DE68907136T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Extrudieren von homogenen Rohren aus Kunststoff. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Extrusion homogener Kunststoffrohre.
• Kunststoffrohre finden gewöhnlich wegen ihrer Leichtigkeit, der Einfachheit ihrer Verlegung und Verbindung und auf Grund ihrer Korrosionsbeständigkeit im Kanalbau Verwendung.
• Diese bereits seit mehreren Jahrzehnten bekannten Kunststoffrohre werden immer noch nach dem ursprünglichen Prinzip mit Hilfe einer in Abbildung 1 dargestellten Vorrichtung hergestellt.
• Diese Vorrichtung oder Extruderkopf, der mit geschmolzenem Kunststoff aus einem Extruder, mit dem er in Richtung der Extrusionachse verbunden ist, gespeist wird, setzt sich aus zwei Hauptstücken zusammen, zwischen denen sich das geschmolzene Material bis zum Ausgang des Spritzmundstückes im Umlauf befindet. Das sich aus dem Stempel und dem Dorn zusammensetzende Mittelstück, das den inneren Rohrumfang bestimmt, wird schematisch aus zwei konisch geformten, an ihren größten Flächen miteinander verbundenen Teilen aufgebaut, wobei der Stempel der in Richtung auf den Ausgang des Extruders auseinanderlaufende Kegel und der Dorn der zum Ausgang des Spritzmundstückes zusammenlaufende Teil ist. Dieser Dorn wird mit dem Stück, das den äußeren Teil der Vorrichtung bildet, mit Hilfe von Rippen so verbunden, daß zwischen den beiden Teilen ein rohrförmiger Kanal vom Ausgang des Extruders bis hin zum Ausgang des Spritzmundstückes frei bleibt.
• Diese Vorrichtung hat sich im Verlauf der Zeit nur wenig weiterentwickelt, während die Extruder, an die sie angeschlossen wird, immer leistungsfähiger werden und einen immer größeren Materialdurchsatz aufweisen. Den Bemühungen der Hersteller dieser Materialien für die Rohrproduktion zum Trotz, führt dies zu beträchtlichen Temperaturunterschieden innerhalb des Stromes aus geschmolzenem Kunststoff, der den Extruder verläßt, was zu bedeutenden Viskositätsunterschieden des Kunststoffes an unterschiedlichen Stellen der Vorrichtung führt. Diese Viskositätsunterschiede führen zu Schwankungen des Durchsatzes und haben somit empfindliche Dickeabweichungen am fertigen Rohr zur Folge. Um diesem Mißstand zu begegnen, erhöhen die Materialhersteller zunehmend die Materialvolumina in dieser Vorrichtung, um diese Temperaturschwankungen zu verringern.
• Dies ist zum Beispiel der Fall bei der Vorrichtung, die in SOVIET INVENTIONS ILLUSTRATED vom 23. Juni 1988, Sektion 8829, Zusammenfassung Nr.88-203870/29 Derwent Publications Ltd., London GB; SU-A-1362646 (UKR Plastic Rubber) 30.12.1987, beschrieben wird. Gemäß dieser Vorrichtung durchläuft der Materialfluß einen Verteilerkopf, der aus zwei auseinandergehenden Düsenkanälen besteht, die beide jeweils einen schraubenförmigen Kanal versorgen. Die aufeinanderzulaufenden schraubenförmigen Kanäle treffen vor dem Extrusionswerkzeug aufeinander. Dieses System schraubenförmiger Kanäle ist ebenfalls in den Vorrichtungen für die Gebläse-Extrusion von Filmen wie zum Beispiel in der DE-A-3 542 241 entwickelt worden. Diese Systeme schraubenförmiger Kanäle, die zu einem Stillstand des Materials in der Vorrichtung führen, bringen ein mehr oder minder starkes Überheizen mit sich, das wiederum einen Mangel an Homogenität der endgültigen Rohrdicke zur Folge hat.
• Vorrichtungen, in denen die Materialströme einen Verteilerkopf durchlaufen, dessen Kanäle auf einander zugehen und vor dem Extrusionswerkzeug aufeinandertreffen, werden zum Beispiel in der DE-A-2510127 für die Herstellung von Filmen oder Flaschen durch Gebläse-Einspritz-Extrusion beschrieben. In diesen Vorrichtungstypen wird ein bestimmtes Volumen, das dazu bestimmt ist, das Material für die Einspritzung aufzunehmen, durch ein Stempelsystem gebildet.
• Ein anderes System, um diesem Mißstand zu begegnen, besteht darin, die Dickeabweichungen am Ausgang der Vorrichtung durch unterschiedliche Systeme automatischer Zentrierung auszugleichen : entweder durch relative mechanische Verschiebung von Dorn und Stempel bezüglich des Spritzmundstückes, oder durch die Erzeugung unterschiedlicher Temperaturen an der Außenfläche des Spritzmundstückes. Solche Korrektursysteme machen ausgefeilte Mittel zur kontinuierlichen Dickemessung am Umfang des fertigen Rohres erforderlich.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet eine ständige Regulierung der Temperatur des Materials aus dem Extruder, in dem sie die lokalen Temperaturschwankungen innerhalb des Materialstromes vom Gesamtprodukt aufnehmen läßt. Dadurch daß die Materialtemperatur in der Vorrichtung natürlich homogen wird, wird jegliches Hilfsmittel zum Zentrieren des fertigen Rohres überflüssig, selbstverständlich mit Ausnahme der Anfangsregulierung bei Inbetriebnahme des Produktionsbandes. Diese Vorrichtung ermöglicht es außerdem, die Durchsätze der Extrusionsmaschine zu verbessern und gleichzeitig ein homogenes Rohr herzustellen, dessen Wandstärkeunterschiede kaum wahrnehmbar bleiben.
• Wie diejenigen Vorrichtungen, die für die Herstellung mehrschichtiger Rohre bestimmt sind, weist die von einem Extruder gespeiste erfindungsgemäße Vorrichtung am Ausgang desselben einen Verteilerkopf auf. Dieser für die Herstellung homogener Rohre a priori nutzlose, weil bei der Herstellung mehrschichtiger Rohre zur Vereinigung von Materialströmen unterschiedlicher Zusammensetzung dienende Verteilerkopf, gestattet es, wie in der Folge ersichtlich ist, die auf den Extruder zurückzuführenden lokalen Temperaturschwankungen vom Gesamtprodukt des geschmolzenen Kunststoffmaterials aufnehmen zu lassen.
• Die Vorrichtung besteht aus einem Verteilerkopf, der über Mittel zur Heizung und Regulierung verfügt, und der es ermöglicht, den Hauptstrom aus dem Extruder in zwei Ströme aufzuteilen. Jeder dieser Ströme speist einen Ringkanal. Der Strom aus geschmolzenem Material wird auf diese Weise in zwei rohrförmige Kanäle aufgeteilt, die innerhalb der Vorrichtung wieder aufeinandertreffen können, die aber vorzugsweise in Höhe des Extrusionswerkzeuges, das sich aus Dorn und Spritzmundstück zusammensetzt, aufeinandertreffen. Der Nutzen einer solchen Vorrichtung wird verständlicher, wenn man weiß, daß gemäß der Vorrichtung des bisherigen Standes der Technik ein Temperaturunterschied im Strom des geschmolzenen Extrudermaterials sich mangels externer Ausgleichsmöglichkeiten axial in der gesamten Extrusionsvorrichtung bis zum Ausgang des Spritzmundstückes fortsetzt, was die aufgezeigten Mängel zur Folge hat. Gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Temperaturschwankung in dem Materialstrom unterdrückt. Wegen der Zweiteilung des Stromes wird der Temperaturunterschied zunächst auf einen der Ströme axial übertragen, dann aber radial umgelenkt, wenn das Material in einen der beiden Ringkanäle eintritt. Dieser Temperaturunterschied wird im übrigen die Ausbreitung jedes dieser Ströme beeinflußen, aber da diese Ausbreitung ringförmig geschieht, bewegen sich beide Ströme gegenläufig, so daß die Temperaturschwankungen am Ort des Zusammentreffens der beiden Ringkanäle aufgehoben sind. Schließlich werden diese Unregelmäßigkeiten der Temperatur zunächst durch die Zweiteilung des Stromes, die es ermöglicht, die Ausbreitungsoberfläche des geschmolzenen Materials in der Vorrichtung beträchtlich zu vergrößern, deutlich abgeschwächt.
• Auf vereinfachte Weise wird diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Zustrom von Material aus dem Extruder in einem Verteilerkopf in zwei Zuströme für zwei von einander unabhängige Ringkanäle, die vorzugsweise auf der Höhe des Extrusionswerkzeuges wieder aufeinandertreffen, aufgeteilt wird. Die beiden Zuströme werden so berechnet, daß der Durchfluß der etwa gleichen Mengen gewährleistet ist, und werden ungefähr gegenläufig zum Ausgang der Vorrichtung geführt.
• Die beiliegende Abbildung 2 ermöglicht es, die Erfindung besser zu verstehen. Diese Abbildung detailliert und illustriert einen Schnitt durch einen Vorrichtungstyp. Diese Vorrichtung besteht aus dem Verbund von Verteilerkopf (A) und Extrusionswerkzeug (B). Zu dem Verteilerkopf gehört ein Versorgungskanal (1), der mit dem Ausgang eines nicht dargestellten Extruders verbunden ist, welcher vorzugsweise ungefähr in Richtung der Werkzeugachse angebracht ist, wobei besagter Kanal in zwei deutlich auseinandergehende Versorgungskanäle (2) (3) aufgeteilt wird, zur Versorgung von zwei Ringkanälen (4) (5), die bis zu einem Treffpunkt zusammenlaufen, der vorzugsweise im Extrusionswerkzeug liegt. Das Extrusionswerkzeug besteht bekanntermaßen aus einem klassischen Dorn (6)-Spritzmundstück (7)-System.
• Erfindungsgemäß handelt es sich um eine Vorrichtung zur Herstellung einschichtiger homogener Kunstoffrohre durch Extrusion, bestehend aus einem Verteilerkopf (A) und einem Extrusionswerkzeug (B), das sich aus einem Dorn (6) und einem Spritzmundstück (7) zusammensetzt, wobei der Verteilerkopf einen Düsenkanal (1) enthält, der mit dem Extruderausgang verbunden ist und in zwei deutlich auseinandergehende Kanäle (2) (3) zur Versorgung zweier Ringkanäle (4) (5) aufgeteilt ist, die bis zu einem Treffpunkt im Extrusionswerkzeug (B) der Vorrichtung zusammenlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden auseinandergehenden Düsenkanäle (2) (3), die so berechnet sind, daß der Durchfluß der etwa gleichen Mengen gewährleistet ist, ungefähr gegenläufig zum Ausgang der Vorrichtung geführt werden.
• Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung ist die Beseitigung der Stützrippen des aus Dorn und Stempel bestehenden Innenteils des bisherigen Standes der Technik. Erfindungsgemäß besteht kein direkter Kontakt zwischen den Ringkanälen und dem Ausgangskanal des Extruders, sondern beide sind durch zwei auseinandergehende Düsenkanäle miteinander verbunden. Diese Art der Anordnung gestattet es, den Innenteil (8) und diesmal auch den Dorn des Extrusionswerkzeuges direkt mit dem äußeren Teil der Vorrichtung ohne die Hilfe von Rippen zu verbinden.
• Hilfsmittel zur Dickenregulierung (9) (10), die es ermöglichen, den Dorn mehr oder weniger von dem Innenstück zu entfernen, dienen dazu, das Volumen der Ringkanäle in deren Konvergenzbereichen (11) (12) zu vergrößern oder zu verringern. Diese Veränderung des Düsenkanalvolumens beeinflußt die Regulierung des Materialflußes in den zusammenlaufenden Düsenkanälen (2) (3).
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Herstellung homogener einschichtiger Rohre mit einem sehr guten Erscheinungsbild, die ausgezeichnete mechanische Eigenschaften besitzen und äußerst geringe Dickeabweichungen der Rohrwand aufweisen. Diese Regelmäßigkeit der Rohrwandstärke wird erzielt, ohne daß es notwendig wird, das Extrusionswerkzeug in Abhängigkeit von den Temperaturschwankungen innerhalb des Stromes aus geschmolzenem Kunstoff nachträglich zu zentrieren.
• Das Verfahren zur Herstellung homogener Rohre besteht noch spezieller darin, :
• - einen Verteilerkopf (A), der aus einem mit dem Extruderausgang verbundenen Versorgungskanal (1) besteht, mit Hilfe eines Extruders mit geschmolzenem Kunststoff zu beschicken, wobei besagter in zwei auseinandergehende Düsenkanäle (2) (3) geteilte Kanal den Durchfluß des geschmolzenen Kunststoffes durch zwei übereinanderliegende Ringkanäle (4) (5) ermöglicht, die gegenläufig vorzugsweise bis zu einem Treffpunkt im Extrusionswerkzeug zusammenlaufen,
• - die beiden Kunststoffströme an besagtem Treffpunkt zu vereinen, vorzugsweise zwischen dem Dorn (6) und dem Spritzmundstück (7) des Extrusionswerkzeuges.
• Wie bei einem klassischen Extrusionsverfahren wird die Vorrichtung bei einer Temperatur betrieben, die für die Verarbeitung des eingesetzten Kunsstoffes geeignet ist.
• Nach diesem Verfahren ist das erhaltene Rohr neben der Regelmäßigkeit seiner Dicke vollständig homogen. Entgegen möglicher Erwartungen wird die Vereinigung des Materials am Ende der beiden Ringkanäle in keiner Weise am fertigen Rohr sichtbar. Es besteht eine vollständige Kohäsion der beiden Ströme während ihres Flußes durch das Extrusionswerkzeug.
• Mit Hilfe der Vorrichtung und des Verfahrens kann, unter den für den betreffenden Kunststoff geeigneten Extrusionsbedingungen, jeder der bekannten Kunststoffrohrtypen hergestellt werden.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Herstellung einschichtiger, homogener Kunststoffrohre durch Extrusion, bestehend aus einer Einheit von Verteilerkopf (A) und Extrusionswerkzeug (B), das aus einem Dorn (6) und einem Spritzmundstück (7) gebildet ist, wobei der Verteilerkopf einen Düsenkanal (1) enthält, der mit dem Ausgang des Extruders verbunden ist und der Düsenkanal in zwei deutlich auseinandergehende Kanäle (2) (3) zur Versorgung von Ringkanälen (4) (5) aufgeteilt ist, die bis zu einem Treffpunkt im Extrusionswerkzeug (B) der Vorrichtung zusammenlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden auseinandergehenden Düsenkanäle (2) (3), die so berechnet sind, daß der Durchfluß der etwa gleichen Mengen gewährleistet ist, ungefähr gegenläufig zum Ausgang der Vorrichtung geführt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Dickenregler (9) (10) der Dorn (6) mehr oder weniger vom Mittelstück (8) entfernt werden kann.