DE4333480A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Lagerung und/oder Führung längskraftbeanspruchter elastisch oder plastisch verformbarer Voll- oder Hohlprofilkörper - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Lagerung und/oder Führung längskraftbeanspruchter elastisch oder plastisch verformbarer Voll- oder Hohlprofilkörper

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lagerung und/oder Führung längskraftbeanspruchter elastisch oder plastisch verformbarer Voll- oder Hohlprofilkörper in einem Hohlraum beliebiger Geometrie, vorzugsweise dem Querschnitt des Profilkörpers angepaßt, insbesondere zur Lagerung oder Führung eines längskraftbeaufschlagten noch nicht erhärteten Strangpreßkörpers.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dies es Verfahrens mit einem zur Lagerung und/oder Führung längskraftbeanspruchter elastischer oder plastischer Voll- oder Hohlprofilkörper angepaßten Hohlraum.
Bei beliebigen elastisch oder plastisch verformbaren Voll- oder Hohlprofilen, die gelagert, gestützt oder geführt werden, besteht bei Längskraftbeanspruchung die Gefahr einer unerwünschten Verformung, beispielsweise einer Stauchung oder Knickung, die das vorgeformte Profil unerwünscht verändert. Biegeschlaffe lange Profile können bisher nur Zugkräfte übertragen und weichen unter Druckbelastung flexibel aus. Bei in zwei Richtungen wirkenden Bowdenzügen Z.B. ist jedoch häufig eine Druckkraftübertragung erwünscht.
Bei der Herstellung, Handhabung und Weiterbearbeitung von Profilen entstehen solche Längskräfte durch im kontinuierlichen Fertigungsgang nachrückende Profilkörperbereiche, in Verbindung mit Reibungs- und Widerstandskräften in nachfolgenden Bearbeitungsschritten bzw. -stationen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem bzw. der eine bei Längskraftbeanspruchung unerwünschte Formänderung des Werkstückes verhindert wird.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest über einen Teilumfangsbereich zwischen dem Voll- oder Hohlprofilkörper und der Hohlrauminnenwand ein Fluiddruck erzeugt wird, daß das Fluid ein hydraulisches Medium vorzugsweise Wasser oder Öl ist und daß der Druck des Fluids so eingestellt wird, daß eine Querkontraktion oder -verformung des Voll- oder Hohlprofilkörpers im wesentlichen unterbunden wird. Der Fluiddruck ist so einzustellen, daß das Fluid als Stützmedium dient, welches eine bei auftretenden Längskräften ansonsten zu befürchtende Deformation des Profilkörpers verhindert. Hierdurch ergibt sich zwangsläufig eine Druckobergrenze, die unter dem Grenzwert liegen muß, bei dem das Fluid selbst den weichen bis halbharten Profilkörper deformieren würde. Neben dieser Stützfunktion bewirkt das Fluid ferner, daß die ansonsten auftretende Reibung zwischen dem Profilkörper und der Innenwand der Hohlraumführung aufgehoben bzw. zumindest erheblich minimiert wird. Als Fluid kann prinzipiell jedes Medium gewählt werden, was zu Stützung und/oder Reibungsminimierung geeignet ist und das keine unerwünschten Reaktionen mit dem Strangpreßmaterial bzw. zu fördernden Profilkörpermaterial eingeht. Bevorzugt wird jedoch ein hydraulisches Medium, wie insbesondere Wasser oder Öl, deren Gleitreibungskoeffizienten das Verfahren optimieren. Dabei ist der Druck des Fluids so einzustellen, daß eine Querkontraktion oder -verformung des Hohl- oder Profilkörpers im wesentlichen unterbunden wird. Dabei wird das Knicken des Profilkörpers zugelassen, jedoch mit kleiner Auslenkung, so daß die Normalkräfte auf die Wand und damit die resultierenden Reibungskräfte klein bleiben.
Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 8 beschrieben.
Der Druck ist danach maximal gleich dem sich aus der Längskraftbeanspruchung ergebenden auf den Voll- oder Hohlprofilkörper wirkenden Längsdruck, vorzugsweise beträgt er 1/4 bis 1/1 des Längsdruckes. Zweckmäßigerweise wird der Druck des Fluids in Abhängigkeit mit der Querkontraktionszahl ν des Voll- oder Hohlprofilkörpers nach der Beziehung mit σ = σL mit σL=Spannung in Längsrichtung und σ = sich aus dem Fluiddruck einstellende Spannung in Querrichtung eingestellt wird. Diese Abhängigkeit folgt dem Hookeschen Gesetz.
Beim Extrudieren dient ein Extruder als kontinuierliches Plastifizier- und Austragsaggregat mit einer vorgesetzten Profildüse zur Herstellung von Voll- und Hohlprofilkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen. Der Querschnitt der Düsenaustrittsöffnung bestimmt wesentlich das Profil des austretenden Stranges. Soll der Profilstrang einer weiteren Nachbearbeitung, z. B. einer Umformung unterzogen werden, muß er in nachgeschaltete Werkzeuge geführt werden. Da der aus der Profildüse austretende Profilkörper noch nicht vollständig formstabil ist, muß bei der Weiterleitung von Druckkräften eine Verformung des Profiles unterbunden werden. Dazu wird ein mittels Extrusion hergestelltes Profil nach Austritt aus dem Extrusionswerkzeug durch Fluiddruck beaufschlagt, wobei vorzugsweise die Abdichtung direkt durch die Schmelze erfolgt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Lagerung oder Führung von Hohlprofilkörpern zusätzlich in dem Hohlprofilkörperinnenraum ein Fluiddruck erzeugt, so daß der Hohlprofilmantel sowohl von außen wie von innen druckbeaufschlagt wird. Vorzugsweise ist der außen am Hohlkörper erzeugte Druck gleich dem im Hohlprofilkör­ perinnenraum erzeugten Druck.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Fluid, mit dem der Druck erzeugt wird, zur Temperierung des Strangpreßkörpers verwendet, entweder um eine kurzfristige Erstarrung zu bewirken oder um eine Temperatur für einen weiteren Umformvorgang einzustellen bzw. aufrechtzuerhalten. Zur Intensivierung der Temperierung kann das Fluid über einen Auslaßkanal zirkulieren. Insbesondere dient das zur Druckerzeugung verwendete Fluid zur Temperierung eines Strangpreßkörpers, der am Ende der druckbeaufschlagten Zone einer Umformung unterzogen wird, wobei die Umformzone des Strangpreßkörpers den Fluiddruckraum zur Auslaufseite hin abdichtet. Durch diese Maßnahme werden aufwendige Dichtungen eingespart.
Die auf die Vorrichtung gerichtete Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 9 gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Innenquerschnitt des Hohlraumes unter Bildung eines Umfangsspaltes zu dem Voll- oder Hohlprofilkörper geringfügig größer als der Querschnitt des Voll- oder Hohlprofilkörpers ist und daß mindestens ein zu dem Umfangsspalt führender Kanal vorgesehen ist, der mit einer Fluiddruckquelle verbunden oder verbindbar ist. Die Außenkontur des Profilkörpers wird - soweit sie nicht von vornherein festgelegt ist - durch das Extrusionswerkzeug, nämlich die Austrittsdüse, bestimmt. Der hieran sich anschließende Vorrichtungsteil ist somit so auszugestalten, daß der Hohlraum den Düsenquerschnitt möglichst über den gesamten Umfang jeweils geringfügig überschreitet.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann zur Stützung hohler Profilkörper eine weitere Bohrung oder ein weiterer Kanal vorgesehen) sein, der in den Profilkörperinnenhohlraum mündet. Wie bereits vorstehend erwähnt, können dann der innen wie der außen wirkende Druck beidseitig des Mantels zur Stützung wirken.
Vorzugsweise ist der Druck des genannten Fluids regel- oder steuerbar, beispielsweise über in dem oder den Kanälen angeordnete Ventile, insbesondere Proportionalventile. Dies macht die Vorrichtung für beliebige Werkstoffe mit unterschiedlichen Festigkeitszuständen und Verformbarkeiten verwendbar.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dem Hohlraum ein Strangpreßwerkzeug vorgeschaltet und/oder ein Umformwerkzeug nachgeordnet, so daß der aus einer Extrusionsdüse austretende Strang zur weiteren Umformung ohne unerwünschte Profiländerung automatisch geführt werden kann. Weiterhin ist vorzugsweise der in den Hohlraum extrudierte und aus dem Hohlraum laufende Profilstrang an der Ein- und/oder Auslaufseite so vorbeigeführt, daß der Profilstrang den mit Fluiddruck beaufschlagten Spalt nach vorn und hinten abdichtet. Vorsorglich können zusätzlich am Ein- und Auslaufende des Spaltes Dichtringe, vorzugsweise O- oder Quad-Ringe, am Hohlrauminnenmantel angeordnet sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der den Hohlraum bildende Körper als Kühlwerkzeug ausgebildet oder mit Kühlkanälen ausgestattet, um die Verfestigung des austretenden Profilstranges zu beschleunigen. Zur Einstellung unterschiedlicher Abkühlzeiten sind das Kühlwerkzeug und/oder die Kanalventile zonenweise regelbar. Nach einer konkreten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Zonen, vorzugsweise zwei bis vier, vorgesehen, die jeweils getrennte Fluidführungen oder -kanäle mit getrennter Temperierung und Durchflußregelung aufweisen. Auch diese Maßnahme dient dem Zweck, die Vorrichtung universell einsetzen zu können.
Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Darstellung unterschiedlicher Zonen der Bereiche entsprechend Fig. 1,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung und
Fig. 4 ein Extrusionswerkzeug mit einer temperierten Führung und einem Umformwerkzeug.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung besitzt einen Führungskörper 10 mit einem Hohlraum, der unter Bildung eines Spaltes 11 zwischen einem Vollprofilkörper 12 und der Hohlrauminnenwand 13 zur Durchführung eines Vollprofilkörpers 12 angepaßt ist. Dieser Vollprofilkörper kann beispielsweise ein aus einer Düse in Richtung des Pfeiles 14 ausgetretener Kunststoffstrang sein. An der Eintritts- und Austrittsseite besitzt der Körper 10 einen engeren Hohlraumquerschnitt für den Profilkörper 12 bzw. Dichtungen 15, die das Austreten des Fluids aus dem Spalt 11 verhindern. Zur Zufuhr des Fluids (siehe Pfeil 16) dient ein zum Spalt 11 führender Kanal 17. Das Fluid kann beispielsweise temperiert sein, so daß sich die aus Fig. 2 ersichtlichen Zonen 18, 19 und 20 unterschiedlicher Abkühlung ergeben.
Bei der Ausbildung nach Fig. 3 besitzt die Vorrichtung 21 mehrere Spalte 11, ggf. unter Verwendung von Kernen 22 und 23, die jeweils entlang der Mantelfläche eines oder mehrerer Profilkörper 24, 25, 26 verlaufen. Dementsprechend groß ist auch die Zahl der Zuführungskanäle 17 und 27, 28 mit Querkanälen 29 und 30. Fig. 3 zeigt, daß insbesondere auch Profilhohlkörper an der Innen- wie der Außenwandung gestützt werden können.
Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Extrusionseinrichtung 31 a, einem Extrusionswerkzeug 31 b, einer Transport- und Temperiereinrichtung 32 und einem Umformwerkzeug 33. Extrusionseinrichtungen mit den notwendigen Aufgabetrichtern, Förderschnecken und Düsen sind grundsätzlich bekannt. Das aus dem Extrusionswerkzeug aus tretende Strangpreßprofil 34 - hier ein Rohrprofil - wird an seinem Innen- wie seinem Außenmantel durch ein Fluid gestützt, das über Kanäle 35 bis 37 in jeweilige Ringspalte 11 eingeführt wird. Die Vorrichtung ist so aufgebaut, daß sie unterschiedliche Temperierzonen aufweist, die etwa durch weitere mit Temperierflüssigkeiten speisbare Hohlräume 38 oder Temperierpatronen oder ähnliches geschaffen werden können. Am Austrittsende wird der rohrförmige Vorformling 34 in­ line bei einer Temperatur von 110°C bis 5°C unterhalb der Kristallitschmelztemperatur, vorzugsweise 5°C bis 20 °C unterhalb dieser Temperatur in fester Phase umgeformt, derart, daß der Durchmesser zunimmt und die Wanddicke abnimmt, jeweils um den Faktor 1,5 bis 4, vorzugsweise 1,75 bis 2,5. Die Wanddickenverkleinerung sowie die Durchmesseraufweitung sind im Querschnitt des Umformwerkzeuges 33 zu erkennen. Auch dieses Unformwerkzeug besitzt Temperierkörper bzw. Hohlräume 39.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die beschriebene Vorrichtung dienen zur Stützung eines weichen bis halbharten Profilstranges mittels eines hydraulischen Stützmediums, vorzugsweise Öl oder Wasser, welches verhindert, daß die im Profil wirkenden Längskräfte zu einer Profildeformation führen. Insbesondere bei der Weiterleitung von Druckkräften in Profilsträngen aus weichen Kunststoffen und ähnlichen Materialien, z. B. unter erhöhter Temperatur, war es bisher nicht möglich, unter Beibehaltung einer definierten Geometrie lange Strecken zurückzulegen. Erst die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe gelöst, beliebig hohe Längsdruckkräfte über lange Strecken verlustfrei zu führen, so daß eine zu Beginn der Strecke in das zu temperierende Profil eingeleitete Kraft in unverminderter Höhe etwa zur Verrichtung von Arbeit am Ende der Strecke zur Verfügung steht. Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung löst weiterhin das Problem, über weite Strecken Temperiervorgänge zusätzlich zu realisieren. Bei dieser Vorrichtung kann auf Kalibratoren und Temperierbäder sowie dortige Dichtungselemente verzichtet werden, die nachteiligerweise Bremskräfte auf den zu bearbeitenden Werkstoff ausüben. Insbesondere können mit der dargestellten Vorrichtung relativ teure Abzugs- und Fördereinrichtungen vermieden werden. Die Dichtfunktion übernimmt der aus dem Extrusionswerkzeug 31 b austretende bzw. in das Umformwerkzeug 33 eintretende Strang selbständig.
Vorzugsweise wird durch Pressung des Voll- oder Hohlprofilkörpers unmittelbar in den durch den Spalt 11 dargestellten Hydraulikdruckraum bewirkt, daß der eingebrachte Preßdruck am Ende der Strecke vollständig zur Austragung und zum Weitertransport bis zur Konfektionierung zur Verfügung steht. Die Abdichtung am Profileinlauf und am Profilauslauf erfolgt durch Pressung des Werkstoffes an der begrenzenden Werkzeugwand, wobei der im Werkstoff vorliegende Druckzustand höhere Kräfte ausübt als der Druck im Hydraulikmedium. Der Druck im Hydraulik- oder Stützmedium richtet sich nach dem Fertigungszustand) des Profilwerkstoffes und liegt im Bereich von 1/4 bis 1/1 des Druckes der auf die projizierte Fläche wirkenden Kraft. Wesentlich ist es, die Querkontraktionen im zu stützenden Profil zu unterdrücken, so daß mit zunehmender Querkontraktionszahl ein höherer Stützdruck notwendig wird, bis zu einem Maximum der Querkontraktionszahl von 1/2 bei einem Druckverhältnis von 1.
Der temperierte Profilstrang wird, wie aus Fig. 4 ersichtlich, am Ende der hydraulischen Stützstrecke einer Umformung in fester Phase zugeführt, wobei durch den Umformdruck eine Abdichtung des Druckraumes erfolgt. Bei Hohlprofilen dient das hydraulische Medium auch der Stützung der Mantelinnenwand, da Spalte 11 auch zwischen Kernen 22, 23 (siehe Fig. 3) und dem Werkstoff gebildet sind. Zur Abdichtung am Ende der Temperierstrecke ist im jeweiligen Hohlraum ein Dorn mit verdicktem Ende eingebaut. Bei der Umformung in fester Phase dient das verdickte Dornende gemeinsam mit der Werkzeugaußenkontur zur geometrischen Ausbildung der Umformzone, so daß eine exakte Umformung sowohl in Längs- als auch in Querrichtung erfolgt.

Claims (17)

1. Verfahren zur Lagerung und/oder Führung längskraftbeanspruchter elastisch oder plastisch verformbarer Voll- oder Hohlprofilkörper (12, 24, 25, 26, 34) in einem Hohlraum beliebiger Geometrie, vorzugsweise dem Querschnitt des Profilkörpers angepaßt, insbesondere zur Lagerung oder Führung eines längskraftbeaufschlagten noch nicht erhärteten Strangpreßkörpers , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest über einen Teilumfangsbereich zwischen dem Voll- oder Hohlprofilkörper (12, 24, 25, 26, 34) und der Hohlrauminnenwand (13) ein Fluiddruck erzeugt wird, daß das Fluid ein hydraulisches Medium vorzugsweise Wasser oder Öl ist und daß der Druck des Fluids so eingestellt wird, daß eine Querkontraktion oder -verformung des Voll- oder Hohlprofilkörpers (12, 24, 25, 26, 34) im wesentlichen unterbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Fluids maximal dem sich aus der Längskraftbeanspruchung ergebenden, auf den Voll- oder Hohlprofilkörper (12, 24, 25, 26, 34) wirkenden Längsdruck ist, vorzugsweise 1/4 bis 1/1 des Längsdruckes beträgt und daß der Druck des Fluids in Abhängigkeit der Querkontraktionszahl (ν) des Voll- oder Hohlprofilkörpers (12, 24, 25, 26, 34) nach der Beziehung σ = σL mit σL = Spannung in Längsrichtung und σ = sich aus dem Fluiddruck einstellende Spannung in Querrichtung eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlprofilkörperinnenraum zusätzlich ein Fluiddruck erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der außen am Hohlprofilkörper (24, 25, 26, 34) erzeugte Druck gleich dem im Hohlprofilkörperinnenraum erzeugte Druck ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittels Extrusion hergestelltes Profil nach Austritt aus dem Extrusionswerkzeug (31b) durch Fluiddruck beaufschlagt wird, wobei vorzugsweise die Abdichtung direkt durch die Schmelze erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid, mit dem der Druck erzeugt wird, zur Temperierung des Strangpreßkörpers (24, 25, 26) verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck der wirkungsvolleren Temperierung des Profilkörpers das unter Druck stehende Fluid zirkuliert, vorzugsweise in Teilbereichen mit unterschiedlichen Temperaturen.
8. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Druckerzeugung verwendete Fluid zur Temperierung eines Strangpreßkörpers (24, 25, 26, 34) dient, der am Ende der druckbeaufschlagten Zone einer Umformung unterzogen wird, vorzugsweise derart, daß die Umformzone des Strangpreßkörpers den Fluiddruckraum zur Auslaufseite hin abdichtet.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 10, mit einem zur Halterung und/oder Führung längskraftbeanspruchter elastischer oder plastischer Voll- oder Hohlprofilkörper (12, 24, 25, 26, 34) im Querschnittsprofil angepaßten Hohlraum, insbesondere zur Lagerung oder Führung eines längskraftbeaufschlagten noch nicht erhärteten Strangpreßkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenquerschnitt des Hohlraumes unter Bildung eines Umfangsspaltes (11) zu dem Voll- oder Hohlprofilkörper geringfügig größer als der Querschnitt des Voll- oder Hohlprofilkörpers (12, 24, 25, 26, 34) ist und das mindestens ein zu dem Umfangsspalt (11) führender Kanal (16, 17, 27 bis 30, 35 bis 37) vorgesehen ist, der mit einer Fluiddruckquelle verbunden oder verbindbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stützung hohler Profilkörper (24, 25, 26, 34) eine weitere Bohrung oder ein weiterer Kanal (27 bis 30) vorgesehen ist, der in den Profilkörperinnenhohlraum mündet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Fluids regel- oder steuerbar ist, vorzugsweise über in dem oder den Kanälen (17, 27 bis 30, 35 bis 37) angeordneten Ventilen, insbesondere Proportionalventilen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hohlraum ein Strangpreßwerkzeug (31) vorgeschaltet ist und/oder ein Umformwerkzeug (33) nachgeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Hohlraum extrudierte und aus dem Hohlraum laufende Profilstrang an der Ein- und/oder Auslaufseite so vorbeigeführt wird, daß der Profilstrang den mit Fluiddruck beaufschlagten Spalt nach vorn und hinten abdichtet.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Ein- und Auslaufende des Spaltes (11) Dichtringe (15), vorzugsweise O- oder Quad-Ringe, am Hohlrauminnenmantel angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der den Hohlraum bildende Körper (31) als Kühlwerkzeug ausgebildet oder mit Kühlkanälen ausgestattet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwerkzeug und/oder die Kanalventile zonenweise regelbar ist/sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zonen, vorzugsweise zwei bis vier, vorgesehen sind, die jeweils getrennte Fluidführungen oder -kanäle (38, 39) mit getrennter Temperierung und Durchflußregelung aufweisen.
DE4333480A 1993-10-01 1993-10-01 Verfahren und Vorrichtung zur Lagerung und/oder Führung längskraftbeanspruchter elastisch oder plastisch verformbarer Voll- oder Hohlprofilkörper Withdrawn DE4333480A1 (de)

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