DE202009007391U1

DE202009007391U1 - Vorrichtung zum Auftragen eines Kunststoffmaterials auf die Oberfläche eines Rohrkörpers

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Publication number: DE202009007391U1
Application number: DE202009007391U
Authority: DE
Original assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2009-05-23
Filing date: 2009-05-23
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2019-05-24

Abstract

Vorrichtung zum Auftragen eines Kunststoffmaterials auf die Oberfläche eines Rohrkörpers (12) umfassend
– ein Gehäuseelement (14) mit einer zentralen Öffnung, durch die der Rohrkörper (12) hindurchführbar ist,
– ein auf dem Gehäuseelement (14) drehbar und axial fest angeordnetes Rotorelement (16), welches über einen Antrieb (36) drehangetrieben ist,
– und zumindest einer auf dem Rotorelement (16) angeordneten Austragsvorrichtung (28, 28'), die mit dem Rotorelement umfangsmäßig um den durch das Gehäuseelement (14) hindurchlaufenden Rohrkörper (12) rotierbar ist, um bei dessen Betrieb ein Kunststoffmaterial im wesentlichen spiralförmig auf die Oberfläche des Rohrkörpers (12) aufzutragen.

Description

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Auftragen eines Kunststoffmaterials, insbesondere eines geschäumten Kunststoffmaterials, auf die Oberfläche eines Rohrkörpers, wie dies beispielsweise bei der Herstellung eines umschäumten Rohres zu geschehen hat.
Bei einem umschäumten Rohr ist typischerweise zu Dämm- und Isolationszwecken auf einem Innenrohr ein Schaummaterial aufgebracht. Bei Sandwichkonstruktionen kommt dazu noch ein den Schaumbereich umgebendes Außenrohr dazu, so dass ein Schaumkern zwischen einem Innen- und einem Außenrohr eingebracht ist. Gerade die letztgenannten Rohre werden für die Durchleitung von thermisch zu isolierenden Fluiden (Wasser, Öl, Gas) immer stärker nachgefragt. Ein Beispiel für deren Verwendung ist im Bereich von Fernwärmeleitungen zu finden, mit denen Wasser über eine große Strecke transportiert wird, ohne dass es zu nennenswerten Wärmeverlusten kommen soll.
Für die Herstellung von solchermaßen geschäumten Rohren, insbesondere mit einem Innen- und einem Außenrohr sowie einer dazwischen angeordneten Schaumschicht gibt es eine Vielzahl von Herstellungsmöglichkeiten. So sind sogenannte diskontinuierliche Herstellverfahren bekannt, bei denen ein Innenrohr mit einer definierten Länge in einem in etwa gleich lang ausgebildeten Außenrohr angeordnet ist und Maßnahmen vorgesehen sind, dass die koaxiale Ausrichtung – also ein immer gleicher Abstand von Innenrohr zu Außenrohr – gewährleistet ist. Mit sogenannten Lanzenvorrichtungen können Kunststoffmaterialien, beispielsweise Polyurethanschäume, in diesen Zwischenraum eingebracht werden. Dabei fängt die Lanzenspitze beispielsweise an einem Ende an und wird bei kontinuierlichem Austrag immer weiter zurückgezogen, so dass der Zwischenraum zwischen dem Innen- und dem Außenrohr vollständig gefüllt ist. Allerdings ist diese Art der diskontinuierlichen Herstellung nicht besonders effektiv und effizient.
Aus diesem Grunde gibt es bereits Vorrichtungen und Verfahren, mit denen geschäumte Kunststoffrohre in einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt werden. Diesbezüglich kann beispielsweise auf die CH 622 738 sowie die DE 34 90 043 T1 hingewiesen werden. Nachteilig bei solchen kontinuierlichen Verfahren ist zumeist die Ausgestaltung der Austragsvorrichtung, insbesondere des Mischkopfes für das Polyurethanmaterial. Bei Funktionsstörungen kann nämlich das Reaktionsgemisch in der Austragsvorrichtung, insbesondere im Mischkopf aushärten, so dass die gesamte Anlage zerlegt, gereinigt und neu zusammengebaut werden muss. Dies ist aufwändig und führt immer zu erheblichen Produktionsverzögerungen.
Als weiterer Hintergrund zum Thema der Herstellung von geschäumten oder umschäumten Rohren wird auf die DE 28 51 567 C3 , die DE 43 25 653 C2 und die DE 603 18 956 T2 hingewiesen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Auftragen eines Kunststoffmaterials auf die Oberfläche eines Rohrkörpers anzugeben, die auch für schnell aushärtende Kunststoffmaterialien geeignet ist und schnell und unkompliziert gewartet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist dabei darin zu sehen, dass eine Austragsvorrichtung in Umfangsrichtung um einen axial verschiebbaren Rohrkörper rotiert und dabei kontinuierlich ein Kunststoffmaterial auf die Oberfläche des Rohrkörpers aufbringt. Das Kunststoffmaterial wird dabei im Wesentlichen in einer Spiralbahn aufgetragen, wobei die Steigung und Auftragsdicke von der Axialgeschwindigkeit des Kunststoffrohres einerseits und der Rotationsgeschwindigkeit andererseits abhängt. Insbesondere hängt von diesen Größen aber auch die Breite ab, inwieweit sich die verschiedenen Spiralbahnen überlappen – evtl. sogar mehrfach überlappen. Eine Überlappung bzw. eine Mehrfachüberlappung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Sprüh- oder Austragsstrahl nicht vollkommen gleichmäßig ist und durch Überlappung eine Vergleichmäßigung erreicht werden kann.
Insbesondere wird als Kunststoffmaterial ein Polyurethanmaterial oder ein anderes aufschäumendes Material verwendet, das im ausgehärteten Zustand eine Schaumschicht bildet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird nachfolgend (in Förderrichtung des Rohrkörpers betrachtet) der Austragsvorrichtung oder der Austragsvorrichtungen eine Rohrkoextrusion durchgeführt, so dass ein Außenrohr um die Schaumschicht extrudiert werden kann, um so ein Sandwichrohr zu bilden.
Um der Austragsvorrichtung die Kunststoffmaterialien bzw. Ausgangsmaterialien zuführen zu können, insbesondere reaktive Ausgangsmaterialien oder Additive, sind zwischen einem Gehäuseelement und einem Rotorelement Drehführungen für jedes zu übertragende Medium vorgesehen, so dass jedes Medium von dem inneren Gehäuseelement zu dem Rotorelement gelangen kann. Dabei sind entsprechende Drehdurchführungen an sich bekannt. Sie müssen hier nur entsprechend ausgestaltet und angepasst werden.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn jede Austragsvorrichtung über ein Kupplungselement lösbar mit dem Rotorelement verbunden ist. Insbesondere bei der Verwendung von Mischköpfen ist dies sinnvoll, da Mischköpfe bei fortwährendem Betrieb verschmutzen, sich zusetzen und sich abnutzen. In diesem Fall dient die Kupplung als Ein- und Ausschleuseinheit, um bei Bedarf eine Austragsvorrichtung gegen eine andere Austragsvorrichtung zu ersetzen. Dabei sollte vorzugsweise darauf geachtet werden, dass ein solcher Auswechselvorgang ohne Funktions- und Produktionsunterbrechung der gesamten Einheit vorgenommen werden kann, damit eine kontinuierliche Fertigung gewährleistet ist.
Die fluidführenden Kupplungselemente – nachfolgend auch als fluidführende Wechselplatten bezeichnet – sind mit Dichtungen gegen den Rotor versehen, um bei eventuellen Leckagen eine Verschmutzung der gesamten Anordnung zu verhindern. Vorzugsweise sind Sensoren vorgesehen, die eine solche Leckage am Rotor melden.
Bei den Drehdurchführungen sind Kanäle, die Isocyanat führen, wohl am kritischsten. Um Probleme in diesem Bereich zu vermeiden, werden gemäß einer Ausführungsform zumindest die Isocyanat führenden Kanäle mit Qench-Kanälen von den benachbarten Kanälen abgetrennt. Insbesondere sind die Kupplungselemente so ausgebildet, dass die Leitungsverbindungen zwischen den entsprechenden medienführenden Kanälen automatisch mit dem Einkuppeln einer Austragsvorrichtung in das Rotorelement geschaffen werden. Entsprechende Schnellverschlüsse sind aus anderen Bereichen bekannt.
Um ein Polyurethanmaterial auf das Rohr aufzutragen, sind als Austragsvorrichtungen insbesondere Mischköpfe vorgesehen, die von dem Rotorelement die Ausgangsmaterialien und etwaige Additive empfangen, diese miteinander vermischen und auf den Rohrkörper ausbringen. Um einen kontinuierlichen Auftrag des Kunststoffmaterials auf den Rohrkörper auch beim Wechsel einer Austragsvorrichtung gewährleisten zu können, ist es notwendig, zumindest zwei Mischköpfe vorzusehen, von denen zumindest einer immer in Betrieb ist, während der andere womöglich gerade ausgetauscht wird. Wie bereits erwähnt, sollte dieser Austauschvorgang bei laufendem Betrieb möglich sein. Natürlich ist es auch möglich, drei, vier oder mehr Mischköpfe vorzusehen, um so die Gleichmäßigkeit des Auftrags zu verbessern oder auch im Fall von Funktionsstörungen einen kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten.
Anstelle von Austragsmaterialien können natürlich auch andere Bearbeitungswerkzeuge angeordnet sein, die sich ähnlich wie die Austragsvorrichtungen in Umfangsrichtung um den Rohrkörper bewegen. So können als Bearbeitungswerkzeuge Apparaturen zum Aufbau einer Haftvermittlung zwischen dem Innenkunststoffrohr und dem Schaummaterial vorgesehen sein. Solche Apparaturen können Ionenbestrahlungs-, Plasmabestrahlungs- und Flammbestrahlungsvorrichtungen sein. Überdies ist es möglich, mit entsprechenden Bearbeitungswerkzeugen Leitungen oder Bänder auf den Rohrkörper aufzubringen. Auch können an entsprechenden Halterungen Sensoren vorgesehen sein, um beispielsweise die Rohrdicke oder die Rohrform zu erfassen.
Als Antrieb für das Rotorelement ist vorzugsweise ein Elektromotor vorgesehen, der evtl. unter Zwischenschaltung eines Getriebes das Rotorelement antreibt. Ist die Übertragung von elektrischen Signalen oder von Versorgungsspannungen zu den Austragsvorrichtungen oder zu anderen Bearbeitungseinrichtungen oder Sensoren notwendig, so kann dies durch einen Übertragungsring geschehen, der beispielsweise am Rotorelement mittelbar oder unmittelbar angeordnet ist und über entsprechende Schleifkontakte die elektrischen Signale oder die Stromversorgung überträgt.
Weitere Details und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
1 eine schematische Längsschnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform,
2 eine Draufsicht auf die Ausführungsform der Vorrichtung aus 1 und
3 eine Frontansicht auf die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1.
In den Figuren ist eine konkrete Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail dargestellt, wobei sich jedoch die vorliegende Erfindung nicht auf diese alleinige Ausführungsform beschränkt.
Dabei ist eine Austragsvorrichtung für ein Polyurethanmaterial dargestellt, die eine innere, im Wesentlichen zylindrische Trägerstruktur 14 mit einer zentralen Öffnung aufweist, durch die hindurch ein Kunststoffrohr 12 geführt ist. Das Kunststoffrohr, welches sich in Pfeilrichtung bewegt, kann vorher extrudiert worden sein. Es kann aber auch von einer Rolle oder einer ähnlichen Vorhaltevorrichtung zur Verfügung gestellt werden. Auf der Trägerstruktur 14 ist ein Rotorteil 16 axial fest, aber drehbar aufgenommen und über Lager 18 geführt und gehalten. Zwischen der Trägerstruktur 14 und dem Rotorteil 16 sind verschiedene Drehdurchführungen 20 vorgesehen, über die eine Vielzahl von Medien von der Trägerstruktur dem Rotorteil weitergeleitet werden können. Auf dem Rotorteil 16 sind vorliegend – nämlich in 1 oben und unten – zwei Kupplungsplatten 22 und 22' angeordnet, die mit dem Rotorteil 16 lösbar gekuppelt werden können. Beim Kuppelvorgang werden dabei automatisch auch Kanäle, von denen in 1 nur einer mit der Bezugsziffer 19 eingezeichnet ist, zwischen dem Rotorteil 16 und dem Kupplungselement 22 verbunden. Diese Kanäle werden im weiteren Verlauf dann – und dies ist vorliegend nicht dargestellt – mit den Anschlüssen an den später noch zu erwähnenden Mischköpfen gekoppelt. Insgesamt werden die der Austragsvorrichtung zuzuführenden Materialien somit über Leitungen zunächst der Trägerstruktur 14 zugeführt, von dort über die Drehdurchführungen 20 an das Rotorteil 16, von dort über eine Kupplung der Kanäle an die Kupplungselemente und von dort über mitrotierende Leitungen oder Kanäle an die Austragsvorrichtung.
In den Kupplungselementen sind wannenförmige Ausnehmungen 24 und 24' ausgebildet, die mit Dichtungen gegen die Außenumgebung abgedichtet sind. Bei eventuellen Leckagen in den Schnellkupplungen der Kanäle 16 kann dies durch entsprechende Sensoren (nicht dargestellt) detektiert werden. Dadurch kann verhindert werden, dass bei einer entsprechenden Leckage die Anordnung verschmutzt.
Im Stirnbereich (1 rechte Seite) ist ein Übertragungsring 34 zur Übertragung von elektrischen Signalen und zur Stromversorgung vorgesehen. An diesem Übertragungsring kontaktieren Schleifer (nicht dargestellt), welche die Stromversorgung mit externen Geräten und die Signalversorgung mit einer Steuerungen sicherstellen.
An den Kupplungskörpern 22 und 22' sind über Halterungen (Flansche) 26 und 26' zwei Mischköpfe 28 und 28' herkömmlicher Art befestigt. In den Figuren ist dabei zu erkennen, dass die Anschlüsse der Mischköpfe 28 und 28' noch nicht über entsprechende Leitungen mit den Kanälen 19 verbunden sind. Dies ist beim Betreib aber natürlich der Fall. In Produktionsrichtung des Rohrkörpers gesehen, ist nachfolgend den Mischköpfen 28 und 28' nur sehr schematisch eine Koextrusionsvorrichtung 32' dargestellt, wobei aus einem Koextrusionsrohrkopf ein Schmelzeschlauch austritt, der nach dem Aufschäumen des Polyurethanmaterials das Außenrohr bildet. Die diesbezüglich erforderlichen Nachfolgewerkzeuge wie Kalibrierstation, Abkühlstation, Abzug, Ablängeinrichtung etc. sind vorliegend ebenfalls nicht dargestellt.
In 1 ist zu erkennen, dass der untere Mischkopf 28 über einen Sprühstrahl ein Polyurethanmaterial auf die Oberfläche des Rohrkörpers 12 aufbringt. Der obere Mischkopf 28 ist inaktiv und kann ausgetauscht werden oder ist bereits ausgetauscht worden.
Da sich der Mischkopf 28 zusammen mit dem Rotorelement und dem Kupplungselement um den Rohrkörper 12 in Umfangsrichtung dreht und sich der Rohrkörper axial bewegt, wird dabei insgesamt eine spiral- oder wendelförmige Bahn auf die Außenoberfläche des Rohrkörpers aufgetragen. Je nach Rotationsgeschwindigkeit des Mischkopfes und Abzugsgeschwindigkeit des Rohrkörpers 12 kann dabei auch ein mehrschichtiger Schaumauftrag bei einem entsprechenden Überlapp erfolgen. Auch können, anstelle von zwei, vier oder mehr Mischköpfe vorgesehen sein, so dass sich auch deren Bahnen überlagern können.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird – wie oben bereits erwähnt – ein Mischkopf betrieben, während der andere Mischkopf nicht betrieben wird. Dieser Mischkopf kann während dieser betriebsfreien Zeit ausgewechselt werden, wobei sich das Rotorelement fortwährend bewegt. Beim Auswechseln bzw. Abnehmen des entsprechenden Kupplungskörpers 22' verschließen die Kanäle 19 automatisch, so dass kein Material vom Rotorelement an die Außenumgebung austreten kann. In gleicher Weise verbinden sich die Kanäle beim Aufbringen des Kupplungselements auf das Rotorelement selbständig. Mit dieser Vorgehensweise kann auch bei nicht allzu hohen Standzeiten von Mischköpfen im Bereich von mehreren Wochen oder Monaten eine kontinuierliche Produktion auch über viele Monate oder Jahre hinweg sichergestellt werden, da jeweils ein Mischkopf betrieben und ein Mischkopf ausgetauscht werden kann. Natürlich ist es möglich, anstelle von zwei Mischköpfen drei, vier oder mehr Mischköpfe anzuordnen, wobei es dann auch möglich ist, mehr als einen Mischkopf gleichzeitig zu betreiben.
Überdies ist es möglich, an entsprechenden Flanschen 26 und 26' auch weitere Bearbeitungswerkzeuge oder Sensoren anzubringen, um die Oberfläche des Rohrkörpers 12 zu bearbeiten oder um gewünschte Messgrößen zu erfassen. Als Bearbeitungswerkzeug kann beispielsweise eine Aktivierungseinrichtung (Flamm-, Plasma-, Ionenaktivierung) vorgesehen sein, um die Oberfläche eines Kunststoffrohres für die Haftvermittlung mit einem Polyurethanmaterial vorzubereiten. Auch können andere auf das Rohr aufzubringende Leitungen oder Bänder in solcher Weise spiral- oder wendelförmig auf das Rohr aufgetragen werden.
Beim Betrieb der soeben beschriebenen Vorrichtung wird ein Kunststoffrohr der Aufbringvorrichtung 10 zugeführt, welches zuvor entweder unmittelbar extrudiert oder von einer Aufbewahrungsvorrichtung entnommen wird. Dieses Kunststoffrohr 12 wird durch die Öffnung der sowohl axial wie drehmäßig feststehenden Trägerstruktur 14 geführt. Dabei rotieren – angetrieben über eine Motor-36-Getriebe-38-Anordnung – das Rotorelement 16 und damit auch die daran befestigten Mischköpfe 28 und 28'. Beim Betrieb des Mischkopfes 28 wird damit spiral- und wendelförmig das Kunststoffmaterial – beispielsweise das Polyurethanmaterial – auf die Oberfläche des Rohrkörpers aufgetragen.
Nachfolgend wird dann ein Außenrohr aufextruiert. Bei der Herstellung eines Rohres mit einem Innen- und einem Außenrohr sowie einem Schaumkern sitzt dann die vorgenannt beschriebene Anordnung zwischen dem Austritt des Innenrohrs und der Düse für die Extrusion des Außenrohrs.

10: Auftragsvorrichtung
12: Rohr
14: Trägerstruktur
16: Rotorteil
18: Lager
19: Kanal
20: Drehdurchführung
21: Dichtung
22, 22': Kupplungskörper
24, 24': Kupplung inkl. Medienführung
26, 26': Flansch
28, 28': Mischkopf
30: Sprühstrahl
32: Extruderdüse für Außenrohr
34: Elektrischer Übertragungsring
36: Motor
38: Getriebe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- CH 622738 [0004]
- DE 3490043 T1 [0004]
- DE 2851567 C3 [0005]
- DE 4325653 C2 [0005]
- DE 60318956 T2 [0005]

Claims

Vorrichtung zum Auftragen eines Kunststoffmaterials auf die Oberfläche eines Rohrkörpers (12) umfassend – ein Gehäuseelement (14) mit einer zentralen Öffnung, durch die der Rohrkörper (12) hindurchführbar ist, – ein auf dem Gehäuseelement (14) drehbar und axial fest angeordnetes Rotorelement (16), welches über einen Antrieb (36) drehangetrieben ist, – und zumindest einer auf dem Rotorelement (16) angeordneten Austragsvorrichtung (28, 28'), die mit dem Rotorelement umfangsmäßig um den durch das Gehäuseelement (14) hindurchlaufenden Rohrkörper (12) rotierbar ist, um bei dessen Betrieb ein Kunststoffmaterial im wesentlichen spiralförmig auf die Oberfläche des Rohrkörpers (12) aufzutragen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuseelement (14) und dem Rotorelement (16) Drehdurchführungen (20) zur Durchleitung verschiedener Medien von dem Gehäuseelement (14) zu dem Rotorelement (16) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Austragsvorrichtung (28, 28') über ein Kupplungselement (22, 22') lösbar mit dem Rotorelement (16) verbunden ist.
Vorrichtungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungselemente (22, 22') so ausgebildet sind, dass entsprechende Kanäle (19) in dem Rotorelement (16) und den Kupplungselementen (22, 22') für jeweilige Medien miteinander verbindbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend den Austragsvorrichtung (28, 28') eine Koextrusionsvorrichtung (32) zur Extrusion eines Außenrohres vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Austragsvorrichtungen Mischköpfe (28, 28') vorgesehen sind, die zum Empfangen, Vermischen und Ausbringen von zumindest zwei Ausgangsmaterialien auf den Rohrkörper (12) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Mischköpfe (28, 28') vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Antrieb ein Elektromotor (36) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (36) unter Zwischenschaltung eines Getriebes (38) auf das Rotorelement (16) einwirkt und dieses antreibt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übertragungsring (34) zur Übertragung von elektrischen Signalen oder einer Versorgungsspannung vorgesehen und mittelbar oder unmittelbar mit dem Rotorelement (16) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor vorgesehen ist, um eine Leckage zu detektieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben der oder den Austragsvorrichtungen noch weitere Bearbeitungs- oder Sensoreinrichtungen an dem Rotorkörper befestigt sind.