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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rolle oder Halbschale für die Abstützung eines extrudierten Rohrs im Bereich einer Kalibrier- und/oder Kühlvorrichtung einer Extrusionsanlage.
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Rollen zur Abstützung eines extrudierten Rohrs der genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise in der
DE 103 24 187 A1 beschrieben. Sie können auch in modernen Extrusionsanlagen verwendet werden, bei denen eine Umstellung des extrudierten Rohrdurchmessers während der laufenden Produktion möglich ist. In diesem Fall müssen sämtliche in Extrusionsrichtung sich an den Extruder anschließende Vorrichtungen, die der Kalibrierung und Kühlung des Rohrstrangs dienen, jeweils an den geänderten Durchmesser anpassbar sein. Die genannten Stützrollen werden in der genannten Druckschrift als Kombirollen bezeichnet. Eine Rohrextrusionsanlage umfasst in der Regel eine Vakuumtank-Kalibrierung, in der eine erste Abkühlung erfolgt, und eine sich daran anschließende Kühleinrichtung, in der mittels Wasser oder Sprühdüsen das Rohr weiter abgekühlt wird, bis es eine ausreichende Formstabilität erreicht. Bezüglich des Aufbaus einer solchen Rohrextrusionsanlage wird hiermit auf die weiteren diesbezüglichen Ausführungen und Abbildungen in der DE 103 24 187 A1 ausdrücklich Bezug genommen. Sowohl in der Vakuum-Kalibrierung als auch in der sich anschließenden Kühleinrichtung muss das noch nicht ausreichend formstabile Rohr gestützt werden, wozu die Rollen verwendet werden. Das extrudierte Rohr bewegt sich über die Rollen, welche in der Regel um eine Achse quer zur Extrusionsrichtung drehbar gelagert sind.
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Es ist aus dem vorgenannten Stand der Technik auch bekannt, die Rollen im Längsschnitt (Schnitt in Achsrichtung) mit einem konkaven Profil auszubilden, so dass sich eine Auflagefläche für das extrudierte Rohr ergibt, die eine Anpassung an unterschiedliche Rohrdurchmesser zulässt, indem je nach Rohrdurchmesser ein größerer oder kleinerer Umfangsbereich des Rohrs in der konkaven Aufnahme der Rolle zur Anlage kommt. Dazu weist die Rolle beispielsweise annähernd die Form eines Rotationshyperboloids auf.
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In der Praxis wurde festgestellt, dass es bei der Extrusion von Rohren zu Flachstellen am Rohrumfang kommt. Es treten im Bereich der Vakuumkalibrierung sowie der nachfolgenden Kühleinrichtungen Unrundheiten am Rohrumfang auf. Da die Unrundheit des Rohrs durch Normvorschriften begrenzt ist, kann dies zu Ausschuss führen und der Durchsatz der Extrusionslinie wird verringert.
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Zudem läuft das Kühlwasser am Rohr herunter und bildet an der Rohrunterseite eine Wassernase (Wassersack). Dieses Kühlwasser kann bei den bekannten Rollen nicht entweichen und es wird ein punktueller Druck auf den Rohrkörper ausgeübt. Aus dem Eigengewicht des Rohrs entsteht ein Gegendruck, der zur Verformung des Rohres führt.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung an. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Rolle oder Halbschale für die Abstützung eines extrudierten Rohrs der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welche eine bessere Ausformung der Rohrs in der Abkühlphase zulässt und verhindert, dass es zu unerwünschten Unrundheiten des Rohrs kommt.
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Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Rolle oder Halbschale für die Abstützung eines extrudierten Rohrs der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rolle oder Halbschale im Längsschnitt gesehen eine Profilierung aufweist mit wenigstens einem, bevorzugt mehreren Abschnitten, welche gegenüber denjenigen Abschnitten der Rolle oder Halbschale, die mit der Oberfläche des extrudierten Rohrs in Berührung kommen, zurückspringend/vertieft angeordnet sind.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung kann das Schleppwasser und Sprühwasser in den Kühleinrichtungen der Extrusionsanlage entweichen. Die Rolle oder Halbschale ist so geformt, dass das Kühlwasser durch die zurückspringenden/vertieften Bereiche abgeführt wird, wobei jedoch eine unerwünschte Verformung der Rohrs nicht auftritt, da das Rohr weiterhin durch die Rolle oder Halbschale ausreichend und gleichmäßig gestützt wird. Die mit der Oberfläche des Rohrs in Berührung kommenden Bereiche stützen dieses und lassen eine glatte Rohroberfläche entstehen. Die Schmelze im Bereich der Rohroberfläche ist bereits ausreichend abgekühlt, so dass sich die Vertiefungen in der Rolle oder Halbschale nicht auf die Rohroberfläche übertragen, was zu Verformungen am Rohrumfang führen würde.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung ist weiterhin vorgesehen, dass die zurückspringend/vertieft angeordneten Abschnitte Rillen, Nuten oder Vertiefungen in der Oberfläche der Rolle oder Halbschale sind. Insbesondere kann eine Mehrzahl voneinander beabstandeter Rillen, Nuten oder Vertiefungen in der Oberfläche der Rolle oder Halbschale vorgesehen sein, zwischen denen sich jeweils erhabene Abschnitte erstrecken, die mit der Oberfläche des extrudierten Rohrs in Berührung kommen. Wichtig ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nur, dass die erhabenen Abschnitte, die das Rohr in der Kühleinrichtung abstützen, diesem eine ausreichend große Stützfläche bieten, so dass vermieden wird, dass die Profilierung der Rolle oder Halbschale Verformungsspuren an der Rohroberfläche hinterlässt. Andererseits müssen natürlich die Vertiefungen in ausreichender Zahl und Größe vorhanden sein, so dass der gewünschte Effekt der Abführung des Kühlwassers vom Rohrumfang auch erreicht wird. Dieses Verhältnis zwischen Anzahl, Größe und Gesamtfläche der vertieften Bereiche im Verhältnis zu den erhabenen Bereichen der Rolle, die in der Summe die Kontaktfläche und Stützfläche für das frisch extrudierte Rohr bilden, lässt sich empirisch ermitteln. Der Durchschnittsfachmann ist aufgrund seiner Kenntnisse in der Lage, dieses Verhältnis für den Einzelfall zu optimieren. Hier können verschiedene Parameter einfließen, wie beispielsweise, die Temperatur am Rohrumfang, der Rohrdurchmesser, die Wandstärke des Rohrs, die Werkstoffeigenschaften des für das Rohr verwendeten Kunststoffs, die Abzugsgeschwindigkeit in der Extrusionslinie, die Menge des eingesetzten Kühlwassers, die Länge der Kühlstrecke im Verhältnis zur Abzugsgeschwindigkeit etc.
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Vorzugsweise sind die zurückspringenden/vertieften Abschnitte Umfangsrillen, Umfangsnuten oder Vertiefungen, die sich entlang des Umfangs der Rolle erstrecken, das heißt, dass diese Vertiefungen um die Rolle herum verlaufen. Die Rillen oder Nuten können einen zylindrischen Verlauf haben, könnten aber beispielsweise auch spiralförmig verlaufen. Wichtig ist, dass die Rillen oder Nuten so dimensioniert sind, dass sie das im Kühlprozess auf der Oberseite der Rolle anfallende Kühlwasser in ausreichender Menge aufnehmen und mit ausreichender Geschwindigkeit ableiten können, so dass die genannten Wassernasen an der Rohrunterseite nicht mehr auftreten.
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Die Querschnittsform der Rillen, Nuten oder Vertiefungen in der Rolle oder Halbschale ist im Prinzip beliebig. Beispielsweise können die Nuten, Rillen oder Vertiefungen einen Rechteckquerschnitt, U-Querschnitt, V-Querschnitt oder eine andere geeignete geometrische Querschnittsform aufweisen. Die geometrische Form der Rolle oder Halbschale selbst kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls über weite Bereiche variieren. In der Regel hat die Rolle oder Halbschale wenigstens eine konkave Vertiefung, die als Aufnahme für einen Teil des Rohrumfangs dient, aber grundsätzlich können auch rein zylindrische Rollen in Betracht kommen, die dann jedoch nur eine quasi tangentiale Stützung des Rohrs bewirken, die zu einer höheren punktuellen Auflagelast führt. Bevorzugt sind daher Ausführungsvarianten, bei denen die Rolle oder Halbschale in irgendeiner Form eine Mulde (konkave Vertiefung) hat, so dass das extrudierte Rohr wenigstens über einen Teilumfangsbereich von der Rolle oder Halbschale gestützt wird. Vorzugsweise hat dabei die Rolle die äußere geometrische Form eines Rotationskörpers, dessen Bereich mit geringstem Querschnitt etwa in der Rollenmitte liegt, wobei die Rolle insbesondere etwa die geometrische Form eines Rotationshyperboloids oder eine davon abgeleitete Form aufweist. Die letztgenannte Form ist dann empfehlenswert, wenn auf der Extrusionslinie Rohre mit variablem Durchmesser extrudiert werden. Bei einfachen Anlagen, die nur Rohre mit gleichbleibendem Durchmesser extrudieren, kommen Rollen mit anderen Muldenformen ebenso gut in Betracht.
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In der Regel bestehen die im Rahmen der Erfindung verwendeten Rollen aus Kunststoff, es kommen aber auch andere Werkstoffe wie beispielsweise Metall, oder Verbundmaterialien wie beispielsweise mit Kunststoff beschichtete Metalle oder mit Metallen beschichtete Kunststoffrollen in Betracht.
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Es wurde bereits erwähnt, dass das Verhältnis der durch die erhabenen Bereiche der Rolle oder Halbschale gebildeten Stützfläche für das Rohr zu den vertieften Bereichen, die das Wasser ableiten und nicht mit der Rohroberfläche in Berührung kommen, von den verschiedensten Parametern abhängt. Die Erfahrung hat gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Rillen, Nuten oder Vertiefungen jeweils schmaler sind als die zwischen diesen angeordneten erhabenen Bereiche, die das Rohr stützen. Bei der Breite der Rillen oder Nuten kommt es aber natürlich auch darauf an, wie viele Rillen oder Nuten die Rolle oder Halbschale jeweils aufweist und in welchem Abstand zueinander diese angeordnet sind, da letztlich für die Abstützung des Rohrs die Summe der Fläche der erhabenen Bereiche entscheidend ist. Zudem ist es wichtig, dass die einzelne Rille nicht zu breit ist, um zu vermeiden, dass das noch nicht vollständig ausgehärtete Rohr sich in die Rille eindrückt, so dass diese einen Abdruck am Rohrumfang hinterlässt.
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Beispielsweise ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Rolle oder Halbschale an ihrem Umfang mindestens zehn parallele voneinander beabstandete Rillen, Nuten oder Vertiefungen aufweist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann man auch anstelle von Rollen zur Rohrunterstützung Halbschalen verwenden. „Halbschalen“ in diesem Sinne sind Stützelemente, die nur im Bereich etwa einer Hälfte ihres Umfangs, das heißt der oberen Hälfte bezogen auf das über die Halbschale laufende extrudierte Rohr, eine Kavität aufweisen, die das Rohr über einen Teil seines Umfangs aufnimmt und unterstützt. Derartige Halbschalen für eine Rohrunterstützung in einer Extrusionsanlage sind in der
DE 10 2004 059 515 B3 in den
1B,
2 und
3 dargestellt und werden in der genannten Druckschrift beschrieben. Auf die Offenbarung in dieser Druckschrift wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen. Im Gegensatz zu den zuvor in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Rollen drehen sich die Halbschalen beim darübergleiten des extrudierten Rohrs nicht um ihre Achse. Die somit entstehende höhere Gleitreibung wird durch den Wasserfilm des Kühlwassers zwischen Rohroberfläche und Halbschalenoberfläche kompensiert. Eine Halbschale in diesem Sinne ist somit jegliches Stützelement, welches eine konkave teilzylindrische, insbesondere etwa halbzylindrische Vertiefung aufweist, die geeignet ist, ein Rohr über einen Teil seines Umfangs aufzunehmen und an seinem Umfang zu stützen. In dem Bereich unterhalb der genannten Vertiefung kann das als Halbschale bezeichnete Stützelement im Prinzip eine beliebige geometrische Form haben. Da die „Halbschale“ (anders als die Rolle) sich nicht dreht ist dies unerheblich. Ebenso wie die Rolle weist auch die Halbschale erfindungsgemäß im Längsschnitt gesehen eine Profilierung auf mit wenigstens einem, bevorzugt mehreren Abschnitten, welche gegenüber denjenigen Abschnitten der Halbschale, die mit der Oberfläche des extrudierten Rohrs in Berührung kommen, zurückspringend/vertieft angeordnet sind.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Kalibrier- und/oder Kühlvorrichtung einer Extrusionsanlage, welche wenigstens eine abschnittsweise an die Umfangsform des Rohrs angepasste Rolle oder Halbschale zur Abstützung eines extrudierten Rohrs mit den zuvor beschriebenen Merkmalen umfasst. Vorzugsweise sind in einer Extrusionsanlage (Extrusionslinie) wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere in Förderrichtung des extrudierten Rohrs mit Abstand hintereinander angeordnete Rollen oder Halbschalen der erfindungsgemäßen Art zur Abstützung des extrudierten Rohrs vorgesehen.
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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 eine schematisch vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Rolle zur Abstützung eines Rohrs in einer Extrusionsanlage;
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2 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts aus 1 im mittleren Bereich der Rolle;
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3 eine Ansicht eines Längsschnitts durch die Rolle von 1 und 2;
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4 eine Ansicht eines Querschnitts durch die Rolle von 1 und 2.
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Nachfolgend wird zunächst auf 1 Bezug genommen. Diese zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Rolle 10 zur Abstützung eines Rohrs in einer Extrusionsanlage, wobei das Rohr selbst hier nicht dargestellt ist. Die Rolle ist um eine mittige Achse 11 drehbar gelagert, die sich in Längsrichtung, das heißt in der Zeichnung von rechts nach links mittig durch die Rolle erstreckt. Diese Achse für die Lagerung der Rolle ist in 1 nicht erkennbar. Man sieht, dass die Rolle 10 in etwa die Form eines Rotationshyperboloids hat, so dass die Rolle in Längsrichtung gesehen an ihren jeweiligen beiden Rändern 12, 13 breiter ist und sich dann in Längsrichtung vom Rand ausgehend zur Mitte hin jeweils im Querschnitt verschmälert. Der mittlere Bereich mit den geringsten Querschnitten ist in 1 mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet. Die äußere Umrisslinie ist dabei im Idealfall eine Hyperbelliinie oder eine der Hyperbel ähnliche Kurvenlinie, so dass sich an jeder Stelle der Rolle bei der Idealform ein Kreisquerschnitt ergibt, wie dies auch aus 4 ersichtlich ist.
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2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 im mittleren Bereich 15 der Rolle sowie den zu diesem benachbarten Regionen. Man erkennt dort besser, dass die Rolle 10 eine größere Anzahl von zueinander parallelen und voneinander beabstandeten Rillen 14 aufweist, die jeweils um den Umfang der Rolle umlaufen. Diese Umfangsrillen sind nach radial außen hin offene Einschnitte oder Vertiefungen in der Oberfläche der Rolle und haben im Querschnitt wie man auch aus 3 erkennen kann annähernd eine schmale rechteckige Form. Genau betrachtet handelt es sich im Querschnitt um eine spitze U-Form, da die jeweiligen Seitenwände einer Rille sich zum Rillengrund hin etwas einander annähern und da der jeweilige Übergangsbereich von den Seitenwänden zum Rillengrund hin mit einem Radius leicht abgerundet ist.
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Die Rolle ist beispielsweise in einem Vakuum-Kühlbad oder in einer Vakuum-Kalibrierung einer Extrusionsanlage so angeordnet, dass das extrudierte Rohr über die Rolle läuft und mit seiner Unterseite in einem Umfangsabschnitt auf der Rolle 10 aufliegt. Durch eine Abzugsvorrichtung wird das in der Regel endlos den Rohrkopf des Extruders verlassende Rohr in der Extrusionslinie transportiert und bewegt sich somit in Extrusionsrichtung über die Rolle 10. Diese ist um ihre Längsachse drehbar gelagert, wobei diese Längsachse der Rolle 10 sich quer zur Extrusionsrichtung und somit zur Förderrichtung des extrudierten Rohres in der Kühlstrecke erstreckt. Wenn daher das Rohr durch die Abzugsvorrichtung transportiert wird und über die Rolle 10 läuft, dreht sich die Rolle. Das in der Kühlvorrichtung verwendete Kühlwasser fließt auf die Rolle und gelangt nun erfindungsgemäß in die Rillen 14, in denen es entlang des Umfangs der Rolle nach unten hin abfließen kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich das Kühlwasser auf der Oberfläche der Rolle ansammelt, wodurch es sich bedingt durch die Form der Rolle sonst vorwiegend in deren mittleren Bereich 15 ansammeln würde unter Bildung einer Wassernase unter dem Rohr. Durch die erfindungsgemäßen Rillen 14 wird dieser unerwünschte Effekt verhindert.
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Wie sich aus 3 ergibt, können die Rillen 14 eine Tiefe aufweisen, die größer ist als die Breite der Rille, um eine entsprechende Wassermenge in der Rille ableiten zu können. Wenn die obere Öffnung der Rille dadurch vergleichsweise schmal ist und der Abstand zweier benachbarter Rillen und somit der erhabene Abschnitt zwischen den beiden Rillen breiter ist als die Rille selbst, hat das den Vorteil, dass mit den erhabenen Abschnitten eine ausreichend große Fläche gegeben ist, die als Auflagefläche und Stützfläche für das Rohr dient. In dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehr als 10, beispielsweise etwa 20 Rillen 14 in der Oberfläche der Rolle 10 vorhanden, die jeweils einige mm breit sind. Die Breite der erhabenen Abschnitte 16 zwischen je zwei Rillen 14 beträgt mehr als das Doppelte, insbesondere etwa das Dreifache der Breite einer Rille.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rolle
- 11
- mittige Längsachse
- 12
- Rand
- 13
- Rand
- 14
- Rille
- 15
- mittlerer Bereich
- 16
- erhabene Abschnitte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10324187 A1 [0002]
- DE 102004059515 B3 [0016]
