DE19845321C2 - Vorrichtung zur Herstellung von dünnwandigen glatten Kunststoffrohren mit gewellten Sektionen in unterschiedlichen Abständen zueinander - Google Patents

Abstract

Durch Einsatz dieser Vorrichtung und dieses Verfahrens werden besonders die Herstellungskosten für die biegsamen und radial gewellten Trinkhalmen bei der Extrusion erheblich reduziert. Diese Vorrichtung macht den Einsatz herkömmlicher Wellenrohrformanlagen mit sehr hohen Werkzeugkostenanteil für die vielfältigen Produktlängen überflüssig. Qualitätsmindernde Oberflächenmarkierungen auf den Rohren werden vermieden. DOLLAR A Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß diese zusätzliche Vorrichtung im Vakuumtank einer modifizierten Glattrohr-Extrusionsanlage direkt hinter der feststehenden Kalibrierung installiert wird, die dann die gewünschten Wellbereiche in variable oder regelmäßige Abstände zueinander formen kann. DOLLAR A Die geteilten Formblöcke der Vorrichtung (Fig. 7) mit negativer Profilierung, bewegen sich in Führungsnuten paternosterähnlich entlang der Extrusionsrichtung und umschließen das extrudierte dünnwandige Glattrohr. Durch die vorhandene Restwärme im Glattrohr und dem im Formblock erzeugten und vorhandenen Unterdruck wird das plastische Material in den Formblock gesaugt und das Wellprofil geformt. Der mit der linearen Produktionsgeschwindigkeit synchronisierte Antrieb für die austauschbaren Formelemente ist so gestaltet, daß die Formelemente aus einer Parkposition heraus, paarweise und unabhängig voneinander, sowie durch einen Taktgeber mit Extrusionsgeschwindigkeit angetrieben werden können. Die Vorrichtung ist für Mehrfachextrusion ausgelegt. DOLLAR A Die Vorrichtung ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie das Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, damit dünnwandige, glatte Kunststoffrohre mit gewellten Sektionen bei hohen Ausstoßleistungen rationell und endlos im Extrusionsverfahren hergestellt werden können.

Es ist hinreichend bekannt, daß die Hersteller von biegsamen Trinkhalmen diese, weltweit größtenteils in mehreren Arbeitsschritten, sehr personalintensiv herstellen. So wird z. B. zuerst das Glattrohr (Fig. 1/50) bei einer Lineargeschwindigkeit von < 70 m/min. hergestellt, danach in die gewünschte Stücklänge gebracht und dann auf speziellen Rollmaschinen oder Warmformanlagen das Wellprofil eingewalzt. Speziell dieser Arbeitsschritt ist sehr personal- und kostenintensiv. So werden pro Extrusionslinie zirka 3 Rollautomaten benötigt, um die angelieferte, bzw. gefertigte Menge Kunststoffrohre zeitlich und ohne große Zwischenlager verarbeiten zu können.

Die Extrusionslinien zur Herstellung von Glattrohren, bestehend aus Extruder, Düse und Vakuumkalibriertank, sind hinreichend bekannt und technisch auf sehr hohem Niveau. Ebenso Anlagen mit Druckkalibrierung lassen sich zur Herstellung solcher Glattrohre (Fig. 1/50) einsetzen. Der Fachwelt sind auch Extrusionsanlagen mit unterschiedlichen Kühlsystemen und Herstellungsverfahren (Druck, Vakuum) bekannt, um einfache Wellrohre oder Wellrohre mit angeformten, glatten Stutzen endlos herzustellen (Fig. 2, 3).

Die DE 34 27 732 A1 zeigt Trinkhalme, die durch verschiedenartige, radial verlaufende Rillen eine teleskopartige Verbindung zweier ineinandergesteckter Trinkhalme ermöglicht, sowie ein Herstellungsverfahren, bei dem jede Wellung einzeln gefertigt wird. Die DE 28 04 012 A1 beschreibt die Herstellung von Rippen durch axiales Zusammenschieben eines dünnwandigen, abgelängten Kunststoffrohres auf einem Stahldorn. Nach der DE 17 04 715 A und der WO 92/19437 A1 werden Verrippungen in einer geschlossenen Kette und durch laufende, z. T. gerippte Kokillen gebildet.

Alle Wellrohranlagen haben einen großen Nachteil, daß pro Dimension und Produkt eine Vielzahl von Formblöcken eingesetzt und die Produktlänge immer nur ein Vielfaches der Formblocklänge betragen kann. Selbst gleicher Produktdurchmesser, aber unterschiedliche Abstände zwischen den Wellsektionen, erfordern neue, zusätzliche Formketten.

Durch die bekannten Herstellungsverfahren (Druck-, bzw. Vakuumkalibrierung) gibt es auch entsprechende Weiterentwicklungen, um Wellrohre auch abschnittsweise mit längeren, glatten Stutzen herzustellen. Bekannt sind Produkte mit Wellsektionen mit mindestens einer Wellung auf einem Glattrohr bei einer Stücklänge von zirka 2 Metern.

Bei dieser Art der Herstellung und unter Verwendung von herkömmlichen Wellrohranlagen ist es unerläßlich, Vakuum sowohl zur Ausformung der Wellung als auch zur Ausformung des Glattrohres einzusetzen. Dabei zeichnen sich teilweise die Schließkanten und auch die Vakuumschlitze der Formblöcke in regelmäßigen Abständen der Formblocklänge ab (Fig. 4).

Solch eine ungleichmäßig geformte, "glatte" Oberfläche als Trinkhalm in den Handel zu bringen, ist ein unvorstellbarer Gedanke.

Aufgabe und Ziel der Erfindung ist es, eine möglichst einfache und kostengünstige Möglichkeit zu schaffen, bestehende Glattrohranlagen auf ein Verfahren umzurüsten und die Herstellung sektional gewellter Trinkhalme im Extrusionsverfahren mit folgenden Hauptmerkmalen zu garantieren:

• - Die Herstellung der wellförmigen Sektion kann durch wenige Formkörper erfolgen.
• - Die Abstände x₁ - x₂ (Fig. 5) zwischen den wellförmigen Sektionen sind frei definierbar.
• - Die Rohre in der glatten, ungewellten Sektion weisen keine störenden Oberflächenmarkierungen auf (Fig. 5/x₁ + x₂).
• - Die Trinkhalme werden nicht auf einer herkömmlichen Wellrohrformmaschine hergestellt.
• - Die Produktionsgeschwindigkeit wird nicht durch langwierige Stauch- oder Rollverfahren gedrosselt.
• - Die Herstellung der Trinkhalme ist auf handelsüblichen, bzw. modifizierten Glattrohr- Extrusionsanlagen möglich.
• - Die Vorrichtung (Fig. 7/20) zur Herstellung solcher Trinkhalme ist im Vakuumbad (Fig. 7/30) einsetzbar.
• - Bestehende Extrusionsanlagen können umgerüstet werden.
• - Der sektional gewellte Trinkhalm wird nach dem Verlassen oder im Anschluß an die Kühl-, bzw. Formstrecke auf die gewünschte Länge gebracht und liegt verpackungsgerecht vor.
• - Der sektional gewellte Trinkhalm ist U-förmig biegbar.
• - Die Wellform bzw. die Faltenausbildung (Fig. 3 und 5/10) ist durch entsprechende Formkörper frei gestaltbar.

Diese vorgenannten Aufgaben und die Erfüllung der speziellen Kriterien des Endproduktes werden durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

Die Formvorrichtung (Fig. 7/20) ist ideal zur Herstellung von sektional gewellten Trinkhalmen gemäß (Fig. 5), die üblicherweise auf einer Glattrohr-Extrusionsanlage hergestellt werden und mit mindestens einer Vakuumkammer (Fig. 7/30) und einer Kurzkalibrierung (Fig. 7/40) ausgestattet ist.

Die Außenabmessungen dieser Vorrichtung (Fig. 7/20) sind so gehalten, daß sie in die Vakuumkammer (Fig. 7/30) integriert werden kann und gleich im direkten Anschluß an die Kalibrierung (Fig. 7/40) positioniert wird. Dies ist notwendig, damit das extrudierte und vorkalibrierte Rohr (Fig. 7/50) noch so viel Restwärme besitzt, um eine ausreichende Ausformung der Wellung zu garantieren (10).

Die zur Ausformung der Wellsektion benötigten Formkörper (80) besitzen die negative Ausdrehung der Wellform und sind als Halbschalen ausgebildet. Beim Durchlaufen der Formstrecke (60) bilden die spiegelbildlich angeordneten Halbschalen einen geschlossenen, konzentrischen Kreis. Die Formkörper (80) können auch so ausgeführt sein, daß eine Mehrfach-Extrusion möglich ist und die Ausdrehungen für die Wellgeometrie in gleichen Abständen parallel nebeneinander angeordnet sind.

Die Trägerelemente (70) der Formblöcke (80) sind in einer Führungsnut geführt und können sich auf dieser Bahn (90) frei bewegen. Diese Bahn besitzt in ihrer Umlenkung halbkreisförmig angeordnete Nuten, in denen die Trägerelemente paternosterähnlich bewegt werden. Dies wird durch unterschiedliche Nuttiefen, durch entsprechenden Achsversatz und Gestaltung dieser Achsen (100) erreicht.

Diese Art und Konstruktion solcher Führungen ist hinreichend bekannt und ist als allgemeiner Stand der Technik einzustufen.

Die Trägerelemente (Fig. 8/70) sind so ausgeführt, daß jedes Element seine eigene Einrichtung zur Unterdruckerzeugung (Fig. 8/110) trägt.

Diese zusätzliche Unterdruckbeaufschlagung zur Ausformung der Wellform ist deshalb notwendig, da der in der Vakuumkammer (Fig. 7/30) vorherrschende Unterdruck nicht in der Lage ist, die Ausformung ordnungsgemäß zu garantieren. Diese Unterdruckeinrichtung (Fig. 8/110) wird während des Einfahrens in den Einlaufbereich (Fig. 8/120) mechanisch vorgespannt und expandiert beim Durchlaufen der Formstrecke (Fig. 7/60). Im Bereich der hinteren Umlenkung (Fig. 8/130) erreicht diese Unterdruckeinrichtung (Fig. 8/110) ihre völlige Entspannung, und die Druckverhältnisse im Vakuumtank (Fig. 7/30) und in der Unterdruckeinrichtung (Fig. 8/110) haben sich ausgeglichen.

Die Trägerelemente (Fig. 8/70) werden mechanisch durch die hintere Umlenkung (Fig. 8/130) in eine Parkposition geschoben, bzw. schieben sich gegenseitig und stehen aneinandergereiht und abrufbereit für kurze Zeit in dieser Position. In dieser Parkposition sind die Abstände (Fig. 8/L1) zwischen den einzelnen Formblöcken (Fig. 8/80) annähernd gleich und werden nach Verlassen dieser Parkposition erst in den gewünschten, größeren Abstand (Fig. 8/L2) gebracht.

Diese Vergrößerung der Abstände wird durch eine motorisch angetriebene Fördereinrichtung (Fig. 8/150) bewirkt, die sich in der gewünschten Abzugsgeschwindigkeit bewegt. Zeittaktgesteuert werden die Trägerelemente (Fig. 8/70) mit den Formblöcken (Fig. 8/80) durch eine entsprechend konstruierte Einheit auf diese Fördereinrichtung (Fig. 8/150) befördert, von dieser erfaßt und mitgenommen. Kürzere Zeittakte bedeuten kürzere Abstände zwischen den Trägerelementen, bzw. längere Zeittakte äquivalent längere Abstände. Somit ist gewährleistet, daß verschiedene Produkte mit unterschiedlich langen, glatten Zonen innerhalb einer Produktgröße gefertigt werden können.

Nach Verlassen der Formstrecke (Fig. 7/60) durchläuft das Rohr (Fig. 7/180) noch eine Zeit lang die geflutete Vakuumkammer (Fig. 7/30), an deren Ende eine Dichtmanschette (Fig. 7/170) angebracht ist, um die Vakuumkammer (Fig. 7/30) gegen evtl. eintretende Leckluft abzudichten und um das mitgerissene Wasser von der Rohroberfläche (Fig. 7/180) abzustreifen.

Das in der Vakuumkammer befindliche und unter Druck stehende Wasser kann das frei durchlaufende Rohr nicht zusammendrücken und gewährleistet so eine gute bis sehr gute Abkühlung des Rohres. Auch wird die entstandene Wellform nicht durch den Wasserdruck beeinflußt, da der atmosphärische Druck gegen die Innenwand des Rohres drückt.

Im Anschluß an die Vakuumkammer ist ein herkömmlicher Raupenabzug (160) installiert, dessen Abzugsgeschwindigkeit mit der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung (150) synchronisiert ist.

Die Ausführungen dieser Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen, bzw. Skizzen und ohne große Details dargestellt, denn es soll nur die Funktion herausgestellt werden.

Fig. 1 zeigt ein herkömmliches, dünnwandiges Glattrohr;

Fig. 2 zeigt ein herkömmliches, endlosgefertigtes Wellrohr;

Fig. 3 zeigt ein Wellrohr mit angeformten Stutzen;

Fig. 4 zeigt ein auf einem Corrugator her­ gestelltes Glattrohr mit den bekannten Markierungen, verursacht durch die Schließkanten und die Vakuumschlitze;

Fig. 5 zeigt ein Glattrohr mit unterschiedli­ chen Abständen zwischen den gewellten Sektionen, frei von irgendwelchen Oberflächenmarkie­ rungen;

Fig. 6 zeigt einen Profilausschnitt (10.1) der Formblöcke (Fig. 8/80) mit den Vakuumschlitzen (10.2);

Fig. 7 zeigt skizzenhaft die Vakuumkam­ mer (30) mit der integrierten Formeinheit (20) sowie Düse (50), Kalibrierung (40), Dichtung (170) und Raupenabzug (160);

Fig. 8 zeigt skizzenhaft die Formeinheit (20) mit Trägerelementen (70), Formblöcken (80) und Unterdruckeinheit (110) sowie Förderein­ heit (150) und weitere Bauteile;

Fig. 9 zeigt ein Glattrohr mit unterschied­ lichen Abständen zwischen den gewellten Sektionen und mit gestauchtem Wellprofil.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Herstellen von dünnwandigen, glatten Kunststoffrohren, vornehmlich Trinkhalmen aus teilkristallinen Kunststoffmaterialien und zur Ausformung von sektionalen Wellungen in definierbaren Abständen ohne störende Oberflächenmarkierungen im glatten Bereich zwischen den gewellten Sektionen, wobei Formkörper mit der negativen Ausbildung der Wellform mit Vakuumbeaufschlagung ausgerüstet sind und paarweise und spiegelbildlich angeordnet sind und zwangsgeführt werden in einer in sich geschlossenen Umlaufbahn, dadurch gekennzeichnet,
dass die für eine kontinuierliche Kunststoffrohrproduktion ausgelegte Formvorrichtung in eine in sich geschlossene und mit einem Kühlmedium geflutete Vakuumkammer (Fig. 7/30) eingebaut ist, vom Kühlmedium völlig umspült wird und direkt nach der Vorkalibrierung (Fig. 7/40) positioniert wird,
dass die mit Trägerelementen (Fig. 8/70) verbundenen Formkörper (Fig. 8/80) ohne gegenseitigen Kontakt geführt werden und
dass die Trägerelemente (Fig. 8/70) mit gesonderten Vakuumeinheiten (Fig. 8/110) ausgestattet sind, wobei Vakuumkanäle in die mit den Trägerelementen (Fig. 8/70) verbundenen Formkörper (Fig. 8/80) führen und in Vakuumschlitzen (Fig. 6/10.2) über der Negativform des Wellprofils enden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckeinheiten (Fig. 8/110) blasebalgähnlich ausgeführt sind und durch mechanische Bauteile, wie Druckfedern (Fig. 8/141) oder Kolben zwangs- und geschwindigkeitsabhängig bewegt werden, wobei durch das mechanische Aufziehen des Blasebalges (Fig. 8/140) ein Unterdruck an den Vakuumschlitzen (Fig. 6/10.2) entsteht, welche das negativ eingearbeitete Wellprofil (Fig. 6/10.1) in den Formkörpern (Fig. 8/80) radial umgeben und somit das plastische Kunststoffmaterial in die Wellung (Fig. 7/10.1) gesaugt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am Rücken der Trägerelemente (Fig. 8/70) angeordneten Unterdruckeinheiten (Fig. 8/110) während der Zuführung in den Einlaufbereich durch eine nicht dargestellte Einheit gespannt werden, dass heißt, dass alle innerhalb des Blasebalges (Fig. 8/140) befindlichen Medien (Wasser, Luft) herausgepresst werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die paarweise und spiegelbildlich angeordneten Trägerelemente (Fig. 8/70) auf einer vordefinierten Bahn (Fig. 8/90) bewegen und durch eine variabel einstellbare Bandabzugssteuerung die Trägerelemente und Formeinheiten zeitlich und geschwindigkeitsabhängig der Formstrecke zugeführt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Trägerelemente (Fig. 8/70) paternosterartig verläuft.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (Fig. 8/70) zur Aufnahme von verschiedenen Formkörpern (Fig. 8/80) vorbereitet sind und diese kraft- und formschlüssig mit den Trägerelementen (Fig. 8/70) verbunden werden können.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (Fig. 8/70) mit längenversetzten Achsen (Fig. 8/100) ausgestattet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die versetzt angeordneten Achsen (Fig. 8/100) mit entsprechenden Rollen in den Umlenkzonen (Fig. 8/120 und 130) in unterschiedlich tiefen Nuten (Fig. 8/90) laufen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kompletten Trägerelemente (Fig. 8/70) aneinandergereiht und mit einem geringen Abstand in eine Parkposition befördert werden und dort abrufbereit verharren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine nicht dargestellte, mechanische Vorrichtung diese kompletten Trägerelemente (Fig. 8/70) in variierbaren Zeittakten auf die Fördereinrichtung (Fig. 8/150) bewegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (Fig. 8/70), die von der Fördereinrichtung (Fig. 8/150) erfasst sind, auf die gewünschte Extrusionsgeschwindigkeit beschleunigt und synchronisiert werden und zusammen mit den spiegelbildlich angeordneten, mechanisch gekoppelten Trägerelementen (Fig. 8/70) eine geschlossene Form bilden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinheit (Fig. 8/150) aus mindestens einem abriebfesten Band besteht und als Reibantrieb ausgelegt ist oder mit entsprechendem, nicht dargestelltem Mitnehmer ausgestattet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinheit (Fig. 8/150) motorisch angetrieben wird und mit dem im Anschluss an das Vakuumbad angebrachten Raupenabzug (Fig. 7/160) elektrisch oder mechanisch gekoppelt bzw. synchronisiert ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Fördereinrichtung (Fig. (8/150) und des Raupenabzuges (Fig. 7/160) so aufeinander abgestimmt bzw. synchronisiert sind, dass das offene Wellprofil gestaucht wird (Fig. 9).

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper (Fig. 8/80) für Mehrfachextrusion ausgelegt werden können und mehr als eine Kavität aufweisen (Fig. 8/10.1).