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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gussform zur Herstellung eines Kunststoffrohrs oder -rohrstücks mit einem abzweigenden Rohrabschnitt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohrs oder -rohrstücks mit einem abzweigenden Rohrabschnitt. Gussform und Verfahren sind dabei so gestaltet, dass die Herstellung des Kunststoffrohres oder -rohrstücks mit Hilfe von Injektionsverfahren (Fluidinjektionsverfahren, Projektilinjektionsverfahren, etc.) durchführbar ist.
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STAND DER TECHNIK
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Für die Herstellung von Kunststoffrohren, -leitungen und dergleichen stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Als besonders vorteilhaft haben sich Verfahren herauskristallisiert, bei denen eine Kavität einer Gussform mit Kunststoff gefüllt wird, eine Rohrwand durch Aushärten des Kunststoffes an den Berührungsstellen mit der Gussform gebildet wird und anschließend der noch flüssige Kunststoff aus dem Inneren der erstarrten Rohrwand entfernt wird, wobei beispielsweise ein Fluid und/oder ein Projektil injiziert werden. Ein besonderer Vorteil dieser Technik liegt darin, dass nicht nur geradlinige Rohre und Leitungen herstellbar sind, sondern dass auch gebogene Rohrstücke und sogar Rohrleitungen mit Wellenform hergestellt werden können.
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Allerdings lassen sich mit herkömmlichen Injektionsverfahren lediglich Rohre mit einem einzigen Durchlasskanal ausbilden und die Herstellung von Rohrstücken mit Abzweigungen, insbesondere von T-Stücken oder Mehrfachverbindungsstücken ist nur in Verbindung mit einer aufwendigen, nachträglichen Bearbeitung der so hergestellten Rohrkörper möglich.
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T-Stücke und vergleichbare Verbindungsstücke werden bislang mit Hilfe von Gussverfahren mit Hilfe von geeigneten Gussformen, die nach dem Erstarren des Kunststoffes aus dem Inneren der T-Stücke entfernt werden, hergestellt. Eine solche Herstellungsweise setzt jedoch voraus, dass das Mehrfachverbindungsstück keinerlei Krümmungen aufweist, um zu gewährleisten, dass sämtliche Bestandteile der Gussform aus dem Inneren des Verbindungsstücks entfernt werden können.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gussform sowie ein Gussverfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohrs oder -rohrstücks mit mindestens einem abzweigenden Rohrabschnitt zur Verfügung zu stellen, welche eine einfache Herstellung ermöglichen und eine flexible Gestaltung des herzustellenden Kunststoffrohres oder -rohrstücks gewährleisten. Mit der erfindungsgemäßen Gussform und dem Gussverfahren sollen Rohre mit beliebiger Länge und beliebiger Form herstellbar sein. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, unter Ausnutzung der von Injektionsverfahren auch Rohre mit Abzweigungen bspw. in Form von abzweigenden Stutzen ohne nachträgliche Bearbeitung von Rohröffnungen zu ermöglichen.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Die oben genannten Aufgaben werden durch die Gussform nach Anspruch 1 sowie das Gussverfahren nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Gussform sowie des Gussverfahrens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
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Eine Gussform gemäß der vorliegenden Erfindung ist derart ausgebildet, dass ein Kunststoffrohr oder -rohrstück mit einer Rohrwand und mindestens einem von der Rohrwand abzweigenden Rohrabschnitt hergestellt werden kann. Die Rohrwand bildet dabei einen ersten Hohlraum, der abzweigende Rohrabschnitt einen zweiten Hohlraum, wobei der erste und der zweite Hohlraum über einen Zwischenraum miteinander verbunden sind. Gemäß der Erfindung umfasst eine Gussform eine Mutterform, die eine Kavität in Form eines durch eine Struktur der äußeren Oberfläche des Rohres oder Rohrstücks definierten Volumens aufweist. Die Mutterform weist also einen Bereich auf, der die Form eines Negativs der Außenoberfläche des herzustellenden Kunststoffrohres oder -rohrstücks aufweist.
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Gemäß der Erfindung weist die Gussform weiterhin mindestens eine Kernform auf, die so ausgebildet ist, dass sie in einem mit der Mutterform verbundenen Zustand im Bereich des zweiten Hohlraums des herzustellenden Rohrs oder Rohrstücks zumindest teilweise in die Kavität der Mutterform hineinragt. Bspw. kann die Form der Kavität ein Volumen eines Zylinders mit einem aus der Mantelfläche hervorragenden Fortsatz besitzen. In diesem Fall ist die Kernform so ausgebildet, dass sie von einer Stirnseite des herausragenden Fortsatzes in den Innenraum (zweiten Hohlraum) hineinragt.
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Die Kavität der Mutterform kann auch so ausgebildet sein, dass ein Kunststoffrohr oder -rohrstück mit zwei oder mehr abzweigenden Rohrabschnitten formbar ist, wobei die durch die zwei oder mehr abzweigenden Rohrabschnitte gebildeten zweiten Hohlräume über einen gemeinsamen oder einen separaten Zwischenraum mit dem ersten Hohlraum verbunden sind. Zu einer solchen Mutterform weist die Gussform zwei oder mehr Kernformen auf, die jeweils in den zweiten Hohlraum der Rohrabschnitte hineinragen.
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Die Mutterform und die Kernform sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass sie im miteinander verbundenen Zustand im Bereich eines offenen Endes des abzweigenden Rohrabschnitts formschlüssig miteinander in Eingriff sind. Dadurch wird sichergestellt, dass beim Befüllen der Kavität der Gussform kein flüssiger Kunststoff aus der Gussform austritt.
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Die Kernform weist vorzugsweise einen mittleren Abschnitt auf, der die Form eines Bereichs des zweiten Hohlraums des herzustellenden Kunststoffrohrs oder -rohrstücks besitzt. Dadurch weist die Gussform in einem Zustand, in dem die Mutterform und Kernform miteinander verbunden sind, einen Freiraum auf, der in seiner Kontur der Form des abzweigenden Rohrabschnitts entspricht. Vorzugsweise ist der mittlere Abschnitt der Kernform im Wesentlichen als Körper mit zylinderförmiger Mantelfläche ausgebildet, die die Form der inneren Oberfläche des abzweigenden Rohrabschnitts des herzustellenden Kunststoffrohrs oder -rohrstücks besitzt. Alternativ kann der mittlere Abschnitt der Kernform auch einen Körper mit einer Mantelfläche in Form eines Kegelstumpfes aufweisen, falls der abzweigende Rohrabschnitt in Richtung seiner Öffnung aufgeweitet sein soll.
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Die Kernform der erfindungsgemäßen Gussform kann weiterhin einen äußeren Abschnitt aufweisen, der im mit der Mutterform verbundenen Zustand in einem Bereich des Zwischenraums des herzustellenden Kunststoffrohrs oder -rohrstücks in die Kavität der Mutterform hineinragt. Vorzugsweise weist der zweite äußere Abschnitt bereichsweise eine Mantelfläche in Form einer Mantelfläche eines Zylinders oder eines Kegelstumpfs auf, die vorzugsweise linear in die den mittleren Abschnitt bildende Mantelfläche übergeht.
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Vorteilhafterweise weist die Kernform einen Endbereich auf, der im mit der Mutterform verbundenen Zustand im Bereich des zweiten Hohlraums und/oder im Bereich des Zwischenraums des herzustellenden Kunststoffrohrs oder -rohrstücks angeordnet ist. In diesem Endbereich kann mindestens eine Hinterschneidung und/oder mindestens eine Ausnehmung, in der sich mindestens eine Hinterschneidung befindet, angeordnet sein. Wie später näher beschrieben wird, ermöglicht die mindestens eine Hinterschneidung, dass ein beim Aushärten der erstarrten Rohrwand erstarrtes Abdeckelement, das sich zumindest im Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlraum befindet, mit der Hinterschneidung in Eingriff ist und zur Fertigstellung des Kunststoffrohrs oder -rohrstücks zusammen mit der Kernform aus dem Zwischenraum und dem zweiten Hohlraum entfernt werden kann.
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Die Hinterschneidung kann bspw. beweglich ausgebildet sein, indem die Kernform im Bereich der Hinterschneidung mindestens eine relativ zur Kernform bewegbare Komponente aufweist, die bspw. als Stift ausgebildet sein kann, der nach dem Herausnehmen der Kernform aus dem zweiten Hohlraum von der Kernform entfernbar ist, sodass das Abdeckelement von der Kernform getrennt werden kann. Alternativ kann die mindestens eine bewegbare Komponente auch als Klammer ausgebildet sein, die nach dem Entfernen des Kernstücks und des Abdeckelements aus dem zweiten Hohlraum geöffnet werden kann, um das Abdeckelement freizusetzen.
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Der Endbereich kann ein dem ersten Hohlraum des herzustellenden Kunststoffrohres oder -rohrstücks zugewandter Bereich sein, der vorteilhafterweise an eine Außenkontur des ersten Hohlraums des herzustellenden Kunststoffrohres oder -rohrstücks angepasst ist. Vorzugsweise ist der Endbereich eine gewölbte Fläche, die parallel zur Außenfläche der Rohrwand angeordnet sein kann, solange sich die Kernform in einem mit der Mutterform verbundenen Zustand befindet.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Kernform aus einem Hauptformteil und einem zusätzlichen Formteil auszubilden. Das Hauptformteil weist dabei vorzugsweise einen Zylinder mit einer gewölbten Stirnseite auf, die an die Außenstruktur des ersten Hohlraums angepasst ist. Weiterhin weist das Hauptformteil eine Längsbohrung auf. Das zusätzliche Formteil ist vorzugsweise als Kolben ausgebildet, der in der Längsbohrung des ersten Gussteils bewegbar ist.
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Vorteilhafterweise weist der Kolben an seinem der Stirnseite der ersten Gussform benachbarten Ende eine Hinterschneidung auf, die bspw. als hinterschnittene Ausnehmung, oder als L- bzw. T-förmiger Fortsatz ausgebildet sein kann. Somit kann nach dem Entfernen der Kernform (des Haupt- und des zusätzlichen Formteils) aus dem zweiten Hohlraum zusammen mit dem Abdeckelement das zusätzliche Formteil aus dem Hauptformteil herausbewegt werden und das mit der Hinterschneidung in Eingriff befindliche Abdeckelement aus der Kernform entfernt werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann der Kolben an seinem der Stirnseite des Hauptformteils benachbarten Ende in einem mit der Mutterform verbundenen Zustand so in der Längsbohrung angeordnet sein, dass durch einen Teil der Längsbohrung eine Ausnehmung entsteht.
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Das Hauptformteil kann außerdem an seiner Stirnseite eine Ausnehmung, die vorzugsweise kegelförmig ausgebildet ist, aufweisen, um das Abdeckelement möglichst stabil zu formen und damit ein Entfernen aus dem Zwischenraum z.B. durch Bereitstellen von Sollbruchstellen, insbesondere einer umlaufenden Sollbruchstelle, zu erleichtern.
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Die erfindungsgemäße Gussform kann mindestens eine Eintrittssöffnung und/oder mindestens eine Austrittsöffnung für flüssigen Kunststoff aufweisen. Vorteilhafterweise ist die Mutterform aus mindestens zwei Teilformen zusammengesetzt, um nach der Fertigstellung des Kunststoffrohrs oder -rohrstücks eine einfache Entnahme des Kunststoffrohrs oder -rohrstücks aus der Mutterform zu gewährleisten. Vorteilhafterweise ist die Mutterform aus mehreren Teilformen zusammengesetzt, sodass auch Rohrabschnitte, die in einem Winkel < 90° aus der Rohrwand herausragen, und/oder mehrere abzweigende Rohrabschnitte gebildet werden können.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohrs oder -rohrstücks mit einer Rohrwand und mindestens einem aus der Rohrwand abzweigenden Rohrabschnitt, wobei ein durch die Rohrwand definierter erster Hohlraum und ein durch den mindestens einen abzweigenden Rohrabschnitt definierter zweiter Hohlraum über einen Zwischenraum miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß enthält das Gussverfahren die nachfolgenden Schritte:
- a) Füllen einer Kavität einer Gussform mit flüssigem Kunststoff;
- b) Bilden der Rohrwand, des abzweigenden Rohrabschnitts und eines Abdeckelements, das den ersten und den zweiten Hohlraum im Zwischenraum voneinander trennt und zumindest teilweise in den zweiten Hohlraum hineinragt, durch Aushärten des flüssigen Kunststoffes an seinen Berührungsflächen zur Gussform;
- c) Entfernen des innerhalb der Rohrwand vorhandenen, noch flüssigen Kunststoffs aus dem ersten Hohlraum; und
- d) Entfernen des Abdeckelements aus dem Zwischenraum und dem zweiten Hohlraum.
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Vorzugsweise wird der noch flüssige Kunststoff in Schritt c) mit Hilfe eines Injektionsverfahrens entfernt. Als Injektionsverfahren können bspw. Projektilinjektionsverfahren, Fluidinjektionsverfahren, insbesondere Gas- und oder Flüssigkeitsinjektionsverfahren, oder eine Kombination aus Fluidinjektions- und Projektilinjektionsverfahren eingesetzt werden. Aufgrund der Verwendung von Injektionsverfahren ist es möglich, ein durch die Rohrwand bereitgestelltes Hauptrohr mit Krümmungen zu versehen und ggf. sogar in seinem Durchmesser zu verändern. Es ist daher möglich, die Gestalt des Hauptrohrs flexibel zu variieren und an den gegebenen Verwendungszweck anzupassen.
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Zur Durchführung des Gussverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise eine Gussform, wie sie oben beschrieben wurde, eingesetzt. Die Gussform weist dabei eine Mutterform sowie eine Kernform auf, wobei die Mutterform eine Kavität in Form eines durch die äußere Oberfläche des Rohrs oder Rohrstücks definierten Volumens aufweist und die Kernform so ausgebildet ist, dass sie in einem mit der Mutterform verbundenen Zustand im Bereich des zweiten Hohlraums des herzustellenden Rohrs oder Rohrstücks zumindest teilweise in die Kavität hineinragt. Vorteilhafterweise wird das Abdeckelement im Schritt d) zusammen mit der Kernform aus dem Zwischenraum und dem zweiten Hohlraum herausgenommen, insbesondere herausgezogen und/oder herausgedreht. Das gemeinsame Entfernen der Kernform und des Abdeckelements wird durch einen zumindest kraftschlüssigen Eingriff des Abdeckelements mit bspw. einer Hinterschneidung der Kernform ermöglicht. Alternativ dazu kann die Kernform in einem Zwischenschritt zwischen den Schritten c) und d) aus dem zweiten Hohlraum und/oder dem Zwischenraum entfernt werden und das Abdeckelement im Schritt d) mit Hilfe von Vakuumtechnik aus dem Zwischenraum und dem zweiten Hohlraum entfernt werden.
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Um das Abdeckelement besonders einfach aus dem Zwischenraum zu lösen, wird vorzugsweise eine Gussform mit einer Kernform verwendet, die so ausgebildet ist, dass ein äußerer Abschnitt in den Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlraum hineinragt, so dass bereichsweise im Zwischenraum eine Sollbruchstelle um das Abdeckelement herum gebildet wird.
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Nach dem Entfernen des Abdeckelements aus dem Zwischenraum und dem zweiten Hohlraum kann ein weiterer Schritt e) erfolgen, in dem das Abdeckelement aus der Kernform entfernt wird. Dazu kann die Kernform eine zu ihr relativ bewegbare Komponente aufweisen, die mindestens eine Hinterschneidung bildet. Die bewegbare Komponente wird anschließend so bewegt, dass der kraftschlüssige Eingriff zwischen dem Abdeckelement und der Kernform gelöst werden kann.
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Vorteilhafterweise weist die Kernform ein Hauptformteil mit einer Durchgangsbohrung und einen in der Durchgangsbohrung führbaren Kolben, der eine Hinterscheidung aufweist oder zumindest mit der Längsbohrung einen kraftschlüssigen Eingriff zwischen Kernform und Abdeckelement ermöglicht, auf. Nach dem Entfernen der Kernform aus dem zweiten Hohlraum kann der Kolben so bewegt werden, dass das Abdeckelement aus der Kernform oder zumindest vom Hauptformteil gelöst werden kann und anschließend weiterhin vom Kolben gelöst werden kann oder gemeinsam mit dem Kolben entsorgt werden kann.
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Je nach Ausformung der Gussform können Kunststoffrohre oder -rohrstücke mit gekrümmten Hauptrohren mit einem, zwei oder mehreren abzweigenden Rohrabschnitten gebildet werden, wobei die Form des Rohrabschnitts, seine Ausrichtung relativ zur Rohrwand sowie sein Durchmesser an die gegebenen Bedingungen anpassbar sind und weitgehend frei bestimmt werden können. Auch ist es denkbar, einen abzweigenden Rohrabschnitt oder Stutzen zu bilden, der geringfügig gekrümmt ist und/oder dessen Querschnitt sich in Richtung des offenen Endes des Rohrabschnitts verbreitert.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung im Detail erklärt. Es zeigen:
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1 die erfindungsgemäße Gussform nach Vollenden des Gussverfahrensschrittes c);
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2 die erfindungsgemäße Gussform in einem Anfangsstadium des Schrittes d);
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3 die erfindungsgemäße Gussform in einem Endstadium des Schrittes d); und
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4 die erfindungsgemäße Gussform während des Verfahrensschrittes e).
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Gussform, die eine Mutterform 1 sowie eine Kernform 2 aufweist. Die Kernform 2 ist in ein Hauptformteil 20 und ein zusätzliches Formteil 21 unterteilt.
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Die Mutterform 1 enthält eine obere Teilform 11, die auf ihrer der unteren Teilform 12 zugewandten Seiten eine Ausnehmung in Form eines entlang seiner Längsachse halbierten Zylinders aufweist. Die untere Teilform 12 zeigt auf ihrer der ersten Teilform 11 zugewandten Seite eine Ausnehmung in Form eines entlang seiner Längsachse halbierten Zylinders auf, wobei die Teilform 12 zusätzlich eine zylinderförmige Ausnehmung senkrecht zur Mantelfläche der Ausnehmung aufweist. Im unteren Bereich der zylinderförmigen Ausnehmung ist eine Ausnehmung 13 für einen Flansch 34 im Bereich eines offenen Endes des Rohrabschnitts 31 vorgesehen. Die Teilform 12 weitet sich im weiteren Verlauf auf (Aufweitung 14).
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Das Hauptformteil 20 der Kernform 2 weist einen Grundkörper 200 auf, der formschlüssig in die Aufweitung 14 der Teilform 12 der Mutterform 1 angepasst ist. Der Grundkörper 200 geht in einen zylinderförmigen oberen Teil 201 über, wobei an den Übergangsstellen Ausnehmungen 202 für einen Flansch 34 vorgesehen sind. Der zylinderförmige obere Teil 201 weist an seiner Stirnseite eine kegelförmige Ausnehmung 203 auf. Zentriert weist das Hauptformteil 20 eine Durchgangsbohrung 204 auf, in der das das zusätzliche Formteil 21 führbar ist.
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Das zusätzliche Formteil 21 ist als Kolben 210 ausgebildet, der an seiner der Ausnehmung 203 in dem Hauptformteil 20 zugewandten Stirnseite eine Auskragung 211, die zusammen mit der Durchgangsbohrung 204 in dem Hauptformteil eine Hinterschneidung bildet. Am der Hinterschneidung entgegen gesetzten Ende des Kolbens 210 befindet sich eine Halterung 212.
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1 zeigt die Gussform in einem Zustand, in dem die einzelnen Komponenten der Mutterform 1 sowie der Kernform 2 fest, im Bereich der Aufweitung 14 formschlüssig, miteinander verbunden sind. In diesem Zustand ist der obere Teil 201 des Hauptformteils 20 der Kernform 2 beabstandet von einer parallelen Wand 15 der unteren Teilform 12 der Mutterform 1, sodass in den Freiraum zwischen Mutterform 1 und Kernform 2 Kunststoff eingefüllt werden kann und nach dem Aushärten die Wand 30 des Rohrabschnitts des Kunststoffrohrs 3 gebildet ist. Weiterhin ragt der obere Teil 201 der ersten Gussform 20 in die Ausnehmung der unteren Teilform 12 der Mutterform 1, die die Form eines entlang der Längsachse halbierten Zylinders aufweist, hinein, d. h. in den Zwischenraum zwischen dem ersten Hohlraum 32 und dem zweiten Hohlraum, der in 1 durch die Kernform 2 sowie das Abdeckelement 4 gefüllt sind.
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1 zeigt weiterhin die Rohrwand 33 des Kunststoffrohrs 3, nachdem sie erstarrt ist und flüssiger Kunststoff aus dem ersten Hohlraum 32 mit Hilfe eines Injektionsverfahrens entfernt wurde. Im Bereich des abzweigenden Rohrabschnitts 31 auf Höhe der Rohrwand 33 ist das Abdeckelement 4 dargestellt, wobei durch die in den Zwischenraum hineinragende Kernform 2 eine umlaufende Sollbruchstelle 40 gebildet wird.
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Am offenen Ende des Rohrabschnitts 31 befinden sich Flanschelemente 34, die durch entsprechende Ausnehmungen 202, 13 der Kernform 2 bzw. der Mutterform 1 gebildet sind.
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2 zeigt das Rohr 3 in der Mutterform 1, wobei der formschlüssige Eignriff zwischen der Mutterform 1 und dem Kernteil 2 durch eine Abwärtsbewegung (angezeigt durch den Pfeil A) gelöst ist und gleichzeitig das Abdeckelement 4 zusammen mit der Kernform 2, die im Bereich des Fortsatzes 211 des Kolbens 210 und der Durchgangsbohrung 204 im Hauptformteil 20 in Eingriff ist, in Pfeilrichtung A abgesenkt ist. Das Abdeckelement 4 hat den Zwischenraum 37 zwischen dem ersten Hohlraum 32 und dem zweiten Hohlraum freigegeben und befindet sich innerhalb des Rohrabschnitts 31 im zweiten Hohlraum.
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3 zeigt wiederum das Rohr 3 in der Mutterform 1, wobei die Kernform 2 zusammen mit dem Abdeckelement 4 vollständig aus dem zweiten Hohlraum 36, der durch den Rohrabschnitt 31 gebildet wird, entfernt ist. Die Entnahme erfolgt dabei durch Abwärtsbewegung des Kernteils 2 in Pfeilrichtung A.
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4 zeigt das Kunststoffrohr 3 in der Mutterform 1, wobei das Abdeckelement 4 zusammen mit dem Kernteil 2 entnommen ist. 4 stellt weiterhin den Verfahrensschritt e) dar, in dem das Abdeckteil 4 aus der Kernform 2 entfernt wird. Dazu wird der Kolben 210 zusammen mit dem Fortsatz 211 in Pfeilrichtung B relativ zum Hauptformteil 20 durch die Durchgangsbohrung 204 bewegt wird, so dass der Fortsatz 211 über die Stirnseite des zylinderförmigen oberen Teils 201 des Hauptformteils 20 hervorragt, so dass der kraftschlüssige Eingriff zwischen dem Fortsatz 211 und dem Abdeckelement 4 aufgehoben wird und das Abdeckelement entnommen werden kann.
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Zusammenfassend stellt die vorliegende Erfindung somit eine Gussform sowie ein Gussverfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohrs oder -rohrstücks mit mindestens einem abzweigendem Rohrabschnitt zur Verfügung, die die Nachteile von bekannten Verfahren beseitigt die Herstellung von Rohren mit abzweigenden Rohrabschnitten angepasst an gegebene Bedingungen ermöglicht und somit den Einsatzbereich von Kunststoffrohren und -rohrstücken erweitert.
