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DE4016558A1 - Heat forming hollow thermoplastic components - with heat supplied from inside component to reduce energy consumption - Google Patents

Heat forming hollow thermoplastic components - with heat supplied from inside component to reduce energy consumption

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DE4016558A1
DE4016558A1 DE19904016558 DE4016558A DE4016558A1 DE 4016558 A1 DE4016558 A1 DE 4016558A1 DE 19904016558 DE19904016558 DE 19904016558 DE 4016558 A DE4016558 A DE 4016558A DE 4016558 A1 DE4016558 A1 DE 4016558A1
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Abstract

A tubular workpiece in thermoplastic material is shaped by heating it from inside till it takes the form prescribed by a mould and then cooling it within the mould. The heat can be supplied by a flexible heating rod which has a heater winding in an insulating sleeve with an outer low friction layer. The centre of the heater has a tension member, pref. made of steel rope or braided wire. USE/ADVANTAGE - Heating from the inside reduces the total energy consumption required for heat forming.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verformen von rohrförmigen Werkstücken aus thermoplastischen Kunststoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und des Anspruches 3.The invention relates to a method and an apparatus for deforming tubular workpieces made of thermoplastic materials according to the The preamble of claim 1 and claim 3.

Beim Verformen von rohrförmigen Werkstücken aus thermoplastischen Kunststoffen wird so vorgegangen, daß das Werkstück in unverformtem Zustand als Halbzeug in eine komplexe Form eingelegt wird und danach die gesamte Einrichtung in einem Flüssigkeitsbad oder Warmluftofen aufgeheizt wird und anschließend abgekühlt. Durch die Wärmeeinwirkung und die anschließende Abkühlung erhält das Werkstück die durch die Form vorgegebene Gestalt. Bei diesen bekannten Verfahren ist es nachteilig, daß die Durchführung des Verfahrens mit hohem Energieverbrauch verbunden ist. Sowohl bei der Erwärmung im Flüssigkeitsbad als auch der Erwärmung im Warmluftofen werden hohe Energiemengen verbraucht. Beim Bad-Verfahren werden darüberhinaus große Mengen an Hilfsstoffen verbraucht, beim Umluftverfahren handelt es sich jedesmal um lange Zykluszeiten. Aus diesen nachteiligen Merkmalen resultieren auch hohe Anlagen-Betriebskosten, die zur Verteuerung des gesamten Verfahrens führen.When deforming tubular workpieces made of thermoplastic materials the procedure is such that the workpiece is in the undeformed state as Semi-finished product is inserted into a complex shape and then the entire facility is heated in a liquid bath or warm air oven and then cooled down. By the action of heat and the subsequent cooling the workpiece receives the shape given by the shape. With these known method, it is disadvantageous that the implementation of the method is associated with high energy consumption. Both when heating in Liquid bath as well as warming in a warm air oven are high amounts of energy consumed. The bath process also uses large quantities consumed in auxiliary materials, the recirculation method is always around long cycle times. These disadvantageous features also result high plant operating costs, which increases the cost of the entire process to lead.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und Vorrichtung so auszugestalten, daß unter Vermeidung der oben geschilderten Nachteile das Verfahren gebrauchsvorteilhaft und preisgünstig durchführbar ist, gleichzeitig aber auch eine gute Qualität der hergestellten Werkstücke garantiert ist. Darüber hinaus wird eine einfache Automatisierbarkeit des Verfahrens angestrebt. The invention has for its object a generic method and To design the device so that avoiding the above Disadvantages that the method is advantageous and inexpensive to use at the same time, however, a good quality of the manufactured workpieces is guaranteed is. In addition, the process is easy to automate sought.  

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 und des Anspruches 3 angegebene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.This object is achieved by the in the characterizing part of claim 1 and of claim 3 specified invention solved. Make the subclaims advantageous further developments.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vorzugsweise zum Verformen von rohrförmigen Werkstücken aus thermoplastischen Kunststoffen. Die Werkstücke erhalten nach Abschluß des Verfahrens eine im Raum beliebig liegende Form. Die zum Verformen notwendige Wärmemenge wird nur dem zu verformenden Werkstück von innen zugeführt und das Werkstück dabei bis zur Erweichungstemperatur des Kunststoffs erwärmt. Dabei richten sich die Makromoleküle des Werkstoffes neu aus und das Werkstück nimmt die durch die Form vorgegebene Gestalt an. Bei der anschließenden Abkühlung des Werkstückes, welches solange in der Form verbleibt, werden die Moleküle in ihrer Lage und Orientierung fixiert, so daß das Werkstück dauerhaft die neue Gestalt annimmt. Da nur das in der Form befindliche Werkstück erwärmt wird, sind die dabei verbrauchten Energiemengen gering. Die örtliche Unabhängigkeit der Form ist gegeben, ihre Größe ist nicht durch das Verfahren begrenzt. Somit können ohne weitere Probleme auch langgestreckte, rohrförmige Werkstücke nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verformt werden.The method according to the invention is preferably suitable for deforming tubular workpieces made of thermoplastic materials. The workpieces receive one in the room after the completion of the procedure Shape. The amount of heat required to deform is only for the one to be deformed Workpiece fed from the inside and the workpiece up to the softening temperature of the plastic warmed. The macromolecules align themselves of the material and the workpiece takes the through Shape given shape. When the workpiece is subsequently cooled, which remains in the form as long as the molecules are in their Position and orientation fixed, so that the workpiece permanently the new shape assumes. Since only the workpiece in the mold is heated, they are the amount of energy consumed is low. The local independence of the Shape is given, its size is not limited by the process. Consequently can also produce elongated, tubular workpieces without any further problems are deformed by the method according to the invention.

Als vorteilhaft hat sich die Erwärmung des hohlen Werkstückes von innen durch einen biegsamen Heizkern erwiesen. Dabei kann der Heizkern in das Werkstück so eingeführt werden, daß er an einem Ende wieder austritt.The heating of the hollow workpiece from the inside has proven advantageous proved a flexible heating core. The heating core can be inserted into the workpiece be introduced so that it exits at one end.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einer Form, die der gewünschten Gestalt des Werkstückes entspricht und in die das Werkstück eingelegt wird, ferner aus einem Heizkern zum Einführen in das hohle Werkstück und einer Steuer- oder Regeleinrichtung zur Überwachung des Zeit- und Temperaturverlaufes. Die Form, in die das Werkstück eingelegt wird, kann vorteilhafterweise nur 50% der Kontur des Werkstückes umschließen, so daß ein leichtes Einlegen möglich ist. Anschließend kann mittels geeigneter Griffe, welche kraft- und/oder formschlüssig ausgebildet sind, das Werkstück an bestimmten Stellen gehalten werden. Das Material der Form wird in Abhängigkeit von den wärmeisolierenden Erfordernissen gewählt. Es kann Metall, beschichtetes Metall, thermisch belastbarer Kunststoff, Glas etc. sein. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Steuer- und Regeleinrichtung zur Überwachung des Zeit- und Temperaturverlaufes auf. Die Steuerung des Erwärmungsvorganges ist im einfachsten Fall eine Zeit-Abschaltautomatik. Es wird empirisch eine Zeit ermittelt, nach welcher der Strom abgeschaltet werden muß, damit keine weitere Erwärmung des Werkstückes stattfindet. Es können auch Regeleinrichtungen vorgesehen werden, die den Strom in Abhängigkeit einer am Formteil aufgenommenen Temperatur schalten oder begrenzen. Diese sind jedoch aufwendiger.The device for carrying out the method according to the invention consists from a shape that corresponds to the desired shape of the workpiece and in which the workpiece is inserted, further from a heating core for insertion into the hollow workpiece and a control or regulating device for monitoring the course of time and temperature. The shape in which the workpiece is inserted can advantageously only enclose 50% of the contour of the workpiece, so that easy insertion is possible. Then you can use suitable handles, which are designed to be non-positive and / or positive, the Workpiece to be held at certain points. The material of the form is selected depending on the heat insulating requirements. It can be metal, coated metal, thermally resilient plastic, glass etc. be. The device also has a control and regulating device  Monitoring of the course of time and temperature. The control of the heating process is in the simplest case an automatic time-out. It a time is empirically determined after which the current is switched off must, so that no further heating of the workpiece takes place. It can Control devices are also provided, which depend on the current switch or limit a temperature recorded on the molded part. However, these are more complex.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in das hohle Werkstück ein biegsamer Heizstab eingeführt wird. Der Heizstab besteht aus einer Isolatorhülle, in der eine Heizleiterwicklung angeordnet ist. Diese Heizleiterwicklung wird mit Nieder- oder Normalspannung, mit Gleich- oder Wechselstrom gespeist. Die geringen notwendigen Energien zum Aufheizen der Heizleiterwicklung und der Einsatz von Spannungen unter 50 Volt machen den Einsatz des Heizstabes unbedenklich. Mit Akkumulatoren kann ein produktionstechnischer Materialfluß unabhängig vom Netz und einfach aufgebaut und ausgebaut werden. Die Isolatorhülle besteht vorteilhafterweise aus Teflon oder Glasseide. Sie ist an ihrer äußeren Wandung mit einer Gleitschicht versehen. Die Gleitschicht erleichtert das Einführen des Heizstabes in das Werkstück und besteht vorteilhafterweise aus Teflon. In der Mitte des Heizstabes erstreckt sich in Längsrichtung eine Zugentlastung, welche vorzugsweise aus einem Stahlseil oder aus einem Drahtgeflecht besteht. Die Zugentlastung ist an ihrem einen Ende durch eine geeignete Aufnahme in dem Heizstab befestigt, an dem anderen Ende tritt sie nach außen.In an embodiment of the invention it is provided that in the hollow workpiece flexible heating element is introduced. The heating element consists of an insulator cover, in which a heating conductor winding is arranged. This heating conductor winding is fed with low or normal voltage, with direct or alternating current. The low energy required to heat the heating conductor winding and the use of voltages below 50 volts make the use of the Heating rod harmless. With accumulators, a production-related Material flow independent of the network and easy to set up and expand. The insulator cover advantageously consists of Teflon or glass silk. they is provided with a sliding layer on its outer wall. The sliding layer facilitates the insertion of the heating element into the workpiece and advantageously exists made of teflon. In the middle of the heating element extends in the longitudinal direction a strain relief, which is preferably made of a steel cable or a Wire mesh exists. The strain relief is through at one end a suitable receptacle is fixed in the heating rod, at the other end them outwards.

Die äußere Kontur des Heizstabes ist geringfügig kleiner als die Innenkontur des zu verformenden Werkstückes, dies hat den Vorteil der einfacheren Einführung des Heizstabes in das verformende Werkstück.The outer contour of the heating element is slightly smaller than the inner contour of the workpiece to be deformed, this has the advantage of easier introduction of the heating element in the deforming workpiece.

Ferner kann vorgesehen sein, daß der Heizkern aus einem Schlauch besteht, in dem sich ein erwärmbares Medium befindet. Diese Ausführungsform kommt insbesondere dann in Betracht, wenn die Erweichungstemperaturen des Kunststoffes in niedrigeren Bereichen liegen.It can also be provided that the heating core consists of a hose in which is a heatable medium. This embodiment is coming especially when the softening temperatures of the plastic are in lower ranges.

In den nachfolgenden Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Es zeigt In the following figures, an embodiment of the invention Device shown. It shows  

Fig. 1: eine Form mit einem darin eingelegten zu verformenden Werkstück und einem Heizstab. Fig. 1: a mold with a workpiece to be deformed and a heating rod inserted therein.

Fig. 2: einen Heizstab. Fig. 2: a heating element.

In Fig. 1 ist eine Form 1 mit einem darin eingelegten zu verformenden Werkstück 2 und einem Heizstab 3 dargestellt. Die Form 1 weist eine Gestalt auf, wie sie später das fertige Werkstück 2 annehmen soll. Der Heizstab 3 befindet sich im Inneren des Werkstückes 2. Aus der Form und aus dem Werkstück 2 tritt die Zugentlastung 4 des Heizstabes 3 aus.In Fig. 1, a mold 1 is shown with an inserted therein to be deformed workpiece 2 and a heating rod 3. The shape 1 has a shape as the finished workpiece 2 is to assume later. The heating element 3 is located inside the workpiece 2 . The strain relief 4 of the heating element 3 emerges from the mold and from the workpiece 2 .

In Fig. 2 ist der erfindungsgemäße Heizstab 3 dargestellt. Der Heizstab 3 weist eine Isolatorhülle 5, eine Heizleiterwicklung 6 und eine Zugentlastung 4 auf. Die Zugentlastung 4 erstreckt sich in Längsrichtung des Heizstabes 3 und verläuft in dessen Mitte. Ferner weist der Heizstab eine Aufnahme 7 für Zugentlastung 4 auf. Die Isolatorhülle 5, die vorzugsweise aus Teflon oder Glasseide besteht, ist an ihrer äußerer Wandung mit einer Gleitschicht 8 versehen. Die Gleitschicht 8 besteht vorzugsweise aus Teflon.In FIG. 2, the heating element 3 according to the invention is shown. The heating element 3 has an insulator sleeve 5 , a heating conductor winding 6 and a strain relief 4 . The strain relief 4 extends in the longitudinal direction of the heating element 3 and runs in the middle thereof. Furthermore, the heating element has a receptacle 7 for strain relief 4 . The insulator sleeve 5 , which is preferably made of Teflon or glass silk, is provided with a sliding layer 8 on its outer wall. The sliding layer 8 is preferably made of Teflon.

Claims (10)

1. Verfahren zum Verformen von rohrförmigen Werkstücken aus thermoplastischen Kunststoffen in einer Form durch Wärmeeinwirkung, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Verformen notwendige Wärmemenge nur dem zu verformenden Werkstück (2) von innen zugeführt wird, und das Werkstück (2) dabei bis zur Erweichungstemperatur des Kunststoffes erwärmt wird, und diese Temperatur solange erhalten bleibt, bis das Werkstück (2) die durch die Form (1) vorgegebene Gestalt annimmt und anschließend solange in der Form (1) verbleibt, bis es abgekühlt ist.1. A method for deforming tubular workpieces made of thermoplastic materials in a mold by the action of heat, characterized in that the amount of heat necessary for deforming is only supplied from the inside to the workpiece to be deformed ( 2 ), and the workpiece ( 2 ) up to the softening temperature of the Plastic is heated, and this temperature is maintained until the workpiece ( 2 ) assumes the shape specified by the mold ( 1 ) and then remains in the mold ( 1 ) until it has cooled. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme dem zu verformenden, hohlen Werkstück (2) von innen durch einen biegsamen Heizkern (3) zugeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the heat is supplied to the hollow workpiece ( 2 ) to be deformed from the inside by a flexible heating core ( 3 ). 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 bestehend aus einer Form (1), die der Endgestalt des Werkstückes (2) entspricht und in die das zu verformende Werkstück (2) eingelegt wird, einem biegsamen Heizkern (3) zum Einführen in das hohle Werkstück (2) und einer Steuer- oder Regeleinrichtung zur Überwachung des Zeit- und Temperaturverlaufes.3. Device for performing the method according to claim 2 consisting of a mold ( 1 ) which corresponds to the final shape of the workpiece ( 2 ) and into which the workpiece to be deformed ( 2 ) is inserted, a flexible heating core ( 3 ) for insertion into the hollow workpiece ( 2 ) and a control or regulating device for monitoring the time and temperature profile. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der biegsame Heizkern aus einem biegsamen Heizstab (3) besteht, bei dem in einer Isolatorhülle (5) eine Heizleiterwicklung (6) angeordnet ist, und die Isolatorhülle (5) an ihrer äußeren Wandung mit einer Gleitschicht (8) versehen ist, und in der Mitte des Heizstabes (3) sich eine Zugentlastung (4) in Längsrichtung erstreckt und an einem Ende des Heizstabes (3) eine Aufnahme (7) für die Zugentlastung (4) vorgesehen ist und diese an dem anderen Ende nach außen ausläuft.4. The device according to claim 3, characterized in that the flexible heating core consists of a flexible heating element ( 3 ), in which a heating conductor winding ( 6 ) is arranged in an insulator sleeve ( 5 ), and the insulator sleeve ( 5 ) on its outer wall with a sliding layer ( 8 ) is provided, and in the middle of the heating rod ( 3 ) a strain relief ( 4 ) extends in the longitudinal direction and at one end of the heating rod ( 3 ) there is a receptacle ( 7 ) for the strain relief ( 4 ) and this leaks outwards at the other end. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugentlastung (4) vorzugsweise aus einem Stahlseil oder aus Drahtgeflecht besteht.5. The device according to claim 4, characterized in that the strain relief ( 4 ) preferably consists of a steel cable or wire mesh. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierhülle (5) vorzugsweise aus Teflon oder Glasseide besteht.6. The device according to claim 4, characterized in that the insulating sleeve ( 5 ) preferably consists of Teflon or glass silk. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (8) des Heizstabes (3) vorzugsweise aus Teflon besteht.7. The device according to claim 4, characterized in that the sliding layer ( 8 ) of the heating element ( 3 ) preferably consists of Teflon. 8. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kontur des Heizstabes (3) geringfügig kleiner ist als die Innenkontur des zu verformenden Werkstückes (2).8. Device according to claims 4 to 7, characterized in that the outer contour of the heating element ( 3 ) is slightly smaller than the inner contour of the workpiece to be deformed ( 2 ). 9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkern aus einem Schlauch besteht, in dem sich ein erwärmbares Medium befindet.9. The device according to claim 3, characterized in that the heating core from a There is a hose in which there is a heatable medium. 10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (1) aus einer Hälfte eines in Längsrichtung zweigeteilten Rohres besteht.10. The device according to claim 3, characterized in that the shape ( 1 ) consists of one half of a tube divided in two in the longitudinal direction.
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