DE3926998A1

DE3926998A1 - Verfahren und rohrziehform zur extrusion von rohren aus thermoplastischem material

Info

Publication number: DE3926998A1
Application number: DE3926998A
Authority: DE
Inventors: Claude Dehennau; Serge Dupont; Marc Kerger
Original assignee: Solvay SA
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1988-08-16
Filing date: 1989-08-16
Publication date: 1990-02-22
Anticipated expiration: 2009-08-17
Also published as: BE1006642A3; GB8918494D0; GB2221866A; GB2221866B; ES2014861A6; IT1230529B; FR2635482B1; FR2635482A1; IT8921453A0; DE3926998C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Rohrziehform zur Extrusion von Rohren aus thermoplastischem Material, die besonders zur Herstellung von Rohren mit großem Durch messer, d.h. Rohren mit einem Außendurchmesser von wenig stens 250 mm, geeignet sind.

Zur Extrusion von solchen Rohren aus thermoplastischem Material benützt man geeigneterweise einen Extruder, der mit einer runden, ringförmigen Rohrziehform versehen ist, deren Aufgabe es ist, den ringförmigen Fluß aus geschmol zenem, thermoplastischem Material, der von dem Extruder in den zur Herstellung des gewünschten Rohres erforderlichen Abmessungen abgegeben wird, zu öffnen.

Der Rückgriff auf eine runde Rohrziehform, die nur einen divergierenden ringförmigen Kanal aufweist, der den ring förmigen Fluß aus thermoplastischem Material in den Abmes sungen des gewünschten Rohres führt und der direkt mit einem geraden ringförmigen Kanal zur Formgebung des Rohres verbunden ist, ermöglicht im allgemeinen kein zufrieden stellendes Ergebnis. Denn bei seinem Durchfluß durch den divergierenden Teil wird das abgegebene thermoplastische Material, das sich im viskoelastischem Zustand befindet, der Ort radialer induzierter Spannungen mit der Folge, daß das abgegebene Rohr sich radial am Ausgang des geraden ringförmigen Formgebungskanals infolge des Nachlassens dieser radialen induzierten Spannungen zusammenzieht. Daraus folgt also, daß das schließlich hergestellte Rohr einen schwer kontrollierbaren Außendurchmesser aufweist, der deutlich geringer ist als der Außendurchmesser der ringförmigen Öffnung des geraden, ringförmigen Formgebungs kanals.

Um dieses ungewünschte Phänomen zu beseitigen, nimmt man bisher runde ringförmige Rohrziehformen, deren divergieren der ringförmiger Kanal den Fluß aus thermoplastischem, vom Extruder abgegebenem Material mit einem äußeren Durchmes ser, der deutlich über dem des gewünschten Rohres liegt, leitet, wobei diesem divergierenden Kanal ein konvergieren der ringförmiger Kanal folgt, dem es als doppelte Aufgabe zukommt die radialen, in dem thermoplastischen Material durch den divergierenden Kanal induzierten Spannungen aus reichend zu reduzieren und den Fluß aus diesem Material progressiv zu den Abmessungen des geraden ringförmigen Kanals zur Formgebung des nachfolgenden Rohres, d.h. also zu den Abmessungen des gewünschten Rohres zu führen. Eine solche Rohrziehform ist auf Seite 331, des Werkes "Kunst stoff-Extrudertechnik" von G. SCHENKEL; Edition C. Verlag, München 1963, beschrieben und dargestellt.

Dennoch, wenn man diesen Typ Rohrziehform zur Herstellung von Rohren mit großem Durchmesser benutzt, muß man sehr voluminöse und sehr schwere Rohrziehformen herstellen. Außerdem braucht man für den divergierenden-konvergierenden ringförmigen Kanal Stege zur Halterung des inneren Form kerns der runden Rohrziehform, wobei diese Stege die Bil dung von Längsmarkierungen auf dem hergestellten Rohr mit sich bringen, die seinem Aussehen schaden und Zonen mecha nischer Brüchigkeit darstellen.

Sicher kann man diesen letzten Nachteil sehr stark reduzie ren oder sogar beseitigen, indem man eine Durchflußzone verengten Querschnitts in dem geraden Formgebungskanal vorsieht, wie es in der französischen Patentanmeldung 88 09 125 vom 4. Juli 1988 vorgeschlagen ist.

Rohrziehformen sind aber doch teuer, voluminös und ange sichts ihres Gewichts schwer zu handhaben.

Demzufolge besteht das Hauptziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Extrusion von Rohren aus thermo plastischem Material zu liefern, das nicht mehr die oben genannten Nachteile mit sich bringt und für das man unmit telbar eine runde ringförmige Rohrziehform verwenden kann, die einen divergierenden ringförmigen Kanal umfaßt, der den abgegebenen ringförmigen Fluß aus thermoplastischem Mate rial direkt zu den Abmessungen des gewünschten Rohres führt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Extrusion von Rohren aus thermoplastischem Material durch eine runde ringförmige Rohrziehform, umfassend einen divergierenden ringförmigen Kanal, der direkt mit einem geraden, ring förmigen Kanal zur Formgebung des Rohres verbunden ist, bei dem das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des ringförmigen Austrittsquerschnitts des divergierenden Kanals und dem Innendurchmesser des ringförmigen Eintrittsquerschnitts des divergierenden Kanals wenigstens gleich 2 ist, und in dem der gerade ringförmige Kanal zur Formgebung des Rohres eine verengte ringförmige Durchflußzone in Strömungsrichtung vor ihrer Austrittsöffnung aufweist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Geometrie der verengten ring förmigen Durchflußzone in Abhängigkeit von der Extrusions durchflußrate des thermoplastischen Materials wählt, der art, daß die Verformungsgeschwindigkeit des thermoplasti schen Materials in der verengten ringförmigen Durchflußzone wenigstens gleich 0,1 sec^-1 und vorzugsweise größer als 0,5 sec^-1 ist.

Es ist in der Tat festgestellt worden, daß es, indem man die vorhergenannte Forderung respektiert, möglich ist, Rohre aus thermoplastischem Material mit sehr großem Durch messer zu extrudieren, indem man eine runde ringförmige Rohrziehform benützt, die einen divergierenden ringförmigen Kanal umfaßt, der direkt den Fluß geschmolzenen thermo plastischen Materials auf die Abmessungen der zu produzie renden Rohre bringt, wobei man jegliche Tendenz radialer Kontraktion der extrudierten Rohre beim Austreten aus der Rohrziehform sehr stark reduziert und sogar unterbindet.

In der Tat nimmt man an, daß die Verformungsgeschwindig keit, die das thermoplastische Material bei seinem Durch fluß in der verengten ringförmigen Zone erfährt, den Effekt hat, im Material innere Längsspannungen einzuführen, die die Wirkungen der inneren radialen durch seinen Durchfluß durch den divergierenden ringförmigen Kanal induzierten Spannungen im Material anscheinend neutralisieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann für die Herstellung von Rohren aus irgendeinem thermoplastischen Material benutzt werden, aber es erweist sich angesichts der Einfachheit der verwendeten Rohrziehform als besonders vorteilhaft für die Verwendung bei sog. thermosensiblen thermoplastischen Materialien.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur für die Her stellung von Rohren aus einem einzigen thermoplastischen Material verwendet werden, sondern auch für die Herstellung von mehrschichtigen, extrudierten Rohren aus unterschied lichen thermoplastischen Materialien, von denen einige dehnbar sein können, und zwar durch Verwendung eines be kannten Verteilerblocks, der in Strömungsrichtung vor der Rohrziehform liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich als besonders vorteilhaft für die Extrusion von Rohren mit großem Durch messer angesichts der Tatsache, daß man leichtere Rohrzieh formen als die bisher verwendeten Rohrziehformen mit diver gierendem und konvergierendem Teil verwenden kann, aber sein Nutzen ist keineswegs auf die Herstellung von solchen Rohren beschränkt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch nicht auf die Herstellung von Rohren mit Kreisquerschnitt beschränkt, sondern kann auch für die Herstellung von Hohl profilen verwendet werden, die irgendeinen Querschnitt, bestimmt durch die Geometrie des geraden Formgebungskanals, aufweisen.

Durch die Erfindung soll auch eine Rohrziehform geschaffen werden, die besonders für die Durchführung des oben be schriebenen Verfahrens geeignet ist.

Die Erfindung betrifft demnach auch eine runde ringförmige Rohrziehform, die einen divergierenden ringförmigen Kanal umfaßt, der direkt mit einem geraden ringförmigen Formge bungskanal verbunden ist, in dem das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des ringförmigen Austrittsquerschnitts des divergierenden Kanals und dem Innendurchmesser des ringförmigen Eintrittsquerschnitts des divergierenden Ka nals wenigstens gleich 2 ist und in der der gerade ringför mige Formgebungskanal eine verengte ringförmige Durchfluß zone in Strömungsrichtung vor seiner Austrittsöffnung dar stellt; diese Rohrziehform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Durchflußquerschnitt in Strö mungsrichtung vor der verengten ringförmigen Durchflußzone und dem Querschnitt der verengten ringförmigen Durchflußzone zwischen 1,5 und 10 und vorzugsweise zwischen 2 und 8 be trägt. Es ist in der Tat festgestellt worden, daß es bei der Verwendung einer Rohrziehform, die dieser Eigenschaft entspricht, möglich ist, zufriedenstellende Rohre mit indu striell akzeptablen Toleranzen herzustellen.

Nach einer besonderen Ausführung der erfindungsgemäßen Rohrziehform ist die verengte ringförmige Durchflußzone durch ein linear progressives Anwachsen des inneren Durch messers des ringförmigen Durchflußabschnitts des ringförmi gen Formgebungskanals gebildet.

Nach einer anderen Ausführung ist die verengte ringförmige Durchflußzone durch eine linear progressive Verringerung des äußeren Durchmessers des ringförmigen Durchflußab schnitts des ringförmigen Formgebungskanals gebildet. Die verengte ringförmige Durchflußzone kann auch durch sowohl eine Erhöhung als auch eine Verringerung des Innen- und des Außendurchmessers des ringförmigen Durchflußabschnitts des Formgebungskanals gebildet sein. Um jegliches Stagna tionsrisiko des thermoplastischen Materials zu vermeiden, ist es angebracht, das Anwachsen und/oder die Verringerung der vorher genannten Innen- und/oder Außendurchmesser in einem Winkel von 5° bis 35° durchzuführen.

Die Länge der verengten ringförmigen Durchflußzone ist nicht kritisch; sie kann zwischen 1 mm und 100 mm variie ren.

Die verengte ringförmige Durchflußzone kann direkt am Ein gang des geraden ringförmigen Formgebungskanals oder von diesem Eingang entfernt liegen, aber geeigneterweise be trägt der Abstand zwischen dem Ende dieser Zone und der Austrittsöffnung des geraden ringförmigen Formgebungskanals wenigstens 50 mm, so daß die Formgebung, in dem Endstück dieses Kanals, eines Rohres mit der erforderlichen Seiten wandstärke, ungeachtet der Anwesenheit der verengten ring förmigen Durchflußzone, gesichert ist.

Die durch das thermoplastische Material bedingte Verfor mungsgeschwindigkeit in der verengten ringförmigen Durch flußzone der erfindungsgemäßen Rohrziehform kann durch die Beziehung:

ausgedrückt werden, in der

= die Formgebungsgeschwindigkeit,
Qv = die Volumendurchflußrate des thermoplastischen Materials,
L = die Länge einer Konvergenzzone,
S₁ = der Durchflußquerschnitt in Strömungsrichtung vor der verengten ringförmigen Durchflußzone,
S₂ = der Durchflußquerschnitt in der verengten ringförmigen Durchflußzone.

Diese Verformungsgeschwindigkeit kann auch mit guter Annäherung durch die Beziehung

ausgedrückt werden, wobei

V₂ = die mittlere Geschwindigkeit des thermoplastischen Materials in der verengten ringförmigen Durchflußzone,
e₁ = die Stärke (Dicke) des Flusses aus thermoplastischem Material vor der verengten ringförmigen Durchflußzone,
e₂ = die Stärke des Flusses aus thermoplastischem Material in der verengten ringförmigen Durchflußzone.

Demzufolge erlauben diese Beziehungen die geometrischen Parameter in der verengten ringförmigen Durchflußzone in Abhängigkeit von der gewünschten Extrusionsdurchflußrate und den geometrischen Eigenschaften (Durchmesser, Stärke bzw. Querschnitt des herzustellenden Rohres) zu bestimmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs beispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine runde Rohrzieh form, deren verschiedene geometrische Parameter dargelegt werden;

Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine Rohrziehform mit einem Verteilerblock für die Produktion eines mehrschichtigen Rohres, hergestellt wurde.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besteht die runde Rohr ziehform 1 aus einem inneren Formkern 2 und einem äußeren Ring 3, die nacheinander zwischen sich einen divergierenden ringförmigen Kanal 4 und einen geraden Formgebungskanal 5, dessen Querschnitt im wesentlichen demjenigen des herzu stellenden Rohres entspricht, begrenzen. Der innere Form kern 2 ist direkt mit einer Verlängerung 6 des inneren Formkerns 7 eines üblichen Verteilerblocks 8 verbunden, der teilweise dargestellt und so geschaffen ist, daß er einen ringförmigen und mehrschichtigen Fluß der thermoplastischen Materialien, die das herzustellende Rohr bilden, ausstößt. Angesichts der Tatsache, daß der innere Formkern 2 verdünnt und von verkürzter Länge ist, ist es nicht nötig, den Form kern tragende Stege zu seiner Unterstützung vorzusehen. Der äußere Ring 3 der Rohrziehform 1 ist direkt mit einer Hülse 9 des Verteilerblocks 8 verbunden.

Gemäß der Erfindung zeigt der gerade Formgebungskanal 5 eine verengte Durchflußzone 10, die durch eine lokale Ver ringerung des äußeren Durchmessers des ringförmigen Durch flußquerschnitts dieses Kanals erhalten wird.

Die durch das Verfahren und dank der erfindungsgemäßen Rohrziehform erhaltenen Ergebnisse werden durch die nach folgend beschriebenen, praktischen Versuche deutlich, von denen Versuch 1R ein nicht unter die Erfindung fallender Vergleichsversuch ist.

Versuch 1R

Zur Durchführung dieses Versuchs wurde eine Rohrziehform nach Fig. 2 verwendet, aber praktisch ohne verengte Durchflußzone in dem geraden Formgebungskanal, wobei die Rohrziehform direkt mit einem Extruder verbunden war, der einen einschichtigen ringförmigen Fluß aus Polyvinylchlorid ausstößt. Die Eigenschaften dieser Rohrziehform ebenso wie die Eigenschaften der Durchflußleistung sind in der nach folgenden Tabelle 1 wiedergegeben. Man stellt fest, daß in diesem Versuch die Verformungsgeschwindigkeit des thermo plastischen Materials auf der Höhe des Formgebungskanals kleiner als 0,1 sec^-1 ist. Die letzte Spalte der Tabelle De/Df gibt das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des erhaltenen Rohres und dem Außendurchmesser des geraden Formgebungskanals an. Es zeigt sich, daß sich das herge stellte Rohr bei seinem Austritt aus der Rohrziehform ra dial ganz erheblich zusammenzieht.

Versuche 2 und 3

Es wurde wie in Versuch 1R verfahren, aber unter Verwendung von Rohrziehformen wie in Fig. 2, die dieses Mal mit einer verengten Durchflußzone in dem geraden Formgebungskanal ausgestattet waren.

Die geometrischen Eigenschaften der Rohrziehformen, ebenso wie die Eigenschaften der Durchflußrate sind ebenfalls in der nachfolgenden Tabelle 1 wiedergegeben. Man stellt dieses Mal fest, daß die Verformungsgeschwindigkeit des plastischen Materials in der verengten Durchflußzone größer als 0,1 sec^-1 ist und daß das hergestellte Rohr sich prak tisch nicht im radialen Sinn nach seinem Austritt aus der Rohrziehform zusammenzieht.

Claims

1. Verfahren zur Extrusion von Rohren aus thermoplastischem Material durch eine runde, ringförmige Rohrziehform, die einen divergierenden ringförmigen Kanal (4), der direkt mit einem geraden ringförmigen Kanal (5) zur Formgebung des Rohres verbunden ist, umfaßt und bei der das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des ring förmigen Austrittsquerschnitts des divergierenden Kanals und dem Innendurchmesser des ringförmigen Eintrittsquer schnitts des divergierenden Kanals wenigstens gleich 2 ist und in der der gerade ringförmige Formgebungskanal eine verengte ringförmige Durchflußzone (10) in Strö mungsrichtung vor seiner Austrittsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verformungsgeschwin digkeit des thermoplastischen Materials in der verengten ringförmigen Durchflußzone (10) durch Wahl der Geometrie dieser verengten ringförmigen Durchflußzone (10) in Abhängigkeit von der Extrusionsdurchflußrate des thermo plastischen Materials auf wenigstens gleich 0,1 sec^-1 einstellt.

2. Rohrziehform zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1, mit einem divergierenden ringförmigen Kanal (4), der direkt in einen geraden ringförmigen Formge bungskanal (5) übergeht, wobei das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des ringförmigen Austrittsquer schnitts des divergierenden Kanals und dem Innendurch messer des ringförmigen Eintrittsquerschnitts des diver gierenden Kanals wenigstens gleich 2 ist und, der gerade ringförmige Formgebungskanal (5) eine verengte ringför mige Durchflußzone (10) in Strömungsrichtung vor seiner Austrittsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Durchflußquerschnitt in Stömungsrichtung vor der verengten ringförmigen Durch flußzone (10) und dem Durchflußquerschnitt in der ver engten ringförmigen Durchflußzone (10) zwischen 1,5 und 10 beträgt.

3. Rohrziehform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Zone (10) mit dem verengtem Durch flußquerschnitt durch ein linear progressives Anwachsen des Innendurchmessers des ringförmigen Durchflußquer schnitts des geraden ringförmigen Formgebungskanals (5) gebildet ist.

4. Rohrziehform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Zone (10) mit dem verengtem Durch flußquerschnitt durch eine linear progressive Verkleine rung des Außendurchmessers des ringförmigen Durchfluß querschnitts des geraden ringförmigen Formgebungskanals (5) gebildet ist.

5. Rohrziehform nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem äußeren Ende der verengten Durchflußzone (10) und der Austritts öffnung des geraden ringförmigen Formgebungskanals (5) wenigstens 50 mm beträgt.