DE4135336C2 - Verfahren zum Strangpressen von Mehrschichtrohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strangpressen von Mehr­ schichtrohren aus polymeren Materialien unter Verwendung eines zentral angeströmten Dornhalterwerkzeuges, wobei sich im Querschnitt an eine Außenwand aus kompaktem Polymermaterial als mittlerer Wandbereich des Mehrschichtrohres eine anders strukturierte Polymerschicht anschließt, und wobei der mittlere Wandbereich nach innen hin wiederum von einer Wand aus kompaktem Polymerbereich abgedeckt wird.

Aus der EP 0 019 564 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffrohren durch Extrudieren bekannt, wobei die solcherart hergestellten Kunststoffrohre einen mehrschichtigen Wand­ querschnitt aufweisen. Hierbei ist zwischen die Außen- und die Innen­ wand im Wege des Koextrusionsverfahrens ein Füllmaterial eingebracht.

Bei den bekannten Koextrusionsverfahren wird das Kunststoffmaterial für die Außen- und Innenwand von einem Extruder in einen Verteilerkopf gefördert. Dort wird dieses Kunststoffmaterial in zwei koaxial verlau­ fende Strömungsbahnen getrennt und zwischen diese Strömungsbahnen wird aus einem weiteren Extruder das die dritte Strömungsbahn bildende Füllmaterial eingebracht. Durch Annähern und gegenseitiges Berühren dieser drei Materialschichten wird ein dreischichtiger Aufbau gebil­ det, der bei seinem Austritt aus dem Verteilerkopf im Durchmesser ver­ größert und daran anschließend unter Verdichtung des Füllmaterials auf seine gewünschte Endabmessung reduziert wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besitzt einen heiz- und regelbaren Verteilerkopf, der durch einen Extruder für die Außen- und Innenwand sowie einen weiteren Extruder für das Füllmaterial ge­ speist wird.

Der Verteilerkopf selbst weist Trennelemente zur Bildung der einzelnen Strömungsbahnen auf und besitzt eine Einrichtung zum Einführen des Füllmaterials zwischen die beiden Strömungsbahnen für das Kunststoff­ material für Außen- und Innenwand.

Das Werkzeug besitzt im Anschluß an den Verteilerkopf einen Werkzeug­ dorn mit einem divergierenden Kegelabschnitt, auf dem die drei Rohr­ schichten bis zu einem größten Durchmesser geführt sind. Im Bereich des größten Durchmessers ist der Werkzeugdorn durch stegartige Halte­ rungen mit dem Werkzeug verbunden. Die stegartigen Halterungen durch­ trennen die Rohrschichten radial und diese Trennstellen werden, nach­ dem die Rohrschichten den Bereich der Halterungen durchlaufen haben, wieder zusammengeführt und verschweißt. Nach Durchlaufen der größten radialen Ausdehnung des Werkzeugdorns - die größer ist als der Durch­ messer des fertigen Rohres - werden die drei Rohrschichten in einem konvergierend verlaufenden Bereich des Werkzeugdorns unter Komprimie­ rung der Mittelschicht auf die Abmessungen des fertigen Rohres ge­ bracht.

Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung des Standes der Technik lassen sich Mehrschichtenrohre - sogenannte Schaumkernrohre - herstellen. Diese Mehrschichtenrohre weisen jedoch den Nachteil auf, daß an einer Stelle des Fertigungsablaufes alle drei Schichten durchgehend von den stegartigen Halterungen des Werkzeugdorns getrennt wurden, und daß diese durchgehenden Trennstellen danach wieder zusammengeführt und verschweißt werden müssen. Dadurch entstehen - insbesondere im Bereich der mittleren Schaumschicht - Schwachstellen in der Rohrstruktur, die bei Druckbelastungen des Rohres wie Sollbruchstellen wirken. Dieser Nachteil läßt einen optimalen Gebrauch eines mit dem beschriebenen Verfahren erzeugten Mehrschichtenrohres nicht zu.

Um diesen Nachteil abzustellen wird in der EP 0 236 645 B1 vorgeschlagen, das Werkzeug in drei ringförmige Kanäle auf­ zuteilen.

Davon sind zwei dieser Kanäle für die außen- und innenliegende Rohr­ wand bestimmt, die den Kanal für die Rohrseele umgeben und mit dem Ka­ nal für die Rohrseele im Werkzeug vereinigt werden. Die drei Kanäle sind dabei zur Werkzeugachse axial-asymmetrisch angeordnet und der Werkzeugdorn ist oberhalb der Materialeinspeisung direkt mit dem Rah­ men des Extruders fest verbunden. Durch die direkte Anbindung des Werkzeugdorns an den Extruderrahmen wird bei dieser Werkzeuglösung die Halterung des Werkzeugdorns am Werkzeug über Haltestege vermieden. Da­ mit ist das Phänomen der "Sollbruchstellen" bei diesem Werkzeugaufbau nicht mehr gegeben. Das Werkzeug selbst ist jedoch durch die kompli­ zierten Fließwege der Kunststoffmaterialien, die in diesem Falle kon­ struktionsbedingt sind, nur für leichtfließende Kunststoffmaterialien und nicht beispielsweise für PVC, hart, erfolgreich verwendbar.

Aus der EP 03 70 695 A2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von extrudierten Gegenständen bekannt, bei der bzw. bei dem sich die Problematik der Schmelzestromteilung im Werkzeug nicht stellt. Diese Entgegenhaltung benutzt ein sogenanntes Pinolenwerkzeug, bei dem eine Steghalterung des Verteilerkopfkerns bzw. des Divergenz­ kegels nicht erforderlich ist, da solche Pinolenköpfe keine Verteiler­ köpfe bzw. Divergenzkegel aufweisen.

Aus der EP 03 60 114 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Hohl­ körpern bekannt, wobei das Extrusions-Blasverfahren angewendet wird. Verwendet wird hier eine bekannte Extrusionseinheit mit Speichervolu­ men. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Hohlkörperschichten in den vorgegebenen Längen aus den jeweiligen Speichervolumina extru­ diert. Nach Erreichen der vorgegebenen Länge wird der Extrusionsvor­ gang eingestellt und der Blasvorgang beginnt durch Schließen der Blas­ formhälften über dem extrudierten Schlauchstück.

In der US-PS 50 46 938 ist ein Werkzeugkopf zur Herstellung von mehr­ schichtigen Rohren oder Schläuchen beschrieben, der als zentrales Werkzeugelement einen Pinolenkopf enthält. Der bzw. die Schmelzeströme müssen keine Haltestege für Werkzeugteile umströmen.

Aus der EP 02 81 971 A2 ist ferner die Herstellung eines Formkörpers im Extrusions-Blasverfahren bekannt, bei dem eine der mehreren Schich­ ten aus einem aufschäumbaren Kunststoff besteht. Der technische Gehalt dieser Veröffentlichung unterscheidet sich sonst nicht von dem des be­ reits abgehandelten Standes der Technik. Dies gilt schließlich auch für die Vorveröffentlichung EP 02 80 066 A2.

Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gestellt hat, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Mehrschichten­ rohren anzugeben, mit dem jeder polymere Werkstoff verarbeitet werden kann und bei dem die negativen Auswirkungen der die gesamte Wanddicke durchsetzenden "Sollbruchstellen" nicht mehr gegeben sind. Erfindungs­ gemäß wird dazu vorgeschlagen, daß wenigstens das kompakte Polymerma­ terial der Innenwand des Mehrschichtenrohres erst im vorderen, zylin­ drischen Werkzeugbereich der bis zu diesem Punkt über den Werkzeugdorn geförderten Kombination Außenwand - mittlerer Wandbereich zugeführt und mit dem inneren Umfang des mittleren Wandbereichs an dieser Stelle durch Extrusionsverschweißung verbunden wird und daß die in Fließ­ richtung der Polymerströme für die einzelnen Wandbereiche fertigungs­ bedingt mitgeführten Längsnahtstellen von Wandbereich zu Wandbereich gegeneinander versetzt im Wandschichtenaufbau angeordnet sind.

Bei diesem Verfahrensablauf sind die haltestegbedingten Trennstellen in der Außenwand und in der Mittelwand direkt übereinander angeordnet, wie es zum Stand der Technik beschrieben wurde. Das Kunststoffmaterial der Innenwand wird über einen Zuspritzkanal ins Innere des Hauptwerk­ zeugdorns eingeführt und speist dort den durch einen innenliegenden Werkzeugdorn gebildeten Ringkanal.

Dieser innenliegende Werkzeugdorn ist mit Haltestegen mit den zugeord­ neten Ringkanalbereichen des Hauptwerkzeugdorns verbunden. Das Kunst­ stoffmaterial für die Innenwand wird durch diese Haltestege getrennt und nach deren Durchlaufen wieder zusammengeschweißt.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Tatsache, daß die Haltestege für den inneren Werkzeugdorn versetzt zu den Halteste­ gen des Hauptwerkzeugdorns angeordnet sind. Dadurch wird erfindungsge­ mäß bewirkt, daß die "Sollbruchstelle", die aus den Haltestegen des Hauptwerkzeugdorns in der Außen- und der Mittelwand erzeugt wird, von einem kompakten Wandbereich der Innenwand abgedeckt wird. Dieser kom­ pakte Wandbereich verhindert den linearen Durchtritt der "Sollbruch­ stelle" durch den gesamten Wandquerschnitt und schafft ein erheblich verbessertes Bruchverhalten eines solcherart hergestellten Mehrschich­ tenrohres im Vergleich zum Stand der Technik.

Dieses Bruchverhalten kann erfindungsgemäß noch verbessert werden, wenn sowohl das kompakte Polymermaterial der Innenwand als auch das kompakte Polymermaterial der Außenwand erst im vorderen, zylindrischen Werkzeugteil nach dem Aufweitkegel dem bis zu diesem Punkt geförderten mittleren Wandbereich zugeführt und mit dessen äußerem und innerem Um­ fang durch Extrusionsverschweißung verbunden werden. Bei einem derar­ tigen Verfahrensablauf durchläuft das Polymermaterial der Außenwand keine Trennstellen, die zur Halterung eines Werkzeugdorns dienen. Hier wird vielmehr der Ringkanal für das Polymermaterial der Außenwand direkt von der Einspritzöffnung des Zuspritz-Extruders gespeist und das Polymermaterial für die Außenwand damit direkt auf den äußeren Um­ fang des mittleren Wandbereiches im vorderen, zylindrischen Werkzeug­ teil zugespritzt. Es ist hierbei für das erfindungsgemäße Verfahren ohne Bedeutung, ob der Zuspritzbereich für das kompakte Polymermate­ rial der Außenwand vor oder hinter dem Zuspritzbereich für das kompak­ te Polymermaterial der Innenwand liegt.

Die Haltestege des den Ringkanal für das kompakte Polymermaterial der Innenwand bildenden inneren Werkzeugdorns sind hierbei genauso versetzt zu den Haltestegen des Hauptwerkzeugdorns angeordnet, wie es zur ersten Verfahrensvariante beschrieben worden ist. Es gibt also bei dieser zweiten Variante keine "Sollbruchstelle" im Wandquerschnitt eines solchen Mehrschichtenrohres mehr, die mehr als eine Schicht durchsetzen würde. Es gibt solche "Sollbruchstellen" bei diesem Ver­ fahrensbeispiel nur noch in der Innenwand und im mittleren Wandbe­ reich. Diese dort vorhandenen "Sollbruchstellen" sind jedoch durch die besondere Steghalterung der Werkzeugdorne gegeneinander so versetzt, daß jeweils ein kompakter Wandbereich einen "Sollbruchstellenbereich überdeckt. Da in der Außenwand überhaupt keine "Sollbruchstelle" vor­ handen ist, bietet ein solches Mehrschichtenrohr bei vertretbarem Fer­ tigungsaufwand eine optimale Bruchfestigkeit.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Zuführungskanäle für das kompakte Polymermaterial der Außenwand sowie für das kompakte Polymer­ material der Innenwand aus derselben Extrusionsquelle gespeist werden. Es können jedoch auch jeweils unterschiedliche Zuspritz-Extruder ver­ wendet werden.

Die anders strukturierte Polymerschicht bei einem Profil oder Rohr, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, kann aus geschäumtem Polymermaterial bestehen. Bei einem solchen Schichtaufbau ist die zweite Verfahrensvariante vorzuziehen, da die "Sollbruchstellen" bei geschäumten Polymermaterialien besonders nachteilig wirken. Die anders strukturierte Polymerschicht kann auch eine Schicht aus Recyclingmate­ rial sein. Hier können verschiedene polymere Materialien in dieser an­ ders strukturierten Polymerschicht vereinigt sein, die von den kompak­ ten Außen- und Innenwänden gehalten werden. Es können weiterhin ver­ stärkte Polymere als anders strukturierte Polymerschicht in diesem Mehrschichtenverbund verwendet werden.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Strangpressen von Hohlprofilen, Roh­ ren und dergleichen aus polymeren Materialien mit Verbundwandaufbau besitzt einen zentralen Fließkanal im Werkzeug für das Polymermaterial des mittleren Wandbereichs, einen in diesen zentralen Fließkanal ein­ gesetzten und an Haltestegen zentral im Fließkanal gehaltenen Werk­ zeugdorn, wobei der Werkzeugdorn als Doppelkegel mit einem gegen die Fließrichtung des Polymermaterials gerichteten ersten Kegelteil einem geraden Führungsbereich mit den Haltestegen und einem in Gegenrichtung zum ersten Kegelteil konvergierend in Fließrichtung verlaufenden zwei­ ten Kegelteil, der in einen zylindrischen Endbereich ausläuft, besteht, und wobei der Werkzeugdorn mit den zugeordneten Werkzeugbe­ reichen zu einer Aufweitung mit einer anschließenden Querschnittsver­ ringerung des Polymermaterials führt. Die Ringöffnung für das kompakte Polymermaterial der Innenwand ist bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug­ aufbau hinter dem zweiten Kegelteil im zylindrischen Bereich des Werk­ zeugdorns angeordnet und diese Ringöffnung ist durch eine zentrale, von außen in den Werkzeugdorn führende Zuführungsleitung gespeist. Hierbei erscheint es vorteilhaft, daß innerhalb des Werkzeugdorns in die zentrale Zuführungsleitung für die Ringöffnung in Fließrichtung gesehen ein an Haltestegen gehaltener zweiter Werkzeugdorn eingesetzt ist, der den zentralen Schmelzestrom für das kompakte Polymermaterial in einen Ringkanal leitet, welcher seinerseits die Ringöffnung für das kompakte Polymermaterial der Innenwand speist.

Es ist für die Erfindung wesentlich, daß die Haltestege des äußeren Werkzeugdorns und die Haltestege des inneren Werkzeugdorns gegeneinan­ der versetzt angeordnet sind. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Ringöffnung für das kompakte Polymermaterial der Außenwand im vorde­ ren, zylindrischen Werkzeugbereich angeordnet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vor­ richtung schematisch dargestellt; es zeigt:

Fig. 1 einen Werkzeugaufbau gemäß der ersten Variante des Verfahrens,

Fig. 2 einen Werkzeugaufbau gemäß der zweiten Variante des Verfahrens.

Die schematisch dargestellte Vorrichtung 1 zeigt im vorderen Bereich das Werkzeug 2 mit dem Verteiler 3, dem Ring 4 und der Zuspritzeinheit 5. Die Zuspritzeinheit 5 umfaßt den Zuspritzkanal 51 für die anders strukturierte Polymerschicht 6, sowie den Zuspritzkanal 52 für das kompakte Polymermaterial 71 bei Außenwand 7.

Die Außenwand 7 und die anders strukturierte Polymerschicht 6 werden vor dem Ringraum 61 zusammengeführt. Dieser Schichten­ aufbau wird durch den als Verdrängungskörper wirkenden Werkzeugdorn 8 in den Ringraum 61 geführt. Der Werkzeugdorn 8 ist ein Doppelkegel mit einem gegen die Fließrichtung der anders strukturierten Polymerschicht gerichteten ersten Kegelteil 81. An das erste Kegelteil 81 schließt sich ein gerader Führungsbereich 82 an, von dem aus die Haltestege 83 mit dem Verteiler 3 verbunden sind. An den geraden Führungsbereich 82 schließt sich der in Gegenrichtung zum Kegelteil 81 konvergierend in Fließrichtung verlaufende zweite Kegelteil 84 an. Der Kegelteil 84 läuft in einen zylindrischen Bereich 85 aus. Die Zuführungsleitung 9 für das kompakte Polymermaterial 91 der Innenwand 92 speist eine Ringöffnung 93, wobei diese Ringöffnung 93 mit der von außen durch den Werkzeugdorn 8 verlaufenden Zuführungsleitung 9 verbunden ist.

Innerhalb des Werkzeugdorns 8 ist in die zentrale Zuführungsleitung 9 für die Ringöffnung 93 in Fließrichtung gesehen ein an Haltestegen 94 gehaltener innerer Werkzeugdorn 21 eingesetzt, der den zentralen Schmelzestrom 91 in einen Ringkanal 95 leitet, welcher seinerseits die Ringöffnung 96 für das kompakte Polymermaterial der Innenwand 92 speist.

Die Haltestege 83 des äußeren Werkzeugdorns 8 und die Haltestege 94 des inneren Werkzeugdorns 21 sind gegeneinander ver­ setzt angeordnet.

In der zweiten Erfindungsvariante ist die Ringöffnung 53 für das kom­ pakte Polymermaterial der Außenwand 7 im vorderen, zylindrischen Werk­ zeugbereich 85 angeordnet. Die Ringöffnung 53 wird durch die zentrale Zuführungsleitung 52 gespeist. Andere Elemente haben die gleichen Be­ zugszeichen wie zu Fig. 1 erhalten.

Claims (3)

1. Verfahren zum Strangpressen von Mehrschichtrohren aus polymeren Materialien unter Verwendung eines zentral angeströmten Dornhal­ terwerkzeuges, wobei sich im Querschnitt an eine Außenwand aus kompaktem Polymermaterial als mittlerer Wandbereich des Mehr­ schichtrohres eine anders strukturierte Polymerschicht anschließt und wobei der mittlere Wandbereich nach innen hin wiederum von einer Wand aus kompaktem Polymermaterial abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das kompakte Polymermaterial der Innenwand des Mehrschichtrohres erst im vorderen, zylindrischen Werkzeugbereich der bis zu diesem Punkt über den Werkzeugdorn ge­ förderten Kombination Außenwand - mittlerer Wandbereich zuge­ führt und mit dem inneren Umfang des mittleren Wandbereichs an dieser Stelle durch Extrusionsverschweißung verbunden wird und daß die in Fließrichtung der Polymerströme für die einzelnen Wand­ bereiche fertigungsbedingt mitgeführten Längsnahtstellen von Wand­ bereich zu Wandbereich gegeneinander versetzt im Wandschichtenauf­ bau angeordnet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das kompakte Polymermaterial der Innenwand als auch das kompakte Poly­ mermaterial der Außenwand erst im vorderen, zylindrischen Werk­ zeugteil des Werkzeugdorns dem bis zu diesem Punkt geförderten mittleren Wandbereich zugeführt und mit dessen äußerem und innerem Umfang durch Extrusionsverschweißung verbunden werden.

3. Vorrichtung zum Strangpressen von Hohlprofilen, Rohren und der­ gleichen aus polymeren Materialien mit Verbundwandaufbau mit einem zentralen Fließkanal für das Polymermaterial des mittleren Wandbe­ reichs, einem in diesen zentralen Fließkanal eingesetzten und an Haltestegen zentral im Fließkanal gehaltenen Werkzeugdorn, wobei der Werkzeugdorn als Doppelkegel mit einem gegen die Fließrichtung des Polymermaterials gerichteten ersten Kegelteil, einem geraden Führungsbereich mit den Haltestegen und einem in Gegenrichtung zum ersten Kegelteil konvergierend in Fließrichtung verlaufenden zwei­ ten Kegelteil, das in einem zyIindrischen Endbereich ausläuft, gebildet ist, und wobei der Werkzeugdorn in den zugeordneten Werk­ zeugbereichen zu einer Aufweitung mit einer anschließenden Quer­ schnittsverlängerung des Polymermaterials führt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ringöffnung (93) für das kompakte Polymermate­ rial (91) der Innenwand (92) im zylindrischen Bereich (85) des Werkzeugdorns (8) angeordnet ist, wobei die Ringöffnung (93) durch eine zentrale, von außen in den Werkzeugdorn (8) führende Zufüh­ rungsleitung (9) gespeist ist, daß innerhalb des Werkzeugdorns (8) in die zentrale Zuführungsleitung (9) für die Ringöffnung (93) in Fließrichtung gesehen ein an Haltestegen (94) gehaltener innerer Werkzeugdorn (21) eingesetzt ist, der den zentralen Schmelzestrom für das kompakte Polymermaterial (91) der Innenwand (92) in einen Ringkanal (95) leitet, welcher seinerseits die Ringöffnung (96) für das kompakte Polymermaterial der Innenwand (92) speist, und daß die Haltestege (83) des Werkzeugdorns (8) und die Haltestege (94) des inneren Werkzeugdorns (21) gegeneinander versetzt angeordnet sind.