DE19700028C2

DE19700028C2 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von flexiblen Kunststoff-Wellrohren in Wellrohrformmaschinen

Info

Publication number: DE19700028C2
Application number: DE1997100028
Authority: DE
Inventors: Helmut Gruell
Original assignee: Unitec Tech Entwicklungen GmbH
Current assignee: PS Maintools GmbH and Co KG
Priority date: 1997-01-02
Filing date: 1997-01-02
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2017-01-03
Also published as: DE19700028A1

Description

Ausgehend von einem Stand der Technik wie er sich vornehmlich ergibt aus DE 20 65 048 A; DE 27 32 635 B und DE 39 06 363 C1, betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit der teilkristalline Kunststoffe mit einem hohem Wärmeinhalt pro Masseneinheit rationell und mit hohen Ausstoßleistungen (kg/h) zu materialsparenden Rohren verarbeitet werden können.

Es ist hinreichend bekannt, daß weltweit Hersteller und Anwender von Wellrohrformmaschinen, größtenteils das Formkettenumlaufprinzip in horizontaler oder vertikaler Anordnung, zur Produktion von quergewellten, einschichtigen oder mehrschichtigen Kunststoffwellrohren offerieren und viele Rohrhersteller diese Konstruktionen einsetzen.

Solche Vorrichtungen, sowie die verschiedensten Kühlsysteme hierfür sind durch viele Patentanmeldungen offenkundig und weltweit im Gebrauch.

Formbackenumlauf: EP 00 67 473 A2; EP 00 07 556 B1; DE 39 30 318 C1; US 5,002,478; EP 02 70 694 A1; DE 31 18 932 C3; DE 38 10 915 C1; DE 40 07 608 C2; DE 22 14 829 B2; WO 91 06 419 A1; DE 30 11 425 A1;

Kühlungsarten: EP 00 67 472 A1; EP 00 47 378 A2; EP 00 05 104 A1; EP 00 67 473 A2; DE 28 36 941 A1; DE 31 20 480 A1;

Diese vorgenannten Anmeldungen beschreiben hauptsächlich nur die verschiedenen Möglichkeiten zur Kühlung der aus Metall hergestellten Formkörper (1), die in der Regel innerhalb der Formstrecke in Kanälen (Fig. 1) geführt und dabei an den gekühlten Führungsleisten (2) mit den integrierten Kühlwassernuten (3) entlang gleiten.

Alle Verfahren haben den entscheidenden Nachteil, daß die Kühlung des Produktes nur durch eine Kontaktkühlung erfolgt, das heißt, daß der durch eine verlängerte Düse (5) eingespritzte heiße Kunststoff (4) während des Abkühlens nur an einer gekühlten und relativ kalten Werkzeug- oder Formoberfläche (6) anliegt. Die bei diesen bekannten Konstruktionen zum Einsatz kommende Kühlmedien, können deshalb nur indirekt, durch eine relativ schlecht leitende und dicke Metallschicht, den zirka 230°C heißen Kunststoff abkühlen.

Zwischenzeitlich gibt es Weiterentwicklungen im Bereich der Formkörper (1) bei denen das Kühlmedium direkt in die integrierten Kühlkanäle geleitet wird, um eine intensive Kühlung mit einem hohen Wirkungsgrad zu erzielen.

Einer der größten Nachteile dieses Verfahrens ist der hohe technische Aufwand der betrieben werden muß, um das Kühlmedium möglichst leckagefrei an bzw. in die Kühlkanäle der kontinuierlich umlaufenden Formkörper heranzuführen.

Diese Zu- und Ableitungen sind kraft- und formschlüssig über flexible Schläuche mit den Formkörpern verbunden, sodaß diese Leitungen in der gleichen Geschwindigkeit umlaufen müssen, wie der Formkörper (1) selbst.

Um dies zu gewährleisten werden pro rotierende Kettenhälfte zwischen dem Schubtrum (7) und Leertrum (8) der Kette (9) bewegliche Schlitten installiert, die wiederum die Rotationsverteiler für das Kühlmedium tragen. Diese Rotationsverteiler bewegen sich durch die daran angekoppelten Zu- und Ableitungen für das Kühlmedium auf den Schlitten vorwärts und rückwärts und werden jeweils in den Endpunkten der Schlitteneinheit umgelenkt. Diese Zu- und Abführleitungen benötigen speziell zusätzliche Führungen in den Umlenkpunkten der Formblöcke (1) und unterliegen dadurch bedingt einen höheren Verschleiß. Ebenso ist es notwendig die Formblöcke (1) wegen der Eigensteifigkeit dieser Schläuche besonders in den Umlenkpunkten zusätzlich abzustützen und zu führen. Nur so läßt sich eine kontinuierliche Speisung der Formblöcke mit einem Kühlmedium sicher durchführen.

Aus technischen und physikalischen Überlegungen sollte jeder Formblock (1) seinen eigenen Zu- und Ablauf für das ihm zugeführte Kühlmedium besitzen. Das dadurch entstehende große Schlauchgewirr läßt einige Maschinenhersteller schon zu Lösungen greifen, bei denen mehrere Formblöcke (1) nur einen gemeinsamen Zu- und Ablauf besitzen.

Bei dieser Konstruktionsausführung gibt es einige gravierende Nachteile:

1. 1.) Die Gesamtanzahl solcher Formblöcke innerhalb einer Kettenlänge müssen jeweils ein Vielfaches dieser Kühlsektionslänge sein.
2. 2.) Die Formtemperatur dieser Kühlsektionslänge ist an der Eintrittsstelle des Kühlmediums kälter als an der Austrittsstelle. Dies bedeutet, daß die Temperaturverlaufskurve in Bezug zur Rohrachse einem Sägezahnprofil gleicht.
Welche mechanische Spannungen durch diese Art der Abkühlung am fertigen Produkt entstehen, bleibt hier unberücksichtigt.
3. 3.) Bei all den bisher bekannten Konstruktionsvarianten solcher Formblöcke (1) kann nicht verhindert werden, daß sich in den Ecken der integrierten Kühlkanäle kleine Luftblasen bilden, die die Zirkulation des Kühlmediums innerhalb der Formblöcke (1) erheblich beeinträchtigen und deshalb die Kühlleistung herabsetzen können.
4. 4.) Außerdem ist bei diesem Herstellungsverfahren für dünnwandige Wellrohre immer peinlichst darauf zu achten, daß sich kein Schwitzwasser oder irgendwelche kleine Wassertropfen auf den kalten Oberflächen (6) der Formblöcke (1) bilden oder sich zwischen der heißen Schmelze und der kalten Werkzeugoberfläche (6) befinden. Augenblicklich würde die heiße Schmelze, den an der Formoberfläche (6) haftenden Wassertropfen in Wasserdampf verwandeln. Der dabei explosionsartig entstehende Dampfdruck durchschlägt sofort den aus der Düse (5) dünn austretenden und zu formenden Kunststoffschlauch (4), solange keine Möglichkeit der Ableitung des entstehenden Dampfdruckes durch den massiven Metallteil der Formblöcke (1) besteht. Druck geht bekanntlich immer den Weg des geringsten Widerstandes, also in Richtung des plastischen Kunststoffschlauches (4) und würde diesen zerstören, bzw. Löcher entstehen lassen.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine möglichst einfache und kostengünstige Konstruktion für neue Maschinen zu schaffen, sowie die Möglichkeit aufzuzeigen, bestehende Wellrohrformmaschinen durch einfache Lösungen kostengünstig umzurüsten. Das erklärte Ziel ist, mit den hier aufgeführten Ansprüchen und gezeigten Lösungen eine rationelle Verarbeitung von Kunststoffmaterialien, die sich durch einem hohen Wärmeinhalt auszeichnen, zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die physikalischen und technischen Voraussetzungen für eine optimale Kühlung in einer Wellrohrformmaschine zur Verarbeitung von teilkristallinen Kunststoffe mit einem hohen Wärmeinhalt sind:

1. 1.) Die Verwendung und Einsatz von Formkörpern, hergestellt aus Materialien mit einer möglichst hohen Wärmeleitzahl (Lambda = Watt pro Meter/°Kelvin).
2. 2.) Der Einsatz von Konstruktionsvarianten, die einen möglichst großen Wärmeübergang (Alpha = Watt/m²) garantieren.
3. 3.) Der Einsatz von Konstruktionsvarianten, die eine möglichst große Wärmeübergangsfläche besitzen.
4. 4.) Der Einsatz von Konstruktionsvarianten, die eine möglichst große Temperaturdifferenz zwischen Schmelze und Kühlmedium zulassen.
5. 5.) Der Einsatz von Konstruktionsvarianten, die möglichst kurze Wege zwischen der Schmelze und dem Kühlmedium aufweisen.
6. 6.) Der Einsatz von Konstruktionsvarianten, die eine möglichst große Turbulenz des Kühlmediums garantieren.

Wellrohrformmaschinen sind ideale Maschinen zur Herstellung von materialsparenden quergewellten, flexiblen Kunststoffrohren. Da die Außenabmessungen der Formblöcke (1) innerhalb einer Maschinentype meist gleich groß sind, eignet sich die vergrößerte Rückenfläche (13) dieser Formblöcke (1), sowie die wellförmig profilierte Formoberfläche (6) zur permanenten Wärmeabfuhr ganz besonders. Die notwendigen Vertiefungen (10) und Ausfräsungen, sowie die dazu notwendigen Vakuumschlitze (11) lassen sich kostengünstig einbringen und sind bei Bedarf auch sehr leicht zugänglich und auch sehr leicht zu reinigen.

Bedingt durch die Ausfräsungen (10) wird das Gewicht der Formblöcke (1) reduziert, die verbleibende Wandung (12) zur heißen Schmelze (4) auf ein Mindestmaß gehalten, um so zusätzlich den Wärmefluß zwischen Schmelze und Kühlmedium erheblich zu verbessern.

Der Vorteil dieser Erfindung ist, daß der heiße, zu verformende Kunststoff (4) möglichst schnell und ohne großen technischen Aufwand in die Profilierung (6) der Formblöcke (1) gesaugt und abgekühlt werden kann.

Auf Grund der sehr effektiven Kühlung der Formkörper(1), kann die Wellrohrformmaschine mit kürzeren Formketten (9) ausgestattet und dadurch die Antriebsleistung der Motore erheblich reduziert werden.

Ein weitaus größerer Vorteil für die Umwelt besteht darin, daß durch diese Erfindung und Konstruktion diese Wellrohrformmaschinen völlig ölfrei laufen können.

Die Ausführungsbeispiele dieser Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen bzw. Skizzen dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen Führungskanal, einer als Stand der Technik bekannten Wellrohrformmaschine.

Fig. 2 zeigt das Funktionsprinzip dieser Erfindung, sowie einen senkrechten Schnitt durch eine Wellrohrformmaschine gemäß Anspruch 1.

Fig. 3 zeigt die Anordnung einer Kette innerhalb einer Wellrohrformmaschine aus mehreren aneinander gereihten, umlaufenden Formblöcken.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Formblockes für kleinere und mittlere Wellrohrformmaschinen.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Anschicht eines Formblockes für größere Wellrohrformmaschinen.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Anschicht eines Formblockes mit einem Trägersystem für große Wellrohrformmaschinen.

Claims

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von flexiblen Kunststoff-Wellrohren aus teilkristallinen Kunststoffmaterialien mit hohem Wärmeinhalt, mit einem Extruder, einer Düse und einer unter Vakuum stehenden Hohlkammer (14) mit Teilführungen (15) für die präzise Führung von im Umlaufprinzip bewegten Formkörpern (1) durch die stirnseitig abgedichtete Hohlkammer (14), wobei die Formkörper (1) beim Durchlaufen der Hohlkammer(14) intensiv und großflächig durch ein Kühlmedium benetzt und abgekühlt werden und wobei die Formkörper (1) ringförmige Kanäle (22) besitzen, die offen in Ausfräsungen (10) oder an einer Außenfläche (13) der Formkörper (1) enden und über diese Kanäle das Kühlmedium und das in der Kammer erzeugte Vakuum direkt auf die Kunststoffschmelze (4) in dem Formkörper wirken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (1) durch die Teilführungen (15) nur teilflächig aufliegen und geführt werden, sodaß eine möglichst große Kontaktfläche zur Kühlung der Formkörper (1) ausgenutzt werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zuführleitungen (16) für das Kühlmedium innerhalb der Vakuumkammer (14) oder in bzw. auf den Wänden (17)oder Vakuumkammer befinden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Zuführleitungen (16) für das Kühlmedium mit Elementen (18) ausgestattet sind, die zur Verwirbelung oder Zerstäubung des Kühlmediums beitragen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (14) an der Ein- (19) bzw. Auslaufseite (20) einen auf die Außenkontur (13) der Formkörper(1) abgestimmten Kanal (21) aufweist, dessen Länge mindestens der halben Länge eines Formkörpers entspricht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufkanal (19) bzw. der Auslaufkanal (20) im Zusammenwirken mit den endlos in die Vakuumkammer (14) einlaufenden bzw. mit den aus der Vakuumkammer austretenden Formkörpern (1) eine Abdichtfunktion übernimmt.

7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (22) in Längsbohrungen (29), bzw. in Sackbohrungen oder Nuten enden, die wiederum zur Außenfläche (13) der Formkörper (1) offen sind und somit eine Verbindung zwischen Kühlmedium, Vakuum und Schmelze (4) darstellen.

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (1) aus einem sehr wärmeleitfähigen Material (< 200 W/mK) hergestellt sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (1) aus einem korrosionsbeständigen Material hergestellt und zusätzlich beschichtet bzw. wärmebehandelt sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche der Formkörper zur heißen Kunststoffschmelze eine Sandwichkonstruktion aus Lochblech (23) und/oder Drahtgewebe (24) darstellt, bzw. aus porösem, luftdurchlässigem Material hergestellt ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der wellförmigen Rohroberfläche, einzelne aufgesetzte und kraftschlüssig befestigte, kreisförmige Segmente vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese kreisförmigen Segmente oder Rippen(28) ebenfalls Vakuumschlitze (11) besitzen.

13. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (1) selbst, sowie die Trägerelemente (25) für solche Formkörper (1) je nach Ausführung der Konstruktion miteinander durch Kettenglieder (26) verbunden sind.

14. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (1) selbst, sowie die Trägerelemente(25) für solche Formkörper(1), je nach Ausführung der Konstruktion lose und in entsprechenden Führungskanälen (15 und 21) oder Führungsnuten (27) so aneinander gereiht sind, daß sie eine geschlossene Kette (9) bilden

15. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (1) selbst, sowie die Trägerelemente (25) für solche Formkörper (1) je nach Ausführung der Konstruktion lose und in entsprechenden Führungskanälen oder Führungsnuten so aneinander gereiht sind und bewegt werden, daß sie im Shuttle Prinzip eingesetzt werden können.