DE102015108858B4

DE102015108858B4 - Vorrichtung zur Herstellung aufgeschäumter Erzeugnisse sowie eine hierfür bestimmte Lochscheibe

Info

Publication number: DE102015108858B4
Application number: DE102015108858.4A
Authority: DE
Inventors: Jörn Homann
Original assignee: Brugg Rohr AG Holding
Current assignee: Brugg Rohr AG Holding
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2019-11-28
Anticipated expiration: 2035-06-04
Also published as: DE102015108858A1; EP3302915A1; WO2016192911A1

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung aufgeschäumter Erzeugnisse, insbesondere Dämmstoffe oder Formkörper, mit einer insbesondere kreis- oder kreisringförmigen Querschnittsfläche, wobei die Vorrichtung einen Spritzkopf mit einer Lochscheibe (1) aufweist, die zueinander beabstandete, auf mehreren konzentrischen Lochkreisen (3, 4) angeordnete Durchlassöffnungen (5) für das geschäumte Material aufweist, wobei die demselben Lochkreis (3, 4) zugeordneten Durchlassöffnungen (5) gleichverteilt auf dem jeweiligen Lochkreis (3, 4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) benachbarter Durchlassöffnungen (5) auf einem ersten Lochkreis (3) mit dem Abstand (a) benachbarter Durchlassöffnungen (5) auf allen übrigen Lochkreisen (4) übereinstimmt und dass die Querschnittsfläche der Durchlassöffnungen (5) durch zwei radial verlaufende Seitenlinien (8, 9) und radial durch eine innere und eine äußere, zu dem Lochkreis (3, 4) konzentrisch verlaufende kreisbogenförmige Seitenlinie (6, 7) begrenzt ist, wobei die die jeweilige Durchlassöffnung (5) in Umfangsrichtung begrenzende, kreisbogenförmige innere Seitenlinie (7) in einem dem Mittelpunkt (10) zugewandten Bereich kürzer als eine äußere Seitenlinie (6) in einem zu diesem radial weiter außen liegenden Bereich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung aufgeschäumter Erzeugnisse, insbesondere Dämmstoffe oder Formkörper, mit einer insbesondere kreis- oder kreisringförmigen Querschnittsfläche, wobei die Vorrichtung einen Spritzkopf mit einer Lochscheibe aufweist, die zueinander beabstandete, auf mehreren konzentrischen Lochkreisen angeordnete Durchlassöffnungen für das geschäumte Material aufweist, wobei die demselben Lochkreis zugeordneten Durchlassöffnungen gleichverteilt auf dem jeweiligen Lochkreis angeordnet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine solche Lochscheibe für eine Vorrichtung zur Herstellung aufgeschäumter Erzeugnisse.
Eine solche Vorrichtung wird in der Praxis beispielsweise zur Herstellung eines Kunststoffverbundrohres eingesetzt, das ein von einem Trägermedium, insbesondere Wasser, durchströmbares Innenrohr, eine Dämmstoffschicht aus Kunststoffschaum und eine Außenhülle umfasst. Der Kunststoffschaum wird dabei aus einer Vielzahl von Kunststoffschaumsträngen erzeugt, die aus verschiedenen Durchlassöffnungen einer Lochscheibe austreten.
Hierdurch können Kunststoffverbundrohre hergestellt werden, durch die ein Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, transportiert werden kann. Häufig werden diese Rohre zum Wärmetransport in Nah- und Fernwärmenetzen eingesetzt. Derartige Kunststoffverbundrohre werden in der Regel direkt im Erdreich verlegt und sind hinsichtlich der spezifischen Anforderungen in Bezug auf die zu transportierenden Medien und Verlegebedingungen beispielsweise mit einem Außenrohr ausgestattet, welches das geschäumte Material einschließt.
Hierbei wird das Wärmedämmmaterial zwischen Innenrohr und Außenrohr eingebracht, beispielsweise als ein sich in dem Ringspalt aufblähender, ausreagierender Polyurethanschaum.
Aus der DE 25 06 411 A1 ist eine Lochplatte für Doppelschneckenextruder zur Granulierung thermoplastischer Kunststoffe bekannt. In der Granuliereinrichtung wird der Kunststoff durch Durchlassöffnungen einer Lochplatte in Form von Strängen ausgepresst. Um zu vermeiden, dass die aus den Durchlassöffnungen austretenden Stränge aufgrund unterschiedlicher Massestromgeschwindigkeiten nicht die gleiche Austrittsgeschwindigkeit besitzen und dadurch die Qualität der granulierten thermoplastischen Kunststoffe nachteilig beeinflusst wird, ist in Fließrichtung des Massestromes am Ende des Fließkanals eine Lochplatte mit einem auf der Anströmseite zentrisch angeordneten halbkugelförmigen Verteilerkörper vorgesehen, welcher den Massestrom gleichmäßig auf die Durchlassöffnungen verteilt.
Die EP 2 641 720 A1 betrifft die Herstellung eines mit Dämmstoff ausgeschäumten Hohlkörpers oder Hohlraumes, insbesondere eines aus einem Kunststoffmaterial extrudierten Profils. Die Durchlassöffnungen einer Lochplatte können hierzu beispielsweise auch sternförmig ausgeführt sein.
Gemäß der DE 10 2010 054 490 A1 wird die Verlegbarkeit eines Kunststoffverbundrohres mit einem von einem Trägermedium durchströmbaren Innenrohr, einer Isolierungsschicht aus Polymerschaum und einer Außenhülle verbessert, wenn die Isolierungsschicht, aus einer Vielzahl von extrudierten Polymerschaumsträngen mit einem kreisförmigen oder polygonalen, vorzugsweise hexagonalen Querschnitt aufgebaut ist. Dieser Aufbau der Isolierungsschicht aus vielen Polymerschaumsträngen soll die Flexibilität des Kunststoffverbundrohres und dadurch dessen Verlegbarkeit beträchtlich verbessern. Die Polymerschaumstränge der Isolierungsschicht können untereinander zumindest teilweise miteinander verschmolzen sein. Das Extrudieren der Vielzahl von Polymersträngen erfolgt dabei unter Verwendung einer Lochscheibe mit mehreren, auf konzentrischen Lochkreisen versetzt angeordneten Bohrungen mit unterschiedlichen Querschnitten. Dadurch soll gewährleistet werden, dass die Verschmelzungsstellen der einzelnen Polymerstränge der Isolierungsschicht nicht in einer durchgehenden Ebene liegen.
Die US 6,884,377 B1 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung extrudierter Erzeugnisse mit einer kreis- oder kreisringförmigen Querschnittsfläche, wobei die Vorrichtung einen Spritzkopf mit einer Lochscheibe aufweist. Die Lochscheibe weist zueinander beabstandete, auf mehreren konzentrischen Lochkreisen angeordnete Durchlassöffnungen für das Material auf, wobei die auf demselben Lochkreis zugeordneten Durchlassöffnungen annähernd gleichverteilt auf dem jeweiligen Lochkreis angeordnet sind und jeweils eine rechteckige Formgebung aufweisen.
Als nachteilig bei der Herstellung der einzelnen Polymerstränge der Isolierungsschicht erweist es sich, dass die Druckverteilung über die gesamte Querschnittsfläche der Isolierungsschicht stark inhomogen ist. So wird in einzelnen Bereichen der Querschnittsfläche die Expansion eines Stranges durch die Expansion der benachbarten Stränge erheblich behindert, während sich in anderen Bereichen auch Zwischenräume mit einer sehr geringen Schaumdichte ausbilden können.
Zudem führt die Expansion der unter erhöhtem Druck stehenden Stränge zu einer Beschleunigung in Längsrichtung, sodass die verschiedenen, gleichzeitig aus der Lochscheibe austretenden Stränge nicht mit derselben Vorschubgeschwindigkeit in dem zu füllenden Formraum vordringen, sondern einzelne Stränge anderen Strängen voreilen, wodurch es zu schwierig beherrschbaren Füllvorgängen kommen kann.
Ferner kann es auch zu unterschiedlichen Erstarrungsdauern kommen, sodass innerhalb des aufgeschäumten Erzeugnisses Trennflächen entstehen, an deren Oberflächen Hohlräume nicht ausgeschlossen werden können.
Obwohl es zumindest theoretisch denkbar ist, den Füllgrad durch Polymerschaumstränge mit hexagonaler Querschnittsform beispielsweise nahezu idealer sechseckiger Querschnittsform zu verbessern, ist es bisher nicht gelungen, eine derartige Verteilung von Strängen homogen zu realisieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie eine hierfür bestimmte Lochscheibe zu schaffen, durch die eine homogene Verteilung des aus der Lochscheibe austretenden aufgeschäumten Materials erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung vorgesehen, bei welcher der Abstand benachbarter Durchlassöffnungen auf einem ersten Lochkreis mit dem Abstand benachbarter Durchlassöffnungen auf allen übrigen Lochkreisen übereinstimmt und dass die Querschnittsfläche der Durchlassöffnungen durch zwei radial verlaufende Seitenlinien und radial durch zumindest eine innere und eine äußere, zu dem Lochkreis konzentrisch verlaufende kreisbogenförmige Seitenlinie begrenzt ist, wobei die die jeweilige Durchlassöffnung in Umfangsrichtung begrenzende, kreisbogenförmige innere Seitenlinie in einem dem Mittelpunkt zugewandten Bereich kürzer als eine äußere Seitenlinie in einem zu diesem radial weiter außen liegenden Bereich ist. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass es dann in überraschend einfacher Weise gelingt, eine weitgehend homogene Verteilung des sich in der Form verteilenden aufgeschäumten Materials zu erreichen, wenn die einzelnen Stränge jeweils einen übereinstimmenden Abstand zu den benachbarten Strängen aufweisen. Hierzu weisen die Durchlassöffnungen, die auf dem jeweiligen Lochkreis benachbart zueinander angeordnet sind, denselben Abstand auf. Sofern sich der Abstand als sinnvolles Maß zur Bestimmung der Gleichverteilung aufgrund der Komplexität der Querschnittsform der Durchlassöffnungen nicht oder nur eingeschränkt eignet, sind diese so angeordnet, dass die radialen Strahlen, die jeweils durch den Flächenschwerpunkt der jeweiligen Durchlassöffnung verlaufen, einen übereinstimmenden Winkel einschließen.
Bereits dadurch, dass der Abstand benachbarter Durchlassöffnungen auf einem ersten Lochkreis mit dem Abstand benachbarter Durchlassöffnungen auf allen übrigen Lochkreisen übereinstimmt, wird eine übereinstimmende Expansion der den verschiedenen Lochkreisen zugeordneten Stränge erreicht. Schwankungen in der Dichte des Materials in insbesondere radialer Richtung sowie Fehlstellen können dadurch ausgeschlossen werden. Indem die Querschnittsfläche zumindest mehrerer, insbesondere aller Durchlassöffnungen durch zwei zu dem jeweiligen Lochkreis radial verlaufende zueinander beabstandete Seitenlinien begrenzt ist und die Seitenlinien so gewählt sind, dass diese entlang verschiedener durch den Mittepunkt der Lochkreise verlaufende, einen spitzen Winkel einschließende Radien folgen, ergänzen sich die jeweils in demselben Verhältnis expandierten Stränge in der Summe zu einem Vollkreisring, der im optimalen Fall eine nahtlose Querschnittsfläche des Erzeugnisses ergibt. Dies wird erreicht, indem die Summe aller Durchlassöffnungen sich ebenfalls zu einer Kreisform bzw. einem Kreisring ergänzen lässt. Eine sich optimal bezüglich der Kreisform ergänzende Querschnittsform der Durchlassöffnungen ergibt sich dadurch, dass die Querschnittsform zumindest mehrerer, insbesondere aller Durchlassöffnungen durch Seitenlinien begrenzt ist, deren Abstand voneinander in einem dem Mittelpunkt der Lochkreise zugewandten ersten Bereich geringer ist als der Abstand der Seitenlinien in einem zu diesem Bereich beabstandeten, dem Mittelpunkt abgewandten zweiten Bereich. Dadurch ist eine die jeweilige Durchlassöffnung in Umfangsrichtung begrenzende, beispielsweise kreisbogenförmige innere Seitenlinie in einem dem Mittelpunkt zugewandten Bereich kürzer als eine äußere Seitenlinie in einem zu diesem radial weiter außen liegenden Bereich.
Eine besonders Erfolg versprechende Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die auf demselben Lochkreis und/oder verschiedenen Lochkreisen angeordneten Durchlassöffnungen jeweils eine übereinstimmende Querschnittsfläche und/oder Querschnittsform aufweisen, sodass auch die aus der Lochscheibe austretenden Stränge eine übereinstimmende Stärke und Geschwindigkeit aufweisen. Hierdurch wird eine gleichmäßige Expansion aller Stränge sichergestellt, sodass das aufgeschäumte Erzeugnis eine homogene Dichteverteilung aufweist.
In Verbindung mit einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltungform der Erfindung, bei welcher der jeweilige radiale Abstand benachbarter Lochkreise überstimmt, wird zudem erreicht, dass die Durchlassöffnungen gleichverteilt auf der Querschnittfläche der Lochscheibe angeordnet sind, woraus sich eine noch gleichmäßigere Dichteverteilung über die gesamte Querschnittsfläche der Lochscheibe ergibt.
Eine andere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Abwandlung der Erfindung wird auch dadurch erzielt, dass die Durchlassöffnungen eine Querschnittsfläche mit einer von der Kreisform abweichenden Querschnittsform aufweisen, wobei die jeweilige Durchlassöffnung beispielsweise eine aus Kreissektoren oder Kreissegmenten zusammengesetzte Querschnittsfläche aufweisen kann, die in einem äußeren Bereich eine größere Durchlassweite aufweist als in einem inneren Bereich.
Besondres bevorzugt weisen zumindest einige der Durchlassöffnungen eine achsensymmetrische Querschnittsform auf, wobei die Achse radial zum Mittelpunkt des Lochkreises verläuft. Durch die symmetrische Formgebung des so erzeugten Stranges wird eine unerwünschte Drallwirkung, also ein Drehimpuls um die Längsachse des Stranges vermieden.
Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche der Durchlassöffnungen radial durch zumindest eine innere und/oder eine äußere, zu dem Lochkreis koaxial verlaufende kreisbogenförmige Linie begrenzt.
Die Durchlassöffnungen können durch nahezu beliebige, an sich bekannte Verfahren in die Lochscheibe eingebracht werden. Besonders praxisgerecht ist hingegen eine Variante der Erfindung, bei welcher die Lochscheibe durch mehrere Lochscheibenringe gebildet ist, wobei eine jeweilige innere und/oder äußere Mantelfläche mehrere die Durchlassöffnungen begrenzende Ausnehmungen aufweist, wobei zumindest einzelne Durchlassöffnungen durch zwei benachbarte Lochscheibenringe begrenzt sind. Dabei bildet ein sich an diesen Lochscheibenring anschließender, weiterer Lochscheibenring eine Begrenzungsfläche der so geschaffenen Durchlassöffnung, indem die Teilungsebene der Lochscheibenringe durch die jeweiligen Durchlassöffnungen hindurch verläuft.
Als geschäumtes Material können grundsätzlich an sich bekannte Zusammensetzungen verwendet werden. Bevorzugte Materialien können Polymerschäume, beispielsweise mit einem wesentlichen Materialanteil aus Polypropylen, Polyurethane, Polystyrole, Silikone oder Polyethylen umfassen. Besonders bevorzugt umfasst das geschäumte Material einen Polyethylenterephthalat schaum. Dabei ist es ebenso möglich, dass das geschäumte Material eine Zusammensetzung unterschiedlicher Materialien umfasst.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin noch mit einer Lochscheibe für eine Vorrichtung zur Herstellung aufgeschäumter Erzeugnisse dadurch gelöst, dass die Durchlassöffnungen desselben Lochkreises gleichbeabstandet sind und zudem eine Querschnittsform aufweisen, die sich zu einem Kreis bzw. Kreisring ergänzen lässt. Dadurch schließen die austretenden Stränge bei gleichem Expansionsgrad nahtlos aneinander an, ohne dass dabei nennenswerte örtliche Dichtdifferenzen entstehen.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer Prinzipskizze eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines als ringförmige Dämmschicht realisierten aufgeschäumten Erzeugnisses. Die Vorrichtung hat einen nicht dargestellten Spritzkopf mit einer kreisringförmigen Lochscheibe 1, deren zentrale kreisförmige Öffnung 2 einen Durchlass für ein Leitungsrohr bildet. Die Lochscheibe 1 hat eine Vielzahl zueinander beanstandeter, auf mehreren konzentrischen Lochkreisen 3, 4 angeordnete Durchlassöffnungen 5, durch die das geschäumte Material austritt und auf die Außenseite des Leitungsrohres gelangt. Die auf demselben Lochkreis 3, 4 angeordneten Durchlassöffnungen 5 sind dabei gleichverteilt auf dem jeweiligen Lochkreis 3, 4 angeordnet und haben jeweils eine übereinstimmende Querschnittsfläche. Wie zu erkennen, ist darüber hinaus der Abstand a benachbarter Durchlassöffnungen 5 auf allen Lochkreisen 3, 4 überstimmend gewählt. Indem die Durchlassöffnungen 5 nicht kreisförmig, sondern durch zwei zueinander konzentrischen Kreisbögen folgende Seitenlinien 6, 7 sowie zwei radial verlaufende Seitenlinien 8, 9 begrenzt sind, deren Abstand b voneinander in einem einem Mittelpunkt 10 der Lochkreise 3, 4 zugewandten ersten Bereich geringer ist als der Abstand B der Seitenlinien in einem zu diesem Bereich beabstandeten, dem Mittelunkt 10 abgewandten zweiten Bereich, ergänzen sich die einzelnen Durchlassöffnungen 5 in ihrer Summe zu einem Kreisring. Dadurch schließen auch die nicht dargestellten, expandierten Materialstränge aneinander an, sodass sich eine homogene Verteilung des aufgeschäumten Materials über die gesamte Querschnittsfläche ergibt. Die Lochscheibe 1 ist aus mehreren Lochscheibenringen 11, 12 gebildet, die jeweils mehrere die Durchlassöffnungen 5 begrenzende Ausnehmungen aufweisen, sodass die Durchlassöffnungen 5 durch die benachbarten Lochscheibenringe 11, 12 begrenzt sind.
Bezugszeichenliste

1: Lochscheibe
2: Öffnung
3: Lochkreis
4: Lochkreis
5: Durchlassöffnung
6: Seitenlinie
7: Seitenlinie
8: Seitenlinie
9: Seitenlinie
10: Mittelpunkt
11: Lochscheibenring
12: Lochscheibenring
a: Abstand
b: Abstand
B: Abstand

Claims

Vorrichtung zur Herstellung aufgeschäumter Erzeugnisse, insbesondere Dämmstoffe oder Formkörper, mit einer insbesondere kreis- oder kreisringförmigen Querschnittsfläche, wobei die Vorrichtung einen Spritzkopf mit einer Lochscheibe (1) aufweist, die zueinander beabstandete, auf mehreren konzentrischen Lochkreisen (3, 4) angeordnete Durchlassöffnungen (5) für das geschäumte Material aufweist, wobei die demselben Lochkreis (3, 4) zugeordneten Durchlassöffnungen (5) gleichverteilt auf dem jeweiligen Lochkreis (3, 4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) benachbarter Durchlassöffnungen (5) auf einem ersten Lochkreis (3) mit dem Abstand (a) benachbarter Durchlassöffnungen (5) auf allen übrigen Lochkreisen (4) übereinstimmt und dass die Querschnittsfläche der Durchlassöffnungen (5) durch zwei radial verlaufende Seitenlinien (8, 9) und radial durch eine innere und eine äußere, zu dem Lochkreis (3, 4) konzentrisch verlaufende kreisbogenförmige Seitenlinie (6, 7) begrenzt ist, wobei die die jeweilige Durchlassöffnung (5) in Umfangsrichtung begrenzende, kreisbogenförmige innere Seitenlinie (7) in einem dem Mittelpunkt (10) zugewandten Bereich kürzer als eine äußere Seitenlinie (6) in einem zu diesem radial weiter außen liegenden Bereich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf demselben Lochkreis (3, 4) und/oder verschiedenen Lochkreisen (3, 4) angeordneten Durchlassöffnungen (5) jeweils eine übereinstimmende Querschnittsfläche und/oder Querschnittsform aufweisen.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnungen (5) gleichverteilt auf der Querschnittfläche der Lochscheibe (1) verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochscheibe (1) durch mehrere Lochscheibenringe (11, 12) gebildet ist, wobei die Durchlassöffnungen (5) durch zwei benachbarte Ringe (11, 12) begrenzt sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnungen (5) einen Zuführkanal endseitig begrenzen, der parallel zu einer Mittellängsachse senkrecht zu der Querschnittsfläche der Lochscheibe (1) orientiert verläuft.
Lochscheibe (1) für eine Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche.