DE2051006A1 - Vorrichtung zum Strangpressen von rohrförmigen Leichtprofilen aus Polyvinylchlorid - Google Patents

Vorrichtung zum Strangpressen von rohrförmigen Leichtprofilen aus Polyvinylchlorid

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DE2051006A1 DE19702051006 DE2051006A DE2051006A1 DE 2051006 A1 DE2051006 A1 DE 2051006A1 DE 19702051006 DE19702051006 DE 19702051006 DE 2051006 A DE2051006 A DE 2051006A DE 2051006 A1 DE2051006 A1 DE 2051006A1
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Description

Vorrichtung zum Strangpressen von rohrförmigen Leichtprofil·en aus Polyvinylchlorid.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Strangpressen von rohrförmigen Leichtprofilen mit zellenförmiger Struktur aus Polyvinylchlorid, mit einer Warmmatrize von ringförmigem Querschnitt und einer Kaltmatrize.
Zum Herstellen von rohrförmigen Leichtprofilen ist es bekannt, dem zu verarbeitenden Kunststoff Treib- oder Expansionsmittel beizugeben und den Strangpressvorgang entweder ohne Kalibrierung, mit einfacher Kalibrierung oder mit doppelter Kalibrierung durchzuführen; bei bestimmten Verfahren wird es angestrebt, daß sich die Zellen an der Oberfläche des Werkstoffs öffnen. Bekannte Strangpressvorrichtungen stellen darin nicht zufrieden, daß man meist Erzeugnisse von veränderlicher Dichte erhält. Wenn man ohne Kalibrierung arbeitet, beherrscht man außerdem die Form der Erzeugnisse nicht. Wenn man mit doppelter Kalibrierung arbeitet, erhält man Erzeugnisse, bei denen der Gradient der Verteilung der Zellen sich in sehr weiten Grenzen ändert, und es treten Unterbrechungen auf.
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_ 2 —
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Strangpressen vor rohrförmigen Leichtprofilen zu schaffen, bei der diese Nachteile vermieden sind und man aus Polyvinylchlorid rohrförrnige Leichtprofile von großer Widerstandsfähigkeit gegen Druck- und/oder Biegebeanspruchungen erhält.
Diese Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Warmmatrize längs des kegelstumpfförmigen Abschnitts hinbor dem Stempelhalter eine Durchraesserverminderung um mindestens 30 %t und zwischen diesem Abschnitt und der Austrittslippe eine allmähliche Verminderung des freien Durchtrittsquerschnitts um 2 bis 15 % aufweist, und daß die Kaltmatrize nicht an die Warmmatrize angebaut ist und einen Kalibrierdurchmesser aufweist, der um 20 bis 40 γό größer als der Austrittsdurchmesser der Warmmatrize ist.
Wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen ist, daß das Rohr gegen die Innenwand der Kaltmatrize gedruckt v/ird, ist es zweckmäßig, wenn die K^ltmatrize gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal einen Kalibrierdurchmesser aufweist, der um 20 bis 30 % größer als der Austrittsdurchmesser der Warmmatrize ist und die Gleichung
D = 0(2£ + χ
L * 100 zumindest annähernd erfüllt, wobei
£ zwischen o,5 und 2 derart gewählt ist, daß sich positive Toleranzen ergeben, K zwischen 0,85 und 1,15 in Abhängigkeit vom Wärmedehungskoeffizienten des Werkstoffs gewählt ist,
L die Länge der Kaltmatrize, e die Dicke des fertigen Erzeugnisses und D der Nenndurchmesser am Austritt, jeweils in mm sind.
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Wem die Kaltmatrize den Eintrittsring eines Unterdruck-Kühlflüssigkpitsbehälters bildet, ist es vorteilhaft, wenn der Kali.bri erdurchmesser des Sintrittsrings um 0,2 bis 0,5 mm größer als der Durchmesser des fertige" Profils i^t.
Sine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die warme Matrize längs des kegelstumpfförmigen Abschnitts hinter dem Stempelhalter eine DuT'chresserverminderung um mindestens 40 c-i und eine Verminderung des freien Durchtrittsquerschnitts um 2 bis 10 c/i und zwischen diesem Abschnitt und der Austrittslippe der i'/armmatrize einen um mindestens 40 ?< geringeren Abstand als eine übliche Matrize aufweist.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn die warme Matrize in ihrem kegelstumpfförmigen Abschnitt vor dem Stempelhalter um bis zu 10 %, und in ihrem kege]stumpfförmigen Abschnitt hinter dem Stenvnelhaltir um 15 bis 40 % langer ist als eine übliche Matrize.
Die Kaltmatrize kann im übrigen von bekannter Bauart sein; Erfindungsgegenstand ist nur die beschriebene Bemessung ihres Durchmessers. Es ist demgemäß möglich, eine Vorrichtung zu verwenden, die mit oder ohne Überdruck im Inneren des Rohrs arbeitet.
Um das Profil am Ausgang der Warmmatrize zu dehnen und es gegen die Kalibriermatrize zu drücken, kann im Inneren des Profils ein Überdruck erzeugt werden, der einige hunderlstel bar, beispielsweise 0,04 bar beträgt; dabei erhält man aus einem Polyvinylchlorid von gegebener Formulierung und einer Dichte von 1,4 ein Profil, dessen Dichte 0,8 beträgt.
Für die Verarbeitung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet sich beispielsweise eine Masse mit einem Treibmittel und pinem Zernetzungsbeschleunif-cr für ckv-·
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Treibmittel, die beide bekannt sind; vorzugsweiße werden Massen gemäß der französischen Patentschrift 1 551 194 verwendet, die je nach der Dichte des Kunstharzes 0,2 bis 0,3 Teil« Treibmittel auf hundert Teile Kunstharz enthalten, wobei sich di# günstigste Auswahl nach dem Verwendungszweck und den zu erwartenden Beanspruchungen des Profils richtet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematisehftn Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung ist eine Stragpressvorrichtung im axial«» Schnitt dargestellt.
Die dargestellte Vorrichtung umfaßt eine warme Matrize 1, die an ihrem Eingang den Durchmesser D1 aufweist und einen Mantel 2 sowie einen Kern oder Stempel 2' umfaßt. Zur dargestellten Vorrichtung gehört ferner eine Kalt- oder KaIibrieriBatrize 3.
Die Innenwand des Mantels 2 der Warmmatrize begrenzt einen Kanal, durch den der Kunststoff hindurchgepresst wird, und ist in vier Abschnitte 4, 5, 6 und 7 unterteilt, von denen der Abschnitt 4 kegel- oder kegelstumpfförmig ist und sich in Strömungsrichtung des Werkstoffs erweitert, der Abschnitt 5 für den auch als Kleeblatt bezeichneten Stempelhalter vorgesehen ist, und der Abschnitt <> sich in umgekehrter Richtung wie der Abschnitt 4, also in Strömungsrichtung, kegelstumpfförmig verjüngt.
Der Stempel 21 umfaßt Abschnitte 8, 9, 10 und 11, die den Abschnitten des Mantels 2 entsprechen und für den zu verarbeitenden Werkstoff einen im Querschnitt ringförmigen Kanal freilassen, so daß schließlich ©in Rohr 12 entsteht} di« Mentellinien des Abschnitts 10 schließen mit der IJta^mclise der Vorrichtung einen Winkel von etwa 9° ein.
Hinter der Wanamatrize erweitert sich das Rohr 12; der
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Durchmesser D am Eintritt 13 der Kalibriermatrize 3 ist um 20 bis 40 % größer als der Durchmesser D3 an der Austrittslippe oder -kante 14 der Warmmatrize. An der Kalibriermatrize 3 ist ein Kühlflüssigkeitskreislauf mit Leitungen 15 vorgesehen.
Im folgenden werden in Beispielsform Maßverhältnisse der verschiedenen Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von Rohren oder Schläuchen aus Schaum-FVC den bei Vorrichtungen zum Strangpressen von steifem, nicht aufgeschäumten PVC und bei Vorrichtungen zum Verarbeiten von Schaum-PVC bekannten Maßverhältnissen gegenübergestellt. Dabei werden außer den schon erwähnten Durchmessern D am Eingang 13 der Kalibriermatrize 3, D1 am Eingang der Warmmatrize 1 und D3 am Austritt 14 der Warmmatrize noch der größte Innendurchmesser D2 und der kleinste Innendurchmesser D4 des Mantels 2 betrachtet, und außerdem die Gesamtlänge L der Kaltmatrize 3, die Längen L1 und L2 der beiden kegelstumpfförmigen Abschnitte 4 und 6 beiderseits des für den Stempelhalter vorgesehenen Abschnitts 5 sowie der Abstand L3 zwischen der Stelle kleinsten Innendurchmessers D4 und dem Austritt 14 der Warmmatrize.
Im Vergleich mit einer bekannten, aus Ziehmatrize und Kalibriermatrize bestehenden Vorrichtung, bei der die Größen D, D1, D2, D3, L, L1, L2 und L3 gegeben sind, hat eine erfindungsgemäß weitergebildete Vorrichtung etwa dieselben Größen D, D1, D2, L und L1; die Länge L2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist indessen um etwa 30 % größer, der Durchmesser D3 um 20 bis 30 % kleiner und der Abstand L3 kann auf ein drittel des üblichen Betrags vermindert sein.
Die Verminderung des Durchtrittsquerschnitts längs der Strecke L3 hat die Größenordnung von einigen Prozent und läßt sich dadurch erhalten, daß der Mantel 2 im Abschnitt 7 zylindrisch ist, so daß die Durchmesser D3 und D4 gleich sind, während der Abschnitt 11 des Stempels 21 sich in Strömungs-
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ORIGfNAL INSPEGTED 109853/1076
richtung kegelstumpfförmig vergrößert; ebenso gut kann der Abschnitt 11 aber auch zylindrisch sein, wenn der Abschnitt 7 einen sich in Strömungsrichtung verjüngenden Kegelstumpf darstellt, so daß D3 kleiner als D4 ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie das Strangpressen mit einer Kalibrierung verbindet.
Als Erzeugnisse der Vorrichtung erhält man leichte Profile, beispielsweise rohrförmig« Profile aus Leicht-PVC, deren physikalische, physikothermische und elektrische Eigenschaften dadurch verbessert sind, daß sie eine große Zahl geschlossener und gleichmäßig verteilter Blasen aufweisen; außerdem sind die Profile in ihren mechanischen Eigenschaften den Erzeugnissen bekannter Vorrichtungen weit überlegen.
Aus den mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Profilen lassen sich Gegenstände herstellen, deren Eigenschaften in gleicher Weise verbessert sind wie diejenigen der Profile. Dies erweist sich bei der Weiterverarbeitung der Profile durch Blas- oder Warmverformung. Beispielsweise bleibt der Oberflächenzustand gleich und die Verteilung, Anzahl und Größe der Zellen bleibt zumindest im Dichtebereich gemäß der französischen Patentschrift 1 551 194 unverändert, wenn man die günstigste Formulierung verwendet.
In der folgenden Tabelle sind die mechanischen Eigenschaften der mit verschiedenen Vorrichtungen hergestellten Profile miteinander verglichen.
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Art des PVC Dichte Elastizitäts
modul
ρ
kg/cm		 Zugfestig
keit
ρ
kg/cm		 Bemerkung
nicht erleich • 30.000 450
tert
mit erfindun^s- 0,8 18.000 250 gleichmäs-
gemäBer Vorrich sig verteil
tung erleichtert te feine
Blasen
mit bekannter 0,8 15.000 180 ungleich
Vorrichtung mäßig ver
erleichtert teilte unre
gelmäßige
Blasen
Die Tabelle läßt erkennen, daß die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Leichtprofile ein besseres mechanisches Verhalten aufweisen als mit bekannten Vorrichtungen hergestellte Leichtprofile aus PVC.
Die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten rohrförmigen Profile lassen sich in der Landwirtschaft für die Sanierung und Dränage verwenden, und in der Bauindustrie als Leitungsrohre für drucklose wärme Flüssigkeiten und als Lfiftungskanale. Man kann sie ferner verwenden, um Aussparungen in Beton, beispielsweise Kabeldurchführungen in Betondecken oder -boden herzustellen. Man kann sie ferner als Konstruktionsprofile für Bauteile, die Windlasten ausgesetzt sind, verwenden, beispielsweise für Sonnenblenden und als auf Biegung beanspruchte Profile beispielsweise bei Fenstern, Türen und Zwischenwänden.
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Bei der Yerwendung als erdverlegte Rohre ist der Rohrwerkstoff Belastungen ausgesetzt, die gleichförmig verteilt, auf eine oder mehrere Mantellinien oder in einem Punkt konzentriert sein und einzeln" oder gemeinsam auftreten können.
Mit den Erzeugnissen der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich, wenn die üblichen Festigkeitsnormen eingehalten werden und nach den in der Kunstofftechnik üblichen Formeln gerechnet wird, erhebliche Gewichtsersparnisse gegenüber nicht erleichtertem PVC erzielen. Wenn die Berechnung beispielsweise davon ausgeht, daß bei einem Rohrdurchmesser von 250 mm die Knickfestigkeit eines Rohrs aus nicht erleichtertem PVC von 4,4 mm Dicke ebenso groß ist wie diejenige eines Rohrs aus erleichtertem PVC von 5,2 mm Dicke, dann ergibt sich eine Gewichts er span is von 1,560 kg/m (3,200 gegenüber 4,760 kg/m).
Wenn als Bedingung festgesetzt wird, daß bei gegebener Belastung ein Rohr von 100 mm Durchmesser aus erleichtertem PVC die gleiche Verformung erleiden soll wie ein Rohr vom selben Durchmesser und 2,0 mm Dicke, dann ergibt die Rechnung für das Leichtrohr zwar eine Dicke von 2,4 mm, aber eine Gewi chtserspamis von 0,095 kg/m (0,590 gegenüber 0,685 kg/m).
Bei einem Rohr für die industrielle Lüftung ist das Problem der Unterstützung entscheidend. Hierbei wird der größte Biegepfeil berechnet, der beispielsweise 1 mm bei 700 mm Stützweite betragen darf und vom Verhältnis des Elastizitätsmoduls E zur Dichte d des Werkstoffs abhängt. Dieses Verhältnis hat bei nicht erleichtertem PVC den Betrag 30 000/1,4 = 21 500 und bei erleichtertem PVC, das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt ist, den etwa gleich großen Betrag 18 000/0,8 = 22 500. Infolgedessen beträgt die rechnerische Gewichtserspanis unter Berücksichtigung der jeweiligen Dicke und Dichte 23 %.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    Vorrichtung zum Strangpressen von rohrförmigen Leichtprofilen aus Polyvinylchlorid, mit einer Warmmatrize von ringförmigem Querschnitt und einer Katlmatrize, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmmatrize (1) längs des kegelstumpfförmigen Abschnitts (6) hinter dem Stempelhalter (5) eine Durchmesserverminderung um mindestens 30 %, und zwischen diesem Abschnitt und der Austrittslippe (14) eine allmähliche Verminderung des freien Durchtrittsquerschnitts um 2 bis 15 % aufweist, und daß die Kaltmatrize (3) nicht an die Warmmatrize angebaut ist und einen Kalibrierdurchmesser (D) aufweist, der um 20 bis 40 % größer als der Austrittsdurchmesser (D3) der Warmmatrize ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Rohr gegen die Innenwand der Kaltmatrize gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltmatrize (3) einen Kalibrierdurchmesser (D) aufweist, der um 20 bis 30 % größer als der Austrittsdurchmesser (D3) der Warmmatrize ist und die Gleichung
    D = 0,26 +
    0,004 K
    χ D
    zumindest annähernd erfüllt, wobei
    £ zwischen 0,5 und 2 derart gewählt ist, daß
    sich positive Toleranzen ergeben,
    K zwischen 0,85 und 1,15 in Abhängigkeit vom
    Wärmedehnungskoeffizienten des Werkstoffs
    gewählt ist, und
    L die Länge der Kaltmatrize
    e die Dicke des fertigen Erzeugnisses (12),
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    40-
    Dn der Nenndurchmesser am Austritt, jeweils in mm, sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Kaltmatrize den Eintrittsring eines Unterdruck- Kühlfliissigkeitsbehälters bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierdurchmesser (D) des Eintrittsrings (3) um 0,2 bis 0,5 mm größer als der Durchmesser des fertigen Profils (12) ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die warme Matrize (1) längs des kegelstumpfförmigen Abschnitts (6) hinter dem Stempelhalter (5) eine Durchmesserverminderung um mindestens 40 % und eine Verminderung des freien Durchtrittsquerschnitts um 2 bis 10 %, und zwischen diesem Abschnitt und der Austrittslippe (14) der Warmmatrize einen um mindestens 40 % geringeren Abstand (L3) als eine übliche Matrize aufweist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dfe wärme Matrize (1) in ihrem kegelstumpfförmigen Abschnitt (4) vor dem Stempelhalter (5) um bis zu 10 %, und in ihrem kegelstumpfförmigen Abschnitt (6) hinter dem Stempelhalter um 15 bis 40 % langer ist als eine gewöhnliche Matrize.
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