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Verfahren zem Anformen von puffen mit radialen Umfangssicken an Kunststoffrohre
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anformen von Muffen mit radialen Umfangssicken
an Kunststoffrohre durch Verformung eines erwärmten Rohrbereiches, wobei der erwärmte
Rohrbereich in axialer Richtung zusammengeschoben und während oder nach diesem Verschiebevorgang
durch Einwirkung einer Verformungskraft von innen an Umfangsflächen der Außenform
angelegt wird, sowie eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 1 604 497 ist ein Verfahren
zum Anformen von Sicken an Rohren aus thermoplastischem Kunststoff bekannt, bei
dem die Anformung durch axiales Verschieben eines Kernteils und Aufblasen mittels
Pressluft erfolgt. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird zunächst bei geöffneter
Außenform das erwärmte Rohrende über den Kern bis zu einem Anschlag eingeschoben.
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Der bewegliche und der unbewegliche Kernteil besitzen radiale Umfangsdichtungen,
welche das Entweichen von Luft beim späteren Blasvorgang verhindern sollen. Nach
dem Anschlag des erwärmten Rohrendes und damit dem Verbringen in die weitere Verarbeitungsposition
wird die geteilte Außenform geschlossen wobei das Rohr durch eine einstellbare Halterung
am Muffengrund in axialer Richtung fixiert wird. Gleichzeitig tragen die Umfangsdichtungen
der Kernteile zu dieser axialen Fixierung bei.
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Das mit dem geschilderten Aufbau durchführbare Verfahren ist insofern
nachteilig, als durch die axialen Fixierungsmittel
Schwachstelien
innerhalb des beim späteren Einsatz besonders anfälligen Muffenteils hervorgerufen
werden. Um nämlich durch die radialen Umfangsdichtungen schon eine geringe axiale
Fixierung zu ermöglichen ist es erforderlich, daß diese radialen Umfangsdichtungen
über die Umfangsflächen der Kernteile, in denen sie angeordnet sind, geringfügig
überstehen. Das Überschieben des auf Verarbeitungstemperatur gebrachten Rohrendes
über die überstehenden Umfangsdichtungen bereitet keine Schwierigkeiten, da das
thermoplastische Material des Rohrendes diesen Unebenheiten folgt. Wird jedoch jetzt
die Außenform geschlossen, dann wird der Schließdruck der Form zwangsläufig auf
die überstehenden Teile der radialen Umfangsdichtungen übertragen, die sich, da
ihr Material fester ist als das des auf Verarbeitungstemperatur gebrachten Rohrendes,
ebenso zwangsläufig an den betreffenden Stellen in das Rohrwandmaterial eingraben.
An diesen beiden Stellen vor und nach der Sicke müssen demnach umlaufende Rohrwandquerschnitt-Verschwächungen
auftreten, die im Einsatz als Sollbruchstellen dienen können. Dies gilt insbesondere
für die Rohrwandquerschnitt-Verschwächung, die zum Muffengrund hin gerichtet entsteht.
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Als weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist die Tatsache
zu bewerten, daß zur Erzielung eines dichten Abschlusses der Formhohlraum bei geschlossenen
Außenbacken wenigsten der Durchschnittswandstärke des eingeschobenen Rohrteiles
entsprechen muß. Die zu einem sauberen Arbeiten in dieser Hinsicht erforderliche
Maßgenauigkeit des eingeschobenen Rohrendes läßt sich jedoch niemals erreichen.
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Die bei der Verarbeitung bzw. Herstellung des Rohres aufgetretenen
Maßtoleranzen treten auch bei der geschilderten Sickenanformung auf. Sie haben zur
Folge, daß beim Schließen der passgenauen Formbacken teilweise größere und teilweise
geringere Querschnitte der Rohrwand vorliegen.
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Die Anpresskräfte der sich schließenden Außenformteile werden daher
in bestimmten Bereichen bereits dann auf die Wandung des eingeschobenen Rohrendes
zu wirken beginnen, wenn die Außenformteile noch nicht ganz geschlossen sind.
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In die Zwischenräume zwischen den sich schließenden Außenformteilen
wird das überschüssige Rohrwandmaterial eingequetscht. Eine solche Rohrmuffe mit
Umfangssicke ist dann nicht bestimmungsgemäß verwendbar.
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Will man zur Vermeidung der geschilderten Nachteile die Toleranzen
zwischen den radialen Umfangsdichtungen und beispielsweise der Außenform vergrößern,
so ist eine hinreichende Abdichtung nicht mehr erzielbar.
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In diesem Fall wird die zum Ausblasen der Sicke erforderliche Luft
entweichen, so daß ein formgenaues Ausformen dieses wesentlichen Muffenteils nicht
mehr gewährleistet ist.
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Aus der Deutschen Patenschrift 1 117 861 ist ferner ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Anformen einer Muffe am Ende eines thermoplastischen Kunststoffrohres
bekannt, bei dem bereits mit dem Beginn der Verschiebung eines beweglichen Dornteiles
ein Auspressvorgang mittels Pressluft erfolgt. Abgesehen davon, daß das zu verformende
Rohrende in diesem Fall durch den bereits beim Beginn der Verformung einsetzenden
Kontakt mit der Pressluft unverhältnismäßig schnell abgekühlt wird, erfolgt die
Abdichtung des Blasraumes bei diesem Verfahren durch den auf dem konischen Verschiebedorn
gleitenden Endbereich des Rohres.
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Bereits wenn dieser Endbereich erstmalig auf den Konus des Verschiebedorns
auftritt beginnt die Zuleitung der Pressluft und damit das teilweise Abheben des
Rohrendes von dem Konus. Aufgrund der gegebenen Toleranzverhältnisse kann in diesem
Fall ein Ausströmen der Pressluft aus dem Blasraum mit Sicherheit nicht verhindert
werden,
so daß sich dieses Verfahren schon aus diesem Grunde als
unwirtschaftlich darstellen muß. Abgesehen davon führt die frühe Kontaktnahme zwischen
der kalten Pressluft und dem erwärmten Rohrende zu einer vorzeitigen Abkühlung der
von der Pressluft kontaktierten Oberflächen des Rohrendes, wodurch sich zumindest
in diesen Rohrwandbereichen Spannungen aufbauen, die einer späteren Verwendung einer
auf diese Weise erzeugten Rohrmuffe nachteilig entgegenstehen.
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Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gestellt hat,
ein Verfahren zur Erzeugung von Muffen mit radialen Umfangssicken an Kunststoffrohre
anzugeben, bei welchem weder eine nachteilige Beeinflussung des Rohrwandquerschnittes
an wesentlichen Stellen noch ein Spannungsaufbau innerhalb des Rohrwandquerschnittes
durch vorzeitiges Abkühlen entsteht. Erfindungsgemäß wird dazu vorgeschlagen, daß
nach dem Überschieben des erwärmten Rohrendes über den Führungsdorn vor Beginn des
axialen Verschiebevorganges mit dem Schließen der Außenform gekoppelt eine erste,
radial wirkende, variabel Anpresskraft am nicht erwärmten Rohrende angreift, welche
das Rohr für den axialen Verschiebevorgang auf dem Führungsdorn festlegt, und daß
der axiale Verschiebevorgang rohrwandverstärkend in zwei nacheinander ablaufende,
in den Formhohlraum gerichtete Einzelverschiebungen unterteilt ist, deren erst die
axiale Verschiebebewegung in eine radiale HaXte- und Dichtkraft umsetzt, welche
zentrierend auf den inneren Umfangsbereich des erwärmten Rohrendes vor der auszuformenden
Sicke einwirkt und diesen Bereich des Rohrendes kraftschlüssig an die gegenüberliegende
Wandung der Außenform anpresst, während durch die zweite Einzelverschiebung nachwirkend
eine zusätzliche Verstärkung des zu verformenden Rohrwandquerschnitts über den verbleibenden
Muffen-Sickenbereich hervorgerufen wird.
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Es hat sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, daß die zweite Einzelverschiebung
in ihrem Wirkungsbereich variabel einstellbar ist.
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Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
besteht in erster Linie aus einem temperierbaren Führungsdorn mit Endanschlag und
Dichtungsmitteln, welche im Zusammenwirken mit einer teilbaren, kühlbaren Außenform
einen Formhohlraum bildet und vorzugsweise wenigstens eine Axialbohrung aufweist,
von der Radialbohrungen in den Formhohlraum einmünden. Es können jedoch genau so
wirksam Vakuumbohrungen in der Außenform angeordnet sein. Der Führungsdorn kann
- wie der geschilderte Stand der Technik zeigt - axial verschieblich ausgebildet
sein, wobei die Verschiebung in beide Richtungen erfolgen kann. Dem gegenüber ist
die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch ausgezeichnet, daß an den
beiden Formbacken der Außenform gegenüberliegend im Bereich eines aufgerauhten Halteabschnittes
des aus der Außenform herausragenden vorderen Kernteils gegen Federdruck verschiebliche
Anpressrollen angeordnet sind, welche mit dem Schließen der Außenform ihre Presskräfte
auf den vom vorderen Kernteil abgestützten Rohrbereich ausüben, und daß der Führungsdorn
zwei nacheinander gegen Presskräft verschiebliche Kernteile aufweist, von denen
das hintere, dem Endanschlag zugewandte Kernteil gegen den elastischen Widerstand
einer auf dem Führungsteil des Endanschlags angeordneten Dichtung mit konstantem
Weg verschieblich ist, und von denen das vordere Kernteil im Weg der Verschiebung
gegenüber dem hinteren Kernteil variabel gestaltbar ist.
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Es hat sich hierbei als vorteilhaft herausgestellt, daß das vordere
Kernteil zum hinteren Kernteil gegen den Druck einer auf dem durchgehenden Spannbolzen
angeordneten Druckfeder
verschieblich ist. Ferner erscheint es zweckmäßig,
daß die Druckkraft der Druckfeder und damit gleichzeitig der Verschiebeweg des vorderen
Kernteils gegen das hintere Kernteil durch am vorderen Ende des Spannbolzens angeordnete
Befestigungsmittel regulierbar ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung
schematisch wiedergegeben; es zeigen: Fig. 1 eine Vorderansicht der Vorrichtung
mit geöffneter Außenform und Anpressrolle im Teilschnitt Fig. 2 eine Schnittdarstellung
der Vorrichtung mit geschlossener Außenform.
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In Fig. 1 sind die Teile 11, 12 der Außenform 1 in geöffnetem Zustand
dargestellt. Die beiden Formteile 11, 12 sind auf den zugeordneten Führungen 111,
112, 121, 122 axial verschieblich gehalten.
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Zwischen den beiden geöffneten Formteilen 11, 12 ist der vordere Kernteil
21 angeordnet. Der hintere Kernteil 23 ist in dieser Ansicht nicht erkennbar. Der
vordere Kernteil 21 ist auf dem Spannbolzen 5 durch die Befestigungsmittel 51 gehalten.
Die Befestigungsmittel 51 können beispielsweise aus Mutter und Gegenmutter bestehen,
welche auf einem Gewindeteil des Spannbolzens 5 aufgeschraubt und gegeneinander
verspannt sind.
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In der gezeigten Darstellung ist ferner der Endanschlag 4 sichtbar,
an welchem das über dem Führungsdorn 2 geschobene Rohrende vor dem Schließen der
Formteile 11, 12 anstößt.
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Aus der Zeichnung ergibt sich ferner die Anordnung der Anpressrollen
13, 14, welche in Außenbereichen der Formteile 11, 12 angeordnet sind. Die Anpressrollen
13, 14 sind von einem Bügelsystem 131, 141 gehalten und gegen den Druck der Druckfeder
132 axial verschieblich. Die Anordnung der Druckfeder innerhalb des Bügelsystems
131 ist in der rechten, geschnittenen Darstellung der Anpressrolle 13 wiedergegeben.
Die Anpressrolle 14 ist mit ihrem Bügelsystem 141 synchron aufgebaut. Die Druckfeder
132 kann in ihrer Anpresskraft durch die Befestigungsmittel 133 eingestellt werden.
Die Befestigungsmittel 133 können wiederum aus Mutter und Gegenmutter bestehen,
die auf einem Gewindeteil des Bügelsystems 131 verschraubt sind.
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Die Schnittdarstellung in Fig. 2 zeigt die Anordnung des Füungsdorns
2 innerhalb der geschlossenen Formteile 11, 12. Der Führungsdorn 2 zerfällt in einen
vorderen Kernteil 21 und einen hinteren Kernteil 23. In Verlängerung des hinteren
Kernteils 23 ist der Endanschlag 4 als feststehendes Kernteil angeordnet. Zwischen
den beiden verschieblichen Kernteilen 21, 23 ist als Zwischenraum der Verschiebeweg
L2 angeordnet, während zwischen dem hinteren Kernteil 23 und der führungsdornseitigen
Stirnfläche 43 des Endanschlags 4 die Länge des Verschiebeweges mit L1 bezeichnet
ist. Die verschieblichen Kernteile 21, 23 sind auf dem Spannbolzen 5 angeordnet,
welcher durch entsprechende, in der Zeichnung nicht dargestellte Bewegungsmittel
axial verschieblich ist. Der vordere Kernteil ist dabei durch die Befestigungsmittel
51 auf dem Führungsbolzen 5 festgelegt. An dem in den Formhohlraum ragenden Ende
des vorderen Kernteils 21 ist ferner eine Dichtung 7 angeordnet, die in der dargestellten
Ausführungsform als Lippendichtung ausgestaltet ist. Das hintere Kernteil besitzt
eine durchgehende zentrale Mittelausnehmung zur Durchführung des Führungsbolzens
5.
Diese zentrale Mittelausnehmung ist in Richtung auf das vordere Kernteil zu einem
Aufnahmeraum 61 für die Druckfeder 6 erweitert. Der Aufnahmeraum 61 ist in Richtung
zur Stirnfläche 211 des vorderen Kernteils offen und ermöglicht damit der Druckfeder
6, sich auf der Strinfläche 211 des vorderen Kernteils 21 abzustützen.
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Der Endanschlag 4 ist als feststehendes Vorrichtungsteil ausgebildet,
welches eine Mittelausnehmgung zur Durchführung des Spannbolzens 5 aufweist. Durch
den Spannbolzen 5 ist von den rückwärtigen Bereichen her eine Axialbohrung 8 geführt,
welche über zugeordnete Radialbohrungen 81, 82 mit dem Formhohlraum 9 in Kontakt
steht.
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In der gezeigten Darstellung ist das hintere Kernteil 23 in der inneren
Begrenzung des Formhohlraums 9 spiegelbildlich zur Mittellinie in unterschiedlichen
Ausführungsmöglichkeiten dargestellt. Die obere Teilansicht des hinteren Kernteils
23 zeigt dessen vorderen Bereich 231 als zylindrisches Überschubteil, wobei der
Durchmesser dieses Überschubteils der lichten Weite des zu überschiebenden Rohres
entspricht. Im Bereich des Endanschlags 4 geht das zylindrische Überschubteil in
einen relativ steilen Konusteil 232 über, der an der Vorderseite der Dichtung 42
endet.
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Die untere Teilansicht des hinteren Kernteils 23 zeigt einen vom Beginn
des Kernteils 23 bis zu dessen Ende leicht ansteigenden Konusteil 232'. Dieser durchgehende
Konusteil 232' endet an der Vorderseite der Dichtung 42.
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Die Arbeitsweise des erfindungsgmäßen Verfahrens wird kurz wie folgt
beschrieben: Das auf Verarbeitungstemperatur gebrachte Rohrende wird zunächst über
den Führungsdorn 2 bis zum Endanschlag 4 geschoben. Dabei wird das Rohrende über
die Dichtung 7 im vorderen Kernteil 21 geführt, gleitet im Anschluß daran
entweder
auf dem zylindrischen Führungsteil 231 des hinteren Kernteils 23 und dann über den
Konus 232 oder wird sofort über die gesamte Konusfläche 232' geführt. Am Ende der
konischen Aufweitung 232, 232' wird das Rohrende über die offenliegende Dichtfläche
der Dichtung 42 bis zum Erreichen des Endanschlages 4 geschoben.
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Nach diesem Einschiebevorgang werden die äußeren Formbacken 11, 12
geschlossen. Dieser Schließvorgang bewirkt noch keine druckmäßige Beeinträchtigung
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Beeinflussung des Rohrwandquerschnitts an irgendeiner Stelle, da die
Konturen der Außenform erst durch die Abfolge der nachfolgenden Verfahrensschritte
in Kontakt mit der äußeren Oberfläche des eingeschobenen Rohrteils gelangen.
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Mit dem Ende des Schließvorganges der Formbacken 11, 12 greifen die
Anpressrollen 13, 14 an dem aus der Außenform 1 ragenden Rohrbereich an. Es ist
dabei wesentlich, daß der Anpressdruck der Anpressrollen auf die Rohrwand in einem
Bereich einwirkt, welcher nicht in den Verformungsbereich gebracht worden ist. Der
Anpressdruck der Anpressrollen 13, 14 legt das Rohr auf dem aufgerauhten Halteabschnitt
22 des vorderen Kernteils 21 fest und bewirkt damit, daß das Rohr beim Beginn der
axialen Verschiebung von den axial verschobenen Kernteilen 21, 23 in den Formhohlraum
9 hineingezogen wird. Dieser Weg des Rohres wird durch die Rollfunktion der Anpressrollen
ermöglicht, ohne daß dabei der Anpressdruck beeinträchtigt würde.
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Nunmehr setzen die nacheinander ablaufenden einzelnen Verschiebebewegungen
L1, L2 der Kernteile 21, 23 ein, wobei der zu verformende Rohrbereich in den Formhohlraum
hinein verschoben
wird. Die axiale Verschiebebewegung beginnt
damit, daß die auf dem Führungsbolzen festgelegten Kernteile 21, 23 zunächst um
den Verschiebeweg L1 zum Endanschlag 4 hin verschoben werden. Diese Verschiebebewegung
bewirkt, daß der an der Seitenfläche der Dichtung 42 bündig anschließende Konusteil
232, 232 t des hinteren Kernteils die Dichtung 42 derart zusammen presst, daß diese
wiederum den vor der auszuformenden Sicke befindlichen Rohrumfang fest an die zugeordneten
Umfangsflächen der Außenform anlegt.
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Diesem ersten Verschiebevorgang nachgeordnet ist der zweite Verschiebevorgang,
der den vorderen Kernteil 21 gegen die Kraft der Druckfeder 6 um den Verschiebeweg
L2 bis zur Anlage an der Stirnfläche 233 des hinteren Kernteils bringt. Wird durch
die erste Verschiebebewegung des hinteren Kernteils 23 zum Endanschlag 4 die Dichtung
42 aktiviert und gleichzeitig der Stauch- und Verstärkungsvorgang des Rohrwandmaterials
in dem zu verformenden Bereich eingeleitet, so wird dieser Stauch- und Verstärkungsvorgang
durch die zweite Verschiebebewegung des vorderen Kernteils 21 zum hinteren Kernteil
23 vollendet. Im Formhohlraum 9 ist nunmehr soviel verformbares Rohrwandmaterial
angesammelt, daß durch die jetzt einsetzende Verformungskraft des Pressdruckes,
beispielsweise durch Einleiten von Pressluft von innen her durch die axialen und
radialen Bohrungen 8, 81, 82 im Spannbolzen 5 oder durch Anlegen von Vakuum über
die Aussenform die Rohrwand mit gleichmäßiger Wandstärke an die äußeren Konturen
der Außenform 2 angelegt werden kann.
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Auf diese Weise läßt sich eine Rohrwand annähernd einheitlicher Stärke
im Sickenbereich 91 wie im Muffenbereich 92 erzielen.
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Die Entformung des verformten Rohrendes erfolgt einfach durch Öffnen
der Formbacken 11, 12 und durch Abziehen des verformten Rohrendes von den Konturen
des Führungsdorns 2.
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Die Vorteile des mit der geschilderten Vorrichtung durchführbaren
erfindungsgemäßen Verfahrens sind darin zu sehen, daß während des Stauch- bzw. Verstärkungsvorganges
keinerlei Kontakt des auf Verformungstemperatur befindlichen Rohrwandmaterials mit
gekühlten Außenformflächen oder mit kühlen Pressmitteln erfolgt. Es werden damit
keinerlei Spannungen in der Rohrwand erzeugt und die Verstärkung durch den Stauchvorgang
kann gleichmäßig den gesamten zu verformenden Rohrbereich erfassen.
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Nach Abschluß des Verstärkungsvorganges wird dann durch Einsetzen
des Pressdruckes durch das Pressmittel, z.B.
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Druckluft, und das dadurch bedingte Anlegen des äußeren Rohrumfangs
an die Konturen der gekühlten Außenform die Kühlung von Innen und Außen gleichmäßig
durchgeführt.
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Auch auf diese Weise wird das Entstehen von nachteiligen Spannungen
in der verformten Rohrwand verhindert.
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PATENTANSPRÜCHE