DE102010046501A1

DE102010046501A1 - Vorrichtung bzw. Werkzeug zum kontinuierlichen Herstellen von flexiblen ein- oder mehrlagigen und materialsparenden Kunststoff-Wellrohren in Verbindung mit Wellrohrformmaschinen und umlaufenden Formkokillen.

Info

Publication number: DE102010046501A1
Application number: DE102010046501A
Authority: DE
Inventors: Helmut Grüll
Original assignee: Unitec Tech Entwicklungen GmbH; Unitec Technische Entwicklungen GmbH
Current assignee: UNITEC GMBH TECHNISCHE ENTWICKLUNGEN, DE
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2012-03-29
Anticipated expiration: 2030-09-25
Also published as: DE102010046501B4

Abstract

Diese Erfindung betrifft eine spezielle Rohrkopfausführung mit einem äußeren und einem inneren Werkzeug W1 + W2 zur Herstellung von teilkristallinen Kunststoffrohren mit oder ohne glatte Innenwandung und unterschiedlichen Wandschichten und Aufbauten (1), unter Berücksichtig einer einfachen und kostensparender Herstellung der Materialverteilerkanäle (4+5) mit zentrierbare Düsenspalte und andere, weitere technische Vorteile.
Diese neue Konstruktion ermöglicht es, dass der heiße, zu verformende Kunststoff schnell, und gleichmäßig und ohne großen technischen Aufwand vom dezentralen Einspritzpunkt (2) in die außenliegenden Ringkanäle gelangt, was vornehmlich durch konvergierende Bohrungen oder durch Kanäle (4+5) oder andere als Drossel wirkende Elemente (7) geschieht.
Die Ausführung zeigt ein äußeres und inneres Werkzeug W1 + W2 mit unterschiedlichen Anordnungen der Verteiler bzw. Drosselelemente (4–7) und ermöglicht dadurch die Vorrichtung den Fließeigenschaften des eingesetzten Kunststoffmaterials anzupassen und eine Kombination wie dargestellt oder Werkzeuge mit gleichen konstruktiven Aufbau zum Einsatz zu bringen.

Description

Ausgehend vom Stand der Technik, wie er sich vornehmlich aus der Anmeldung DE 198 35 189 C2 ergibt, betrifft diese Erfindung gemäß Skizze 1 eine Vorrichtung bzw. eine spezielle Rohrkopfausführung zur Herstellung von materialsparenden und gewellten Rohren mit oder ohne glatte Innenwandung Skizze 1/1 aus teilkristallinen Kunststoffen und unterschiedlichen Wandschichten und Aufbauten.
Es ist hinreichend bekannt, daß weltweit Hersteller von großen Wellrohrformmaschinen für Rohre im Durchmesserbereich größer 500 mm nach kostengünstige, leicht handhabbare und variable Konstruktionen suchen. Größtenteils ist das Formkettenumlaufprinzip mit Formkokillen Skizze 1/2 bei Corrugatoren gemäß diversen Patenten, in horizontaler oder vertikaler Anordnung zur Produktion und Herstellung von quergewellten, ein- oder mehr wandigen Kunststoffwellrohren, Stand der Technik und im bewährten Einsatz.
Solche gemäß Skizze 1, zur Rohrherstellung notwendigen Vorrichtungen bzw. Werkzeuge zur Zuführung und Vorformung der heißen Kunststoffschmelze Skizze 1/3 zum und im Corrugator und den umlaufenden Formkokillen Skizze 1/2, sind hierfür in unterschiedlichen Ausführungen durch viele Patentanmeldungen offenkundig und weltweit im Gebrauch.
DE 198 35 189 C2 – Unicor
DE 24 03 618 A1 – Fränkische
US 3 677 676 – Hegler
EP 0 208 055 A1 – Drossbach
EP 0 230 055 A2 – Corma
DE 29 11 833 C2 – Cincinnati
Diese vorgenannten Anmeldungen beschreiben hauptsächlich die verschiedenen Möglichkeiten wie und durch welche Maßnahmen und unter welchen Konstruktionslösungen die Kunststoffschmelze Skizze 1/3 zur Herstellung von Doppelwandrohren aufgeteilt und durch einen gleichmäßigen Ringkanal Skizze 1/4 (Düsenspalt) den umlaufenden Formkokillen Skizze 1/2 zugeführt wird. Dabei ist konstruktionsbedingt bei allen vorgenannten Anmeldungen und je nach Ausführung der Wellrohrformmaschinen eine mehr oder weniger lange Strecke zwischen dem Austrittspunkt am Extruder Skizze 1/5 und dem optimalen Einspritzpunktpunkt Skizze 1/6 für die Kunststoffschmelze in der gebildeten Hohlform der Kokillen zu überwinden.
Die nachfolgenden Anmeldungen betreffen hauptsächlich Vorrichtungen bzw. Werkzeuge zur Herstellung von Blasfolien von denen Grundgedanken und Lösungen in den vorgenannten Anmeldungen enthalten sein können.
DE 42 18 095 C2
DE 28 03 708 C3
DE 27 52 932 A1
Die lange Distanz zwischen dem Extruderanschluß Skizze 1/5 und dem Einspritzpunkt Skizze 1/6 der Kunststoffschmelze wird bisher hauptsächlich durch entsprechend lange, von außen beheizte und kostenintensive Werkzeuge bzw. Düsenteile bewerkstelligt.
Diese Düsenteile sind an den gewünschten bzw. festgelegten Formkokillendurchmesser bzw. an den späteren fertigen Rohrinnendurchmesser konstruktiv angepasst und sind bei jeder neuen Rohrdimension samt nachgeschaltetem Kühldorn Skizze 1/7 oder Schleppdorn auszutauschen.
Diese dimensionsbezogenen und rohrförmigen Austauschteile sind technisch meist sehr aufwendig und passgenau konstruiert und demnach entsprechend teuer in ihrer Herstellung. Es ist daher leicht vorstellbar, dass diese großen Vorrichtungen bzw. Düsen- oder Rohrkopfteile eine große Masse und auch ein hohes Gewicht aufweisen. Bedingt dadurch können sich die langen Teile über die horizontale Biegeachse leicht verformen. Geeignete Stützvorrichtungen, in der Skizze 1 nicht näher dargestellt, in möglichst kurzer Distanz zum Einspritzpunkt Skizze 1/6 und im Verhältnis dazu in etwas längerer Distanz zum Anschlusspunkt am Extruder verhindern bzw. schränken diese Biegung ein und halten die Vorrichtung entsprechend im Zentrum der von den Formkokillen gebildeten Hohlform Skizze 1/2
Die benannte Anmeldung DE 198 35 189 C2 gemäß 1 bis 5 berücksichtigt größtenteils einige der vorgenannten Vorteile und hat durch den plattenförmigen Aufbau einige Gemeinsamkeiten mit einem Folienblaskopf. Die Verteilung der Kunststoffschmelze erfolgt durch Bohrungen und ringförmige Kanäle. Die Hauptzuleitung in Anmeldung DE 42 18 095 C2 für die Kunststoffschmelze erfolgt seitlich am äußeren Umfang der Vorrichtung und nicht dezentral an der Stirnseite der Verteilerplatte gemäß 2 der Anmeldung DE 198 35 189 C2 .
Außerdem kommt es ohne Verwendung geeigneter Dichtmittel bei den stammbaum- oder bogenförmigen und stirnseitig auf den Verteilerplatten angeordneten Kanälen sehr leicht zu Undichtigkeiten zwischen den einzelnen Platten. Der bekanntlich bei der Kunststoffverarbeitung entstehende Massedruck von kleiner 50 N/mm², wird nur schwerlich von den Schraubverbindungen aufgenommen.
Durch die Anordnung und Überlagerung solcher Kanäle in den übereinander angeordneten Platten, steht nur ein geringer Platz zum Setzen der Schraubverbindung zur Verfügung. Die gemäß 1 der Anmeldung DE 198 35 189 C2 stammbaum- oder bogenförmigen Kanäle und die daran anschließenden radial und spiralförmig verlaufenden Verteilerkanäle bilden große Flächen, die mehr als 30% der Gesamtfläche einer Verteilerplatte ausmachen.
Konstruktionsbedingt handelt es sich bei der Anmeldung DE 198 35 189 C2 um einen festzentrierten Düsenaustrittsspalt für die Kunststoffschmelze. Bei großen Vorrichtungen bzw. Werkzeugen dieser Art zur Rohrherstellung in horizontaler Anordnung ist die Absackung der heißen Schmelze ein nicht zu unterschätzendes Kriterium und deshalb ein justierbarer Düsenspalt von Vorteil. Durch die Justierung des Düsenspaltes mittels den Zentrierschrauben Skizze 1/8 lässt sich der Materialfluss so steuern und ausgleichen, dass am Ende eine gleichmäßige Wanddicke am fertigen Rohr erzielt werden kann.
Zwischenzeitlich gibt es Weiterentwicklungen im Bereich der Verteilerplatten bzw. der Verteilerelemente, bei denen das Dichtheitsproblem und die Zentrierbarkeit des Düsenaustrittsspaltes im Wesentlichen verändert und verbessert wurden.
Einer der größten und bekannten Nachteile dieser stammbaumförmigen Verteilerkanäle ist neben dem Dichtheitsproblem zwischen den Platten auch der hohe technische Aufwand, sowie die Verfügbarkeit großer Fräszentren zur Einbringung solcher Kanäle.
Aus technischen und wirtschaftlichen Überlegungen sollte jede Verteilerplatte so einfach und effizient als möglich gestaltet werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Skizze 1 bis 3 und den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst und andere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wellrohrformmaschinen und deren dazugehörige Werkzeuge bzw. Vorrichtungen sind ideale Maschinen zur Herstellung von materialsparenden quergewellten, flexiblen Kunststoffrohren in ein- oder doppelwandiger Ausführung und/oder in teilweise mehrschichtigen Wandungen.
Der Vorteil dieser Erfindung ist, daß der heiße, zu verformende Kunststoff Skizze 1/3 möglichst schnell und ohne großen technischen Aufwand vom dezentralen Haupteinspritzpunkt Skizze 1/9 möglichst gleichmäßig in den außenliegenden Ringkanal Skizze 1/10 erfolgt.
Auf Grund der etwas dickeren Verteilerplatten sind die Verteilerkanäle Skizze 2/1 möglichst gleichmäßig angeordnet und weisen eine gleichmäßige Breite und bis zum Endpunkt Skizze 2/3 eine immer flacher werdende Tiefe auf oder sind auf eine einheitliche Tiefe mit einer sich verjüngenden Breite ausgelegt. Die Breite, Länge als auch die Tiefe der Verteilerkanäle bestimmen den hydraulischen Widerstand und durch diese Wirkung regulieren sie den Materialfluss, so dass durch diese Drosselwirkung am äußeren Umfang der Verteilerplatte eine gleichmäßige Materialströmung entsteht. Bedingt durch die dezentrale Materialzufuhr Skizze 1/9; Skizze 2/4 und Skizze 3/3 weißen die Verteilerkanäle Skizze 2/1 eine unterschiedliche Länge auf. Der Endpunkt dieser Kanäle Skizze 2/3 ist jeweils gleichmäßig am Umfang einer Verteilerplatte und sind unter einem Winkel zwischen 0 und 45 Grad bezogen auf die horizontale Achse angeordnet.
Der Anfangspunkt dieser Verteilerkanäle Skizze 2/4 liegt an der Wandung eines exzentrischen Ringkanals Skizze 2/5, der am Einspritzpunkt Skizze 2/4 eine andere Tiefe aufweist als am gegenüberliegenden Punkt. Die Breite des exzentrischen Ringkanals ändert sich deshalb auch in Abhängigkeit zu dessen Tiefe.
Diese Verteilerkanäle Skizze 2/1 können vorteilhafterweise auch als konische Bohrungen ausgelegt sein!
Der Verteiler ist am Umfang mit trichterförmigen Stegen Skizze 2/2 oder durch ein ringförmiges Teil mit Bohrungen Skizze 3/2 bzw. Skizze 1/13 oder anderen flachen Profilformen Skizze 3/1 ausgestattet, die eine Komprimierung des zu verarbeitenden Kunststoffes herbeiführen und dadurch einen möglichst gleichmäßigen Materialschub in Richtung Düsenspalt bzw. Ringkanal Skizze 1/10 und dann im Düsenspalt Skizze 1/11 garantieren.
Sollte auf Grund der Größe solcher Vorrichtung der Materialtrieb im Düsenspalt nicht gleichmäßig erfolgen oder kann durch den justier baren Ring Skizze 1/12 nicht ausgeglichen werden, so lässt sich durch Vergrößerung der Querschnittsfläche am Materialdurchtritt eine Korrektur des Massestromes vornehmen.
Diese Konstruktionsausführungen gemäß Skizze 1 sind notwendig, da die Materialzufuhr dezentral Skizze 1/9 von innen nach außen, zum umlaufenden und gleichmäßigen Ringkanal Skizze 1/10 und zum Düsenspalt Skizze 1/4 erfolgt. Dabei ist es unerheblich, dass die konstruktive Lösung und Ausführung einer solchen Vorrichtung, eine Kombination wie in Skizze 1 dargestellt aus Verteilerkanal Skizze 2/1 und Siebkorb Skizze 1/13 besteht oder eine der aufgezeigten Lösungen gleichzeitig für die Zuführung der Kunststoffschmelze Skizze 1/3 für den gewellten Außenteil Skizze 1/3 oder den glatten Innenteil Skizze 1/1 für eines Doppelwandrohres vorgesehen wird.
Die Ausführungsbeispiele dieser Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen bzw. Skizzen 1 bis 3 dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben:
Bezugszeichenliste
Skizze 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen Rohrkopf in Platten-, Ringbauweise

1: glatteinnenwandung
2: Formkokillen
3: Materialschmelze
4: Ringkanal/Düsenspalt
5: Extruderanschluß
6: Einspritzpunkt
7: Kühldorn
8: Zentrierschraube
9: dezentrale Materialzufuhr mit exzentrischem Ringkanal
10: Ringkanal
11: Stege als Schmelzedrossel
12: justierbarer Ring
13: ringförmiger Sieb/Siebkorb
14: Übergangsringkanal
15: Verteilerplatte
W1: äußeres Werkzeugteil
W2: inneres Werkzeugteil

1: Verteilerkanal oder Bohrung
2: Stege
3: Endpunkt Verteilerkanal
4: Anfangspunkt Verteilerkanal
5: dezentrale Materialzufuhr
6: exzentrischer Ringkanal

1: Abflachungen als Schmelzedrossel
2: ringförmiger Sieb/Siebkorb
3: dezentrale Bohrung für Materialzufuhr mit Querbohrung zum exzentrischen Ringkanal
4: exzentrischer Ringkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19835189 C2 [0001, 0003, 0009, 0009, 0011, 0012]
DE 2403618 A1 [0003]
US 3677676 [0003]
EP 0208055 A1 [0003]
EP 0230055 A2 [0003]
DE 2911833 C2 [0003]
DE 4218095 C2 [0005, 0009]
DE 2803708 C3 [0005]
DE 2752932 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung bzw. Werkzeug zum kontinuierlichen Herstellen von flexiblen ein- oder mehrlagigen und materialsparenden Kunststoff-Wellrohren in Verbindung mit Wellrohrformmaschinen und umlaufenden Formkokillen, der Materialzuführung durch entsprechende Extruder und der Vorformung der heißen Kunststoffschmelze gemäß Skizze 1, mit Innen- und Außenwerkzeug in unterschiedlicher oder in gleichmäßiger konstruktiven Ausführung, dadurch gekennzeichnet: dass die Vorrichtung gemäß Skizze 1, mindestens aus einem äußeren W1 und mehrere innere Werkzeug W2 mit Ringkanäle und Verteilerelemente besteht, die Materialzufuhr für das mindestens aus einer Wandung bestehende Wellrohr exzentrisch von innen nach außen erfolgt, dabei die heiße Materialschmelze in einen exzentrischen Ringkanal Skizze 1/9; Skizze 2/6; Skizze 3/4 mit unterschiedlicher Tiefe und Breite oder nur mit unterschiedlicher Tiefe und gleicher Breite mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitig angeordneten Verteilerkanäle nicht stammbaumartig, sondern gerade und konvergierend ausgeführt sind und einen von innen nach außen abnehmenden Kanal- bzw. Bohrungsquerschnitt aufweisen und unter einen Winkel zwischen 0 und 45° zur Vertikalen nach links oder rechts verlaufen und eine unterschiedliche Länge aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerkanäle bzw. Bohrungen Skizze 2/1 an der Wandung des exzentrischen Ringkanals Skizze 2/6 beginnen und gleichmäßig verteilt am Umfang der Verteilerplatte Skizze 1/15 in einen Übergangsringkanal Skizze 1/14 mit einer jeweils gleichen Querschnittsfläche enden.
Vorrichtung nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialverteilung durch ein ringförmiges Element Skizze 1/13 (Siebkorb) mit gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Bohrungsquerschnitte über einen radial eingearbeiteten, exzentrischen Ringkanal Skizze 3/4 mit gleichmäßiger oder unterschiedlicher Querschnittsfläche angeordnet ist und in einen Übergangsringkanal Skizze 1/14 endet.
Vorrichtung nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Verteilerplatte Skizze 1/15 definierte Stege Skizze 1/2, Bohrungen oder andere als Drossel wirkende Elemente an der Außenseite bzw. im Randbereich radial angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass flache Vertiefungen und als Drossel wirkende Elemente stirnseitig angeordnet sind. Skizze 3/1
Vorrichtung nach Anspruch 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege Skizze 1/2, Bohrungen oder andere als Drossel wirkende Elemente in einer ringförmigen Dekompressionszone Skizze 1/10 vor dem zentrierbaren Ring Skizze 1/11 enden.
Vorrichtung nach Anspruch 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenspalt Skizze 1/4 mittels der Zentrierschrauben Skizze 1/8 und dem verschiebbaren Ring Skizze 1/11 einstellbar bzw. zentrierbar wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der heiße, vorgeformte Kunststoff Skizze 1/3 unter einem Winkel zwischen 0 und 45° zur Horizontalen austritt und dabei ohne großen hydraulischen Druckverlust vom dezentralen Haupteinspritzpunkt Skizze 1/9 möglichst gleichmäßig in den außenliegenden Ringkanal Skizze 1/4 gelangt.
Vorrichtung nach Anspruch 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugteile W1 und W2 und weitere innere Werkzeuge an den gewünschten bzw. festgelegten Formkokillendurchmesser bzw. an den späteren fertigen Rohrinnendurchmesser konstruktiv und im definierten Verhältnis zueinander angepasst sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1–10 dadurch gekennzeichnet, dass das äußere als auch das innere Werkzeug W1 und W2 und weitere, unabhängig von innen als auch von außen oder stirnseitig beheizt werden können.