DE2504190C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines extrudierten Profiles aus thermoplastischem Kunststoff - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines extrudierten Profiles aus thermoplastischem Kunststoff

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Description

30
Der Gegenstand der Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Kalibriere? eines extrudierten Profiles aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem das extrudierte sich noch im plastischen Z-jstand befindende Profil außenseitig kalibriert wird und dabei gleichzeitig außenseitig indirekt und an über den Umfang des Profilquerschnittes verteilten Bereichen stärker gekühlt wird als an den übrigen Bereichen. Des weiterem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum außenseitigen Kalibrieren von Profilen nach dem Verfahren.
Bei den bekannten Arbeitsweisen werden die Profile, beispielsweise Hohlprofile, durch Strangpressen so hergestellt, daß der Querschnitt des extrudierten Stranges größer ist als das Fertigartikelimiß. Das austretende, noch plastische Profil wird daher nachfolgend durch eine Lehre oder Kalibriervorrichtung geführt, wobei beispielsweise durch inneren Überdruck oder äußeres Vakuum in der Lehre oder der Kalibriervorrichtung unter Reckung des gesamten Profilstranges diesem die gewünschte endgültige Dimension des Fertigartikels aufgezwungen wird. In der Zeichnung in der F i g. 1 ist eine solche bekannte Strangpreßanlage zur Rohrherstellung mit einer Kalibrierung schematisch dargestellt. Das extrudierte Rohr 7 aus thermoplastischem Kunststoff verläßt den Extruder 1 durch das Düsenwerkzeug 2 und läuft direkt in das Kalibrierwerkzeug, das in seiner Wandung einen von Kühlmittel durchflossenen Raum aufweist, ein. Durch den Dorn des Düsenwerkzeuges wird Stützluft in eo das Innere des extrudierten Profils geblasen, so daß das extrudierte Profil durch den inneren Überdruck mit seiner Außenseite an der Innenwand der Kalibriervorrichtung zum Anliegen kommt. Hierbei wird das Profil aufgeweitet. Durch eine der Kalibriervorrichtung nachfolgende nicht dargestellte Abzugsvorrichtung wird das Profil abgezogen. Am Ende der Kalibriervorrichtune ist im Inneren des Profiles ein vom Dorn her festgehaltener Stopfen 6 zum Abdichten gegen das Austreten der Stützluft angeordnet, an die Kalibriervorrichtung 4 schließt Sich ein Kühlbad 8 an. Das aus dem Düsenwerkzeug 2 austretende Profil, dessen Querschnitt durch das Düsenwerkzeug 2 und den Dorn 9 bestimmt ist, weist noch nicht das endgültige Fertigmaß auf, denn dieses wird erst in der Kalibriereinrichtung erzeugt
Aus der DE-OS 22 39 747 ist nun eine Kalibriertechnik bekannt, bei der bei jeweils konstanter Kühlung eines Profiles über den Umfang eines Querschnittes in Längserstreckung des Profiles unterschiedliche Kalibrier- und Kühlzonen aufeinanderfolgen.
Bei der aus der DE-PS 12 91896 bekannten Kalibriermethode wird außenseitig indirekt über den Umfang eines Profiles mit unterschiedlicher Wandstärke unterschiedlich intensiv gekühlt entsprechend der jeweiligen Wandstärke (d.h. die dickeren Wände intensiver, die dünneren schwächer), so daß das Profil trotz der unterschiedlichen Wandstärke gleichmäßig, d. h. ohne inneres Temperaturgefälle über den Umfang abkühit und damit keine Temperaturspannungen entstehen, die das Profil verwerfen können.
Aber auch jede Reckung des extrudierten Profilstranges in einem Kalibrierwerkzeug bedeutet, daß während der Abkühlphase kein spannungsfreier Zustand gegeben ist und unerwünschte Spannungen, die durch diese Reckung erzeugt werden, eingefroren werden, und später beim Wiedererwärmen der Profile frei werden und sie schrumpfen lassen. Dieses Restschrumpfen ist um so höher, je stärker die Reckung während des Kalibriervorganges gewesen ist
Um das Schrumpfen in Längserstreckung von extrudierten Profilen aus thermoplastischen Kunststoffen möglichst gering zu halten, ist die Aufgabe zu lösen, den extrudierten Profilstrang während der Abkühlungsund Kalibrierungsphase in einem möglichst spannungsfreien bzw. spannungsarmen Zustand zu belassen. Das bedeutet, daß der extrudierte Profilstrang im Übergangsbereich vom thermoplastischen zjm thermoelastischen und im thermoelastischen Zustandsbereich in Längsrichtung möglichst wenig gereckt werden darf.
Das eingangs beschriebene Verfahren zum Kalibrieren wird zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß so gestaltet daß das stärkere Kühlen bis zur bereits in der Anfangsphase des Kalibrierens eintretenden Verfestigung der so gekühlten Bereiche gegenüber den übrigen Bereichen vorgenommen wird. Dadurch wird das Schrumpfen der extrudierten Profile weitgehend vermindert
Durch die in der Anfangsphase vorgenommene stärkere Kühlung an bestimmten über den Umfang des Querschnittes verteilten Stellen gegenüber den übrigen Stellen des Umfanges wird erreicht, daß der in das Kalibrierwerkzeug einlaufende noch heiße Profilstrang durch die vorzeitige Abkühlung dieser bestimmten Stellen ein versteifendes Gerüst erhält, das Zugkräfte aufnehmen kann, so daß die durch Reibung an der Kaliberwandung auf den Profilstrang wirkenden Kräfte keine Reckung desselben beim Durchziehen bewirken können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren mit dem das Schrumpfen der Profile vermindert wird, beruht auf folgenden Überlegungen: Die Abkühlung des extrudierten Profilstranges erfolgt an bestimmten Stellen des Profiles sehr zeitig im Einlaufbereich des Kalibrierwerkzeuges beispielsweise sehr wirksam durch direkte Berührung des Profilstranges an diesen Stellen
mit dem Kühlmedium. Dadurch wird im Profilstrang im Obergangsbereich der Abkühlung aus den thermoplastischen in den thermoelastischen und im thermoelastischcn Zustandsbereich ein Gerüst erzeugt, durch dessen Versteifungen Kräfte aufgenommen werden können, ohne daß Reckungen der übrigen Profilabschnitte beim Durchziehen des Profilstranges während der Abkühlphase in der Kalibrierung, z. B. durch zu starke Reibung des Profilstranges an der Kaliberwand, auftreten. Somit werden aber nur noch geringe Spannungen im Profilstrang eingefroren und das Schrumpfen des fertigea Profilstranges wird dadurch erheblich gesenkt. Hierbei wird in Kauf genommen, daß zeitweilig, insbesondere in der Anfaiigsphase über den Querschnitt des Profiles sich ein ungleichmäßiges Temperaturfeld aufbaut
Das Kühlen in der Anfangsphase kann beispielsweise in der Weise ausgeübt werden, daß der extrudierte Profilstrang außenseitig über den Umfang verteilt teilweise indirekt und teilweise direkt mit einem Kühlmedium, z. B. Kühlwasser gekühit wird. Auf diese Weise ist die - vorzeitige Abkühlung bestimmter Bereiche des Profiles über den Umfang verteilt erzielbar.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens mit außenseitiger Kalibrierung geht von einem Kalibrierwerkzeug zum Durchziehen des Profiles aus, das mit Kühlkanälen zum Durchfluß eines Kühlmediums und einer Vakuumeinrichtung mit in die an dem durchzuziehenden Profil -anliegenden Wandung des Kalibrierwerkzeuges eingearbeiteten Vakuumschlitzen ausgerüstet ist Das Kalibrierwerkzeug wird erfindungsgemäß so gestaltet, daß in der Wandung des Kalibrierwerkzeuges in dem der Anfangsphase des Kalibrierens entsprechenden Bereich Ausnehmungen vorgesehen sind, die über einen Verbindungskanal mit den Kühlkanälen in Verbindung stehen und die mit den Vakuumschlitzen verbunden sind.
Vorteilhaft ist, die intensiv vorzeitig abzukühlenden Stellen des Profilstranges an den Bereichen des Umfanges vorzusehen, die beispielsweise keine Sichtflächen bilden bzw. an die keine besonders hohen Ansprüche bezüglich Oberflächengüte gestellt werden. Als Kühlmedium kann beispielsweise das für die normalerweise übliche indirekte Kühlung des Kalibrierwerkzeuges verwendete Kühlmittel benutzt werden. Durch die Verbindung der Ausnehmungen (Kühltaschen) mit den Vakuumschlitzen wird durch diese das Kühlmedium abgesaugt. Das Kühlmedium, beispielsweise Wasser, strömt also von der indirekten Kaliberkühlung durch die Verbindungskanäle in die Kühltaschen und kommt dort mit dem heißen extrudierten Profilstrang direkt in Kontakt. Die Wärmeabfuhr ist an diesen Stellen durch diese Kühlung sehr intensiv, da das erwärmte Kühlwasser ständig durch die Vakuumschlitze in der Kaliberwandung, die auch mit den Kühltaschen in Verbindung stehen, abgesaugt wird und ständig neues kaltes Wasser aus der indirekten Kaliberkühlung nachströmt. Das Absaugen des Wassers durch die Vakuumschlitze wirkt sich auch günstig für die indirekte Kühlung des Kalibers aus, da es auch hier die Wärmeabfuhr erhöht.
Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt und wird anhand dessen nachfolgend näher srläutert. Hierbei zeigt
F i g. 1 eine Sfangpreßanlage für ein Rohr herkömmlicher BaiMrt im Längsschnitt,
F i g. 2 <?inen »uszugsweisen Längsschnitt durch eine Strangpreßanlage für ein mehrkammeriges Hohlprofil,
Fig.3 den Querschnitt A-A nach Fig.2 durch das Kalibrierwerkzeug in vergrößertem Maßstab und
F i g. 4 eine Ansicht auf den Längsschnitt nach F i g. 3 durch das erfindungsgemäß ausgebildete Kaiibrierwerkzeug.
Die in der Fig.2 auszugsweise dargestellte Strangpreßanlage mit Kalibriereinrichtung zeigt schematisch, daß der aus dem Extrusionswerkzeug 2 mit den inneren
ίο Dornen 9a, 9b austretende Profilstrang 7 in das Kalibrierwerkzeug 4 einläuft, wobei die Abmessungen des aus dem Extrusionswerkzeug austretenden Profilstranges annähernd den Maßen des Fertigartikels entsprechen, um auch dadurch eine übermäßige Reckung zu vermeiden.
Für die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es unerheblich, ob Extrupionswerkzeug und Kalibrierwerkzeug direkt aneinander anschließen oder mit Abstand voneinander angeordnet sind.
Die Erfindung läßt sich grundsätzlich auf die verschiedensten Profilquerschnitte anwenden, wobei sie sich besonders für komplizierte Querschnitte, beispielsweise Hohlprofile und mehrkammerige Hohlprofile aus thermoplastischen Kunststoffen eignet. Die Erfindung läßt sich mit besonders großem Vorteil bei den thermoplastischen Kunststoffen anwenden, bei denen erhöhte Schrumpfneigung durch einfrierende Spannungen gegeben sind, beispielsweise bei der Extrusion von Hart-PVC-Profilen.
Da bei der Abkühlung des extrudierten Profilstranges beim Durchlaufen des Kaübrierwerkzeuges 4 durch die Kalibereinflüsse stets eine Reibung des Profilstranges an der Kaliberwand auftritt und auch eine gewisse Reckung zum Ausgleich von Dimensionsunterschieden nicht vermeidbar ist, wird der in das Kalibrierwerkzeug 4 einlaufende noch heiße extrudierte Profilstrang so behandelt, daß er bereits im Einiaufbereich des Kalibrierwerkzeuges Zugkräfte aufnehmen kann, wodurch eine Längung des Profilstranges weitgehend vermieden wird. Mit dieser vermeidbaren Längung des Prr.filstranges werden aber zugleich die damit verbundenen Spannungen vermieden, so daß damit auch spätere Schrumpfmöglichkeiten entsprechend reduziert sind. Die Abkühlung des extrudierten Profilstranges wird sehr zeitig an einzelnen definier:en Stellen des Umfanges des Profils im Einlaufbereich des Kaübrierwerkzeuges vorgesehen. Die Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bei einem Vakuumkalibrierwerkzeug mit indirekter Kühlung des Kalibrierwerkzeuges beispielsweise für ein mehrkammeriges Hohlprofil wie in den F i g. 3 und 4 dargestellt. Das Vakuumkalibrierwerkzeug 4 setzt sich entsprechend dem Querschnitt des extrudierten Profiles 7 aus mehreren Werkzeugteilen 4a, 4b, 4c und 4c/zusammen.
In den Werkzeugteilen 4b und 4c ist e:ne indirekte Kühlung durch Kühlkanäle 5a, Sb in Mäanderform mit Wasser als Kühlmedium vorgesehen. Der extrudierte Profilstrang 7 weist die Hohlkammern 7a, 7b, 7c und 7d auf, und ist darübe1 hinaus mit vorstehenden Profilnasen 71,72 in Längsrichtung ausgestattet.
Das Kalibrierwerkzeug 4, das in einem Längsschnitt in Aufsicht in Fig.4 dargestellt ist, wein die radialen Vakuumschlitze 12 auf. In Längsrichtung sind in dem Kaliber die Nuten 41, 42 entsprechend den Profilnasen 71, 72 des Profilstn.^ges 7 eingearbeitet. Im Einlaufbereich des Kaübrierwerkzeuges sind als Kühltaschen 10 wirkende Ausnehmungen zwischen die Vakuumschlitze 12 der Seitennuten 41,42 eingefräst. Diese Kühltaschen
10 stehen über den radialen Kanal 13 mit mäanderförmigen Kanälen 5a, 5b der indirekten Kaliberkühlung durch weitere Bohrungen 11 in Verbindung. Das Kühlwasser kann also von den Kanälen 5a, 5b der indirekten Kaliberkühlung durch die Verbindungsbohrungen 11 über die Kanäle 13 in die Kühltaschen 10 strömen und kommt dort mit dem heißen extrudierten Profilstrang 7 an bestimmten Stellen, in dem gezeigten Beispiel im Bereich der Profilstege 71, 72 direkt in Kontakt. Die Wärmeabfuhr ist an diesen Stellen des Profilstranges, dort, wo sich die Kühltaschen 10 befinden, sehr intensiv und wesentlich höher als an den übrigen Stellen des Umfanges dieses Profilquerschnittes, an denen lediglich eine indirekte Kühlung durch die Kaliberwandung erfolgt. Das in den Kühltaschen erwärmte Kühlwasser wird ständig durch die Vakuumschlitze 12, mit denen die Kühltaschen ebenfalls einseitig in Verbindung stehen, abgesaugt, so daß ständig neues Wasser aus der Kaliberkühlung nachströmen kann. Es ist vorteilhaft, die Kühltaschen so anzuordnen, daß das Kühlwasser in Durchlaufrichtung 14 durchströmt und am Ende des
j Kühltaschendurchlaufs durch die Vakuumschlitze abgesaugt wird. Das Absaugen des erwärmten Kühlwassers durch die Vakuumschlitze 12 hingegen wirkt sich auch auf die indirekte Kaliberkühlung günstig aus, da es auch hier die Wärmeabfuhr vergrößert und zu neuer Zufuhr
ίο von kaltem Kühlwasser führt. Durch die gezielte Anordnung von intensiv kühlenden Kühlstellen im Einlaufbcreich des Kalibrierwerkzeuges wird dem heißen Profilstrang an diesen Stellen praktisch vorzeitig ein versteifendes Gerüst gegeben, wobei diese Verstei fungen im Gegensatz zu den übrigen noch nicht so stark abgekühlten Bereichen des Profiles in der Lage sind, Zugkräfte aufzunehmen.
Hici'Zü 2 Bläu Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:
1. Verfahren zum Kalibrieren eines extrudierten Profiles aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem. das extrudierte sich noch im plastischen Zustand befindende Profil außenseitig kalibriert wird und dabei gleichzeitig außenseitig indirekt und an über den Umfang des Profilquerschnittes verteilten Bereichen stärker gekühlt wird als an den übrigen Bereichen, dadurch gekennzeichnet, daß ίο das stärkere Kühlen bis zur bereits in der Anfangsphase des Kalibrierens eintretenden Verfestigung der so gekühlten Bereiche gegenüber den übrigen Bereichen vorgenommen wird.
2. Vorrichtung zum außenseitigen Kalibrieren von Profilen nach dem Verfahren nach Anspruch 1, mit einem Kalibrierwerkzeug zum Durchziehen des Profiles, das mit Kühlkanälen zum Durchfluß eines Kühlmediums und einer Vakuumeinrichtung mit in die an dem durchzuziehenden Profil anliegende Wandung des Kalibrierwerkzeuges eingearbeiteten Vakuumschlitzen ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Kalibrierwerkzeuges in dem der Anfangsphase des Kalibrierens entsprechenden Bereich Ausnehmungen (10) vorge sehen sind, die über Verbindungskanäle (U, 13) mit den Kühlkanälen (5a, Sb) in Verbindung stehen und die mit den Vakuumschlitzen (12) verbunden sind.
DE2504190A 1975-02-01 1975-02-01 Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines extrudierten Profiles aus thermoplastischem Kunststoff Expired DE2504190C3 (de)

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