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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kalibriervorrichtung für
eine Anlage zur Extrusion von Kunststoffrohren umfassend Kalibrierwerkzeuge,
die bei der Kalibrierung an der Außenwandung des Rohres
anliegen, wobei eine Mehrzahl von segmentförmigen Kalibrierwerkzeugen über
den Umfang des zu kalibrierenden Rohres verteilt jeweils mit Abstand
ihrer Mittelpunkte zueinander angeordnet sind und eine erste ringförmige
Anordnung bilden und wobei in Produktionsrichtung des Rohres gesehen
eine Mehrzahl solcher ringförmiger Anordnungen vorgesehen sind,
wobei die einzelnen Werkzeuge zweier in Längsrichtung aufeinanderfolgender
ringförmiger Anordnungen jeweils in Umfangsrichtung zueinander versetzt
stehen und die segmentförmigen Werkzeuge des in Längsrichtung
unmittelbar folgenden Rings jeweils in die Lücke zwischen
den Werkzeugen eines Rings und des übernächsten
Rings eingreifen, so dass sich eine verzahnte Anordnung ergibt.
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Kalibriervorrichtungen
dieser Art sind Ende der neunziger Jahre bekannt geworden und erstmalig
in der
EP 1 115 550
B1 beschrieben. Bei Verwendung dieser Kalibriervorrichtungen
ist es möglich, auf einer Extrusionsanlage bei laufender
kontinuierlicher Produktion den Durchmesser des extrudierten Rohrs um
Größenordnungen (beispielsweise Faktor 1,5) zu verändern.
Die Kalibrierwerkzeuge fahren dann radial auseinander oder zusammen
und passen sich an den geänderten Durchmesser des jeweils
extrudierten Rohrs an. Die in der genannten Schrift beschriebenen
Kalibriervorrichtungen haben sich in der Praxis bei der Extrusion
von Rohren bis zu einem maximalen Aussendurchmesser von etwa 300
mm (400 mm) bewährt. Bei größeren Rohrdurchmessern
können allerdings Probleme bei der Kalibrierung auftreten.
Es werden nämlich als Kalibrierwerkzeuge verhältnismäßig
dünne Lamellen verwendet. Bei der Kalibrierung größerer
Rohre, die in der Regel auch eine zunehmende Wandstärke
aufweisen, treten höhere Kräfte auf, die die bekannten
dünnen Lamellen nicht mehr aufnehmen können. Wenn
man jedoch die Materialstärke der Lamellen erhöhen
und diese somit dicker machen würde, nähmen zwangsläufig
auch die Breiten der Lücken von einer zur übernächsten
Lamelle zu, da ja die Lamelle des nächsten Lamellenrings
jeweils in die Lücke zwischen den beiden anderen Lamellenringen
eingreift. In den Lücken wird das Rohr nach außen
gesaugt, da bei der Kalibrierung außen ein Unterdruck gegenüber
dem Rohrinneren erzeugt wird. Durch dieses Ansaugen des bei der
beginnenden Kalibrierung noch teilweise verformbaren Rohrs in die
Lücken zwischen den Lamellen entstehen Unregelmäßigkeiten
an der Rohroberfläche, das heißt das Ergebnis
der Kalibrierung ist unbefriedigend. Da sich in Längsrichtung
jeweils Lamelle und Lücke rasch abwechseln führt
dies auch zu schwingungsartigen Bewegungen des durchgleitenden Rohres,
wodurch auch die Kalibriervorrichtung in Mitleidenschaft gezogen
werden kann.
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Kalibriervorrichtungen
der zuvor genannten Art wurden daher weiterentwickelt. Die
DE 10 2004 008 620
B3 beschreibt eine Lösung, bei der Kalibriervorrichtungen
mit Kalibrierleisten verwendet werden, wobei die einzelne Kalibrierleiste
das Rohr über eine größere Distanz am
Außenumfang unterstützt, um eine Verformung des
Rohrs zwischen den einzelnen Lamellen zu vermeiden. Bei diesen Kalibrierleisten wird
zum einen Wasser über Ausnehmungen zugeführt,
um auf der Oberfläche des Rohrs einen Gleitfilm zu schaffen.
Außerdem wird auch der Unterdruck, um das Rohr an die Gleitfläche
der Kalibrierleiste anzusaugen, über eine Ansaugöffnung
und Ausnehmungen in der Kalibrierleiste selbst erzeugt. Es herrscht
also an der Oberfläche der Kalibrierleiste Unterdruck und
nicht mehr zwischen zwei benachbarten Kalibrierwerkzeugen wie bei
der zuvor beschriebenen Lösung. Die Kalibrierleiste ist
jedoch langgestreckt und auch der Saugbereich erstreckt sich in
Längsrichtung des produzierten Rohres. Nachteilig ist bei
dieser Lösung, dass sich die Kalibrierwerkzeuge nicht miteinander
verzahnen lassen. Je größer der Durchmesser des
kalibrierten Rohrs wird, desto weiter fährt der Kalibrierkorb
radial auseinander und desto größer werden folglich
die Umfangsabstände der einzelnen Kalibrierleisten untereinander.
Um bei dieser Lösung eine Abdichtung gegenüber
dem Vakuumkalibrierbad zu schaffen, ist eine Blendendichtung über
sich überlappend angeordnete Blenden erforderlich. Außerdem
muss man, um bei den größeren Rohrdurchmessern
eine gleichmäßige Kalibrierung des Rohrs zu erreichen,
den gesamten Kalibrierkorb um das Rohr rotieren lassen.
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Hier
setzt die vorliegende Erfindung ein. Die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine Kalibriervorrichtung der eingangs
genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei der ausreichend
stabile Kalibrierwerkzeuge für Rohre mit größeren
Durchmessern vorgesehen sind, wobei die Gesamtheit der Kalibrierwerkzeuge
auch in der auseinandergefahrenen Stellung (bei größtmöglichem Durchmesser)
noch eine gute Kalibrierung des Rohrs über den gesamten
Umfang gewährleistet.
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Die
Lösung dieser Aufgabe liefert eine Kalibriervorrichtung
für eine Anlage zur Extrusion von Kunststoffrohren der
eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass die einzelnen segmentförmigen sich in
Umfangsrichtung erstreckenden Kalibrierwerkzeuge als Hohlkörper ausgebildet
sind und im Bereich ihrer am Rohrumfang anliegenden Gleitflächen
Schlitze aufweisen, welche mit einem Hohlraum in dem Hohlkörper
in Verbindung stehen. Durch diese Maßnahme ist es nun möglich,
das durchgleitende Rohr an die segmentförmigen Kalibrierwerkzeuge
anzusaugen, wenn in dem Hohlraum ein Unterdruck gegenüber dem
Inneren des Rohres herrscht. Das Rohr wird also an das Kalibrierwerkzeug
angesaugt und dort stabilisiert, abgestützt und geformt.
Der wesentliche Nachteil der bislang verwendeten schmalen Lamellen,
bei denen das Rohr in die Lücken gesaugt wird, wird damit
vermieden. Zudem macht es die erfindungsgemäße
Lösung möglich, ringförmige Anordnungen
von jeweils beabstandeten segmentförmigen Werkzeugen zu
schaffen, die so versetzt angeordnet sind, dass sie sich verzahnend
ineinander greifen, womit insgesamt ein vollständiger Rohrkörper
geschaffen wird. Dieser stützt und kalibriert das zu kalibrierende
Rohr gleichmäßig überall an seinem äußeren
Umfang. Bei der erfindungsgemäßen Lösung verbleiben
weder in Längsrichtung des Rohres noch in Umfangsrichtung
des Rohres Lücken zwischen den Lamellen. Der zur Ansaugung
erforderliche Unterdruck wird an den Schlitzen in den Segmenten
erzeugt. Diese Lösung ist also vorteilhaft gegenüber beiden
zuvor beschriebenen bekannten Lösungen und ermöglicht
nun auch die Kalibrierung von im Durchmesser größeren
Rohren mit beispielsweise 400 mm Durchmesser, bei Beibehaltung der
radialen Verstellmöglichkeit, so dass beispielsweise mit
einem solchen Kalibrierkorb Rohre von 400 mm bis 600 mm kalibriert
werden können.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine
Gruppe von in Längsrichtung des Rohres hintereinander angeordneten
miteinander fluchtenden segmentförmigen Kalibrierwerkzeugen
an einem gemeinsamen Korpus angebracht sind und die Hohlräume
dieser Gruppe von Kalibrierwerkzeugen mit einem gemeinsamen Kanal
in dem Korpus in Strömungsverbindung stehen. Diese Lösung
schafft zum einen die Möglichkeit, Wasser für
die Kühlung des zu kalibrierenden Rohres über
einen Kanal in dem Korpus mehreren segmentförmigen Kalibrierwerkzeugen
gleichzeitig zuzuführen, wo es dann über die Schlitze
austritt und auf die Außenhaut des durchgleitenden Rohres
gelangt, um dieses zu kühlen und einen Gleitfilm zu schaffen.
Es ist bei dieser Lösung so, dass nicht jeweils die eine ringförmige
Anordnung in einer Umfangsebene bildenden segmentförmigen
Kalibrierwerkzeuge, sondern mehrere miteinander fluchtende jeweils
in Längsrichtung hintereinander liegende Segmente mit jeweils
einem Korpus und somit über diesen untereinander verbun den
sind. In Umfangsrichtung daneben liegen dann weitere segmentförmige
Kalibrierwerkzeuge, die in Längsrichtung miteinander fluchten
und quasi eine Reihe bilden und mit einem eigenen Korpus verbunden
sind, wobei diese Segmente je nach Durchmesser des zu kalibrierenden
Rohres mehr oder weniger weit zwischen die Segmente des benachbarten
Korpus greifen und zwar in einer sich jeweils abwechselnden gestaffelten
Anordnung. Dies ist bei jeder Reihe der Segmente in Umfangsrichtung zu
beiden Seiten hin der Fall und dieses Anordnungsmuster setzt sich über
den gesamten Umfang des so geschaffenen Kalibrierkorbs fort. Es
sind dann beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch radial verfahrbare
Verstellorgane, zum Beispiel Kolben-Zylindereinheiten radial außen
an den Kalibrierwerkzeugen vorgesehen, so dass man jeden Korpus
mit den daran angebrachten segmentförmigen Werkzeugen in
radialer Richtung nach innen oder außen verfahren kann,
um eine Anpassung des Kalibrierkorbs an den jeweils zu kalibrierenden
Durchmesser zu schaffen.
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Bevorzugt
ist es so, dass die Schlitze in den segmentförmigen Kalibrierwerkzeugen
sich im Bereich der am Rohrumfang anliegenden Gleitflächen in
Umfangsrichtung des Rohres erstrecken. Dies ist anders als in dem
zuvor zitierten Stand der Technik, wo in Längsrichtung
verlaufende Kalibrierleisten mit einem Längsschlitz versehen
sind. Die erfindungsgemäßen segmentförmigen
Kalibrierwerkzeug lassen sich erfindungsgemäß bevorzugt
beispielsweise so formen, dass die Gleitflächen gekrümmte
Rechteckflächen sind, die sich an den Rohrumfang anlegen. Damit
in dem einzelnen Segment genügend Material verbleibt, um
auch ein größeres Rohr zu stabilisieren, sollte
die Tiefe der segmentförmigen Kalibrierwerkzeuge in Längsrichtung
des Rohres mindestens das Doppelte der Schlitzbreite, vorzugsweise
mindestens das Dreifache der Schlitzbreite betragen. Wenn die Segmente
gekrümmte Rechtecke sind, verlaufen dann bevorzugt die
Schlitze in Längsrichtung der Rechtecke und somit in Umfangsrichtung
des Rohres. Die segmentförmigen Werkzeuge sind erfindungsgemäß also
in Tiefenrichtung um einiges breiter als die verhältnismäßig
schmalen Schlitze, so dass natürlich auch die Lücken
zwischen zwei in Längsrichtung benachbarten Segmenten eines
Korpus entsprechend breit werden. Dies ist aber unproblematisch,
da ja die Segmente des in Umfangsrichtung benachbarten Korpus jeweils
in diese Lücken eingreifen und das Rohr somit in den Lücken
des einen Korpus von den Segmenten des benachbarten Korpus abgestützt
wird.
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Eine
besonders bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen
Aufgabenlösung sieht vor, dass die segmentförmigen
Kalibrierwerkzeuge im Einlaufbereich der Kalibriervorrichtung weniger
tief (mit Tiefe ist die Erstreckung in Längsrichtung und
Extrusionsrichtung gemeint) sind als in Längsrichtung des Rohres
dahinter liegende Kalibrierwerkzeuge, wobei vorzugsweise die Tiefe
der segmentförmigen Kalibrierwerkzeuge in Längsrichtung
des Rohres von der Einlaufseite der Kalibriervorrichtung ausgehend
mit zunehmender Entfernung allmählich zunimmt. Erfahrungswerte
haben gezeigt, dass bei einer Kalibriervorrichtung dieser Art der
Einlaufbereich des Kalibrierkorbs besonders wichtig ist, da dort
durch die erstmalige Abkühlung des heißen Schmelzestrangs
dieser sich im Bereich seiner Außenhaut zu einem Rohr zu
verfestigen beginnt. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn im
Einlaufbereich des Kalibrierkorbs etwas schmalere (geringere Tiefe)
segmentförmige Kalibrierwerkzeuge verwendet werden. Mit
zunehmender Entfernung nimmt die Verfestigung des Rohrstrangs von
außen nach innen zu, so dass dort die segmentförmigen
Kalibrierwerkzeuge etwas tiefer (breiter in Extrusionsrichtung)
werden können. Es kann dabei von Vorteil sein, dass bei
den schmaleren Kalibrierwerkzeugen auch die Schlitze in der Gleitfläche
noch schmaler werden und sich somit in etwa wieder ein gleiches
Verhältnis zwischen Schlitzbreite und Breite des Segments
in Längsrichtung ergibt. Das Segment wird dann durch den
Schlitz nicht so stark geschwächt und es verbleibt genügend
Material für die Stützfläche.
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Es
wurde bereits erwähnt, dass die segmentförmigen
Werkzeuge benachbarter Reihen von Werkzeugen sich verzahnend ineinander
greifen. Um insgesamt einen weitgehend vollständigen Rohrköper
als Kalibrierkorb zu schaffen ist es bevorzugt so, dass die Abmessungen
der Freiräume in Längsrichtung zwischen je zwei
miteinander fluchtenden segmentförmigen Kalibrierwerkzeugen
auf einem Korpus jeweils der Tiefe eines segmentförmigen
Werkzeugs des in Umfangsrichtung benachbarten Korpus entsprechen,
so dass die Segmente in Umfangsrichtung benachbarter Werkzeuge lückenlos
ineinander greifen.
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Die
segmentförmigen Kalibrierwerkzeuge haben an Ihrer Gleitfläche
(Stützfläche), die den Rohrumfang des zu kalibrierenden
Rohres stützt, eine gekrümmte Fläche.
Da ja Rohre mit innerhalb eines größeren Bereichs
(mehrere Dimensionen) variierendem Außendurchmesser kalibriert
werden, entspricht der Krümmungsradius nur bei einem Durchmesser
genau dem Krümmungsradius des Rohres. Folglich liegen in
allen anderen Fällen nur Teilabschnitte der gekrümmten
Gleitfläche an der Rohroberfläche an.
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Da
die Kräfte dort aufzunehmen sind, wo die Stützfläche
des Kalibrierwerkzeugs am Außenumfang des Rohres anliegt,
hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die segmentförmigen
Kalibrierwerkzeuge in ihren dem Rohr zugewandten radial inneren
Endbereichen in der stirnseitigen Ansicht gesehen etwa die Form
eines vorzugsweise gleichschenkligen Trapezes aufweisen, dessen
Basis gekrümmt ist und dem zu kalibrierenden Rohr zugewandt
ist. Die Basis des Trapezes liegt somit in der Stützfläche.
Dort ist das Kalibrierwerkzeug etwas breiter, um eine möglichst
große Anlagefläche am Rohr zu schaffen. Vorzugsweise
weist die am Rohrumfang anliegende Gleitfläche der Kalibrierwerkzeuge
die Form eines in Umfangs richtung des Rohrs gekrümmten
Rechtecks auf. Diese Gleitfläche ist diejenige Fläche
der Kalibrierwerkzeuge, die zwischen den beiden Basislinien der
Trapeze (Stirnflächen) der segmentförmigen Kalibrierwerkzeuge
aufgespannt wird.
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An
der schmaleren Rückseite (in der stirnseitigen Ansicht
bzw. achsparallel zum Rohr gesehen) des etwa trapezförmigen
segmentförmigen Kalibrierwerkzeugs können die
Organe für die radiale Verstellung der Kalibrierwerkzeuge
angreifen. Vorzugsweise sind außen an jedem Korpus hydraulisch
oder pneumatisch verfahrbare Verstellorgane, insbesondere Kolben-Zylinder-Einheiten
vorsehen, um den Korpus zur Anpassung an den Durchmesser des zu kalibrierenden
Rohres in radialer Richtung zu verstellen. Bevorzugt kann jeder
einzelne Korpus jeweils für sich separat über
entsprechende Verstellorgane separat verstellt werden. Dies bedeutet,
dass jeweils eine Gruppe von segmentförmigen Kalibrierwerkzeugen,
die mit dem einen Korpus verbunden sind, gemeinsam verfahren werden.
In der Praxis werden bei einer Verstellung zur Anpassung an einen
anderen zu kalibrierenden Rohrdurchmesser in der Regel alle Gruppen
von Kalibrierwerkzeugen synchron verstellt.
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Da
die Kalibriervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung bevorzugt für Rohre mit größeren Durchmessern
vorgesehen ist, ist es vorteilhaft, die Anzahl der segmentförmigen
Kalibrierwerkzeuge auf einem vollständigen 360° Umfangsring
gegenüber dem Stand der Technik zu erhöhen. Alternativ
wäre es zwar auch möglich, bei gleichbleibender
Anzahl Werkzeuge pro Umfangsring, diese jeweils zu vergrößern.
Da jedoch in den meisten Anwendungsfällen der Krümmungsradius
des Rohrs enger ist als derjenige der ringförmigen Anordnung
der segmentförmigen Kalibrierwerkzeuge, liegen diese nur
tangential entlang einer Linie am Rohrumfang an. Es wurde daher
seitens der Erfinder festgestellt, dass es zur Aufnahme der bei
der Kalibrierung von Rohren mit größerem Durchmesser
anfallenden Kräfte besser ist, den Winkelbereich des einzelnen
Segments kleiner zu halten und eine größere Anzahl
von Segmenten zu verwenden. Vorzugsweise ist es daher so, dass eine
ringförmige Anordnung von sich über den vollständigen
Rohrumfang erstreckenden segmentförmigen Kalibrierwerkzeugen
wenigstens jeweils zehn Segmente umfasst.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Wasser
für die Kühlung des Rohrs und die Schaffung eines
Gleitfilms über die Kalibrierwerkzeuge selbst zugeführt
wird und aus diesen auf die Rohroberfläche austritt. Ebenso
kann der Unterdruck für die Ansaugung des zu kalibrierenden
Rohres an den Kalibrierwerkzeugen selbst erzeugt werden. Dabei erstrecken
sich die Kalibrierwerkzeuge nicht nur in Längsrichtung
des Rohres sondern auch in Umfangsrichtung über den gesamten
Umfang, sogar mit Überlappung, da die Kalibrierwerkzeuge
verzahnend ineinandergreifen. Es gibt also auch in Umfangsrichtung
keine Spalte oder Freiräume zwischen zwei benachbarten
Kalibrierwerkzeugen und überall dort wo das Rohr nach außen
angesaugt wird, wird es auch durch ein segmentförmiges
Kalibrierwerkzeug gestützt, welches hohe Stützkräfte
aufnehmen kann. Der Unterdruck entsteht nur dort wo sich die Schlitze
befinden und diese befinden sich ja in der gekrümmten rechteckigen
Stützfläche der segmentförmigen Kalibrierwerkzeuge.
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Die
in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Detailbeschreibung.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher
beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Ausschnitt einer beispielhaften erfindungsgemäßen
Kalibriervorrichtung, wobei man in der Ansicht in Richtung der Achse
des zu kalibrierenden Rohres schaut;
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2 einen
Längsschnitt durch eine Kalibriervorrichtung gemäß dem
Ausführungsbeispiel von 1;
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3 eine
vergrößerte Ansicht zweier Gruppen von segmentförmigen
Kalibrierwerkzeugen einer beispielhaften erfindungsgemäßen
Kalibriervorrichtung, wobei man in bezogen auf das Rohr radialer Richtung
von der Rohrachse aus nach außen und somit auf die Gleitflächen
der Kalibriersegmente schaut;
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4 eine
vergrößerte leicht perspektivische Ansicht schematische
Schnittansicht der Kalibrierwerkzeuge von 3, wobei
man etwa in Achsrichtung des zu kalibrierenden Rohres schaut.
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Zunächst
wird auf die 1 Bezug genommen und anhand
dieser wird der grundsätzliche Aufbau einer erfindungsgemäßen
Kalibriervorrichtung erläutert. In der Zeichnung ist nur
ein Umfangsausschnitt der Kalibriervorrichtung dargestellt und es sind
auch nur diejenigen Teile dargestellt, die für die vorliegende
Erfindung von Bedeutung sind. In der Zeichnung erkennt man eine
Vielzahl von segmentförmigen Kalibrierwerkzeugen 10a, 10b,
die über den Umfang angeordnet sind und jeweils ringförmige
Anordnungen bilden, wobei die in der Zeichnung erkennbaren Kalibrierwerkzeuge 10a einer
ersten ringförmigen Anordnung angehören, welche
in der Zeichnungsebene liegt und die Kalibrierwerkzeuge 10b einer
zweiten ringförmigen Anordnung angehören, welche
hinter der Zeichnungsebene liegt und daher teilweise von den vorderen
segmentförmigen Kalibrierwerkzeugen 10a verdeckt
werden.
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Die
erste ringförmige Anordnung mit den segmentförmigen
Kalibrierwerkzeugen 10a umfasst in dem Beispiel insgesamt
zwölf Kalibrierwerkzeuge über einen vollständigen
Umfangsring, von denen in 1 nur sechs
vollständig und einer teilweise dargestellt ist, da die
Kalibriervorrichtung nicht vollständig dargestellt ist.
Die Mittelpunkte oder Mittelebenen dieser Kalibrierwerkzeuge 10a sind
jeweils mit Abstand voneinander über den Umfang versetzt
angeordnet. Ihre Stellung zueinander (ihr Abstand) ändert sich
jedoch, wenn die segmentförmigen Kalibrierwerkzeuge 10a in
Richtung ihrer jeweiligen Verstellachse 11, das heißt
in radialer Richtung bezogen auf des zu kalibrierende Rohr, verfahren
werden. Dies geschieht dann, wenn während der laufenden
Produktion der Durchmesser des zu kalibrierenden Rohrs verändert
werden soll. Die Kalibrierwerkzeuge können dazu jeweils
synchron in Pfeilrichtung 12 verstellt werden, wozu Verstelleinrichtungen 13 vorgesehen
sind. Diese Verstelleinrichtungen 13 umfassen beispielsweise
Spindeln 14 (siehe 2), Führungen
und Stellmotoren für den Antrieb (hier nicht dargestellt),
wobei die Verstelltechnik jedoch an sich bekannt ist, so dass auf
die diesbezüglichen Details hier nicht näher eingegangen
wird. Es kann beispielsweise auch pneumatisch oder hydraulisch oder
eventuell bei kleineren Kalibrierkörben auch von Hand verstellt werden.
Eine geeignete Steuerung sorgt dafür, dass alle Verstelleinrichtungen
jeweils gemeinsam verfahren und die Kalibrierwerkzeuge synchron
verstellen.
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Wenn
die Kalibrierwerkzeuge 10a in Pfeilrichtung 12 radial
einwärts verstellt werden, wird der Umfangsring, den die
Segmente bilden, kleiner und folglich nähern sich die Mittelpunkte
einer ringförmigen Anordnung von Kalibrierwerkzeugen 10a dann aneinander
an. Entsprechend nimmt dann mit kleiner werdendem Radius und folglich
kleiner werdendem Umfang des zu kalibrierenden Rohrs und der ringförmigen
Anordnung von Kalibrierwerkzeugen auch die Überlappung
zwischen einem segmentförmigen Kalibrierwerkzeug 10a einer
ringfömigen Anordnung und einem segmentförmigen
Kalibrierwerkzeug 10b der in Achsrichtung des zu kalibrierenden
Rohrs dahinter liegenden ringförmigen Anordnung zu. Analog
nimmt der innere Umfang jeder ringförmigen Anordnung zu, wenn
die Verstelleinrichtungen 13 die Kalibrierwerkzeuge 10, 10b radial
nach außen verfahren.
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Wie
sich aus der Schnittannsicht gemäß 2 ergibt,
ist nicht für jedes einzelne segmentförmige Kalibrierwerkzeug
eine eigene Verstelleinrichtung notwendig, sondern jeweils mehrere
Kalibrierwerkzeuge, die in axialer Richtung des Rohrs (deckungsgleich)
hintereinander liegen bilden eine Gruppe von Kalibrierwerkzeugen,
die an einem einzigen Korpus angebracht sein können und
dieser Korpus kann verstellt werden, das heißt für
jede Gruppe von deckungsgleich hintereinander liegenden Kalibrierwerkzeugen
genügt eine Verstelleinrichtung 13. In 2 sind
zwei solcher Gruppen und zwei solcher Korpusse dargestellt. An einem
Korpus befinden sich die segmentförmigen Kalibrierwerkzeuge 10a, 10c, 10e usw.
und an dem benachbarten Korpus befinden sich die mit diesen überlappenden
Kalibrierwerkzeuge 10b, 10d, 10f usw.
In 2 ist erkennbar, dass die jeweils in Umfangsrichtung
zueinander versetzt liegenden Kalibrierwerkzeuge 10a, 10b (siehe
auch 1) auch in axialer Richtung (des Rohrs) bzw. in Längsrichtung
der Extrusionsanlage (die Extrusionrichtung ist durch Pfeil 15 angedeutet)
zueinander versetzt liegen, wobei jedes zweite Kalibrierwerkzeug 10a, 10c, 10e jeweils
zu einer Gruppe gehört und in axialer Richtung zueinander
deckungsgleich liegt. Die Kalibrierwerkzeuge 10b, 10d, 10f gehören zu
einer zweiten Gruppe und liegen ebenfalls in axialer Richtung zueinander
deckungsgleich. Dadurch ergibt sich eine verschränkte oder
in sich verzahnte Anordnung von segmentförmigen Kalibrierwerkzeugen, bei
der die Segmente der einen Gruppe jeweils in den Zwischenraum zwischen
zwei axial beabstandeten Segmenten der anderen Gruppe eingreifen.
Diese Anordnung ist besonders gut aus 3 erkennbar, auf
die nachfolgend Bezug genommen wird.
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Die
erste ringförmige Anordnung von Kalibrierwerkzeugen liegt
also in einer Ebene senkrecht zur Rohrachse des zu kalibrierenden
Rohrs. Die in Achsrichtung nächste ringförmige
Anordnung von Kalibrierwerkzeugen liegt in einer dazu parallelen Ebene,
wobei die Kalibrierwerkzeuge dieser zweiten ringförmigen
Anordnung jeweils umfangsversetzt zu denjenigen der ersten ringförmigen
Anordnung liegen. Die wiederum in Achsrichtung nächste
dritte ringförmige Anordnung liegt wieder in einer zu den ersten
beiden parallelen Ebene, wobei die Kalibrierwerkzeuge dieser dritten
Anordnung jeweils umfangsversetzt zu denjenigen der zweiten Anordnung liegen,
jedoch deckungsgleich hinter den Kalibrierwerkzeugen der ersten
ringförmigen Anordnung, usw. Die jeweils deckungsgleich
in Achsrichtung hintereinander liegenden Kalibrierwerkzeuge der
diversen ringförmigen Anordnungen können eine
Gruppe von segmentförmigen Kalibrierwerkzeugen bilden, die
sich an einem einzigen Korpus befinden. Somit können beispielsweise
insgesamt 24 solcher Korpusse mit Gruppen von segmentförmigen
Kalibrierwerkzeugen eine erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung bilden.
Je nach Länge der Korpusse und Anzahl der Kalibrierwerkzeuge
pro Gruppe, ergibt sich beispielsweise eine große Gesamtzahl
von Kalibrierwerkzeugen. Dies können beispielsweise mehrere
hundert Kalibrierwerkzeuge in einer Kalibriervorrichtung sein.
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In 3 sind
zwei der genannten Korpusse mit den segmentförmigen Kalibrierwerkzeugen
für sich separat quasi in der Aufsicht dargestellt, isoliert von
der übrigen Kalibriervorrichtung.
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Dabei
sind die beiden Korpusse so dargestellt wie sie im eingebauten Zustand
in leicht verschränkter Position liegen. Die relative Stellung
der Gruppen von Kalibrierwerkzeugen verändert sich ja wie
gesagt aufgrund der Tatsache, dass die Kalibrierwerkzeuge mittels
der Verstelleinrichtungen radial nach einwärts oder nach
außen verstellt werden können. Man erkennt in 3,
dass die segmentförmigen Gleitflächen 16,
die gekrümmte Rechteckflächen sind, sich in Extrusionsrichtung
gesehen in Ihrer Tiefenerstreckung allmählich verändern,
das heißt in dem gezeigten Beispiel nimmt die Tiefe der
Rechteckflächen kontinuierlich zu. Die Rechteckflächen 16 sind
hierin wie folgt definiert. Die Tiefe ist ihre Erstreckung in Extrusionsrichtung
(Achsrichtung des zu kalibrierenden Rohrs bzw. Längsrichtung),
die Breite der Rechteckflächen ist ihre Erstreckung in
Umfangsrichtung bzw. quer zur Extrusionsrichtung. Die Tiefe der
Segmente (Rechteckflächen) zweier benachbarter Gruppen
von Kalibrierwerkzeugen ist wie man sieht bevorzugt so gewählt,
dass die Abstände zwischen zwei hintereinander liegenden
Segmenten immer der Tiefe eines Segments aus der in Umfangsrichtung
benachbarten Gruppe entspricht, so dass zumindest beim radialen
Einfahren die Segmente der einen Gruppe immer in den Zwischenraum
zwischen zwei in Achsrichtung benachbarten Segmenten der Segmente
der in Umfangsrichtung benachbarten Gruppe eingreifen. Durch diese
gewählte Anordnung der Segmente wird eine weitestgehende
Abstützung des zu kalibrierenden Rohrs an seinem Umfang
erreicht bei gleichzeitiger Erhaltung der Verstellbarkeit und somit
Flexibilität im Hinblick auf einen großen Verstellbereich
bezüglich des Durchmessers der zu kalibrierenden Rohre.
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Die
Zunahme der Tiefe der gekrümmten Rechteckflächen 16 in
Extrusionsrichtung ist nur ein bevorzugtes Merkmal. Die Kalibrierwerkzeuge
mit geringerer Tiefe im Bereich des Einlaufs haben den Vorteil,
dass das Rohr in kurzen Abständen mit dem aus dem Kanal
austretenden Wasser in Kontakt kommt und somit gekühlt
wird, denn die Abstände der Schlitze 17 in Extrusionsrichtung
sind vergleichsweise gering. Am Einlauf der Kalibrierung ist die
Kühlung am wichtigsten, um den Beginn des Aushärtens der
Schmelze zu fördern. Im weiteren Verlauf der Kalibrierung
könnte man auch weiter Kalibrierwerkzeuge geringer Tiefe
verwenden, aber viele schmale Segmente an der Kalibriervorrichtung
sind in der Herstellung teurer, als wenige Segmente mit geringerer Tiefe.
Deshalb genügt eine Anordnung der in 3 gezeigten
Art, bei der die Tiefe der Segmente in Extrusionsrichtung allmählich
abnimmt. Es handelt sich um ein Optimum im Kompromiss zwischen maximaler
Anzahl von Segmenten und möglichst geringen Herstellkosten
für das Werkzeug.
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Wie
man weiterhin in 3 erkennt ist in jeder der gewölbten
Rechteckflächen 16 der segmentförmigen
Kalibrierwerkzeuge jeweils ein Schlitz 17 angeordnet, durch
den zum einen ein Unterdruck auf die Rohroberfläche einwirken
kann und durch den auch Wasser austreten kann, mittels dessen die Rohroberfläche
gekühlt wird und ein Gleitfilm an der Oberfläche
des durch die Kalibriervorrichtung geförderten Kunststoffrohrs
erzeugt wird. Diese Schlitze 17 stehen jeweils in Verbindung
mit einem Hohlraum im Inneren des Korpus, über den Wasser
zugeführt werden kann. Ein ganz wesentlicher Vorteil der
erfindungsgemäßen Lösung liegt nun darin,
dass die Rechteckflächen 16 der segmentförmigen
Kalibrierwerkzeuge jeweils vergleichsweise große Stützflächen
bilden für das zu kalibrierende Rohr, während die
Schlitze 17 über die das Rohr wegen des Unterdrucks
an die Stützfläche angesaugt wird, vergleichsweise
schmal sind. Die Oberfläche des noch nicht vollständig
ausgehärteten Rohrs kann also nicht in den Schlitz 17 eingesaugt
werden, erfährt aber eine gute Abstützung durch
das Kalibrierwerkzeug, welches vergleichsweise hohe Kräfte
aufnehmen kann.
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Zwischen
den einzelnen Kalibrierwerkzeugen erfolgt hingegen keine Ansaugung
(anders als im Stand der Technik). Zwischen den in Achsrichtung aufeinander
folgenden Segmenten einer Gruppe besteht zwar ein Freiraum 23 (Zwischenraum),
wo das Rohr keine Stützfläche findet. Allerdings
befindet sich direkt neben dem Zwischenraum über den Umfang versetzt
ein Segment der benachbarten Gruppe von Kalibrierwerkzeugen des
benachbarten Korpus. Diese Anordnung setzt sich über den
Umfang des zu kalibrierenden Rohrs (also in Umfangsrichtung des
Kalibrierkorbs) und auch in Längsrichtung der Kalibriervorrichtung
fort, so dass sich ein das Rohr stützender Kalibrierkorb
ergibt, der überall eine gute Abstützung des Rohrs
gewährleistet. Eine Gruppe von Segmenten umfasst in dem
Beispiel gemäß 3 sechzehn oder
siebzehn (eine Gruppe ist ein Segment länger) geschlitzte
segmentförmige Kalibrierwerkzeuge mit rechteckigen Stützflächen. Über
den Umfang der Kalibriervorrichtung gesehen sind jeweils zwölf
Korpusse von beiden in 3 gezeigten Typen angeordnet, so
dass vierundzwanzig solcher Gruppen von Kalibrierwerkzeugen vorhanden
sind. Dies ergibt eine beispielhafte Gesamtzahl von 396 Kalibrierwerkzeugen pro
Kalibriervorrichtung (Kalibrierkorb). Fahren die Kalibriervorrichtungen über
die Verstelleinrichtungen 13 in radialer Richtung nach
innen, dann nimmt sogar das Maß der Überlappung
der sich verzahnenden Segmente noch zu. Die Darstellung gemäß 3 zeigt
somit bevorzugt einen Zustand für die Kalibrierung eines
Rohrs mit größerem Durchmesser im extremen Verstellbereich,
bei dem die Segmente bereits vergleichsweise weit auseinander gefahren sind.
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In 4 ist
die Segmentform der Kalibrierwerkzeuge zu erkennen, wobei hier wiederum
analog zu 3 nur zwei Korpusse mit Kalibrierwerkzeugen dargestellt
sind, in entsprechender Anordnung wie in 3, leicht
ineinander verzahnt. Man sieht in 4 auf die
Stirnseite der Segmente, da die Sicht etwa in Achsrichtung des zu
kalibrierenden Rohrs ist bzw. in Längsrichtung der Kalibriervorrichtung.
Man sieht in 4 dass die Segmente im Umriss
etwa trapezförmig ausgebildet sind, wobei die gewölbte
Fläche 16 der Basis des Trapezes entspricht. Die
beiden Schenkel der Trapezform sind mit 18 und 19 bezeichnet.
Die obere Grundseite des Trapezes ist mit einer sich in radialer
Richtung (bezogen auf das Rohr) erstreckenden Verlängerung 20 verbunden,
die sich in Richtung der Verstellachse des Kalibrierwerkzeugs erstreckt,
wobei die Verstelleinrichtung (hier nicht dargestellt) auch an dieser
Verlängerung 20 angreift. Der Raum zwischen den
durch die beiden Schenkel 18, 19 und die gewölbte
Basisfläche 16 gebildeten Wandungen ist ein Hohlraum 21,
in dem das Wasser für die Kühlung zugeführt
werden kann. Dieser Hohlraum ist über den Schlitz 17 (siehe 3)
mit der äußeren gewölbten Rechteckfläche 16,
die die Gleitfläche bildet, verbunden, so dass das Wasser über
die Schlitze 17 aus dem Hohlraum 21 austreten
kann. Jeder Hohlraum 21 innerhalb eines segmentförmigen Kalibrierwerkzeugs
geht an der der Stützfläche 16 abgewandten
Seite in einen Kanal 22 über, der sich in Längsrichtung
des Korpus erstreckt. Bei Anlegen eines Unterdrucks an den Hohlraum 21 entsteht
im Bereich der Schlitze 17 eine Saugkraft, die die äußere
Oberfläche des Rohrs an die rechteckige Gleit- und Stützfläche 16 der
Kalibrierwerkzeuge ansaugt. Es ist wie 3 zeigt
auch möglich, dass einzelne Segmente keine Schlitze 17 aufweisen.
-
Da
sich eine Gruppe von segmentförmigen Kalibrierwerkzeugen 10a, 10c, 10e,
die wie man in 4 erkennt jeweils in Achsrichtung
deckungsgleich hintereinander liegen, an einem einzigen Korpus befinden,
sind alle Hohlräume 21 dieser Gruppe mit einem
einzigen Ansaugkanal bzw. Wasserkanal 22 dieses Korpus
verbunden. Die segmentförmigen Kalibrierwerkzeuge 10b, 10d, 10f der
benachbarten Gruppe befinden sich ebenfalls an einem einzigen Korpus
und sind über ihre Schlitze mit dessen im Inneren des Korpus
liegenden Ansaugkanal verbunden. Da jeweils ein solcher Korpus über
eine einzige Verstelleinrichtung 13 (siehe 1 und 2)
verstellt werden kann, ist es möglich, die mit diesem Korpus
verbundene Gruppe von segmentförmigen Kalibriereinrichtungen über
diese Verstelleinrichtung zu verstellen. Die anderen Verstelleinrichtungen
für die anderen Gruppen von Kalibrierwerkzeugen arbeiten synchron,
so dass alle Kalibrierwerkzeuge gleichzeitig verstellbar sind.
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- 10a–10f
- Kalibrierwerkzeuge
- 11
- Verstellachse
- 12
- Pfeilrichtung
- 13
- Verstelleinrichtung
- 14
- Spindel
- 15
- Pfeil
- 16
- gekrümmte
Rechteckfläche (Stützfläche und Gleitfläche)
- 17
- Schlitz
- 18
- Schenkel
des Trapezes
- 19
- Schenkel
des Trapezes
- 20
- Verlängerung
- 21
- Hohlraum
- 22
- Kanal
- 23
- Freiräume,
Zwischenräume
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1115550
B1 [0002]
- - DE 102004008620 B3 [0003]