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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Herstellung von biaxial orientierten Rohren aus
thermoplastischem Kunststoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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In WO 90/02644 ist ein Verfahren nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 beschrieben. Der Zweck der biaxialen
Orientierung des Kunststoffmaterials eines Rohres, auch als
biaxiales Recken eines Rohres bekannt, besteht darin, die
Eigenschaften des Rohres durch Orientierung der Moleküle
des thermoplastischen Kunststoffes in zwei zueinander
senkrechten Richtungen, der axialen Richtung und der Ring- bzw.
Umfangsrichtung, zu verbessern.
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Um die biaxiale Orientierung durchzuführen, ist es
erwünscht, daß das Rohr, gleichmäßig über die Wanddicke des
Rohres, die für den betreffenden thermoplastischen
Kunststoff geeignete Orientierungstemperatur aufweist. Dieses
ist in DE 23 57 210 und EP 0 441 142 (Petzetakis)
beschrieben. In der Praxis ist diese Orientierungstemperatur
die Temperatur, bei der das Kunststoffmaterial bei seiner
Abkühlung formhaltig wird. Für PVC (Polyvinylchlorid) liegt
die Orientierungstemperatur in einem Bereich gerade
oberhalb der Glasübergangstemperatur von PVC. PE (Polyethylen)
und andere Polyolefine zeigen keine Übergangstemperatur,
sondern eine "Alphaphase", die den Übergang von einem
kristallinen über einen teilkristallinen zu einem amorphen
Aufbau darstellt. Die Orientierungstemperatur eines solchen
Kunststoffmaterials liegt gerade oberhalb des zu der
"Alphaphase" gehörenden Temperaturbereichs. Die biaxiale
Orientierung wird durch Kühlung des Rohres fixiert
(eingefroren).
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Um die Orientierungstemperatur des Kunststoffmaterials zu
erhalten, wird das Rohr, das aus dem Extruder mit hoher
Temperatur austritt, gekühlt. In der Praxis wird diese
Kühlung dadurch erreicht, daß das extrudierte Rohr durch
eine stromabwärts des Extruders angeordnete Kühlvorrichtung
hindurchgeführt wird, welche Vorrichtung das Rohr außen
und/oder innen kühlt.
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In WO 90/02644 wird die Expansion des Rohres durch einen
Dorn herbeigeführt, der von einer unter Druck gesetzten
Expansionskammer gebildet ist. Die Expansionskammer ist mit
einem ersten Stopfen, der abdichtend im Inneren des
unexpandierten Rohres sitzt, und einem zweiten Stopfen
stromabwärts von diesem versehen. Dieser zweite Stopfen ist zu
einer Durchmesseraufweitung in der Lage, um gegen die
Innenseite des expandierten Rohres abzudichten.
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In DE 23 57 210 ist der Dorn massiv und ein Fluidfilm wird
zwischen dem Dorn und dem Rohr errichtet. Das Fluid wird
zwischen das hohle Kunststoffrohr und den Auflaufabschnitt
des Dorns stromaufwärts vom Expansionsabschnitt des Dorns
eingeführt. Dieses Fluid muß von dem sich bewegenden Rohr
über den Expansionsabschnitt mitgeschleppt werden. In DE 23
57 210 wird bemerkt, daß der Winkel des konischen
Expansionsabschnitts begrenzt ist, um zu vermeiden, daß der
Fluidfilm unterbrochen wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu
ermöglichen, orientierte Rohre in einem kontinuierlichen Prozeß
in genau regulierbarer Weise herzustellen. Eine weitere
Aufgabe besteht darin, einen weit größeren Winkel des
Expansionsabschnittes als bei dem Verfahren und dem Dorn nach
DE 23 57 210 zu ermöglichen.
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Die vorliegende Erfindung erreicht diese Aufgabe durch ein
Verfahren gemäß Anspruch 1.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens nach
der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten
Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung beschrieben.
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Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung
näher erläutert; es zeigt:
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Fig. 1 schematisch in einer teilweise geschnittenen
Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung zur Herstellung biaxial
orientierter Rohre,
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Fig. 2 schematisch einen Schnitt nach der Linie II-II der
Fig. 1 und
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Fig. 3 schematisch in einem halben Längsschnitt einen Teil
einer Vorrichtung zur Herstellung biaxial
orientierter Rohre unter Verwendung einer bevorzugten
Ausführungsform des Dorns.
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Die Fig. 1, 2, 3 und 4 basieren auf einer Anwendung des
Verfahrens nach der Erfindung, bei dem ein aus
thermoplastischem Kunststoff (wie etwa PVC oder PE) hergestelltes
und eine glatte zylindrische Wand aufweisendes Rohr
hergestellt wird. Es versteht sich, daß die erfinderische Idee
und die hier beschriebenen Lösungen auch zur Herstellung
von Rohrstücken mit einem unterschiedlichen Querschnitt
verwendet werden können, ggf. unter Anpassung der
Ausführung der hier beschriebenen Teile.
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Fig. 1 zeigt einen Extruder 1, mittels dessen ein hohles
Rohr 2 aus thermoplastischem Kunststoff in einem
kontinuierlichen Prozeß hergestellt wird. Beim Verlassen des
Extruders 1 hat das Rohr 2 einen runden ringförmigen
Anfangsquerschnitt.
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Das den Extruder 1 verlassende Rohr wird durch eine äußere
Kalibrierhülse 3 und nachfolgend durch eine Kühlvorrichtung
4, bei dem vorliegenden Beispiel eine
Wasserkühlvorrichtung, hindurchgeführt. Das Rohr wird dadurch biaxial
orientiert, daß das Rohr 2 bei einer geeigneten
Orientierungstempertur des Kunststoffmaterials des Rohrs 2
über einen Dorn 50 zwangsgeführt wird, der durch ein
Spannglied 51 am Platz gehalten wird, das durch das hohle Rohr 2
hindurchgeht und mit dem Extruder 1 verbunden ist.
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In der Praxis ist diese Orientierungstemperatur die
Temperatur, bei der das Kunststoffmaterial bei seiner Abkühlung
formhaltig wird. Für PVC liegt die Orientierungstemperatur
in einem Bereich gerade oberhalb der
Glasübergangstemperatur von PVC. PE und andere Polyolefine zeigen keine
Übergangstemperatur, sondern eine "Alphaphase", die den
Übergang von einem kristallinen über einen teilkristallinen
zu einem amorphen Aufbau darstellt. Die
Orientierungstemperatur eines solchen Kunststoffmaterials liegt gerade
oberhalb des zur "Alphaphase" gehörenden
Temperaturbereichs.
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Der Dorn 50 hat einen zylindrischen Auflaufabschnitt 50a,
einen Expansionsabschnitt 50b in der Form eines
Kegelstumpfes und einen im wesentlichen zylindrischen
Ablaufabschnitt 50c, der zu seinem stromabwärts gelegenen Ende
leicht verjüngt ist.
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Zum Regulieren der Geschwindigkeit, mit der sich das Rohr 2
zum Dorn 50 bewegt, ist eine
Rohrgeschwindigkeitsreguliereinrichtung 12 in einem Abstand stromaufwärts von dem
stromaufwärts gelegenen Ende des Dorns 50, gesehen in
Bewegungsrichtung des Rohres 2, vorhanden, welche Vorrichtung
12 auf die Außenseite des Rohres 2 einwirkt.
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Die schematisch gezeigte Einrichtung 12 wird nachstehend
weiter erläutert.
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Eine Zugeinrichtung 20 ist stromabwärts des Dorns 50 zur
Ausübung einer axialen Zugkraft auf das Rohr 2 vorhanden.
Diese Zugeinrichtung 20 kann eine Ausführung aufweisen, die
im Stand der Technik allgemein bekannt ist.
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Die Außenseite des Rohres 2 stromaufwärts der Einrichtung
12 wird von der Kühlvorrichtung 4 in der Weise gekühlt, daß
das Kunststoffmaterial in einer an die Außenseite des
Rohres 2 anschließenden Außenschicht auf eine Temperatur
gebracht wird, die deutlich niedriger ist als die
Orientierungstemperatur des Kunststoffmaterials. Dieses
gewährleistet, daß die Wand des Rohres 2 eine kalte und daher
verhältnismäßig feste und harte Außenschicht von geeigneter
Dicke erhält, so daß diese Außenschicht mechanischen
Einflüssen standhalten kann, die insbesondere durch die auf
das Rohr 2 einwirkende Einrichtung 12 verursacht werden.
Mit anderen Worten schlägt die vorliegende Erfindung vor,
das Rohr 2 mit einer harten "Haut" durch Kühlung der
Außenschicht auf eine Temperatur zu versehen, die niedriger ist
als die für die biaxiale Orientierung gewünschte
Orientierungstemperatur, wenn das Rohr über den Dorn 50 läuft.
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Für ein Kunststoffmaterial, wie PVC, dessen
Glasübergangstemperatur im Bereich zwischen etwa 80 und 85ºC liegt,
wurde gefunden, daß eine Abkühlung auf etwa 70ºC an der
Außenseite des Rohres passend ist, um eine ausreichend
dicke und feste Außenschicht zu erhalten. Die Temperatur in
der gemäß der vorliegenden Erfindung definierten
Außenschicht liegt daher im Falle von PVC zwischen 80ºC an der
Innenseite der Außenschicht und 70ºC an der Außenseite der
Außenschicht.
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Die stromaufwärts der Einrichtung 12 um das wärmere und
weichere Wandmaterial des Rohrs 2 erzeugte harte Haut
verhindert jede Gefahr einer Beschädigung des Rohres 2 durch
die Einrichtung 12. Andere Vorteile der Haut werden weiter
unten beschrieben.
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Da die Einrichtung 12 mit Abstand vom Dorn 50 angeordnet
ist, steht eine Zeitspanne zur Verfügung, um die
Wiedererwärmung der Außenschicht auf die gewünschte
Orientierungstemperatur zu bewirken. Während der Zeit, in der
das Rohr 2 von der Einrichtung 12 zum Dorn 50 läuft, gibt
das von der Außenschicht eingeschlossene
Kunststoffmaterial, welches Material eine höhere Temperatur als die
Außenschicht hat, allmählich einen Teil seiner Wärme an die
kältere Außenschicht ab. Das Ergebnis hiervon ist, daß die
erfindungsgemäß definierte Außenschicht allmählich dünner
wird, wenn die Außenseite des Rohres 2 nicht mehr gekühlt
wird. Diese Erwärmung kann schließlich zum Verschwinden der
erfindungsgemäß definierten Außenschicht führen. Die
Temperatur des Innenteils der Rohrwand wird dann vorzugsweise
derart reguliert, z. B. durch innere Kühlung/Erwärmung des
Rohres 2, daß in dem Moment, wenn das Rohr die Einrichtung
12 verläßt, die Temperatur höher als die
Orientierungstemperatur ist. Da die Wärme dieses inneren Teils des Rohrs
teilweise an die Außenschicht übertragen wird, wird der
Innenteil auf die gewünschte Orientierungstemperatur
abgekühlt. Diese Wärmeübertragung von der Innenseite zur
Außenseite bedeutet, daß das Rohr einschl. der Außenschicht die
für die biaxiale Orientierung gewünschte
Orientierungstemperatur hat, wenn es über den Dorn 50 geführt wird.
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Um zu gewährleisten, daß eine ausreichend feste
Außenschicht vorhanden bleibt, zumindest während die Einrichtung
12 durchlaufen wird, kann die Einrichtung 12 mit einem
Kühlsystem versehen sein.
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Die kalte Außenschicht des Rohres 2 nimmt in der Dicke nach
Verlassen der Einrichtung 12 weiter ab durch Erwärmung von
der Innenseite des Rohres 2. Um zu gewährleisten, daß beim
Erreichen des Expansionsabschnitts 50b des Dorns 50 das
Rohr die gewünschte Orientierungstemperatur so gleichförmig
wie möglich aufweist, wird Vorkehrung für eine nahe dem
Dorn 50 angeordnete Heizvorrichtung 40 getroffen, welche
Heizvorrichtung nachstehend erläutert wird.
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Nachdem das Rohr 2 über den Expansionsabschnitt 50b des
Dorns 50 gelaufen ist, wird es an der Außenseite durch eine
schematisch angegebene Kühleinrichtung 70 gekühlt.
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Die bei dem vorliegenden Beispiel verwendete Einrichtung 12
umfaßt einen Rahmen, der zwei Ketten 14, 15 von
Gummiblöcken 16, 17 trägt, die auf einer entsprechenden
geschlossenen Bahn bewegt werden können. Aus Gründen der
Deutlichkeit ist nur eine Anzahl von Paaren der Gummiblöcke
16, 17 gezeigt. Jede geschlossene Bahn hat einen aktiven
Teil, in dem die zu den beiden Ketten 14, 15 gehörenden
Blöcke 16, 17 auf Sektoren des Außenumfangs des Rohres 2
einwirken, die auf beiden Seiten des Rohres 2 gelegen sind.
Die Einrichtung 12 ist so ausgebildet, daß der Abstand
zwischen den Blöcken und damit der Durchgang für das zu
orientierende Rohr 2 verändert werden kann.
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Die Art, in der die Einrichtung 12 auf das Rohr 2 einwirkt,
wird nun mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 erläutert.
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In dem Schnitt gemäß Fig. 2 ist ein Paar von Blöcken 16, 17
ersichtlich, die zur Kette 14 bzw. 15 der in Fig. 1
gezeigten Schubeinrichtung 12 gehören. Die Blöcke 16, 17 sind
in der Position gezeigt, in der sie sich im aktiven Teil
der geschlossenen Bahn befinden, auf der sie sich bewegen.
Das Rohr 2, das den Extruder 1, die Kalibrierhülse 3 und
die Kühlvorrichtung 4 mit einem runden Anfangsquerschnitt
verlassen hat, wird zu einem Rohr 2 mit einem ovalen
Querschnitt durch die auf dieses einwirkenden Blöcke 16, 17
zusammengedrückt. Zum besseren Verständnis ist der
Außenumfang mit dem runden Anfangsquerschnitt des Rohres 2 in Fig.
2 durch eine gestrichelte Linie gezeigt. In Fig. 2 ist
ferner die innere Grenzlinie der kalten Außenschicht des
Rohres 2 durch eine gestrichelte Linie angegeben. Bei dem
vorliegenden Beispiel besteht das Rohr aus PVC und die
innere Grenzlinie entspricht der 80ºC-Isotherme
(gestrichelte Linie "1").
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Als Reaktion auf die Verformung des Rohres 2, die durch die
Einrichtung 12 herbeigeführt worden ist, wird ein
Oberflächendruck (Normalkraft) zwischen dem Rohr 2 und den
Blöcken 16, 17 der Einrichtung 12 erzeugt. Dieser
Oberflächendruck ist das Ergebnis des Widerstandes des Rohrs 2
gegenüber der aufgezwungenen Verformung; es versteht sich,
daß die feste Außenschicht einen wichtigen Beitrag zu dem
Gesamtverformungswiderstand des Rohres 2 leistet. Bei der
gleichen Verformung führt somit das Vorhandensein der
Außenschicht zu einem größeren Oberflächendruck, als wenn
keine Außenschicht vorhanden wäre. Der größere
Oberflächendruck macht es möglich, eine größere Axialkraft auf das
glatte Rohr 2 auszuüben.
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Der Oberflächendruck zwischen den Blöcken 16, 17 und dem
Rohr 2 kann somit dadurch reguliert werden, daß der
Durchgang zwischen den Ketten 14, 15 reguliert wird. Außerdem
können Rohre mit zueinander unterschiedlichen Durchmessern
gehandhabt werden, ohne daß größere Einstellungen an der
Einrichtung 12 vorgenommen werden. Die Einrichtung 12 kann
mit einer Temperaturreguliereinrichtung zum Regulieren der
Temperatur der Blöcke 16, 17 versehen sein. Zum Beispiel
kann es wünschenswert sein, die Blöcke 16, 17 zu kühlen, um
auf diese Weise ein vorzeitiges Erwärmen der kalten
Außenschicht des Rohres 2 zu verhindern.
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Das Rohr 2 wird dann über den Dorn 50 bewegt, der einen
runden Querschnitt entsprechend dem herzustellenden Rohr
aufweist. Die durch die Einrichtung 12 verursachte
Verformung des Rohres 2 ist zulässig, weil die biaxiale
Orientierung der Moleküle des thermoplastischen
Kunst
stoffs, die am Dorn 50 auftritt, im wesentlichen der
bestimmende Faktor für die Eigenschaften des schließlich
hergestellten Rohres 2 ist.
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Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Blöcke 16, 17 der
Einrichtung 12 auf das Rohr 2 in einem Abstand stromaufwärts
des stromaufwärts gelegenen Endes des Dorns 50 einwirken.
Das Spannglied 51 ist ferner so dünn ausgeführt, daß das
Rohr 2 nicht innen mit dem Spannglied 51 an der Stelle in
Kontakt kommen kann, an der diese Blöcke 16, 17 auf das
Rohr 2 einwirken und das Rohr 2 zusammendrücken. Die
Gefahr, daß das Rohr 2 zwischen den Blöcken 16, 17 und dem
Spannglied 51 verklemmt wird, ist damit vermieden.
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Der Abstand zwischen dem Punkt, an dem die Blöcke 16, 17
auf das Rohr 2 einwirken, und dem Expansionsabschnitt 50b
des Dorns 50, vorzugsweise das 5- bis 10-fache des
Rohrdurchmessers an diesem Punkt, ist für die oben erwähnte
Erwärmung der Außenschicht von innen her vorteilhaft. Des
weiteren führt ein verhältnismäßig großer Abstand zwischen
der Einrichtung 12 und dem Expansionsabschnitt des Dorns 50
zu einer Dämpfung eines etwaigen Pulsierens, das mit der
von der Einrichtung 12 ausgeübten Axialkraft auftreten
kann. In Verbindung mit der harten Außenschicht bleibt der
Spannungszustand des Wandmaterials des Rohres 2 an der
Stelle des Dorns 50 sehr konstant. Dies ist nicht nur für
die Steuerung des Prozesses der biaxialen Orientierung
vorteilhaft, sondern vermeidet insbesondere, daß ein
unerwünschtes Knittern in der Wanddicke in axialer Richtung des
hergestellten Rohres 2 auftritt.
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Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist der
geeignete Abstand zwischen der Einrichtung 12 und dem
Expansionsabschnitt des Dorns 50 für jede einzelne
Situation zu bestimmen. Verschiedene Parameter, z. B. die
Abmessungen des Rohres, der Grad der Verformung in
Umfangsrichtung des Rohres, während es über den
Expansionsab
schnitt des Dorns läuft, die beabsichtigte Axialkraft, die
von der Rohrgeschwindigkeitsreguliereinrichtung ausgeübt
wird, und die Eigenschaften des Kunststoffmaterials des
Rohres sind als wichtig anzusehen.
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Der Abstand zwischen der Einrichtung 12 und dem Dorn 50 hat
auch den Vorteil, daß das Rohr 2 einen allmählichen
Übergang von dem verformten Ovalquerschnitt an der Einrichtung
12 zum Querschnitt am Dorn 50 erfährt.
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Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Dorn 50 mit einem
zylindrischen Auflaufabschnitt 50a versehen ist, welcher
Abschnitt stromaufwärts des Expansionsabschnitts 50b des
Dorns 50 angeordnet ist und mit diesem ein Teil bildet.
Dieser Auflaufabschnitt 50a bildet sodann eine innere
Abstützung für das Rohr 2 und hat z. B. eine Länge von
zumindest dem Dreifachen des Rohrdurchmessers. Ein Knicken des
Rohres 2 wird nahe der Einrichtung 12 durch die dort noch
vorhandene feste Außenschicht und nahe dem Dorn 50 durch
den Auflaufabschnitt 50a des Dorns 50 verhindert.
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Obwohl eine Erwärmung der kalten Außenhaut durch
Wärmeübertragung vom Inneren des Rohres 2 durchgeführt wird, ist
eine kontrollierte Erwärmung des Rohres 2 zwischen der
Einrichtung 12 und dem Expansionsabschnitt des Dorns
vorzugsweise in der Lage zu gewährleisten, daß das
Kunststoffmaterial der Rohrwand bei der Bewegung über den Dorn 50 die
Orientierungstemperatur hat. Auf der Grundlage der oben
erwähnten automatischen Erwärmung der Außenschicht von der
Innenseite her könnte das Erreichen der
Orientierungstemperatur in gleichmäßiger Form nicht immer mit Sicherheit
gewährleistet sein.
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Es wird bevorzugt, daß die Erwärmung des Rohres eine
Beeinflussung der Temperatur des Kunststoffmaterials des Rohres
durch ein System umfaßt, das sektorweise in Umfangsrichtung
des Rohres einstellbar ist. Die sektorweise Einstellung der
Erwärmung wird vorzugsweise in Abhängigkeit von dem
gemessenen Querschnittsprofil des biaxial orientierten Rohres
ausgeführt. Diese Maßnahme basiert auf dem folgenden
Gedanken:
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Während das Rohr über den Dorn läuft, erfährt das
Kunststoffmaterial des Rohres einen Widerstand, der der Bewegung
des Rohres über den Dorn entgegenwirkt. Dieser Widerstand
hängt von mehreren Parametern ab, wie der Temperatur des
Kunststoffmaterials, der Wanddicke des Rohres stromaufwärts
des Dorns, der Reibung zwischen dem Rohr und dem Dorn und
der Form des Dorns. Da sich das Kunststoffmaterial in einem
bereitwillig verformbaren Zustand befindet, während es über
den Dorn läuft, wird somit die Verteilung des
Kunststoffmaterials um den Dorn durch Unterschiede im Widerstand
gegenüber der Bewegung des Rohres über den Dorn, in
Umfangsrichtung des Rohres gesehen, beeinflußt. Dieses kann
zu Unterschieden in der Wanddicke des Rohres, im
Querschnitt rechtwinklig zur Achse des Dorns gesehen, führen,
wenn das Rohr den Dorn verläßt. In dem Sektor des Rohres,
in dem eine Veränderung in der Wanddicke vorliegt, wird
auch die erreichte biaxiale Orientierung nicht derjenigen
in den anderen Umfangssektoren des Rohres entsprechen. Eine
etwaige Beeinflussung, die die
Rohrgeschwindigkeitsreguliereinrichtung auf die Homogenität des Rohres nehmen
kann, kann ebenfalls durch diese Maßnahme nach der
Erfindung kompensiert werden.
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Dieses Verfahren der Beeinflussung des Widerstands mittels
der Temperatur der Rohrwand kann in der Praxis auf einfache
Weise erreicht werden und von der Außenseite des Rohres
oder auch, ggf. in Kombination, von der Innenseite des
Rohres aus durchgeführt werden. Durch einen örtlichen
Anstieg in der Temperatur fließt das Kunststoffmaterial des
Rohres an diesem Punkt unter der auftretenden Last
leichter. Somit beeinflußt dies praktisch den Widerstand,
den das Rohr erfährt, wenn es über den Dorn läuft. In
gleicher Weise kann durch eine örtliche Veränderung in der
Temperatur des Kunststoffmaterials auf der Innenseite des
Rohres ein Einfluß auf den Reibungswiderstand zwischen
diesem Teil des Rohres und dem Dorn ausgeübt werden. In
diesem Fall kann der Dorn mit einzeln einstellbaren
Heizeinheiten versehen werden, die um den Umfang des Dorns
herum angeordnet sind.
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Die Heizeinrichtung 40 umfaßt bei diesem Beispiel acht
Infrarotheizeinheiten 41, die nahe dem Dorn 50 mit
regelmäßigen Abständen um die Strecke angeordnet sind, auf der
das Rohr 2 durch die Einrichtung 40 hindurchläuft. Jede
Einheit 41 kann eine einstellbare Wärmemenge an das Rohr 2
liefern. Die Infrarotheizeinheiten sind in der Weise
aufgebaut, daß jede von Ihnen einen Einfluß auf die Temperatur
des Kunststoffmaterials des Rohres 2 in einem Umfangssektor
des Rohres 2 ausüben kann. Die in dieser Weise ausgelegte
Heizeinrichtung 40 kann dazu verwendet werden, das Rohr 2
genau auf die für die biaxiale Orientierung gewünschte
Temperatur zu bringen.
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Mit der Heizeinrichtung 40 ist ferner eine sektorweise
Beeinflussung des Widerstandes möglich, auf den das Rohr 2
trifft, wenn es über den Dorn 50a läuft, wie oben
erläutert.
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Fig. 3 zeigt schematisch im Querschnitt einen Teil der
Produktionslinie der Fig. 1, in dem die biaxiale
Orientierung des Rohres 2 herbeigeführt wird.
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Wie in Fig. 1 ist der Dorn 50 mit dem Extruder (nicht
gezeigt) mit einem Spannglied 51 verbunden. Der Dorn 50
besteht im wesentlichen aus zwei Abschnitten, einem erwärmten
Abschnitt 52, der einen im wesentlichen zylindrischen
Auflaufabschnitt 50a umfaßt, und einem konischen
Expansionsabschnitt 50b sowie einem gekühlten Abschnitt 53, der einen
im wesentlichen zylindrischen Ablaufabschnitt 50b umfaßt.
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Eine ringförmige Scheibe 54 aus einem Wärmeisoliermaterial,
wie etwa einem Kunststoff, ist zwischen den erwärmten
Abschnitt 52 und den gekühlten Abschnitt 53 des Dorns 50
gesetzt.
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Ein warmes Fluid, z. B. Warmwasser, wird durch eine Leitung
55 im Spannglied 51 zu einem oder mehreren Kanälen 56
geführt, die in dem Dornabschnitt aus im wesentlichen
massivem Metall vorgesehen sind. Jeder Kanal 56 endet in
einer vertieften Umfangsnut 57, die in der äußeren
konischen Oberfläche des Dornabschnitts 52 vorgesehen ist.
Das durch die Leitung 55 zugeführte Fluid bildet eine
Schicht zwischen dem Rohr 2 und dem erwärmten Abschnitt 52
des Dorns 50 und fließt aus dieser Nut 57 entgegen der
Bewegungsrichtung des Rohres 2. Das warme Fluid fließt dann
in einen Ringraum 58, der von einer Dichtungseinrichtung
59, dem Rohr 2 und dem Dornabschnitt 52 begrenzt ist.
Schließlich verläßt das Fluid den Raum 58 über eine weitere
im Spannglied 51 vorgesehene Leitung 60. Das warme Fluid
fließt nicht in der gleichen Richtung wie das sich
bewegende Rohr 2, da eine effektive Fluiddichtung durch den
Berührungsdruck zwischen dem Rohr 2 und dem Dorn 50
stromabwärts der Nut 57 im Übergangsbereich zwischen dem
konischen Abschnitt 52 und dem Ablaufabschnitt 53 des Dorns
50 errichtet ist.
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Im Falle der biaxialen Orientierung eines aus PVC
hergestellten Rohres beträgt die bevorzugte Temperatur des
warmen Fluids etwa 95ºC, wobei der Druck des Fluids
vorzugsweise nicht mehr beträgt als notwendig ist, um die
Fluidschicht zwischen dem Rohr 2 und dem erwärmten
Dornabschnitt 52 aufrechtzuerhalten.
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Ein kaltes Fluid, z. B. kaltes Wasser, wird durch eine
Leitung 61 im Spannglied 51 einem oder mehreren Kanälen 62
zugeführt, die in dem Dornabschnitt 53 aus im wesentlichen
massivem Metall vorgesehen sind. Jeder Kanal 62 mündet in
einer vertieften Umfangsnut 53 aus, die in der äußeren
Oberfläche des Abschnitts 53 vorgesehen ist. Das Fluid
fließt aus dieser Nut 63, entgegen der Bewegungsrichtung
des Rohres 2, zu einer zweiten Umfangsnut 64 hin, die in
der äußeren Oberfläche des Dornabschnitts 53 vorgesehen
ist, und fließt von dort über einen oder mehrere Kanäle 65
zu einem Raum 66 stromabwärts des Dorns 50. Dadurch ist
eine Fluidschicht zwischen dem gekühlten Abschnitt 53 des
Dorns 50 und dem Rohr 2 aufgebaut. Der Raum 66 ist von
einer Dichtungseinrichtung 67, dem sich stromabwärts des
Dorns 50 erstreckenden Teil des Spanngliedes 51 und dem
Dornabschnitt 53 begrenzt. Das in den Raum 66 gelangende
Fluid verläßt diesen Raum 66 über eine im Spannglied 51
vorgesehene Leitung 69.
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Die Nut 63 ist mit einem solchen Abstand von dem
stromabwärts gelegenen Ende des Dornabschnitts 53 angeordnet, das
eine effektive Fluiddichtung durch den Berührungsdruck
zwischen dem Rohr 2 und dem Dornabschnitt 53 aufgebaut
wird. Dieser Druck ist in der Hauptsache ein Ergebnis der
Tendenz des Rohres 2 zu schrumpfen, wenn das Rohr abgekühlt
wird. Die Strömung kalten Fluids zwischen dem
Ablaufabschnitt 53 des Dorns 50 und dem Rohr 2 kühlt das Rohr 2
von der Innenseite, unmittelbar nachdem die radiale
Aufweitung des Rohres 2 durchgeführt worden ist. Im Falle der
biaxialen Orientierung von PVC beträgt die Temperatur des
kalten Fluids vorzugsweise etwa 20ºC bei Einführung in die
Leitung 61.
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Es wird bemerkt, daß die Dicke der Fluidschichten zwischen
dem Rohr 2 und den Abschnitten 52 und 53 des Dorns 50 in
Fig. 3 übertrieben ist.
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Aus Obigem und aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß das Rohr 2
mit dem Dorn 50 nur in dem Bereich zwischen der Nut 57 auf
dem konischen Abschnitt und der Nut 64 auf dem
Ablaufab
schnitt und im Bereich zwischen der Nut 63 und dem
stromabwärts gelegenen Ende des Ablaufabschnitts in Berührung
steht. Die Gesamtberührungsfläche ist daher klein, und die
Reibung zwischen dem Dorn und dem Rohr ist stark
verringert. Aufgrund dieser verringerten Reibung kann das
Phänomen beobachtet werden, daß die durch die
Zugeinrichtung 20 (Fig. 1) auf das Rohr 2 stromabwärts des Dorns
50 ausgeübte Zugkraft nicht vollständig durch die
Aufweitung des Rohrs 2 und am Dorn 50 auftretende
Reibungskräfte dissipiert wird, sondern daß noch eine Restzugkraft
am Rohr 2 stromaufwärts des Dorns 50 verbleibt. Dieses
würde dazu führen, daß das Rohr 2 vom Extruder 1 mit einer
größeren Geschwindigkeit abgezogen wird, als beabsichtigt,
und das Rohr 2 evtl. reißen könnte. Um diesen unerwünschten
Effekt auszuschalten, ist die zwischen den Extruder 1 und
den Dorn 50 gesetzte
Rohrgeschwindigkeitsreguliereinrichtung 12 (Fig. 1) in diesem Fall so ausgeführt, daß eine
axiale Bremskraft auf das Rohr 2, d. h. eine vom Dorn 50
fortgerichtete Axialkraft, ausgeübt wird. Diese Bremskraft
kann dadurch erreicht werden, daß man die Bahnen 14, 15 der
Rohrgeschwindigkeitsreguliereinrichtung 12 in
Bewegungsrichtung des Rohres 2 mit einer vorbestimmten konstanten
Geschwindigkeit laufen läßt. Ohne die das Rohr 2 effektiv
bremsende Rohrgeschwindigkeitsreguliereinrichtung 12 kann
beobachtet werden, daß bei Verwendung eines Dorns 50 der in
Fig. 3 gezeigten Art das Rohr 2 in seiner axialen Richtung
nicht, oder zumindest nicht ausreichend, gereckt wird.
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Es muß daher eine Abstimmung zwischen der Zugkraft, die auf
das Rohr durch die Zugeinrichtung 20 stromabwärts des Dorns
50 ausgeübt wird, und der Axialkraft, die von der
Rohrgeschwindigkeitsreguliereinrichtung stromaufwärts des Dorns
ausgeübt wird, hergestellt werden. Diese Abstimmung wird
dadurch erreicht, daß die Geschwindigkeit beider
Einrichtungen reguliert wird.
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Auch der Berührungsbereich zwischen dem Rohr 2 und dem Dorn
50 kann gemäß der Erfindung einstellbar gemacht werden, um
eine Regulierung der Reibungskräfte zwischen dem Dorn 50
und dem Rohr 2 zu ermöglichen. Dieses kann entweder durch
mehrere Dorne mit verschiedenen Stellungen der Nuten auf
der Dornaußenfläche oder dadurch erfolgen, daß ein Dorn mit
einer Ventileinrichtung vorgesehen wird, die es dem Fluid
ermöglicht, aus einer oder mehreren ausgewählten Nuten auf
der Außenfläche des Dorns auszutreten.
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Während des Anlaufens der in Fig. 1 gezeigten
Produktionslinie, jedoch versehen mit dem Dorn der in Fig. 3 gezeigten
Art, ist offensichtlich, daß keine Fluidschicht zwischen
dem Rohr 2 und dem Dorn 50 gebildet werden kann und daß die
Zugeinrichtung 20 stromabwärts des Dorns 50 zur
Zwangsführung des Rohrs 2 über den Dorn 50 nicht beitragen kann.
Während des Anlaufvorgangs ist die
Rohrgeschwindigkeitsreguliereinrichtung 12 dann vorteilhaft so eingestellt, daß
eine Schubkraft zum Dorn 50 hin auf das Rohr 2 ausgeübt
wird. Um in der Lage zu sein, eine erhebliche Schubkraft
auf das Rohr 2 auszuüben, ist die Kühlvorrichtung 4 bereits
in Betrieb, um die kalte Außenhaut am Rohr 2 zu bilden, wie
oben beschrieben.
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Ein weiteres Phänomen, das beobachtet werden kann, besteht
darin, daß, aufgrund der axialen Zugkräfte, die im Rohr 2
zwischen der Einrichtung 12 und dem Dorn 50 vorhanden sind,
das Rohr 2 dazu neigt, in radialer Richtung kleiner zu
werden. Diesem Effekt wird durch die kalte Außenschicht des
Rohres 2 entgegengewirkt, jedoch könnte auch die
Einrichtung 12 mit einer Vorspannungseinrichtung versehen
sein, die die Blöcke 16 und 17 zum Rohr 2 hin beaufschlagt,
um einen ausreichenden radialen Berührungsdruck zwischen
den Blöcken 16, 17 und dem Rohr 2 aufrechtzuerhalten.
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Um eine stabile Dicke der Fluidschicht zwischen dem
Dornabschnitt 53 und dem Rohr 2 zu erhalten, wird vorzugsweise
eine volumetrische Pumpe, d. h. eine Pumpe mit einer
konstanten Leistung unabhängig vom Fluiddruck für den
Fluidumlauf verwendet. Eine gleiche Art von Pumpe wird
vorzugsweise für den Umlauf des warmen Fluids verwendet, das
eine Fluidschicht zwischen dem Rohr 2 und dem Dornabschnitt
52 bildet.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird das Rohr 2 auch außen
gekühlt, nachdem die Orientierung in Umfangsrichtung
ausgeführt worden ist. Eine Kühlvorrichtung 70 ist zur
Herbeiführung dieser Außenkühlung vorgesehen.
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Eine Platte 75 mit einer Kalibrieröffnung, durch die das
Rohr 2 hindurchläuft, ist stromabwärts des Dorns 50
vorgesehen. Die Platte 75 ist in bezug auf den Dorn 50
bewegbar, wie es in Fig. 3 durch einen Pfeil C angegeben ist.
Stromabwärts der Platte 75 ist eine Meßvorrichtung 80
angeordnet, welche Meßvorrichtung 80 die Wanddicke und Form des
Querschnitts des durch die Vorrichtung 80 laufenden Rohres
2 ermitteln kann. Die die Messungen der Vorrichtung 80
repräsentierenden Signale werden in eine Regelvorrichtung 81
eingegeben, die diese Signale mit einem Signal vergleicht,
das die gewünschten Rohrabmessungen repräsentiert. Auf der
Grundlage dieses Vergleichs kann die Stellung der Platte 75,
in bezug auf den Dorn 50 reguliert werden.