DE1285721B

DE1285721B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Rohren aus thermoplastischem Kunststoff

Info

Publication number: DE1285721B
Application number: DEST25748A
Authority: DE
Inventors: Ernes Egidius Aloysiu Hubertus
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1965-08-13
Filing date: 1966-08-12
Publication date: 1968-12-19
Also published as: NL6510582A; LU51759A1; CH448496A; GB1145911A; BE685443A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- Rohr nach dem Kühlvorgang wieder bis nahe an den richtung zur Herstellung von Rohren aus thermo- Erweichungspunkt des Materials erhitzt. Eine solche plastischem Kunststoff, nach dem dieses Material mit Wärmebehandlung führt jedoch zu großen Komplieiner Temperatur über seinem Erweichungspunkt kationen und einer Verzögerung des Herstellungsvordurch eine ringförmige Öffnung hindurchgepreßt und 5 gangs; außerdem muß in diesem Falle eine zusätzliche das dabei gebildete Rohr anschließend kräftig ge- Energiemenge in Form von Wärme zugeführt werden, kühlt wird, bis die Temperatur des Materials an der Solche Nachteile werden nunmehr durch das erAußenfläche des Rohres bis unter den Erweichungs- findungsgemäße Verfahren beseitigt, das sich dadurch punkt des Materials herabgesunken ist, während die auszeichnet, daß die zweite Kühlung erst vorgenom-Temperatur des Materials an der Innenfläche des io men wird, nachdem die Temperaturen an der Außen-Rohres noch über diesem Punkt liegt, und das Rohr seite und der Innenseite des Rohres in einer auf die in einer zweiten Kühlvorrichtung bis zur Umgebungs- erste Kühlung anschließenden Ausgleichsperiode eintemperatur gekühlt wird. ander ungefähr gleich geworden sind.

Nach einem bekannten Verfahren erfolgt die Küh- Dies hat den Vorteil, daß nunmehr ohne irgend-

lung des extrudierten Rohres durch Hindurchleiten 15 welche Komplikationen der Herstellungsmethode

dieses Rohres durch eine mit einem Kühlmantel ver- Rohre von hoher Berstdruckfestigkeit angefertigt

sehene Büchse, die sich an den Extruderkopf an- werden können.

schließt. Diese Büchse dient dabei zugleich als Stütze Weil die Temperatur des Materials an der Innenfür das noch weiche Rohr und als Kalibriervorrich- fläche des Rohres während der ersten Kühlperiode tung zur Bestimmung des endgültigen Außendurch- 20 noch über dem Erweichungspunkt liegt, befindet sich messers des Rohres. Das Rohr wird anschließend mit dieses Material in plastischem Zustand, so daß darin einem Kühlmittel berieselt, bis die Rohrwand über keine Spannungen auftreten können. Während der den ganzen Querschnitt eine solch niedrige Tempera- Ausgleichsperiode sinkt diese Temperatur weiter ab, tür aufweist, daß nach dem Kühlvorgang keine uner- bis der Erweichungspunkt erreicht und unterwünschten Formänderungen infolge ungenügender 25 schritten wird, während die Temperatur des Ma-Materialfestigkeit auftreten können. terials an der Außenfläche des Rohres jedoch auch

Beim Kühlen des Rohres wird zuerst das Material schon bis nahe an den Erweichungspunkt ansteigt, an der Außenfläche abkühlen und erstarren, wonach Weil der Ε-Modul des Materials bei hoher Temdie Kühlung allmählich tiefer in der Rohrwand vor- peratur niedrig ist, wird das Material an der Außendringt, bis auch das Material an der Innenfläche des 30 fläche beim Schrumpfen des mehr nach innen liegen-Rohres erstarrt. Bei diesem Kühlvorgang tritt den Materials nachgeben können, so daß keine Schrumpfung auf. Im Augenblick, wo das Material bedeutenden Materialspannungen entstehen können, an der Außenfläche des Rohres schon so weit abge- Vorzugsweise wird die erste Kühlung in der Weise kühlt ist, daß von Schrumpfung nahezu nicht mehr durchgeführt, daß die Wandtemperatur des Rohres die Rede ist, weist das Material an der Innenfläche 35 nach dem Temperaturausgleich nur ein wenig unter noch eine wesentlich hohe Temperatur auf. Bei fort- dem Erweichungspunkt des Materials liegt. Die dann gesetzter Kühlung wird auch die Temperatur dieses noch im Material vorhandenen Zugspannungen sind Materials weiter absinken; die dabei auftretende so niedrig, daß sie gegenüber den im Fall einer Materialschrumpfung wird jedoch durch die Material- Normalbelastung des Rohres auftretenden Spanschichten an der Außenfläche, welche bereits ihren 40 nungen vernachlässigt werden können,
endgültigen Durchmesser angenommen haben, hint- Hat die Wand schließlich eine über den ganzen angehalten. Dies hat zur Folge, daß an der Innen- Querschnitt verteilte, gleichmäßige Temperatur anfläche tangentiale Zugspannungen in der Rohrwand genommen, so können bei der nächsten Abkühlung entstehen. Durch diese Zugspannungen wird ein Rohr, auf die Umgebungstemperatur auch keine Schrumpf das bei einer bestimmten Temperatur einem Innen- 45 spannungen eintreten, weil sämtliche Materialteile druck ausgesetzt wird, eher erliegen als ein span- des Wanddurchschnitts über den gleichen Temnungsloses Rohr. Die zur Erhaltung von Rohren mit peraturbereich abkühlen. Diese Kühlung kann, je einer bestimmten Berstdruckfestigkeit notwendige nach den Umständen, forciert mit Hilfe eines Kühl-Wanddicke ist dadurch größer, als mit Rücksicht auf mittels oder langsam an der Luft erfolgen,
die mechanischen Eigenschaften des verwendeten 50 Die Erfindung ist insbesondere wichtig für die Materials erforderlich ist. Dies führt zu einem un- Herstellung von Rohren aus Niederdruckpolyäthylen, wirtschaftlichen Materialaufwand und einem größeren Dieses Material hat eine Erweichungstemperatur von Gewicht der Konstruktion, als bei Anwendung span- etwa 127° C. Das aus diesem Material hergestellte nungsloser Rohre aus demselben Material. Rohr wird nun erfindungsgemäß nach Austritt aus

Der obengenannte Nachteil kann durch Anwen- 55 der Spritzdüse in der Weise forciert gekühlt, daß die dung einer inneren Kühlung behoben werden. Das Wandtemperatur nach Ausgleichung 60 bis 105, vorMaterial wird nämlich in diesem Falle an der Außen- zugsweise aber 90 bis 100° C beträgt,
fläche des Rohres langsamer abkühlen als an der Die Erfindung wird an Hand des eingezeichneten Innenseite, so daß sich an dieser Seite Druckspan- Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es nungen bilden werden, welche einen günstigen Ein- 60 zeigt

fluß auf die Größe der Berstdruckfestigkeit des Roh- F i g. 1 einen Längsschnitt einer Spritzdüse und

res haben. Die Anwendung einer Innenkühlung führt Kühlvorrichtung und

jedoch im Zusammenhang mit der Zu- und Abfuhr F i g. 2 den Temperaturverlauf des extrudierten

der Kühlflüssigkeit und der Abdichtung des Kühl- Rohres.

raums hinsichtlich der Umgebung zu einer ziemlich 65 Der Extruderkopf 1 ist mit einer Austrittsöffnung 2

komplizierten Konstruktion. versehen, in der ein Kern 3 zentral angeordnet ist.

Ferner können Spannungen im extrudierten Rohr Der Außendurchmesser des Kernes ist kleiner als der

großenteils dadurch beseitigt werden, daß man das Durchmesser der Austrittsöffnung, so daß ein ring-

förmiger Spalt 4 zwischen den beiden Einzelteilen vorhanden ist. Das zu extrudierende Material 5, z. B. Niederdruckpolyäthylen, wird mit Hilfe einer nicht eingezeichneten Presse bei einer Temperatur von etwa 250° C durch die ringförmige Öffnung 4 gepreßt, so daß das Material als ein Rohr 6 hinaustritt.

Weil die Erweichungstemperatur von Niederdruckpolyäthylen etwa 127° C beträgt, hat man durch Kühlung dafür zu sorgen, daß das extrudierte Rohr seine gewünschte Form beibehält. Dazu ist unmittelbar hinter der Düsenöffnung eine Büchse 7 angebracht, welche mit einem Kühlmantel 8 versehen ist; durch eine im Kern 3 angebrachte Bohrung 9 wird Luft oder ein Inertgas, wie Stickstoff, unter geringem Überdruck in das Rohr 6 hineingeleitet. Das Rohr 6 ist in einiger Entfernung vom Extruderkopf durch eine nicht eingezeichnete Dichtung, wie z. B. einen Stöpsel oder einen Wasserverschluß, gedichtet, so daß das Gas nicht aus dem Rohr entweichen kann. Das Rohr wird nun von diesem Gas aufgeblasen, und zwar bis zu einem Durchmesser, der vom Innendurchmesser der Büchse 7 bedingt wird. Durch die Kühlflüssigkeit, welche durch den Kühlmantel 8 strömt, wird dem extrudierten Rohr 6 Wärme entzogen, und zwar an erster Stelle dem an der Außenfläche des Rohres befindlichen Material, das sich direkt mit der Kalibrierbüchse 7 berührt. Durch eine geeignete Wahl der Extrusionsgeschwindigkeit, der Länge der Kühlvorrichtung, der Temperatur des Kühlmittels und/oder der Kühlmittelmenge, welche je Zeiteinheit durch den Kühlmantel strömt, wird das Rohr nun in der Weise gekühlt, daß die Temperatur des aus der Kühlvorrichtung austretenden Rohres an der Außenfläche etwa 30° C und an der Innenfläche etwa 200° C beträgt. Die Festigkeit des Rohres ist jetzt so groß, daß das Rohr den geringen, noch vorhandenen Gasüberdruck und sein Eigengewicht ohne Formänderungen aushalten kann, so daß es nach Austritt aus der Kühlvorrichtung durch ein endloses Band 10 geführt werden kann.

Nach dem Austritt des Rohres aus der Kühlvorrichtung tritt eine Ausgleichung der Wandtemperatur auf, weil die Wärmemenge, welche vom Material an der Außenfläche des Rohres aus dem noch heißen Material an der Innenfläche aufgenommen wird, größer ist als die an die Außenluft abgetragene Wärmemenge. Das Gleichgewicht wird erreicht, wenn die Temperatur an jeder Durchtrittsstelle des Rohres etwa 95° C beträgt. Das Rohr kann danach schnell in einem mit Wasser gefüllten Behälter 11 gekühlt werden. Diese letzte Kühlung kann unter Umständen auch langsam an der Luft erfolgen. Das Rohr kann ferner auf bekannte Weise durch Rollen 12 abtransportiert werden. Aus Versuchen hat sich herausgestellt, daß die Berstdruckzeit, welche ein Maß für die Festigkeit eines Rohres darstellt, mindestens dreimal so groß ist wie die eines nach dem bekannten Verfahren hergestellten Rohres aus demselben Material.

In F i g. 2 stellt Kurve A den Temperaturverlauf des Materials an der Innenseite und Kurve B dem Temperaturverlauf des Materials an der Außenseite des Rohres dar. Zum Vergleich ist der durch die Kurven A' und B' bezeichnete Temperaturverlauf beim bekannten Verfahren eingetragen. Solange sich das Rohr noch in der Kalibrierbüchse 7 bewegt, entspricht der Temperaturverlauf beim bekannten Verfahren dem von den Kurven- und B dargestellten Verlauf (Periode K). Danach wird die Kühlung beim bekannten Verfahren jedoch sofort in einem Wasserbad fortgesetzt (Periode N'), so daß sowohl die Temperatur des Materials an der Außenfläche wie die des Materials an der Innenfläche des Rohres weiter absinken, bis sie der Umgebungstemperatur entsprechen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren folgt auf die Kühlperiode K eine Ausgleichsperiode E, bei der die Wandtemperatur einen Wert T annimmt, der ein wenig unter der Erweichungstemperatur T_v liegt, wonach das Rohr in der Nachkühlperiode N weiter gekühlt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Rohren aus thermoplastischem Kunststoff, nach dem dieses Material mit einer Temperatur über seinem Erweichungspunkt durch eine ringförmige öffnung hindurchgepreßt und das dabei gebildete Rohr anschließend kräftig gekühlt wird, bis die Temperatur des Materials an der Außenfläche des Rohres bis unter den Erweichungspunkt des Materials herabgesunken ist, während die Temperatur des Materials an der Innenfläche des Rohres noch über diesem Punkt liegt, und das Rohr in einer zweiten Kühlvorrichtung bis zur Umgebungstemperatur gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kühlung (N) erst vorgenommen wird, nachdem die Temperaturen (A, B) an der Außenseite und der Innenseite des Rohres (6) in einer auf die erste Kühlung (K) anschließenden Ausgleichsperiode (E) einander ungefähr gleich geworden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kräftige Kühlung (K) in der Weise durchgeführt wird, daß die Wandtemperatur (Γ) des Rohres nach dem Temperaturausgleich (E) nur ein wenig unter dem Erweichungspunkt (Γ_ν) des Materials liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere zur Herstellung von Rohren aus Niederdruckpolyäthylen, dadurch gekennzeichnet, daß die kräftige Kühlung (K) in der Weise durchgeführt wird, daß die Wandtemperatur (T) des Rohres nach dem Temperaturausgleich 60 bis 105, vorzugsweise aber 90 bis 100° C, beträgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei der die Kühlvorrichtung für das extrudierte Rohr geteilt ist in einen verhältnismäßig kurzen, an den Extruderkopf anschließenden Vorkühler und eine zweite, für die endgültige Abkühlung des extrudierten Rohres dienende Kühlvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kühlvorrichtungen (8,11) in einer derartigen Entfernung voneinander angeordnet sind, daß die Temperaturen (A, B) an der Außen- und der Innenfläche des Rohres (6) sich aneinander angleichen können, bevor das Rohr in die zweite Kühlvorrichtung (11) eintritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen