittel anbringbar ist.
Dieses Heizelement wird vorzugsweise als ein elektrisches Heizelement ausgebildet, was durch die Anschlussdrähte 15 in der Zeichnung angedeutet ist.
Durch die in Fig. 4 dargestellte Ausbildung des Mundstückes einer Extrudervorrichtung wird nun erreicht, dass der Schlauch bei Verlassen des Mundstückes auf der Seite mit der geringeren Wandstärke eine höhere Temperatur aufweist als auf der gegen überliegenden Seite, so dass er über den ganzen Umfang gesehen im wesentlichen gleichmässig flüssig ist und daher bei Heruntersinken des Schlauches kein Verziehen auftritt. Der zur Erzielung eines absolut geradlinigen Herunterfallens des Schlauches notwendige Temperaturunterschied zwischen dem Ringsegment 11 und dem Ringsegment 12 ergibt sich in der Praxis am besten aus einer kleinen Versuchsreihe, da dieser Temperaturunterschied ausser von den verschiedenen Wandstärken auch noch von dem verwendeten Material u. dgl. abhängt. Z. B. kann der Temperaturunterschied zirka 40"C betragen, also z.
B. das Ringsegment 11 eine Temperatur von 180"C und das Ringsegment 12 eine Temperatur von 220"C aufweisen. Die Dimensionierung des Heizelementes 14 braucht hierbei nur so vorgesehen werden, dass durch dieses Heizelement die notwendige Üb er- temperatur von 400C erreicht wird und nicht die Erhitzung auf 220"C, da im allgemeinen der gesamte Extruderkopf auf die Temperatur von 1800C erhitzt wird, wozu meist bereits eigene Heizvorrichtungen vorgesehen sind. Eine derartige Temperaturdifferenz kann beispielsweise bei verschiedenen Arten von Polypropylen Anwendung finden.
Bei anderen Kunststoffen, wie beispielsweise Polyäthylen, kann eine Temperaturdifferenz von etwa 60 bis 80"C Anwendung finden, doch darf diese Angabe keinesfalls einschränkend ausgelegt werden, da auch thermoplastische Kunststoffe im Handel erhältlich sind, bei welchen Temperaturdifferenzen von 1000C und mehr Anwendung finden müssen, um ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erhalten.
Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die anzuwendende Temperaturdifferenz nicht allein vom verwendeten thermoplastischen Kunststoff, sondern weiterhin von der Durchschnittswandstärke des Schlauches, vom Wandstärkenverhältnis zwischen geringster und grösster Wandstärke des Schlauches, vom Temperaturgefälle im Extruderkopf, von der Auspressgeschwindigkeit, von der Aussentemperatur sowie von verschiedenen anderen Faktoren abhängig ist, so dass eine genaue Bestimmung der notwendigen Temperaturdifferenz, wie bereits erwähnt, am einfachsten durch eine kurze Versuchsreihe vor Beginn der Produktion festzulegen ist.
In Fig. 5 ist schematisch angedeutet, wie die Herstellung von Hohlkörpern aus einem Schlauch mit ungleichmässiger Wandstärke erfolgt. Hierbei ist nur der Kopf 5 der Extrudervorrichtung dargestellt, welcher mit einem erfindungsgemässen Mundstück 6 versehen ist, so dass der eine ungleichmässige Wandstärke aufweisende Schlauch, der aus dem Mundstück 6 austritt, geradlinig herabfällt, so dass ein Blasmundstück 16 in ihn eingeschoben werden kann und ferner Formhälften 17 und 18 um den Schlauch herum zusammengeführt werden können, so dass sie eine geschlossene Form für den zu blasenden Hohlkörper bilden.
Die Vorrichtung zum Einführen des Blasmundstükkes und zum Zusammenführen der beiden Formhälften 17 und 18 ist nicht dargestellt, da sie von bekannter Art ist und nicht Gegenstand vorliegender Erfindung. Die vorliegende Erfindung bezweckt nur durch die besondere Mundstückausbildung der Extrudervorrichtung die Verwendung einer solchen an sich bekannten Blasvorrichtung bei einem Kunststoffschlauch mit ungleichen Wand stärken zu ermöglichen, was ohne Anwendung der erfindungsgemässen Lehre nicht möglich ist, wie Fig. 3 deutlich zeigen dürfte. Als Beispiel für einen Hohlkörper, bei dem die Verwendung eines Kunststoffschlauches mit ungleichen Wandstärken als Ausgangsprodukt notwendig ist, ist in Fig. 6 der Querschnitt einer Flasche gezeigt, welche eine mit einer starken Wandstärke versehene halbkreisförmige Nut aufweist, mit der sie z. B. auf eine Stange od. dgl. befestigt werden kann, z.
B. durch Aufschieben oder durch seitliches Aufdrücken, und aus einem dünnwandigen zur Aufnahme des Füllgutes dienenden Teil besteht. Eine Flasche mit der in Fig. 6 dargestellten Querschnittsform ist z. B. besonders vorzüglich für Bodenpflege-, Reinigungsmittel od. dgl. geeignet. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Erfindung keineswegs auf eine solche besondere Ausbildung beschränkt ist, sondern dass vielmehr verschieden ausgebildete Schläuche durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellt werden können und in Bezug auf die Mannigfaltig keit der herstellbaren Hohlkörper keine Grenzen ge setzt sind. Die hergestellten Hohlkörper können hierbei bei beliebig komplizierter Form eine gleichmässige oder eine ungleichmässige Wandstärke aufweisen, z.
B. können die technisch weniger beanspruchten Wandteile dünner ausgebildet werden, so dass bei im wesentlichen unveränderter Festigkeit bzw. Standvermögen des Hohlkörpers eine Materialersparnis, d. h. eine wirtschaftlich günstigere Herstellung erzielbar ist. Ferner kann aus statischen oder anderen Erwägungen eine beliebige Materialverteilung hinsichtlich Behälterwandstärke vorgesehen werden. Es dürfte weiter ersichtlich sein, dass auch die Ausbildung des Mundstückes der Extrudervorrichtung keineswegs wie in Fig. 4 dargestellt, erfolgen muss, sondern dass noch viele weitere Möglichkeiten offenstehen, so z.
B. statt der Anordnung von Verbindungsstegen 13 das Anbringen von schlecht wärmeleitenden Stoffen zwischen den beiden Ringsegmenten 11 und 12, ferner eine Heizung des Ringsegmentes 12 durch Heizelemente, welche steckbar od. dgl. ausgebildet sind; ferner durch Heizelemente, welche nicht auf der Wirkung des elektrischen Stromes beruhen; z. B. wäre auch eine Heizung durch direkte Flammeneinwirkung od. dgl. möglich, ohne das Verfahren gemäss der Erfindung zu verlassen.
Anschliessend wird noch darauf hingewiesen, dass, falls nur die Herstellung eines Schlauches mit ungleichen Wandstärken beabsichtigt ist, die ungleiche Erwärmung des Schlauches auch erst nach dem Austritt aus dem Mundstück 6 durchgeführt werden kann, indem z. B. auf der einen Seite des Schlauches, auf der der Schlauch die geringere Wandstärke aufweist, Wärmestrahler od. dgl. angeordnet werden können. Selbstverständlich können diese beiden Verfahren auch miteinander kombiniert werden, d. h. dass sowohl das Mundstück zonenweise stärker erwärmt wird, als auch dass der ausgetretene Schlauch durch Wärmestrahler noch abermals auf einer Seite stärker erhitzt wird.
Auf Grund dieser angegebenen Abänderungsmöglichkeiten dürfte es klar sein, dass noch viele Abänderungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.