DE69502917T2

DE69502917T2 - Verfahren zur Herstellung von Rohren zur tropfenweisen Bewässerung

Info

Publication number: DE69502917T2
Application number: DE69502917T
Authority: DE
Inventors: Bruno Ch-1026 Echandens Buluschek
Original assignee: Kertscher E SA
Current assignee: Machines Yvonand SA
Priority date: 1994-12-07
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2015-11-29
Also published as: EP0715926B1; EP0715926A1; CN1094305C; IL116132A; FR2727890A1; DE69502917D1; US5744779A; AU704490B2; ZA9510067B; AU4025295A; IL116132A0; ATE167100T1; CN1128610A; FR2727890B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Rohren für tropfenweise Bewässerung.
Es ist eine geläufige Technik, für bestimmte Bewässerungen Rohre für eine sogenannte "tropfenweise" Bewässerung zu verwenden. Es handelt sich hierbei um Rohre, deren Wandung im voraus in bestimmten Intervallen mit Bohrungen kleinen Durchmessers durchsetzt ist, durch die das Wasser in den Boden abfließt. Um den Durchsatz der Löcher genau zu steuern, ist ein Durchsatzbegrenzer vorgesehen, der gewöhnlich "Tropfer" genannt wird und aus einem Kunststoffteil gebildet ist, das an die Innenwandung des Rohrs geklebt ist. Dieses Teil weist auf der zur Innenwandung des Rohrs gewendeten Seite einen hohlen Abschnitt auf, der eine Sammelkammer bildet. Diese Sammelkammer ist mit dem Innenraum des Rohrs über eine Leitung mit berechnetem Druckabfall, beispielsweise eine Labyrinthleitung, verbunden. Dieses Labyrinth ist aus einer Rinne gebildet, die im voraus auf der Tropferfläche ausgebildet worden ist, die dazu vorgesehen ist, zur Innenfläche des Rohrs gedreht zu werden.
In der Praxis wird in den meisten Fällen ein solches Bewässerungsrohr in der folgenden Weise hergestellt:
In eine Strangpresse wird ein Polymer, im allgemeinen Polyethylen, geschickt, wobei die Strangpresse kontinuierlich und über einen Formgebungskopf ein Rohr mit den gewünschten Abmessungen erzeugt. Sobald das noch warme Rohr den Strangpreßkopf verläßt, wird ein Tropfer, der durch den Strangpreßkopf zugeführt wird, gegen die Innenwandung des Rohrs gepreßt, so daß er, indem er lokal schmilzt, an dieser festklebt. Sobald die Gesamtheit aus dem Rohr und dem Trop fer in einem Wasserbehälter abgekühlt worden ist, wird in die Wand des Rohrs am Ort der Sammelkammer ein Loch gebohrt. Derzeit wird dieser Arbeitsgang folgendermaßen ausgeführt: um das Durchbohren an der richtigen Stelle ausführen zu können, muß der Anfang eines Tropfers im Rohr erfaßt werden. Da die Röhre an dem Ort, an dem sich der Tropfer befindet, dicker als das Rohr allein ist, wird der Beginn des Tropfers in der Röhre erfaßt, indem die dünnwandige Röhre mit einem mechanischen Mittel, beispielsweise zwischen zwei mittels einer Feder gegeneinander gepreßten Walzen, gedrückt wird. Sobald sich ein Tropfer zwischen den Walzen hindurchbewegt, müssen sich diese verschieben, um für den Tropfer Platz zu schaffen. Diese Verschiebung wird durch einen elektrischen Sensor erfaßt und als Signal für eine Bohrmaschine verwendet, die die Öffnung in das Rohr bohrt, um einen Durchtritt zwischen dem Rohrinnenraum über den Tropfer und der äußeren Umgebung zu erzeugen.
Das Bohren einer Öffnung in das Rohr erfolgt anschließend durch herkömmliche und mechanische Mittel (Bohrer und Bohrmaschine).
Da die Erfassung des Vorhandenseins eines Tropfers eine Verschiebung eines mechanischen Elements erfordert, das eine Masse besitzt, begrenzt die Trägheit dieses Elements die Geschwindigkeit und die Genauigkeit der Erfassung des Anfangs des Tropfers.
Das Bohren erfordert eine bestimmte Zeit. Da sich das Rohr während dieser Zeit vorwärtsbewegt, muß das Bohrsystem während der Bohrdauer dem Rohr mit dessen Geschwindigkeit folgen. Daraus resultiert eine komplizierte und teuere Geräteanordnung.
Außerdem ist festzustellen, daß das Bohren ein Arbeitsgang ist, bei dem Material abgehoben wird, entweder in Form einer dem Loch entsprechenden Scheibe oder in Form von Spänen. Die Abführung dieses Materials kann nicht hundertprozentig sichergestellt werden, woraus sich häufige Produktionsstopps ergeben. Es ist anzumerken, daß ein Polymer, genauer das für diese Rohre verwendete Polyethylen, schwerer als beispielsweise ein Metall zu bohren ist: das Polyethylen schmilzt leicht unter der durch die Reibung des Bohrers erzeugten Wärme und geliert am Werkzeug, das somit anschließend nicht mehr schneidet.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile zu beseitigen oder wenigstens zu verringern und ein einfaches System zu schaffen, das ermöglicht, hohe Durchsätze bei der Herstellung von Rohren für "tropfenweise" Bewässerung zu schaffen.
Um dieses Ergebnis zu erhalten, schafft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Rohren für tropfenweise Bewässerung, umfassend die Arbeitsgänge, bestehend aus:
- Herstellen eines kontinuierlichen Rohres durch Extrusion,
- Anschweißen an die Innenwandung des Rohres eines Durchsatzbegrenzers, umfassend eine dichte Wandung, die mit der Innenwand des Rohres eine mit dem Rohrinneren über eine Leitung mit berechnetem Druckabfall verbundene Sammelkammer begrenzt, und
- durch Bohren der Rohrwandung derart, daß die Sammelkammer mit dem Außenraum in Kommunikation gebracht wird,
wobei dieses Verfahren die Besonderheiten besitzt, daß für das Durchbohren der Rohrwandung ein berührungsloser Sensor verwendet wird, der den Beginn und/oder das Ende des Durchlaufs eines Durchsatzbegrenzers erfassen kann, wenn sich das Rohr in Längsrichtung relativ zum Sensor verlagert,
und ein Laser für das Durchbohren der Rohrwandung am Ort der Sammelkammer verwendet wird.
Die Erfindung wird nun genauer mit Hilfe eines praktischen Beispiels dargelegt, das durch die Zeichnung veranschaulicht wird, in der:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Bewässerungsrohres ist, das durch das Verfahren der Erfindung erhalten werden kann,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines von oben betrachteten Tropfers vor seinem Einsetzen in das Bewässerungsrohr ist und
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Installation zum Herstellen des Bewässerungsrohrs ist, wobei diese Installation erfindungsgemäß beschaffen ist.
Fig. 1 zeigt ein Berieselungsrohr 1 aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyethylen, das in regelmäßigen Abständen Löcher 2 aufweist, durch die Wasser ausfließen kann, um Pflanzen 3 zu berieseln. In der Umgebung der Löcher 2 sind innerhalb des Rohrs und daher von außen nicht sichtbar Tropfer 4 angeordnet, deren Struktur mit Hilfe von Fig. 2 erläutert wird. Der Tropfer ist vor seinem Einsetzen ein Teil aus Kunststoff, im Prinzip mit der gleichen Zusammensetzung wie diejenige der Röhre 1, dies ist jedoch nicht zwangsläufig. Der Tropfer 4 weist eine längliche Parallelepiped-Form auf, dessen "äußere" Fläche 5 im Querschnitt eine an die Krümmung der Innenwandung der Röhre 1 angepaßte gekrümmte Form aufweist. In dieser Oberfläche 5 ist eine Sammelkammer 6 ausgespart, die sich im wesentlichen in deren Mittelabschnitt befindet und die die gegenüberliegende Fläche des Tropfers nicht erreicht. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind in dieser Oberfläche 5 zwei Kanäle 8 ausgetieft, die die Sammelkammer 6 mit zwei Durchlässen 9 verbinden, die sich jeweils in der Nähe eines Endes des Tropfers 4 befinden und die durch den Tropfer verlaufen, um in die gegenüberliegende oder innere Fläche 7 zu münden.
In der fertiggestellten Röhre wird der Tropfer 4 auf seiner gesamten Außenfläche 5 an die Innenfläche der Röhre 1 angeschweißt oder zweckmäßig warmverschweißt. Das Loch 2, das durch die Wandung der Röhre 1 verläuft, mündet in die Sammelkammer 6. Es ist deutlich, daß das in der Röhre 1 enthaltene Wasser nach außen abfließt, indem es sich durch die Durchlässe 9, die Leitungen 8, die Sammelkammer 6 und die Löcher 2 bewegt.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt die Geräteanordnung zum Herstellen der Röhre 1 eine Strangpreßinstallation 20, die eine Schmelzkammer 21 für den Kunststoff enthält, mit dem eine mit einem Spritzmundstück 23 versehene Einheit 22 versorgt wird, in der ein konischer Dorn 24 vorgesehen ist, der so angeordnet ist, daß das Spritzmundstück ein röhrenförmiger Vorformling 25 verläßt.
Der Vorformling 25 wird durch eine Zugeinrichtung 26 gezogen, wobei er durch Abkühlungs- und Kalibrierungskammern 27 verläuft. Jenseits der Zugvorrichtung 26 wird die Röhre auf eine Trommel 28 aufgewickelt.
Eine solche Anordnung ist in der Technik zum Herstellen von Kunststoffröhren bekannt.
Um die Tropfer zu befestigen, ist vorgesehen, daß der Dorn 24 einen axialen Durchlaß aufweist, in dem ein Führungsstift 30 angeordnet ist. Dieser Führungsstift nimmt die Tropfer 4 von einer Zufuhrvorrichtung 31 entgegen.
Eine Verschiebungsvorrichtung 32, die mit einem Ausstoßer 33 versehen ist, ist vorgesehen, um die Tropfer 4 direkt in die Abkühlungs- und Kalibrierungsvorrichtungen 27 vorwärtszube wegen. Die Abmessungen des Führungsteils 30 sind so berechnet, daß der Röhren-Vorformling 25, dessen Durchmesser durch diese Einrichtung reduziert wird, an dieser Stelle mit dem Tropfer zu einem Zeitpunkt in Kontakt gelangt, zu dem er noch pastenartig ist, wodurch die Warmverschweißung der oberen Fläche 5 des Tropfers an der Innenwandung des Vorformlings sichergestellt wird. Eine solche Anordnung ist bereits bekannt.
Wenn die Röhre 1 die Abkühlungs- und Kalibrierungsvorrichtungen 27 verläßt, trifft sie auf eine Tropfer-Erfassungseinrichtung 40, die auf die Veränderung der elektrischen Kapazität anspricht, die sich aus der Ankunft eines Tropfers unter seiner Erfassungszelle ergibt.
Die Erfassungseinrichtung 40 ist bekannten Typs, wobei ihre Empfindlichkeit an die Art des Materials angepaßt werden muß, aus dem der Tropfer hergestellt ist. Hierzu wird angemerkt, daß sich die Dielektrizitätskonstante von Polyethylen von derjenigen von Luft um einen Faktor 2, 3 unterscheidet. Dieser große Abstand ermöglicht die Verwendung einer großen Anzahl von handelsüblichen Erfassungseinrichtungen wie etwa jener, die beispielsweise von der Firma Baumer, Frauenfeld, Schweiz, vertrieben wird.
Am Ausgang der Erfassungseinrichtung 40 tritt die Röhre 1 in eine Bohranordnung 41 ein, die einen Laser 42 enthält, der über eine Lichtleitfaser 43 mit einer Fokussierungsoptik 44 verbunden ist.
Ein Steuerelement 45 ist einerseits mit der Antriebsvorrichtung 26 und andererseits mit der Tropfer-Erfassungseinrichtung 40 verbunden. Anhand der von diesen beiden Elementen gelieferten Daten und der Informationen, die die Abmessungen des Tropfers, genauer den Abstand zwischen dem vorderen Ende in Fortbewegungsrichtung des Tropfers 4 und der Mitte der Sammelkammer 6 betreffen, berechnet es den Zeitpunkt, zu dem sich diese Sammelkammer am Ort der Optik 44 befindet. Sie steuert dann das Aussenden der Laserstrahlen.
Die Verwendung eines Lasers zum Durchbohren, Schneiden und Verschweißen ist bekannt und wird in der Metallindustrie häufig verwendet. Der physikalische Effekt besteht darin, daß das kohärente Licht von der Oberfläche des Gegenstandes teilweise absorbiert wird. Diese absorbierte Energie erwärmt den Gegenstand lokal und schmilzt ihn lokal, falls die Energie ausreichend groß ist.
Das für die Bewässerungsrohre verwendete Polyethylen eignet sich zunächst nicht für ein solches Verfahren, weil der Absorptionskoeffizient sehr klein ist. Das Polyethylen ist nämlich für die Wellenlänge der meisten vorhandenen Laser durchlässig.
Für die Herstellung von Bewässerungsrohren wird kein reines Polyethylen verwendet, weil es gegenüber den Ultraviolettstrahlen der Sonne, denen es ständig ausgesetzt ist, nicht ausreichend beständig ist. Um diese Wirkung zu bekämpfen, wird als Stabilisator gegenüber den Ultraviolettstrahlen Ruß hinzugefügt.
Ein einige Promille Ruß enthaltenes Polyethylen besitzt einen Absorptionskoeffizienten für die Wellenlänge eines Lasers, beispielsweise des Typs Nd/YAG, der ausreichend groß ist, damit die Energie des Lichts ausreichend in Wärme umgesetzt wird.
Die durch das Auftreffen der Laserstrahlung auf die Wandung der Röhre 1 freigesetzte Wärme muß ausreichen, um ein Loch zu bilden und um das entsprechende Material zu verdampfen. Somit bleibt keinerlei festes Abfallprodukt zurück. Diese Wärme muß jedoch ausreichend gering sein, um den Tropfer selbst am Punkt der Mündung einer direkten Kommunikation zwischen der Sammelkammer 6 und der gegenüberliegenden Fläche 7 des Tropfers nicht zu beschädigen.
Es können mehrere Kunstgriffe verwendet werden, um die Gefahr eines solchen Ereignisses zu reduzieren und um dennoch jedesmal eine korrekte Bohrung zu erhalten: es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Optik 44 eine Linse enthält, die auf der Wandung der Röhre 1 stark konvergent ist. Die gegenüberliegende Wandung, die den Boden der Sammelkammer 6 bildet und die sich in einem Abstand von der Brennebene der stark konvergenten Linse befindet, empfängt dann eine weniger konzentrierte Lichtmenge. Es kann auch vorgesehen sein, daß der Tropfer einen geringeren Anteil Ruß enthält oder aus einem für die Laserstrahlung durchlässigeren Material besteht. Auf den Boden der Sammelkammer könnte auch eine reflektierende Substanz aufgebracht sein.
Im allgemeinen sind solche Kunstgriffe nicht notwendig, falls die Eigenschaften der Röhre 1 in ausreichend engen Grenzen aufrechterhalten werden, sofern die vom Laser bei der Erzeugung jedes Lochs eingebrachte Energie günstig gewählt ist.
In der derzeitigen Technik ist die Geschwindigkeit, mit der Röhren erhalten werden, wegen der Tatsache, daß das mechanische Durchbohren kaum einen Durchlauftakt von 200 Löchern pro Minute ermöglicht, auf ungefähr 80 Meter/Minute begrenzt. Die Vorrichtung der Erfindung ermöglicht wenigstens die Verdoppelung des Bohrtakts und außerdem die Verdopplung der Extrusionsgeschwindigkeit, ohne wie in der älteren Technik hinderliche Feststoffreste zu erzeugen.
Bei großen Vorbeibewegungsgeschwindigkeiten kann das erfindungsgemäß gebohrte Loch leicht länglich sein. Falls dies einen Nachteil darstellt, ist es möglich, diesen zu umgehen, indem beispielsweise in der Optik 44 ein mit dem Bohren des Lochs synchronisierter Ablenkspiegel vorgesehen wird. Diese einfache Technik vermeidet die Verwendung eines Lasers, der die gleiche Energiemenge in kürzerer Zeit abgibt, d. h. eines leistungsfähigeren und daher teureren Lasers.
In einer vereinfachten Version wird die Optik in Vorbeibewegungsrichtung hinter dem Detektor 40 in einem Abstand angeordnet, der im wesentlichen gleich demjenigen ist, der das vordere Ende eines Tropfers von seiner Sammelkammer trennt, wobei das vom Sensor 40 ausgesendete Signal direkt und sofort das Aussenden der Laserenergie für die Bildung des Lochs steuert. Die Vorbeibewegungsgeschwindigkeit des Rohrs muß hier nicht mehr berücksichtigt werden. In einer Variante kann die Optik 44 vor dem Detektor 40 angeordnet sein, wobei der Laser dann durch ein Signal gesteuert wird, das dem Ende des Durchgangs eines Tropfers vor der Erfassungseinrichtung entspricht.
Zweckmäßig wird als kontaktloser Sensor ein kapazitiver Sensor verwendet, der auf die Änderung der Kapazität anspricht, die durch die Ankunft eines Durchsatzbegrenzers hervorgerufen wird.
In einer vervollkommneten Version, die große Vorbeibewegungsgeschwindigkeiten und große Änderungen dieser Geschwindigkeit ermöglicht, wird das Rohr mit einer nahezu konstanten Geschwindigkeit vorbeibewegt, wird diese Geschwindigkeit gemessen und wird der Zeitpunkt zum Bohren des Lochs unter Berücksichtigung des Zeitpunkts der Erfassung des Anfangs und/oder des Endes des Durchgangs eines Durchsatzbegrenzers, der Vorbeibewegungsgeschwindigkeit, des Abstandes zwischen den Enden des Durchsatzbegrenzers und seiner Sammelkammer und der relativen Position des Sensors und der Bohrstation bestimmt.
In einer vereinfachten Version wird eine Bohrstation verwendet, die sich in einem Abstand von der Erfassungseinrichtung befindet, der gleich dem Abstand zwischen dem vorderen oder dem hinteren Ende des Durchsatzbegrenzers in Richtung der Verschiebung der Röhre ist, wobei die Bohrung sofort nach dem Zeitpunkt ausgeführt wird, zu dem die Erfassungseinrichtung den Beginn oder das Ende des Durchgangs des Durchsatzbegrenzers gemeldet hat.
Es wird angemerkt, daß in diesem Fall die thermische Trägheit des für die Bildung des Lochs zu verdampfenden Materials dazu zwingt, dafür zu sorgen, daß der Abstand zwischen der Erfassungseinrichtung und der Bohrstation vom Abstand zwischen den Enden des Tropfers und der Sammelkammer verschieden ist, wobei der Korrekturausdruck von der Vorbeibewegungsgeschwindigkeit abhängt, so daß dieses Verfahren weniger flexibel als das vorhergehende ist.
Zweckmäßig besteht in einer praktischen Ausführung das Rohr aus Polyethylen mit einem Anteil Ruß, ferner ist der Laser ein Nd/YAG-Laser.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Rohren (1) für tropfenweise Bewässerung, umfassend die Arbeitsgänge, bestehend aus:

- Herstellen eines kontinuierlichen Rohres durch Extrusion,

- Anschweißen an die Innenwandung des Rohres eines Durchsatzbegrenzers (4), umfassend eine dichte Wandung, die mit der Innenwandung des Rohres eine mit dem Rohrinneren über eine Leitung (8) mit berechnetem Druckabfall verbundene Sammelkammer (6) begrenzt, und

- Durchbohren der Rohrwandung derart, daß die Sammelkammer mit dem Außenraum in Kommunikation gebracht wird,

dadurch gekennzeichnet, daß man für das Durchbohren der Rohrwandung einen berührungslosen Sensor (40) verwendet, der den Beginn und/oder das Ende des Durchlaufs eines Durchsatzbegrenzers erfassen kann, wenn das Rohr sich in Längsrichtung relativ zum Sensor verlagert,

und man einen Laser (42) für das Durchbohren der Rohrwandung am Ort der Sammelkammer verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als berührungslosen Sensor einen kapazitiven Sensor verwendet, der gegenüber der durch das Eintreffen eines Durchsatzbegrenzers bewirkten Kapazitätsänderung empfindlich ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Rohr mit einer etwa konstanten Geschwindigkeit laufen läßt, diese Geschwindigkeit mißt, und den Zeitpunkt des Durchbohrens des Loches unter Berücksichtigung des Augenblicks der Erkennung des Beginns und/oder Endes des Durchlaufs eines Durchsatzbegrenzers, der Laufgeschwindigkeit, dem Abstand zwischen den Enden des Durchsatzbegrenzers und seiner Sammelkammer sowie der Relativposition des Sensors und der Bohrstation bestimmt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Bohrstation verwendet, die in einem Abstand von dem Sensor gleich dem Abstand zwischen dem vorderen oder hinteren Ende des Durchsatzbegrenzers in Verlagerungsrichtung des Rohres plaziert ist, und man das Durchbohren ausführt unmittelbar nachdem der Sensor den Beginn oder das Ende des Durchlaufs des Durchsatzbegrenzers signalisiert hat.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Rohr aus Polyäthylen mit Rußfüllstoff besteht und der Laser ein Nd/YAG-Laser ist.