DE19604196A1 - Verfahren zum Herstellen von dickwandigen Rohren aus Polyethylen - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von dickwandigen Rohren aus PolyethylenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
von großkalibrigen dickwandigen Rohren aus Polyethylen durch Extrusion aus
einer Ringdüse und anschließendes Abkühlen der aus der Düse austretenden
Schmelze mit Wasser als Kühlmittel von außen, bei dem es nach dem Austritt
der Schmelze aus der Düse nicht zu den unerwünschten Verformungen durch
schwerkraftbedingtes Fließen der Schmelze kommen kann.
Üblicherweise werden Rohre aus thermoplastischem Kunststoff nach der
Extrusionstechnik hergestellt. Dabei wird das thermoplastische Material in einem
Extruder plastifiziert, in schmelzflüssigem Zustand durch eine Düse ausgepreßt
und anschließend mit Hilfe von Wasser als Kühlmittel von außen abgekühlt.
Dabei wird die Schmelze normalerweise in horizontaler Richtung ausgepreßt.
Bei besonders dickwandigen und großkalibrigen Rohren kommt es
nachteiligerweise jedoch immer wieder vor, daß das Abkühlen der Schmelze
nicht schnell genug gelingt, wodurch Teile der Kunststoffschmelze dem Gesetz
der Schwerkraft gehorchend nach unten fließen und so zu beträchtlichen
Wanddickenungleichmäßigkeiten führen, die dazu führen, daß das fertige Rohr
für seinen bestimmungsgemäßen Einsatzzweck nicht mehr brauchbar ist.
Aufgabe der Erfindung war es, ein verbessertes Extrusionsverfahren zu
entwickeln, bei dem die Ausbildung von Wanddickenungleichmäßigkeiten
wirksam unterbunden wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten
Gattung, dessen Kennzeichenmerkmal darin zu sehen ist, daß die aus der Düse
austretende Schmelze zusätzlich auch von innen mit Wasser gekühlt wird.
Um zu unterbinden, daß das Kühlwasser aus dem Innenraum des Rohres
herausfließt, werden zweckmäßigerweise zwei Schleppstopfen eingesetzt. Als
Schleppstopfen sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung scheibenförmige
Dichtelemente verstanden werden, deren Außendurchmesser exakt dem
Innendurchmesser des herzustellenden Kunststoffrohres entspricht und die mit
Halteelementen in ihrer räumlichen Position relativ zu der Extrusionsdüse an der
Extrusionsdüse befestigt sind.
In den Zwischenraum zwischen den beiden Schleppstopfen wird Wasser in einer
Menge eingefüllt, daß das Volumen des Zwischenraumes zu 5 bis 50%,
vorzugsweise zu 15 bis 40%, besonders bevorzugt zu 20, bis 35%, mit
Wasser gefüllt ist.
Der erste Schleppstopfen ist erfindungsgemäß in nur geringem Abstand vom
Ort des Schmelzeaustritts angeordnet, während der zweite Schleppstopfen in
größerem Abstand vom Ort des Schmelzeaustritts und nahe an dem
Ablängwerkzeug, an dem das zunächst endlos aus der Düse austretende Rohr
in einzelne Abschnitte aufgetrennt wird, angeordnet sein kann. Der zweite
Schleppstopfen ist mit geeigneten Schnellverschlüssen versehen, mit deren
Hilfe die Zu- und Ableitung des Kühlwassers bewerkstelligt werden kann.
Zweckmäßigerweise sind mehrere Sätze von Wasserzu- und -ableitungen
vorhanden, wobei jeweils nach dem Abtrennen eines Rohrabschnitts der gerade
aktive Satz Zu- und Ableitungen gelöst und durch einen bereits bereitliegenden
nächsten Satz Zu- und Ableitungen ersetzt wird.
Die erfindungsgemäße Innenkühlung macht sich insbesondere die
Verdampfungswärme des Wassers zunutze. Die Schmelze tritt bei dem
Extrusionsprozeß mit einer Temperatur im Bereich von 170 bis 250°C aus der
Düse aus. Diese Temperatur muß möglichst schnell auf eine Temperatur von
maximal 100°C abgekühlt werden. Bei der Innenkühlung bildet sich eine
natürliche Wasserströmung aus. Das durch den zweiten, düsenfernen
Schleppstopfen eintretende Kühlwasser läuft im Inneren des Rohres in Richtung
auf den ersten, düsennahen Schleppstopfen zu und verdampft infolge der hohen
Temperatur der Kunststoffschmelze. Dabei wird der Schmelze die
Verdampfungswärme entzogen und sie kühlt sich auf eine Temperatur von etwa
100°C ab. Der entstandene Dampf strömt dann unter leichtem Überdruck
wieder zurück in Richtung auf den zweiten, düsenfernen Schleppstopfen und
kondensiert auf dem Weg dorthin wieder aus. Die abzuführende Wärmemenge
hängt von dem Gesamtdurchsatz an Kunststoff ab und kann rechnerisch
ermittelt werden. Dementsprechend muß an dem zweiten, düsenfernen
Schleppstopfen eine entsprechende Menge an aufgewärmtem Wasser entfernt
und durch neues Kühlwasser ersetzt werden.
Vorzugsweise ist neben den Schnellverschlüssen, die bevorzugt als
Bajonettverschlüsse ausgebildet sind, an dem zweiten, düsenfernen
Schleppstopfen zusätzlich ein Überdrucksicherheitsventil eingebaut. Es hat sich
gezeigt, daß der durch das verdampfende Wasser sich im Inneren des Rohres
einstellende leichte Überdruck zusätzlich einer Wandverformung entgegenwirkt.
Die vorliegende Erfindung soll durch die beigefügte Zeichnung beispielhaft für
den Fachmann noch näher erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt schematisch einen senkrechten Schnitt durch ein
Kühlsystem für Kunststoffrohre.
Mit Bezugszeichen sind insbesondere ein erster Vakuumbehälter 1 und ein
zweiter Vakuumbehälter 2 verdeutlicht. Die Extrusionsdüse 3 umfaßt in der
Darstellung ein Mundstück 4, einen Dorn 5 und eine Kalibrierhülse 6. Die aus
der Düse 3 austretende Schmelze 7 tritt in den ersten Vakuumbehälter 1 ein
und wird sogleich über eine Wasserzuleitung 10 von außen mit Kühlwasser
beaufschlagt. Im inneren des Vakuumbehälters 1, dessen Unterdruck an dem
Manometer 9 angezeigt wird, befinden sich Kalibrierblenden 8, mit denen die
Schmelze 7 von außen gestützt wird. Im Inneren der Schmelze 7 ist der erste
Schleppstopfen 11 in Düsennähe angeordnet. Nach dem Durchlaufen des
Vakuumbehälters 1 tritt die dann bereits zu dem fertigen Rohr verfestigte
Schmelze 7 in den Vakuumbehälter 2 ein, dessen Unterdruck an dem
Manometer 9′ angezeigt wird und der ebenfalls Kalibrierblenden 8′ zur
Unterstützung des Rohres enthält, und wird dort weiter abgekühlt. Nach dem
Austritt aus dem Vakuumbehälter 2 ist der zweite Schleppstopfen 12 in der
Nähe der Ablängvorrichtung 14 angeordnet. Über die Bajonettverschlüsse 15
kann die erfindungsgemäße Kühlwasserzu- und -ableitung für den Innenraum
des Rohres wirksam vorgenommen werden.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von großkalibrigen dickwandigen Rohren aus
Polyethylen durch Extrusion aus einer Ringdüse und anschließendes
Abkühlen der aus der Düse austretenden Schmelze mit Wasser als
Kühlmittel von außen, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Düse
austretende Schmelze zusätzlich auch von innen mit Wasser gekühlt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, zwei
Schleppstopfen im Inneren des Rohres eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Außendurchmesser der Schleppstopfen dem Innendurchmesser des
herzustellenden Kunststoffrohres entspricht und daß die Schleppstopfen
mit Halteelementen in ihrer räumlichen Position relativ zu der
Extrusionsdüse an der Extrusionsdüse befestigt sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in den Zwischenraum zwischen den beiden Schleppstopfen Wasser
in einer Menge eingefüllt wird, daß das Volumen des Zwischenraumes zu
5 bis 50%, vorzugsweise zu 15 bis 40%, besonders bevorzugt zu 20
bis 35%, mit Wasser gefüllt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Schleppstopfen ist in geringem Abstand vom Ort des
Schmelzeaustritts aus der Düse angeordnet ist und daß der zweite
Schleppstopfen in größerem Abstand vom Ort des Schmelzeaustritts aus
der Düse und nahe an einem nachgeschalteten Ablängwerkzeug
angeordnet ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Schleppstopfen ist mit Schnellverschlüssen zur Zu- und
Ableitung des Kühlwassers ausgerüstet ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Sätze von Wasserzu- und -ableitungen bereitgestellt werden,
wobei jeweils nach dem Abtrennen eines Rohrabschnitts der gerade
aktive Satz Zu- und Ableitungen gelöst und durch einen bereits
bereitliegenden nächsten Satz Zu- und Ableitungen ersetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß an dem zweiten Schleppstopfen neben den Schnellverschlüssen, die
bevorzugt als Bajonettverschlüsse ausgebildet sind, zusätzlich ein
Überdrucksicherheitsventil eingebaut wird.
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