DE2449168A1

DE2449168A1 - Verfahren zum kontinuierlichen herstellen von rohren aus vernetztem thermoplastischem material

Info

Publication number: DE2449168A1
Application number: DE19742449168
Authority: DE
Inventors: John Erik Walter Haeregard
Original assignee: N Lundbergs Fabriks AB
Current assignee: N Lundbergs Fabriks AB
Priority date: 1973-10-18
Filing date: 1974-10-16
Publication date: 1975-04-24
Also published as: SE7314154L; FR2248139A1; GB1461648A; SE380762B; FR2248139B1; DK545774A; NO743757L; FI302174A

Description

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. WERNER FREISCHEM

DiPL-iNG. ILSE FREISCHEM

5000 KÖLN 1 HEUMARKT 14 TELEFON: (02 21) 23 58 68

ff. LUNDBERGS FiVBRTKS AB« FRISTAD (Schweden)

VERFAHREN ZUM KONTINUIERLICHEN HERSTELLEN VON ROHREN AUS VERNETZTEN.THERMOPLASTISCHEM MATERIAL

Der Gebrauch, von Rohren aus thermoplastischem Material für Kaltwasser und Entwässerungsanlagen wurde in den letzten Jahren immer häufiger, da diese Rohre sowohl aus Anlagewie Betriebsgründen bedeutende Vorteile bieten. Auf Grund ihres niedrigen Gewichts ist ihre Handhabung einfach und sie können auch leicht gekürzt, gebogen und angeschlossen werden, was wiederum bedeutet, dass sie kostensparend sind. Die Rohre aus thermoplastischem Material weisen ausserdem einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten auf, was geringe Neigung zu Ablagerungen in den Rohren bedeutet und sind darüber hinaus sehr schlagfest und abriebfest. Bei den üblichsten und am meisten kos ten sparenden thermoplastischen Materialien ist aber die Verwendung der Kunststoffrohre bei erhöhter Temperatur beschränkt, weshalb solche Kunststoffrohre. nicht aus den herkömmlichen Kunststoffmaterialien zur Anwendung in Heiz- und Heisswasserleitungen hergestellt werden. Durch die Vernetzung des thermoplastischen Materials ist es aber möglich die Eigenschaften der Kunststoffrohre bei

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erhöhter Temperatur zu verbessern. Die Vernetzung kann dabei in bekannter Weise dadurch erreicht werden, dass ein thermoplastisches Material (beispielsweise Polyäthylen) welches fähig ist, ein freie's Radikal zu bilden, mit einem Vernetzungsmittel (beispielsweise einem Peroxyd) gemischt wird und während der Verformung solchen Temperatur- und Druckbedingungen ausgesetzt wird, dass die Vernetzung erreicht oder ermöglicht wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Rohren (einschliesslich nicht nur herkömmlicher Rohre mit kreisförmiger Querschnittsform sondern auch anderer Hohlkörper eines beliebigen Profils) aus vernetztem thermoplastischem Material bei dem ein thermoplastisches Material welches fähig ist, ein freies Radikal zu bilden, mit einem Vernetzungsmittel gemischt und extrudiert wird, und bezweckt, eine kontinuierliche Vernetzung zu ermöglichen je nachdem das Rohr in einem mit der Extrusion integrierten kontinuierlichen Behandlungsschritt den Extruder verlässt. Zu diesem Zweck hat das Verfahren nach der Erfindung die Kennzeichen gemäss Patentanspruch 1 erhalten.

Die Erfindung wird unten mit Hinweis auf die anliegenden Zeichnungen erläutert auf welchen die Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer an den Spritzkopf eines Rohrextruders angeschlossenen Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens gemäss der Erfindung darstellt. Die Fig. 3 is* ein Querschnitt grösseren Masstabes durch die zur Vorrichtung zugehörige Kokille; die Fig. 3 ist ein Längsschnitt grösseren Masstabes der Vorrichtung in der Fig. 1; die Fig. k ist ein schematischer Längsschnitt einer anderen Gestaltung der Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens gemäss der Erfindung und Fig. 5 ist ein Längsschnitt grösseren Masstabes der Vorrichtung in Fig. h_B

In der Fig. 1 wird ein Spritzkopf 10 eines Extruders zur Extrusion von Rohren aus thermoplastischem Material gezeigt, welche Rohre in diesem Falle einen kreisförmigen Querschnitt haben, welche aber ein beliebiges Profil aufweisen können.

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Dieser Spritzkopf ist ein sogenannter Querkopf welchem das weichgemachte thermoplastische Material mit dem darin beigemischten Vernetzungsmittel bei 1 1 zugeführt wird. Das extz^udierte Rohr mit der Bezeichnung R geht vom Querkopf unmittelbar in eine Kokille -12 welche aus zwei im Verhältnis zueinander parallel verlaufenden Ketten 13 und 1^ bestehen welche über Kettenräder I5 laufen und deren Glieder aus Kokillenhälften bestehen, welche an den nebeneinander gelegenen, geraden Teilen der Ketten entlang dicht aneinander längs einer schrägen. Strecke des Rohres zwischen dEn Kettenrädern liegen um an dieser Strecke entlang, wo die Kettenteile mittels fester Führungsschienen 16 gesteuert werden das Rohr ganz zu umschliessen und auswendig zu stützen»wobei die am Rohr entlang verlaufenden Teile sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen, wie das Rohr. Es gibt also keine relative Bewegung zwischen dem Rohr und der Kokille längs der erwähnten schrägen Strecke des Rohres. Durch den Spritzkopf 10 sind drei Leitungen 17» 18 und 19 in das Rohr eingeführt, von welchen die Leitung 17 in den oberen Teil der Strecke des soeben extrudierten Rohres mündet, welches von der Kokille 12 umschlossen wird, und die Leitung 18 mündet in den oberen Teil dieser Strecke bei 18· und trägt an ihrem Ende einen Propfen 20 welcher mit einer Dichtung 21, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen, versehen .ist. Die Leitung 19 mündet in einen zwischenliegenden Bereich der erwähnten Strecke des Rohres und an den Enden dieser Strecke ist das Innere des Rohres unten mittels der Dichtung 21 des Propfens 20 und oben mittels einer Dichtung 22 an einem vom Spritzkopf ausragenden Dorn 23 dicht verschlossen.

Durch die Leitung I7 wird ein gasförmiges Druckmittel zugeführt welches aus Wasserdampf, gegebenenfalls aus überhitztem Wasserdampf unter Druck, bestehen kann, während eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, durch die Leitung 18 zugeführt wird und durch die Leitung 19 abfliesst so dass im Rohr innerhalb der Kokille teils eine Dampfzone Zk und teils eine Flüssigkeitszone 15 aufrechterhalten werden, mit einer Scheideflache 26 zwischen den zwei Zonen. In der Dampfzone soll dabei eine solche Temperatur und eine solcher Druck

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auf die auswendig von der Kokille gestützte weiche Wand des soeben extrudierten Kunststoffrohres welches den Spritzkopf 10 verlässt aufrechterhalten werden, dass die Bedingungen für die Vernetzung vorliegen. Welches diese Bedingungen sind ist natürlich von der Frage abhängig welche Bestandteile zu dem extrudierten Kunststoffmaterial gehören. Hier wird nicht auf die Verhältnisse eingegangen welche für die spezifischen Materialien erforderlich sind,weil die chemischen Reaktionen bei verschiedenen Kombinationen von Material und die damit zusammenhängenden Temperatur- und Druckwerte im Zusammenhang bekannt sind.

Das extrudierte Kunststoffrohr verlässt somit in heissem und weichem Zustand den Spritzkopf 10 und besteht in diesem Zustand aus einem Rohr aus herkömmlichem thermoplastischem Material d.h. einem nicht-vernetzten thermoplastischen Material, aber dieses Kunststoffmaterial enthält wie erwähnt Vernetzungsmittel. Vom Spritzkopf geht das Rohr unmittelbar in die Kokille 12 welche die Rohrwand ganz umschliesst und eine feste äussere Stütze dafür bildet, und in der Kokille, deren Ketten sich zusammen mit dem Rohr in den umschliessenden Kettenteilen bewegen je nachdem das Rohr mit Extrusionsgeschwindigkeit in Richtung vom Spritzkopf dadurch weggefördert wird,dass die Ketten vom Rohr mitgebracht werden oder mittels eines besonderen Triebwerks mit derselben Geschwindigkeit wie das Rohr angetrieben werden, wird dann das thermoplastische Material in der Rohrwand dadurch den für die Vernetzung erforderlichen Bedingungen ausgesetzt, dass diese Bedingungen in der Zone 25 mittels des an diese Zone unter Druck zugeführten heissen Dampfes aufrechterhalten werden. Wenn danach das aus vernetzten! thermoplastischem Material bestehende Rohr während seiner weiteren Bewegung in die Zone 25 gelangt, wird es gekühlt damit die Rohrwand die erforderliche Steifheit erhält, so dass sie nicht zusammenfällt wenn das Rohr dann die Kokille verlässt und die äussere Stütze gegen die Rohrwand verliert. Für wirksame Kühlung des vernetzten thermoplastichen Materials sollte die Flüssigkeit durch die Zone 25 zirkuliert werden, wobei zugleich eventuell vorkommender kondensierter Dampf abgeführt

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wird indem die Scheidefläche 26 auf hauptsächlich konstanter Ebene gehalten wird. Nachdem das Rohr die Kokille verlassen hat, wird es bei 27 nachgekühlt (spritzgekühlt) um dann zu einer geeigneten Aufwickelvorrichtung weiterzugehen.

In der Gestaltung gemäss den Figuren k und 5 ist die Flüssigkeitszone innerhalb der Kokille ausgeschlossen. Es fehlt folglich in diesem Fall das Rohr 18 und der Propfen 20 ist statt dessen am Rohr 19 angeordnet welches zur Ablenkung des rückströmenden Dampfes und eventuell vorkommenden Kondensats verwendet wird. Am Propfen 20 ist stromabwärts eine Stange 28 befestigt welche einen zweiten Propfen 19 mit Dichtung 30 trägt wobei der Propfen 20 so bemessen ist, dass er ein gewisses Entweichen von Dampf an diesem Propfen vorbei in die zwischen den zwei Propfen abgegrenzte Zone 31 des Rohres erlaubt damit in dieser Zone ein gewisser Stützdruck gegen die Rohrwand aufrechterhalten wird, so dass diese nicht zerbricht nachdem sie die Kokille verlassen hat und während sie noch heiss und weich ist. Nach der Kokille wird das Rohr von einer Vakuumkammer 32 umschlossen in welcher Eichgeräte 33 sowie Spritzkühlung angeordnet sind wie dieses bei 3k vermerkt ist. Die Kammer enthält Kühlflüssigkeit 35.

Die Vernetzung wird in diesem Falle in derselben Weise wie bei der Anwendung der Vorrichtung gemässj der oben beschrie-Jbenen Gestaltung dadurch erreicht, dass die für die Vernetzung erforderlichen Bedingungen in der Zone 2k aufrechterhalten werden. Die Kühlung des Rohres erfolgt aber erst nachdem das Rohr die Kokille 12 verlassen hat, nämlich wenn das Rohr in die Vakuumkammer 32 eintritt, wobei die Form des Rohres durch den Stützdruck in der Zone 31 erhalten wird, während das Rohr von der Kokille in die Vakuumkammer übergeht. Das gekühlte Rohr verlässt die Vakuumkammer um an einer Abziehvorrichtung 36 vorbeizutreten welche das Rohr durch die Vakuumkammer und die darin befindlichen Eichgeräte zieht, wonach das Rohr an eine Aufwickelvorrichtung gelangt.

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Anderes Gas oder Dampf als Wasserdampf kann als Druckmittel zur Aufrechterhaltung der für die Vernetzung erforderlichen Bedingungen verwendet werden. Bei der Variante des Verfahrens gemäss der Erfindung welche in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, ist es auch möglich, die Erwärmung und den Druck in der Zone 2h mittels eines flüssigkeitsförmigen Druckmittels, beispielsweise Heissölszu erreichen. Dabei kann der Stützdruck in der Zone 31 mittels eines in diese Zone eingeführten dampf- oder gasförmigen Mittels aufrechterhalten werden, wobei die Zone zwischen den Propfen 20 und 29 dicht abgegrenzt ist.

Das Verfahren gemäss der Erfindung kann selbstverständlich unter Anwendung anderer Vorrichtungen als der hier zum Zweck der Erläuterung der Erfindung gezeigten und beschriebenen ausgeübt werden. Man kann natürlich die Kokille mehr oder weniger senkrecht anordnen und es ist auch möglich,, eine und dieselbe Kokille den Hohlraum zur Umschliessung von mehr als einem Rohr bilden zulassen, so dass die Kokille zwei oder mehr parallel extrudierte Rohre bedient.

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Claims

¹ Il

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum'kontinuierlichen Herstellen von Rohren vernetzten! thermoplastischem Material bei welchem ein thermoplastisches Material welches fähig ist, ein freies Radikal zu bilden, mit einem Vernetzungsmittel gemischt und extrudiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das extrudierte Rohr (r), nachdem·es den Spritzkopf (1O) des Extruders verlassen hat, an einer Strecke seiner Bewegungsbahn entlang an seiner äusseren Mantelfläche mittels einer umschliessenden auswendigen Kokille (12) gestützt wird und dass das Innere des Rohres in einer abgegrenzten Zone (24) innerhalb dieser Strecke mittels eines in das Rohr eingeführten Druckmittels unter solchen Bedingungen im Hinblick auf Druck und Temperatur gehalten wird, dass die Vernetzung in dem verformten extrudierten thermoplastischen Material während des kontinuierlichen Durchströmens des Rohres durch die Zone erreicht wird.

2. Das Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmittel in Gas- oder Dampfphase ist.

3. Das Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zone (24) für das Druckmittel an einen Teil der erwähnten Strecke begrenzt ist, welche in der Nähe des Spritzkopfes (1Ö) gelegen ist, während die Kühlflüssigkeit eine, in der Bewegungsrichtung des Rohres gesehen, nachfolgende Zone (25) innerhalb der erwähnten Strecke durchströmt.

4, Verfahren gemäss irgend einem der Ansprüche 1 bis 3_f dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein die Kokille (12) bildendes endloses Organ (i3t 14), zusammen mit dem sich bewegenden Rohr bewegt wird.

5· Verfahren gemäss irgend einem der Ansprüche 1 bis 4_f dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr auswendig (bei 27 bzw, 34, 35) gekühlt wird, nachdem es die Kokille (12) verlassen hat.

6. Das Verfahren gemäss irgend einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr nachdem es die Kokille (12) verlassen hat und bevor es auswendig gekühlt wird (bei 34, 35) unter innerem Überdruck (bei 31) gehalten wird, um zu verhindern dass die heisse und noch weiche Rohrwand zusammenfällt. 509817/1072

7. Das Vex^fahren gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeich-

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net, dass der innere Überdruck des Rohres (bei 31) nachdem das Rohr die Kokille (12) verlassen hat durch Entweichen von Druckmittel aus der Zone (2'+) für das Druckmittel innerhalb der Kokille (12) aufrechterhalten wird.

8, Das Verfahren gemäss irgend einem der Ansprüche 1-7» dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei parallel extrudierte Rohre von einer gemeinsamen Kokille in je einem Hohlraum davon umschlossen werden.

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