DE3243140A1

DE3243140A1 - Verfahren zum kalibrieren von rohren oder schlaeuchen aus elastischem kunststoffmaterial und kalibriervorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3243140A1
Application number: DE19823243140
Authority: DE
Inventors: Detlef Dipl.-Ing. 4970 Bad Oeynhausen Gneuss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-11-22
Filing date: 1982-11-22
Publication date: 1984-08-02

Abstract

Beim Kalibrieren von Rohren oder Schläuchen aus elastischem Kunststoffmaterial wird dem Entstehen übermäßiger Reibungskräfte zwischen dem Kalibrierorgan, bspw. einer Kalibrierhülse, und dem Extrudat, z. B. einem Rohr- oder Schlauchformling, entgegengewirkt. Das Kalibrierorgan wird dabei relativ zum Rohr- oder Schlauchformling in kontinuierliche Drehung versetzt. Dabei wird die Drehgeschwindigkeit des Kalibrierorgans auf ein Vielfaches der Extrusionsgeschwindigkeit des Rohr- oder Schlauchformlings eingestellt.

Description

Verfahren zum Kalibrieren von Rohren oder Schläuchen
aus elastischem Kunststoffmaterial und Kalibriervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren von Rohren oder Schläuchen aus elastischem Kunststoffmaterial, z. B. Weich-PVC, Silikongummi o. dgl., bei welchem die aus der Ringdüse eines Spritzkopfes austretende, stranggepreßte Schmelze durch eine Kalibrierhülse und/oder über einen Kalibrierdorn als Kalibrierorgan geführt wird, dessen Mantelfläche von der dem Kunststoffmaterial abgewendeten Seite her mit einem Vakuum beaufschlagt wird.
Um einem stranggepreßten Rohr oder Schlauch nach seinem Austritt aus der Ringdüse eines Extrusionskopfes einen genauen Außen- und/oder Innendurchmesser zu geben, ist es notwendig, die stranggepreßte Schmelze zu kalibrieren. Sie wird daher durch eine Kalibrierhülse und/oder über einen Kalibrierdorn geführt, welcher bzw. welche an ein Vakuum angeschlossen sowie mit Löchern oder Schlitzen versehen ist. Das noch plastische Kunststoffmaterial wird hier durch die Mantelfläche der gekühlten Kalibrierhülse bzw. des gekühlten Kalibrierdorns gesaugt, erkaltet dort und nimmt dadurch deren Maß an.
Nachteilig wirken sich bei diesem Verfahren die Reibungskräfte zwischen Rohr oder Schlauch und den Wandungen des Kalibrierorgans aus. Es hat sich gezeigt, da3 die auftretenden Reibungskräfte dem Einsatz dieses Kalibrierverfahrens relativ enge Grenzen setzen. Wird die Elastizitätsgrenze des Kunststoffmaterials bzw. die Rohr- oder Schlauchfestigkeit von den Reibungskräften überschritten, ist das Kalibrierverfahren nicht mehr funktionstüchtig.
Deshalb wurde auch schon versucht, die auftretenden Reibungskräfte auf verschiedene Art und Weise zu reduzieren. Beispielsweise ist es bekannt, mit konischen Kalibrierhülsen und/oder mit der Zugabe von Wasser in den Einlauf des Kalibrierorgans zu arbeiten. Auch wurde schon das am Kalibrierorgan anstehende Vakuum reduziert und die Oberflächenrauhigkeit des Kalibrierorgans wurde beeinflußt. Trotzdem konnten aber die erzielten Ergebnisse nur bis zu einer bestimmten Grenze verbessert werden. Besonders Rohre oder Schläuche aus elastischem Kunststoffmaterial, wie z. B. Weich-PVC, Silikongummi o.dgl. lassen sich auf der Basis der bekannten Maßnahmen nicht sicher kalibrieren.
Mit der Erfindung wird die Beseitigung dieser Nachteile bezweckt.
Es ist deshalb der Erfindung das Ziel gesetzt, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Kalibrieren von Rohren oder Schläuchen aus elastischem Kunststoffmaterial sowie eine Kalibriervorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, bei dessen bzw. deren Benutzung sich eine drastische Reduzierung der Reibungskräfte zwischen dem Extrudat und dem Kalibrierorgan herbeiführen läßt.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird dieses Ziel nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 dadurch erreicht, daß das Kalibrierorgan relativ zum Rohr oder Schlauch in kontinuierliche Drehung versetzt und dabei seine tvmfangsgescllwindigkeit auf ein Vielfaches der Extrusionsgeschwindigkeit eingestellt wird.
In verfahrenstechnischer Weiterbildung hat es sich nach Anspruch 2 bewährt, spätestens beim Auftreffen des Rohres oder Schlauches auf den Mantel des Kalibrierorgans ein fluidisches Medium, z. B. Wasser oder Luft, zwischen die Berührungsflächen einzubringen. Dabei ist es nach Anspruch 3 wichtig, daß die fluidischen Medien mit relativ zur Extrusionsgeschwindigkeit höherer Geschwindigkeit zugeführt werden.
Gute Extrusionsergebnisse haben sich erfindungsgemäß eingestellt, wenn nach Anspruch 4 das Kalibrierorgan mindestens mit 500 U/min gedreht wird. Als noch besser hat es sich aber herausgestellt, wenn gemäß Anspruch 5 das Kalibrierorgan mindestens mit 1000 U/min gedreht wird.
Eine Kalibriervorrichtung zur Durchführung das Verfahrens, welches mit einer in eine Vakuumkammer hineinragenden und an ihrem Mantel vielfach durchbrochenen Kalibrierhülse als Kalibrierorgan arbeitet, zeichnet sich nach Anspruch 6 erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Kalibrierhülse an oder in der Vakuumkammer drehbar gelagert und mit einem Kraftantrieb gekuppelt ist.
Nach Anspruch 7 hat es sich dabei bewährt, wenn dem Einlauftrichter der Kalibrierhülse außerhalb der Vakuumkammer ein Sprühring koaxial vorgelagert ist, dessen Düsenöffnung oder -öffnungen eine dem Einlauftrichter wenigstens angenäherte Neigungslage haben.
Wird als Kalibriervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ein Kalibrierdorn als Kalibrierorgan benutzt, dann ist es nach der Erfindung gemäß Anspruch 8 von wesentlicher Bedeutung, daß der Kalibrierdorn im Estrusionskopf drehbar gelagert und mit einem an diesem gehaltenen Kraftantrieb gekuppelt ist. Gemäß Anspruch 9 ist es dabei für die Kalibrierung von Rohren größeren Durchmessers von Vorteil, wenn der Ringdüsenaustritt des Extrusionskopfes von einem Sprühring koaxial umgeben ist, dessen Düsenöffnung oder -öffnungen eine gegen die Längsachse des Kalibrierdorns geneigte Lage hat bzw.
haben.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die Kalibriervorrichtungen einen Aufbau haben, welcher es ermöglicht, im Bedarfsfalle die Kalibrierhülse und den Kalibrierdorn auch gemeinsam als Kalibrierorgane in Benutzung zu nehmen.
Weitere Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung werden nachfolgend an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Hierbei zeigen Figur 1 in schematischer Darstellung und teilweise im Schnitt eine erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung, die mit Kalibrierhülse arbeitet und Figur 2 in schematisch vereinfachter Darstellung und teilweise im Schnitt eine erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung, die mit einem Kalibrierdorn ausgestattet ist.
In Fig. 1 der Zeichnung ist dargestellt, daß aus der Ringdüse 2 als Extrusionskopf 1 eines Extruders die stranggepreßte Schmelze bzw. das Extrudat als Rohr- bzw. Schlauchformling 3 austritt.
Erkennbar ist auch, daß bei diesem Ausführungsbeispiel der Austrittsdurchmesser des Rohr- bzw. Schlauchformlings 3 größer bemessen ist als der Nenndurchmesser des fertigen Rohres oder Schlauches 4. Bestimmte Materialien können auch einen Schlauchformlingdurchmesser erforderlich machen, der kleiner als der Rohrnenndurchmesser ist oder diesem entspricht.
Um den Rohr--oder Schlauchformling 3 auf den Nenndurchmesser des fertigen Rohres oder Schlauches 4 zu bringen, ist dem Extrusionskopf 1 des Extruders eine*besondere Kalibriervorrichtung 5 koaxial zugeordnet.
Diese Kalibriervorrichtung 5 weist eine Vakuumkammer 6 auf, in die eine Kalibrierhülse 7 über den größten Teil ihrer Länge hineinragt t Welche jedoch mit ihrem Einlaufende 8 außerhalb der Vakuumkammer 6 liegt.
An ihrem in die Vakuumkammer 6 hineinragenden Längenabschnitt ist die Kalibrierhülse 7 mit einer Vielzahl von möglichst gleichmäßig verteilten, radialen Durchlässen 9, nämlich kleinen Löchern und/oder Schlitzen versehen, welche die bei der Kalibrierung wirksam werdende Mantelfläche der Kalibrierhülse 7 mit der Vakuumkammer 6 in Dauerverbindung halten.
In der Vakuumkammer 6 ist ferner noch eine Wasserkühlung 10, bspw. in Form von in Längsrichtung orientierten Sprührohren, untergebracht.
Die Kalibrierhülse 7 ist in und an der Vakuumkammer 6 über mindestens ein Lager 11 drehbar gehalten und an ihrem außerhalb der Vakuumkammer 6 liegenden Einlaufende 8 mit einer Ritzelverzahnung 12 ausgestattet, mit welcher ein Zahnrad 13 in Dauereingriff steht, das mit einem Kraftantrieb 14, bspw. mit der Welle eines Elektromotors, gekuppelt ist. Anstelle des Zahnradgetriebes läßt sich auch ein Reibradgetriebe oder dergleichen einsetzen.
Das aus dem Extrusionskopf 1 austretende Extrudat in Form eines Rohr- oder Schlauchformlings 3 gelangt durch den aufgeweiteten Einlauftrichter 15 am Einlaufende 8 in die Kalibrierhülse 7 und wird durch diese hindurch bewegt, während in der Vakuumkammer 6 und damit über die radialen Durchlässe 9 auch am Innenumfang der Kalibrierhülse 7 ein Unterdruck ansteht.
Während sich der Rohr- oder Schlauchformling 3 axial mit Extrusionsgeschwindigkeit durch die Kalibrierhülse 7 hindurchbewegt wird diese über den Antrieb 14, das Zahnrad 13 und die Ritzelverzahnung 12 in kontinuierliche Drehung um ihre Längsachse versetzt.
Die Drehgeschwindigkeit der Kalibrierhülse 7 wird dabei auf ein Vielfaches der Extrusionsgeschwindigkeit des Rohr- oder Schlauchf-ormlings 3 eingestellt.
Für das Extrudieren von Rohr- oder Schlauchformlingen 3 größeren Durchmessers hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Kalibrierhülse 7 mit einer Geschwindigkeit von mindestens 500 U/min zu drehen. Beim Extrudieren von Rohr- oder Schlauchformlingen 3 kleineren Durchmessers sollte sogar die Drehzahl der Kalibrierhülse 7 mindestens 1000 U/min betragen.
Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn spätestens beim Auftreffen des Rohr- oder Schlauchformlings 3 auf den Mantel der Kalibrierhülse 7 ein fluidisches Medium, z. B. Wasser oder Luft, zwischen die Berührungsflächen von Extrudat 3 und Kalibrierhülse 7 eingebracht wird. Um das zu ermöglichen, ist dem Einlauftrichter 15 der Kalibrierhülse 7 außerhalb der Vakuumkammer 6 ein Sprühring 16 koaxial vorgelagert, dessen Düsenöffnung 17 vorzugsweise eine Ringdüse ist, welche eine dem Einlauftrichter 15 wenigstens angenäherte Neigungslage gegenüber der Längsachse der Kalibrierhülse 7 hat.
In bestimmten Fällen kann es von Vorteil sein, daß das fluidische Medium mit einer relativ zur Extrusionsgeschwindigkeit höheren Geschwindigkeit zugeführt und daß es außerdem durch den in der Vakuumkammer 6 herrschenden Unterdruck sicher in die Kalibrierhülse eingezogen wird.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen läuft der Kalibriervorgang unter den Gesetzen der hydrodynamischen Schmiertheorie ab, d.h. die relative Geschwindigkeit zwischen Zapfen und Hälse - im vorliegenden Falle also zwischen Extrudat 3 und der Kalibrierhülse 7 - wirkt sich proportional auf die Reibungskraft aus. Unter diesen Voraussetzungen können nunmehr auch Kunststoffmaterialien exakt und sicher kalibriert werden, bei denen dies bisher nicht möglich war.
Die in Figur 2 gezeigte Kalibriervorrichtung ist so aufgebaut, daß sie nicht mit einer Kalibrierhülse, sondern mit einem Kalibrierdorn arbeitet. Auch hier tritt aber aus einer Ringdüse 22 des Extrusionskopfes 21 eines Extruders das Extrudat in Form eines Rohr- oder Schlauchformlings 23 aus. Der Rohr- oder Schlauchformling 23 wirkt jedoch hier mit einer Kalibriervorrichtung 25 zusammen, die keine Kalibrierhülse hat, sondern einen Kalibrierdorn 27 aufweist. Auf den Außenmantel dieses Kalibrierdorns 27 läuft der Rohr- oder Schlauchformling 23. auf und wird durch diesen mit innerer Kalibrierung auf den Nenndurchmesser des fertigen Rohres oder Schlauches 24 reduziert.
Der Kalibrierdorn 27 ist konzentrisch zur Ringdüse 22 im Extrusionskopf 21 gelagert. Er hat, im Gegensatz zur Kalibrierhülse 7 nach Fig. 1, eine glatte Oberfläche.
Der Kalibrierdorn 27 ist drehbar im Extrusionskopf 21 gehalten und trägt an seinem hinteren Ende ein Ritzel 32, das-mit einem Zahnrad 33 kämmt, welches von einem Motor 34, bspw. einem Elektromotor, angetrieben wird. Auch hier kann alternativ ein Reibradgetriebe oder dergleichen Verwendung finden.
In Figur 2 ist noch angedeutet, daß bei Vorrichtungen zur Kalibrierung von Rohren größeren Durchmessers in den Extrusionskopf 21 konzentrisch zwischen der Ringdüse 22 und dem Kalibrierdorn 27 ein Sprühring 36 eingebaut sein kann, der eine Ringdüse 38 hat, aie mit einer Neigungslage gegen die Längsachse des Kalibrierdorns 27 angeordnet ist. Durch diese Ringdüse kann ein fluidisches Medium, bspw. Wasser oder Luft zwischen die Kontaktflächen des Kalibrierdorns 27 und des Rohr- oder Schlauchformlings 23 eingeführt werden.
Während der aus der Ringdüse 22 des Extrusionskopfes 21 austretende Rohr- oder Schlauchformling 23 sich auf dem Kalibrierdorn 27 zur Bildung des fertigen Rohres oder Schlauches 24 in Axialrichtung bewegt, wird der Kalibrierdorn 27 mit relativ hoher Geschwindigkeit drehangetrieben. Auch hier ist dabei die Drehgeschwindigkeit des Kalibrierdorns 27 um ein Vielfaches höher eingestellt, als die Extrusionsgeschwindigkeit des Rohr- oder Schlauchformlings 23. Die Drehzahl des Kalibrierdorns 27 kann bei größeren Durchmessern für die Rohre oder Schläuche 24 bei mindestens 500 U/min liegen, während sie für kleinere Durchmesser des Rohres oder Schlauches 24 sogar mindestens 1000 U/min betragen kann.
Auch beim Betrieb der Kalibriervorrichtung nach Figur 2 treten Wirkungen auf, die den Gesetzen der hydrodynamischen Schmiertheorie unterliegen. Damit wirkt sich die relative Geschwindigkeit zwischen Zapfen und Hülse - hier also zwischen dem Kalibrierdorn 27 und dem Rohr- oder Schlauchformling 23 - proportional auf die Reibungskraft aus.
Bei einem Vergleich der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Kalibriervorrichtungen wird deutlich, daß deren jeweiliger Aufbau geeignet ist, im Bedarfsfalle auch beide Kalibriervorrichtungen an einem Rohr- oder Schlauchformling gemeinsam einzusetzen, wenn es zweckmäßig oder gar erforderlich sein sollte, ein fertiges Rohr bzw. einen fertigen Schlauch zu erhalten, der sowohl außen als auch innen kalibriert ist.
Bei einem gemeinsamen Einsatz beider Kalibriervorrichtungen an ein und demselben Rohr- oder Schlåuchformling dürfte es sich empfehlen, die Drehrichtungen für die Kalibrierhülse 7 und den Kalibrierdorn 27 jeweils zueinander entgegengesetzt einzustellen.

Claims

Patentansprüche S Verfahren zum Kalibrieren von Rohren oder Schläuchen aus elastischem Kunststoffmaterial, z. B. Weich-PVC, Silikongummi o.dgl., bei welchem die aus der Ringdüse eines Extrusionskopfes austretende, stranggepreßte Schmelze durch eine Kalibrierhülse und/oder über einen Kalibrierdorn als Kalibrierorgan geführt wird, dessen Mantelfläche von der dem Kunststoffmaterial abgewendeten Seite her mit einem Vakuum beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibrierorgan (7; 27) relativ zum Rohr- oder Schlauchformling (3; 23) in kontinuierliche Drehung versetzt (12 bis 14; 32 bis 34) und dabei seine Umfangsgeschwindigkeit auf ein Vielfaches der Extrusionsgeschwindigkeit des Rohr- oder Schlauchformlings (3; 23) eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß spätestens beim Auftreffen des Rohr- oder Schlauchformlings (3; 23) auf den Mantel des Kalibrierorgans (7; 27) ein fluidisches Medium, z. B. Wasser oder Luft, zwischen die Berührungsflächen eingebracht wird (16, 17; 36, 37).
3. Verfahren nach den Ansprüchenl und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i C h n e t, daß das fluidische Medium mit relativ zur Extrusionsgeschwindigkeit des Rohr- oder Schlauchformlings (3; 23) höherer Geschwindigkeit zugeführt wird (17; 37).
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das Kalibrierorgan (7; 27) mindestens mit 500 U/min gedreht wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibrierorgan (7; 27) mindestens mit. 1000 U/min gedreht wird.
6. Kalibriervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer in eine Vakuumkammer hineinragenden und an ihrem Mantel vielfach durchbrochenen Kalibrierhülse als Kalibrierorgan, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kalibrierhülse (7) an oder in der Vakuumkammer (6) drehbar gelagert (11) und mit einem Kraftantrieb (14) gekuppelt (12, 13) ist (Fig. 1).
7. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Einlauftrichter (15) der Kalibrierhülse (7) außerhalb der Vakuumkammer (6) ein Sprühring (16) koaxial vorgelagert ist, dessen Düsenöffnung oder -öffnungen (17) eine dem Einlauftrichter (15) wenigstens angenäherte Neigungslage haben (Fig. 1).
8. Kalibriervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Kalibrierdorn als Kalibrierorgan, dadurch gek e n n zeichnet, daß der Kalibrierdorn (27) im Extrusionskopf (21) drehbar gelagert und mit einem an diesem gehaltenen Kraftantrieb (34) gekuppelt (32, 33) ist ( Fig. 2).
9. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h gekennzeichnet, daß dem Ringdüsenaustritt (22) des Extrusionskopfes (21) ein Sprühring (36) koaxial zugeordnet ist, dessen Düsenöffnung oder -öffnungen (37) eine gegen die Längsachse des Kalibrierdorns (27) geneigte Lage hat bzw. haben (Fig. 2).
10. Kalibriervorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche o bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c -h n e t, daß beide Kalibrierorgane (7 und 27) konzentrisch ineinandergreifend angeordnet sind.
11. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kalibrierorgane (7 und 27) zueinander gegenläufig drehantreibbar sind.
12. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlen der beiden Kalibrierorgane (7 und 27) zueinander entsprechend dem Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser der Kalibrierhülse (7) und dem Außendurchmesser des Kalibrierdorns (27) unterschiedlich und zu diesem Verhältnis umgekehrt proportional eingestellt bzw. einstellbar sind.