DE2048759A1

DE2048759A1 - Verfahren zur Herstellung von geschlos senen Hohlprofilteilen aus Kunststoff

Info

Publication number: DE2048759A1
Application number: DE19702048759
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung P Antrag
Original assignee: Braas GmbH
Current assignee: Braas GmbH
Priority date: 1970-10-03
Filing date: 1970-10-03
Publication date: 1972-04-06
Also published as: DE2048759B2; NL151296B; GB1364092A; DE2048759C3; US3792847A; NL7113042A

Description

Abschrift/goe

1. Oktober 1970

Braas & Co. GmbH, Frankfurt/Main Verfahren zur Herstellung von geschlossenen Hohlprofilteilen

aua Kunststoff.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herateilung von geschlossenen Hohlprofilteilen aus Kunststoff, insbesondere aus Hart-PVC.

Es sind verschiedene Methoden bekannt * Hohlprofilteile aua' Kunatatoff nach deai Extrusi ons vor gang auf eine Tenperatur zu erwärmen, die eine anschließende Verformung dieser Teile ermöglicht. Sin wesentlicher Parameter dieser Erwärmung ist die Zeit. Kunststoffe, inabesondere auch PVC, werden mit Stabilisatoren versehen, um die das Kunststoffendprodukt verändernden Einflüsse von Värme und Licht für eine vorgegebene Zeit zu unterbinden. Nach Ablauf der sogenannten Stabilisationazeit, die sich mit steigender Temperatur stark verkürzt, zerfällt z.B. PVC unter Abspaltung von Chlor. Je langer daher der Erwärmungsprozeß bis zur Verformungstemperatür dauert, um so weniger Stabilisationszeit bleibt für das Endprodukt übrig, wodurch die Lebensdauer dieser Produkte erheblich herabgesetzt wird.

Die meisten bekannten Erwärmungsverfahren, wie z.B. das Erwärmen der Hohlprofilteile in einem Ölbad bzw. einem Luftstrom oder

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Widerstandsheizungen, beruhen auf dar Wärmeleitfähigkeit de· Kunststoffe·, die nur sehr gering ist· Ea muß daher die Oberfläche de· Kunststoffes sehr belastet werden, üb die Verformungstemperatur in allen Bereichen des Hohlprofilteiles zu erreichen. Da die Erwärmungszeit sehr kurz bemessen sein nuß, UM Stabilisationszeit zu sparen, kann mit diese« Verfahren eine konstante gleichmäßige Temperatur über die gesamte Wandstärke der Hohlprofilteile nicht erzielt werden.

Sine kurze und gleichmäßige Erwärmung der Hohlprofilteile auf die Verformungstemperatur vor de« nachfolgenden Verformungsschritt ist aber die Voraussetzung tür eine hohe Maßgenauigkeit und lange Lebensdauer des Endprodukt···

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, das eine schnelle und gleichmäßige Erwäraung von Hohlprofi It eilen aus Sauststoff, insbesondere aus Hart-PVC, auf die Verformung*temperatur über die gesamte Wandstärke der Hohlprofi!teile ereöglicht.

Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die im Extrusionsverfahren hergestellten Hohlprofilteile zunächst in einem Kalibrator aufgeweitet, damn auf eine Dornelektrode eines Hochfrequenzgerätes aufgeschoben und bis zu einer solchen Temperatur im Hochfrequensfeld kapazitiv erwärmt werden, daß das

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Hohlprofilteil aufgrund dee aogenannten "Memoryeffektea" genau zentriech auf die Oornelektrode aufschrumpft, und daß die Hohlprofilteile danach zur Vorbereitung eines Verforaningaachrittea bis zu einer gewünschten Ver formlinge temp er a tür im Hochfrequenzfeld gleichmäßig über die Vindatärke aufgeheizt werden.

Es ist zwar bekannt. Kunststoffhohlprofilteile nach dem Extrusions ver fahr en kapazitiv zu erwärmen, doch wurde dieaea Verfahren bisher ohne Erfolg angewendet. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Hohlprofilteile nicht genau genug zwiachen der äußeren Ringelektrode und der inneren Dornelektrode einea Hochfrequenzgerätea zentriert und somit aufgrund des unterschiedlichen Abstandea zwiachen den Elektrode, insbesondere der Oornelektrode und dem Hohlprofilteil eine gleichmäßige Erwärmung des Profilteilea über die gesamte Wandstärke nicht erzielt werden konnte.

Mit dem neuen Verfahren wird durch daa Aufweiten der Hohlprofil teile nach dem Extrusionsvorgang bewußt eine unterschiedliche Vernetzung der Molekülketten in den verschiedenen Zonen längs der Wandstärke der Teile aufgrund der unterschiedlichen Fließbedingungen in diesen Zonen erzielt. Dieae unterschiedlichen Fließbedingungen sind geometrischer Art und beruhen außerdem auf der unterschiedlichen Temperatur in den einzelnen Zonen der Wand des Hohlprofilteiles. Diese unterschiedliche Vernetzung der Molekülketten ist die Vorbedingung für den sogenannten "Memoryeffekt". Kühlt man daa Hohlprofilteil ab, ao "erinnert eich"

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der Kunstetoff an seinen früheren Zustand, d.h. an den extrudierten Zustand, und versucht im Lauf· der Zeit seine ursprüngliche Form wiederzuerlangen« Diesen Schrumpfung«vorgang kann man durch Zufuhr von Wärmeenergie erheblich beschleunigen, insbesondere, wenn man das aufgeweitete Teil bis auf seine Aufweitungstemperatur erhitzt. Dieser sonst sehr störende Memoryeffekt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur genauen Zentrierung, d.h. formschlüssigen Aufschrumpfung des Hohlprofilteiles auf die Dornelektrode des Hochfrequenzgerätes ausgenutzt. Erst diese exakte Zentrierung ermöglicht eine vollständige homogene kapazitive Erwärmung des Hohlprofilteiles im Hochfrequenzfeld auf eine bestimmte Verformungstemperatur über die gesamte Wandstärke des Hohlprofilteiles.

Durch die sehr schnelle kapazitive Erwärmung, die gleichmäßig und gleichzeitig an allen Stellen des Kunststoffrohres vor sich geht, und die keiner Wärmeleitung im Kunststoff bedarf, wird nur wenig Stabilisationszeit verbraucht, was die Lebensdauer des Endproduktes stark erhöht. Solche gleichmäßig über die gesamte Wandstärke mit einer Verformungstemperatür beaufschlagten Hohlprofilteile, in denen innere Spannungen, die beim Extrusions- bzw. Aufweitungsvorgang in das Material eingeführt worden sind, ausgeglichen sind, werden in einem nachfolgenden Bearbeitungsvorgang verformt. Da hierbei fast kein Memoryeffekt

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mehr auftritt« können ein· «ehr hohe Maßgenauigkeit und Maßbe-•tändigkeit bei den erfindungsgemäßen behandelten Endprodukten erzielt warden.

Ea ist sehr vorteilhaft, wenn nan den Kunststoff vor den Extrudieren zur Stabilisation ait elektrisch leitenden Zusätzen, z»B. Schwernetall, versieht· Dann kann die kapazitive Heizmethode im Hochfrequenzfeld nit besonders guten Erfolg angewendet werden. Als Zusatz kann nan beispielsweise Blei (2-basisch als Stearat - zugleich Gleitnittel - oder 3-basisch als Sulfat) und Kalziums tear at nehmen. Die Zusätze können auch Zinn, Mangan', Barium und Cadmium sein. Mitunter sind auch anorganische Pignente, z.B. Eisenoxyd, verwendbar.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Vorbereitung des Memoryeffektes in Kunststoffhohlprofilteil, insbesondere in einen runden Rohr, folgende Elenente aufweist!

a) ein etwa hohlzylinderförniges, mit Ausnehmungen versehenes Düsenaustrittsteil,

b) eine in den Ausnehmungen angeordnete Zentrierdüse, die einen Dorn umgreift,

c) einen Ringraum »wischen Zentrierdüse und Dorn für die Bildung des Kunststoffrohres,

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d) ·1η·η sich in Extrueionsrichtung an die Zentrierdüse anschließenden, kühlbaren, etwa hohlzylinderförmigen Kalibrator, und

·) «in· Vorrichtung zu» Herausziehen des erkalteten Rohres aus den !Calibrator.

Man wird zweckmäßigerweiae in de« Rohr im Bereich des Kalibrators ein Luftkissen erzeugen, das auf der dem Extruder zugewandten Seite durch den Dorn und auf der gegenüberliegenden Seite durch eine Gummimembrane begrenzt ist· Die Preßluft wird über den Dorn in den Raum geführt, sie drückt das noch im plastischen Zustand befindliche KunststoffMaterial nach außen an die Innenwände des Kalibrators und vergrößert somit den Radius des entstehenden Kunststoffrohres. Die Vorrichtung weist in vorteilhafter Velse wenige, wartungsfreie und gut auswechselbare Teile auf. Die Zentrierdüse kann so ausgebildet sein, daß sie nicht zur exzentrisch oder zentrisch zum Dorn eingestellt, sondern auch im Durchmesser verändert werden kann· Das ergibt eine besondere zweckmäßige Herstellung dünnwandiger und dlckerwandiger Kunststoffrohre·

line weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Einrichtung zur kapazitiven Erwärmung der Hohlprofilteile, insbesondere eines runden Rihres, ein elektrisch isolierendes, selbstschalterendea, etwa hohlzylinderförmlges

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Kunststoffteil, vorzugsweise aus Teflon, aufweist,das eine heiße, d.h. nicht an Masse liegende Dornelektrode des Hochfrequenzgerätes umschließt und im Abstand über seinen Umfang von einer zweiten kalten, d.h. an Masse liegenden Ringelektrode des Hochfrequenzgerätes umgeben ist. Die Vorrichtung ist sehr einfach ausgebildet und leicht zu warten, da die Elektroden und auch das Kunststoffteil von außen bequem zugänglich sind. Das hohlzylinderförmige Kunststoffteil hat eine große Wärme- und Verformungsbeständigkeit.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht der Extrusionsvorrichtung zur Vorbereitung des Memoryeffektes, und

Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung zum kapazitiven Erwärmen eines Rohrendes im Hochfrequenzfeld.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zeigt in der linken Hälfte andeutungsweise ein Spritzwerkzeug. Der etwa hohlzylinderförmige Düsenaustrittsteil 1 weist eine rundumlaufende Ausnehmung 2 auf, in der eine Zentrierdüse 3 angeordnet ist, die einen Dorn 4

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ungreift. Die Zentrierdüse 3 wird durch einen Stirnring 5, der ■it deai Düaenaustrittsteil 1 bei 6 verschraubt ist, in der Aue_ nehsrang 2 gehalten· Mittels Schrauben 7 kann die Zentrierdüse den RingrauBi 8 - für die Bildung des Kunst st off rohr es 9 - best ionen. Die Zentrierdüse 3 kann zur Herstellung von Kunststoffrohren nit gleichen oder unterschiedlichen Wandstärken relativ sue Dorn k verstellt und auf kleineren Durchmesser gebracht werden.

Anschließend an die Zentrierdüse 3 in Extrusionsrichtung befindet sieh der hohlzylinderförnige Kalibrator 10. ¹Br 1st kühlbar durch Vasβerzu- und -abfluß über die Leitungen 11 und 12· Abi rechten Ende der Fig. 1 ist zu sehen, wie das schon erkaltete Kunststoffrohr 9 "it der Vorrichtung 13 aus desi Extruder herausgezogen wird· Der Raun Ik lsi Rohr 9 i" Bereich des Kalibrator β 10 steht unter erhöht·« Luftdruck. Die Preßluft wird aus de« Dorn 4 durch die Leitung 15 in den Raun 14 geführt. Bine Befestigungsvorrichtung 16 hält eine GuewisieBibran 17 zur Aufrecht· erhaltung des Druckluftkissens· Eine nicht dargestellte Heizvorrichtung erwäret den Düsenauetrittsteil 1 und die Zentrierdüse 3· Im Beidch links voa Dorn % strömt erwärmter Kunststoff nach rechte in den Ringrausi 8 und es bildet sich das Kunststoffrohr aus, das sich in Bereich der Zentrierdüse 3 noch in plastischen, in Bereich des !Calibrators, an dessen Innenkonturen das Kunststoffrohr durch die Preßluft angedrückt wird, bereite in erkal-

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teten und außerhalb dea Kalibrator« IO la kalten harten Zuatand befindet· Man erkennt» daß der Innendurchmesser des Kalibratorβ IO größer ist als der Innendurchaesser der Zentrierdüse 3· Das plastische Kunststoffrohr wird also bei« Verlassen der Zentrierdüse aufgeweitet·

Das endlose Kunststoffrohr, das vorzugsweise aus Hart-PVC besteht, wird anschließend beispielsweise in Rohrstücke zersägt· ■in Ende des Rohrstückes wird zwischen die beiden Elektroden eines Hochfrequenzgerätes geaäß Fig· 2 zum kapazitiven BrwärMen gesteckt. Diese Vorrichtung zeigt eine Halterung 19, an der eine äußere hohlzylinderföraige kalte, d.h. an Masse liegende Ringelektrode 20 und ia Kern, innerhalb des Teflonteiles l8, eine zylindertormige heiße, d.h. nicht an Masse liegende Dornelektrode 21 angeordnet sind. Das zunächst nicht zentrisch auf dea Teflonteil angeordnete Ende des PVC-Rohres 9 wird bis zu einer Teaperatur von beispielsweise ungefähr 90°C durch Einschaltung des Hochfrequenzgenerators auf beispielsweise ein Drittel seiner Höchstleistung kapazitiv erwärat. Die absolute bzw. relative Leistungsaussteuerung des Hochfrequenzgenerators in allen Erwäraungsatufen hängt wesentlich von der Wandstärke des PVC-Rohres ab. Bei einer Teaperatur von beispielsweise 90⁰C wird das Rohrende aufgrund des beschleunigten Meaoryeffektes mvt£ das Teflonteil l8 aufschruapfen und soalt exakt zwischen der Ring- und Dornelektrode angeordnet sein. Wenn dieser Zustand

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erreicht ist, wird dtr Hochfrequenzgenerator z.B. kurssaltig auf Höchstleistung Ton z.B. IO kV geregelt, um bei ca. 110⁰C des Röhrend·· wieder heruntergeregelt zu werden. Dl· endgültige gleichmäßig über die VandetMrk· de· Rohr·· verteilt· Temperatur, die M*i*t unterhalb der Plaatiflkationateaqieratur liegt, wird ■it einer Teilleistung des Hochfrequensgeneratora vom b«l«piel·- weise 30 % der Httohetleistung ersielt. Der Hochfrequenxgener·- tor wird autosmtlsch in Abhängigkeit von der Zeit und damit ▼on dar Temperatur des PVC-Rohres gesteuert· Bei dieser AufhelsungsMethod· wird beispielsweise eine Sndteaiperatur /wan ungefähr l8o°C erreicht.

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Claims

-rf- Patentanspruch·

1. Verfahren zur Herstellung von geschlossenen Hohlprofilteilen aus Kunststoff, insbesondere aus Hart-PVC, dadurch gekennzei chnet, daß die im Extrusionsverfahren hergestellten Hohlprofilteile (9) zunächst in eine·) KaIibrator (10) aufgeweitet, dann auf eine Domelektrode (21) eines Hochfrequenzgerätes aufgeschoben und bis xu einer solchen Temperatur in Hochfrequenzfeld kapazitiv erwärmt werden, daß das Hohlprofilteil aufgrund des "Memoryeffekt··¹¹ genau zentrisch auf die Dornelektrode aufschrumpft, und daß die Hohlprofilteile danach zur Vorbereitung eines Verformungsschrittes bis zu einer gewünschten Verformung·temperatur im Hochfrequenzfeld kapazitiv aufgeheizt werden·

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff vor dem Extrudieren zur Stabilisation mit elektrisch leitenden Zusätzen, z.B. Schwermetall, versehen wird·

3· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Vorbereitung des Memoryeffekt·· im Kunststoffhohlprofilteil, inabesondere in einem runden Rohr, folgende Elemente aufweist:

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a) ein etwa hohlzylinderförmigee mit Ausnehmungen versehenes Düsenaustrittsteil (l),

b) eine in den Ausnehmungen (2) angeordnete Zentrierdüse (3) ι die einen Dorn (4) umgreift,

c) einen Ringraum (8) zwischen Zentrierdüse und Dorn für die Bildung eines Kunststoffrohres (9)ι

d) einen sich in Extrusionsrichtung an die Zentrierdüse (3) anschließenden, kühlbaren, etwa hohlzylinderförmigen !Calibrator (ΙΟ), und

e) eine Vorrichtung (13) zum Herausziehen des erkalteten Rohres (9) aus dem Kalibrator.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur kapazitiven Erwärmung eines Kunststoffhohlprofilteiles, insbesondere des Endes eines Kunststoffrohres ein

a) elektrisch isolierendes, selbstschmierendes, etwa hohlzylinderf örmigee , hitzebeständiges Kunststoffteil (l8), vorzugsweise aus Teflon, aufweist, das eine

b) heiße, d.h. nicht an Masse liegende Dornelektrode (21) umschließt und im Abstand über seinen Umfang

c) von einer zweiten kalten, d.h. an Masse liegenden Ringelektrode (20) umgeben ist.

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