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Die
Erfindung betrifft elastische Dichtungen zwischen den einzelnen
Komponenten einer Strangpressvorrichtung zur Herstellung von Endlosprofilen und
deren Stick-Slip-Verhalten beim Vorbeiführen von Kunststoffteile. Insbesondere,
aber nicht ausschließlich
betrifft die Erfindung eine Strangpressvorrichtung zum Herstellen
von Endlosprofilen gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Strangpressvorrichtung
werden zur Herstellung von Endlosprofilen, insbesondere Rohren verwendet.
Dabei wird in einem Extruder zunächst
eine Kunststoffschmelze aufbereitet, welche durch eine Austrittsdüse formgebend
bearbeitetet wird. Zur Sicherstellung der gewünschten Dimensionierung des Endlosprofils,
durchläuft
dieses nach der Formgebung die Kalibriereinrichtung, in der es dimensionsgenau
kalibriert wird. Anschließend
wird das Rohr in einem Vakuumtank stabilisiert, wobei durch den
Unterdruck in dem Tank ein Kollabieren des Rohres vermieden wird
und so der Durchmesser konstant gehalten wird, bis das Rohr ausgekühlt ist
und die erforderliche Stabilität
aufweist, um sich selbst zu tragen. Das Auskühlen des Rohres wird in dem
Vakuumtank selbst oder in einem eigenen Sprühbadtank mittels Sprühdüsen beschleunigt.
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Für ein solches
System müssen
Dichtungen bei denjenigen Komponenten der Strangpressfertigungslinie
zum Einsatz kommen, in denen ein anderer als der Umgebungsdruck
herrscht. Die Dichtungen müssen
auch bei einem kontinuierlich durchgeführten Dimensionswechsel des
Endlosprofils die erforderliche Dichtigkeit gewährleisten. Bisher sind die Dichtungen
ausgeführt
als Gummitrichter oder Gummiplatte. Gummitrichter oder Gummiplatten,
die direkt mit dem Endlosprofil in Berührung kommen, werden aber beim
Durchtritt des Endlosprofils gedehnt, und es kommt zum sog. Rattern
beim Durchtritt des Rohres durch den Gummitrichter. Dadurch können Schäden an dem
Endlosprofil auftreten.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtung für eine Strangpressvorrichtung
zu schaffen, die die Dichtigkeit beim Aufrechterhalten von Druckunterschieden
in der Strangpressvorrichtung gewährleistet und gleichzeitig
Abrissbewegungen (”Rattern”) beim
Durchtritt des Endlosprofils durch die Dichtung möglichst
verhindert.
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Erfindungsgemäß gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Dichtung zum Aufrechterhalten von Druckunterschieden
in einer Strangpressvorrichtung, die eine Dichtungswand aus einem
elastischen Material und einen halboffenen Druckkanal umfasst, der im
Betrieb mit seiner offenen Seite gegen das Endlosprofil drückt bzw.
dessen offene Seite im Betrieb durch das Endlosprofil begrenzt wird.
Insbesondere wird die Aufgabe auch durch eine Strangpressvorrichtung
gemäß Anspruch
1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
das Rattern erzeugenden Bewegungen entstehen beim Übergang
von Haft- zu Gleitreibung zwischen Endlosprofil und Dichtung. Die
Reibungskraft ist abhängig
von der Normalkraft. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist daher
die Verwendung eines Druckkanals am rohrseitigen Ende der (Gummi-)Dichtung,
mit dessen Hilfe die Normalkraft der Dichtung auf das Endlosprofil
einstellbar ist und insbesondere auf Null gesetzt werden kann. Die
effektive Normalkraft bzw. der Anpressdruck der Dichtung hängt von
der Elastizität
der Dichtung, ihrem Dehnungszustand und von dem hydrostatischen
bzw. pneumatischen Druck in dem Druckkanal ab. Auf diese Weise ist
es möglich,
auch bei sich wiederholt ändernden
Rohrdurchmessern die Dichtigkeit insbesondere des Vakuumtanks zu
gewährleisten,
da der Anpressdruck der Dichtung an das Endlosprofil jeweils optimiert
werden kann. Darüber
hinaus kann ein Überdruck
in dem Druckkanal erzeugt werden, so dass ein Fluid in dem Kanal
zu einer oder zu beiden Seiten austritt und sich ein Film zwischen
Dichtung und Endlosprofil bildet. Auf diese Art kann der Abstand
zwischen der Dichtung und dem Endlosprofil eingestellt werden.
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Die
erfindungsgemäße Strangpressvorrichtung
zum Herstellen von Endlosprofilen, insbesondere Kunststoffrohren,
mit einer Schmelzvorrichtung zum Bereitstellen von verformbarem
Rohmaterial, einer Formgebungsvorrichtung zum Definieren der Form
des Endlosprofils, einer Vakuumvorrichtung zum Stabilisieren der
Form des Endlosprofils, die einen niedrigeren Innendruck als Atmosphärendruck aufweist,
einem Wasservorlagebehälter
zum luftdichten Abschließen
des Vakuumtanks, der einen höheren
Innendruck als Atmosphärendruck
aufweist, und mehreren Dichtungen zum Aufrechterhalten von Druckunterschieden
in der Strangpressvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens
einige der mehreren Dichtungen jeweils eine Dichtungswand aus einem
elastischen Material und einen halboffenen Druckkanal, der mit seiner
offenen Seite gegen das Endlosprofil drückt, umfassen.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung umfassen als weiteres Merkmal oder, soweit dies technisch
möglich
und sinnvoll ist, als weitere Merkmale, dass
- – der Druckkanal
eine Eintrittswand und eine Austrittswand aufweist, wobei die Eintrittswand
eine Eintrittswandleckrate aufweist und die Austrittswand eine Austrittswandleckrate
aufweist;
- – die
Eintrittswandleckrate kleiner als die Austrittswandleckrate ist;
- – die
Austrittswandleckrate verschwindet;
- – der
Druckkanal mit einem Gas, insbesondere Luft gefüllt ist;
- – der
Druckkanal mit einer Flüssigkeit,
insbesondere Wasser gefüllt
ist;
- – das
Fluid unter einem Druck in den Druckkanal gefüllt wird, der abhängig ist
von einem Durchmesser des Endlosprofils, und
- – die
Dichtungswand trichterförmig
ist und eine Mantellinie der zylinderförmigen offenen Seite des Druckkanals
mit einer Mantellinie der Dichtungswand einen vorgegebenen Winkel
einschließt.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Leckrate durch den
Druck des in den Druckkanal gepumpten Fluids einstellbar ist. Ferner
wird in einer bevorzugten Ausführungsform
vermieden, dass das Endlosprofil die Dichtung direkt berührt, da
ein Fluidfilm zwischen dem Endlosprofil und der Dichtung erzeugt
wird. Damit kommt es auch zu weniger Abrieb der Dichtung durch das
Endlosprofil. Wenn als Fluid in dem Druckkanal ein Gas bzw. Luft
verwendet wird, so lässt
sich darüber
hinaus das Endlosprofil außerdem
gleichzeitig mit der Dichtung trocknen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Strangpressvorrichtung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügte Zeichnung.
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1 zeigt
schematisch und in perspektivischer Darstellung den Aufbau einer
Strangpressvorrichtung nach dem Stand der Technik, bei der die Dichtungen
erfindungsgemäß modifizierbar
sind.
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2 zeigt
in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung.
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3 zeigt
den Druckkanal der Dichtung nach 2 im Querschnitt
sowie quasi perspektivisch einen Ausschnitt des Endlosprofils.
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Die
Zeichnung ist nicht maßstäblich. Gleiche oder
gleich wirkende Elemente sind mit denselben Bezugsziffern versehen.
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In 1 ist
der Endabschnitt einer Strangpressvorrichtung 1 für die Herstellung
von sogenannten Endlosprofilen dargestellt, wobei es sich bei den Endlosprofilen
insbesondere um Kunststoffrohre handelt. Die Strangpressvorrichtung
umfasst hintereinander eine (nicht dargestellte) Schmelzvorrichtung
zum Bereitstellen von verformbarem Rohmaterial, eine (nicht dargestellte)
Formgebungsvorrichtung zum Definieren der Form des Endlosprofils,
insbesondere des Durchmessers des Kunststoffrohres.
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Nachdem
das Kunststoffrohr auf diese Art als Endlosprofil hergestellt wurde,
befindet es sich noch in einem Zustand, in welchem es leicht verformbar
ist, und jeder äußere Einfluss
könnte
seine Außenmaße verändern. Insbesondere
könnte
ein noch weiches Kunststoffrohr unter dem Atmosphärendruck
kollabieren. Daher wird das halbfertige Produkt in einem Vakuumtank 2 stabilisiert,
wo es unter einem äußeren Unterdruck,
d. h. unter geringerem Druck als dem Atmosphärendruck erstarrt. Im Inneren
des Rohres herrscht dagegen Atmosphärendruck.
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Aus
dem Vakuumtank 2 gelangt das nunmehr feste Kunststoffrohr über eine
Endabdichtung 3 in einen Wasservorlagebehälter 4.
Die Endabdichtung 3 des Vakuumtankes 2 hat zwangsläufig nur eine
begrenzte Dichtigkeit gegenüber
Luft, da das fertiggestellte Kunststoffrohr durch sie aus dem Vakuumtank 2 nach
außen
gebracht werden muss. Damit die Leckrate der Endabdichtung 3 jedoch
nicht zu hoch wird, lässt
man die Endabdichtung 3 statt gegen Luft gegen Wasser arbeiten,
das sich in dem Wasservorlagebehälter 4 befindet.
Mit dem Wasservorlagebehälter 4 wird
also der Vakuumtank luftdicht abgeschlossen. Der Wasserstand 5 in
dem Wasservorlagebehälter 4 liegt
dementsprechend über
der Endabdichtung 3, der Innendruck in dem Wasservorlagebehälter liegt über dem
Atmosphärendruck.
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Am
Ausgang des Wasservorlagebehälters 4 wird
das nunmehr zur Gänze
fertiggestellte Kunststoffrohr über
eine Trichterdichtung 6 in die Arbeitsumgebung abgegeben,
in welcher Atmosphärendruck
herrscht. Die Trichterdichtung 6 ist dabei im wesentlichen
eine kegelstumpfförmige
Dichtungswand aus einem elastischen Material mit einer Austrittsöffnung 7 für das fertiggestellte
Rohr 8.
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Es
ist somit offensichtlich, dass das Rohr verschiedene Stationen mit
unterschiedlichem Druck durchläuft.
Alle diese Stationen müssen
so abgedichtet sein, dass es zu keinem Druckverlust gegenüber der
Umgebung bzw. von Station zu Station kommt. Dazu sind Dichtungen
wie die erwähnte
Endabdichtung 3 oder die Trichterdichtung 6 vorgesehen.
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Erfindungsgemäß wird dazu
die Dichtung zweiteilig aufgebaut, nämlich aus einer elastischen Dichtungswand
und einem halboffenen Druckkanal, der mit seiner offenen Seite gegen
das Endlosprofil drückt.
Eine solche Dichtung wird im folgenden anhand von 2 beschrieben.
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2 zeigt
in semi-transparenter perspektivischer Darstellung eine Dichtung,
die als Trichterdichtung 6 eingesetzt werden kann. Diese
Dichtung umfasst eine Dichtungswand 9, die aus einem elastischen
Material besteht, so dass sie sich dicht an das durch sie hindurchgleitende
Endlosprofil 8 anschmiegt. Idealerweise sollte das Material
einerseits so elastisch und andererseits so fest sein, dass die gleiche
Dichtung möglichst über einen
größeren Bereich
von Durchmessern des Endlosprofils 8 einsetzbar ist. Die
Dichtungswand 9 endet in einem halboffenen Druckkanal 10 mit
einer Eintrittswand 11. Die Eintrittswand 11 weist
eine Eintrittsöffnung 12 auf, durch
die das Endlosprofil 8 in den Druckkanal 10 gelangt.
Auf der anderen Seite weist der Druckkanal 10 eine Austrittswand 13 auf,
die ebenfalls eine Öffnung 14 aufweist,
durch welche das Endlosprofil 8 den Druckkanal 10 wieder
verlässt.
Der halboffene Druckkanal 10 bildet damit eine Rinne um
das Endlosprofil herum, wobei die offene Seite der Rinne dem Endlosprofil 8 gegenüberliegt.
Dies wird mit weiteren Einzelheiten weiter unten mit Bezug auf 3 erläutert werden.
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Zwischen
der Eintrittswand 11 mit Eintrittsöffnung 12 und der
Austrittswand 13 mit Austrittsöffnung 14 ist ein
Einfüllstutzen 15 angeordnet,
durch den ein Fluid (Flüssigkeit
oder Gas) in das Innere des Druckkanals 10 gepumpt werden
kann. Dieses Fluid kann aus dem halboffenen Druckkanal 10 nicht
entweichen, da der Druckkanal 10 zusammen mit dem Endlosprofil 8 einen
im wesentlichen geschlossenen Raum bildet. Das Fluid dient dazu,
den Anpressdruck der Eintrittsöffnung 12 in
der Eintrittswand 11 und der Austrittsöffnung 14 in der Austrittswand 13 an
das Endlosprofil 8 zu definieren. Die genaue Funktionsweise
der erfindungsgemäßen Dichtung
wird im folgenden anhand von 3 erläutert.
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In 3 ist
ein Abschnitt der Dichtungswand 9 mit sich daran anschließendem Druckkanal 10 im Querschnitt
gezeigt. Einer offenen Seite 16 des Druckkanals 10 gegenüber liegt
ein Endlosprofil 8, von dem zur Vereinfachung nur der obere
Abschnitt perspektivisch dargestellt ist. Durch den Einfüllstutzen 15 wird
in einer Einströmrichtung 17 ein
Fluid in den Druckkanal 10 gepumpt. Dieses Fluid wird durch die
Eintrittswand 11 und die Austrittswand 13 sowie das
Endlosprofil 8 in dem durch diese Elemente definierten
Hohlraum eingeschlossen und kann im wesentlichen nicht entweichen.
Die Grenzlinien des Hohlraums für
das Fluid sind einerseits gegeben durch die Wand des halboffenen
Druckkanals 10, andererseits sind sie gegeben durch die
Berührungslinien 18 und 19 der
Eintrittswand 11 bzw. Austrittswand 13 mit dem
Endlosprofil 8. Zwischen der Eintrittswand 11 und
dem Endlosprofil 8 bzw. der Austrittswand 13 und
dem Endlosprofil 8 bleibt in der Praxis ein Spalt, durch
den ein geringer Teil des Fluids aus dem Druckkanal 10 austritt,
in Abhängigkeit
von dem Fluiddruck. Dies ist in 3 durch
die beiden Doppelpfeile 20 und 21 angedeutet.
Wie aus 3 ersichtlich ist der Doppelpfeil 20 größer dargestellt
als der Doppelpfeil 21. Damit wird angedeutet, dass das aus
dem Druckkanal 10 entweichende Volumen des Fluids in Richtung 20 entgegen
der Bewegung des Endlosprofils 8 größer sein sollte als das in
die entgegengesetzte Richtung 21 austretende Fluidvolumen. Mit
anderen Worten soll die Eintrittswandleckrate V .1, 20,
größer als
die Austrittswandleckrate V .2, 21,
sein. Dabei wird vorzugsweise sichergestellt, dass die Fluidschicht
bzw. der Fluidfilm zwischen Dichtung und Endlosprofil nicht reißt, was
von der Transportgeschwindigkeit ν des
Endlosprofils abhängt.
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Insbesondere
kann die Austrittswandleckrate V .2, 21,
ganz verschwinden, so dass sich Austrittswand 13 und Endlosprofil 8 direkt
berühren.
Dadurch kann die Dichtung gleichzeitig als Abstreifelement wirken,
so dass das Endlosprofil beispielsweise nach Durchtritt durch die
Dichtung von Wasserresten befreit ist. Diese Eigenschaft lässt sich
insbesondere bei der Dichtung 6 hinter dem Wasservorlagebehälter 4 nutzen.
Ein unterschiedlicher Anpressdruck der Eintrittswand 11 und
der Austrittswand 13 lässt
sich dabei durch geeignete Mittel zum Einschnüren oder Verengen auf andere
Art und Weise bei einer Wand oder bei beiden Wänden erreichen.
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Insgesamt
lässt sich
die Reibung der Dichtung an dem Endlosprofil 8 auf diese
Art sehr einfach, genau und reproduzierbar einstellen. Entsprechend kann
durch die Wahl des Fluids auch sichergestellt werden, dass es keine
unerwünschten
Vermischungen von Fluiden in benachbarten Komponenten der Strangpressfertigungslinie
gibt. So können
beispielsweise auf beiden Seiten der Dichtung Flüssigkeiten vorhanden sein.
Um eine Vermischung von beiden Flüssigkeiten zu verhindern, kann
in diesem Fall der Druckkanal 10 mit einem Gas beaufschlagt
werden, und umgekehrt. Dabei kann das Gas insbesondere Luft sein,
bei einer Flüssigkeit
kann diese insbesondere Wasser sein.
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Um
das Stick-Slip-Verhalten von elastischen Dichtungen, an denen Kunststoffteile
reibend vorbeigeführt
werden, so weit wie möglich
zu vermeiden, sind die meisten Dichtungen im Stand der Technik bisher
trichterförmig
ausgelegt, wobei ihre kleine Öffnung
in die Bewegungsrichtung des Endlosprofils zeigt. Wenn eine solche
trichterförmige
Dichtung erfindungsgemäß weiterentwickelt
wird, schließt
die offene Seite des Druckkanals 16, d. h. die Mantellinie 16 der
zylinderförmigen
offenen Seite des Druckkanals 10 mit einer Mantellinie 23 der
trichterförmigen Dichtungswand 9 einen
vorgegebenen Winkel α ein. Dies
ist in 3 entsprechend angedeutet. Weitere Varianten der
erfindungsgemäßen Dichtung
sind für den
Fachmann ohne weiteres denkbar. So kann die Dichtung statt Trichterform
auch eine andere Rotationsfigur aufweisen, wie z. B. die eines Hyperboloids.
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- 1
- Strangpressvorrichtung
- 2
- Vakuumtank
- 3
- Endabdichtung
- 4
- Wasservorlagebehälter
- 5
- Wasserstand
- 6
- Trichterdichtung
- 7
- Austrittsöffnung in
Trichterdichtung
- 8
- extrudiertes
Rohr, Endlosprofil
- 9
- Dichtungswand
- 10
- Druckkanal
- 11
- Eintrittswand
von Druckkanal
- 12
- Eintrittsöffnung in
Eintrittswand
- 13
- Austrittswand
von Druckkanal
- 14
- Austrittsöffnung in
Austrittswand
- 15
- Einfüllstutzen
- 16
- offene
Seite von Druckkanal
- 17
- Einströmrichtung
- 18
- 1.
(vordere) Berührungslinie
- 19
- 2.
(hintere) Berührungslinie
- 20
- Eintrittswandleckrate
- 21
- Austrittswandleckrate
- 22
- Profilgeschwindigkeit
- 23
- Mantellinie
Trichter