Ablängen eines extrudierten Rohres

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ablängen eines extrudier ten Kunststoffrohres mittels einer Trennvorrichtung und um die Extrusi onsachse des extrudierten Rohres rotierbaren Trenneinheit, wobei die Trenneinheit drehbar gelagert ist und das Trennen mit an der Trennein heit angeordneten Schneidwerkzeugen erfolgt, wobei zum Bewegen der Schneidwerkzeuge Energie übertragbar ist, wofür Elemente zur Energie übertragung an bewegte Teile angeordnet sind die mit auf eine in der Trenneinheit angeordneten rotierenden Aufhahmeeinheit in Wirkverbin dung stehen. Sowie ein diesbezügliches Verfahren.

Verfahren und Vorrichtungen zum Ablängen von extrudierten Kunst stoffrohren sind aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt zum Beispiel die DE 102013220620 Al eine Vorrichtung zum Ablängen ei nes vorzugsweise dickwandigen extrudierten Rohres, mit mindestens einem Trennwerkzeug und einer Aufnahmeeinheit für das Trennwerk zeug, wobei das Trennwerkzeug radial zur Extrusionsachse verfahrbar ist und über weitere Mittel um das abzulängende Rohr herum rotierbar ist, um das Rohr abzulängen. Dabei ist vorgesehen, dass das Trennwerk zeug mit einem Ringelement in Wirkverbindung steht und das Ringele ment über einen Axialantrieb bewegbar ist und mittels einer Verstehein heit die Eindringtiefe des Trennwerkzeuges und der Verfahrweg be stimmbar ist.

Zum Verstehen der Trenneinheit und zum Ermitteln der Positionen der Trennvorrichtung sind eine Vielzahl von Sensoren und Steuerelemente erforderlich, weiterhin muss elektrische Energie in hydraulische umge wandelt werden, um einen Antrieb zu betätigen. A u f g a b e der Erfindung ist es, einen Antrieb für die Trennwerk zeuge anzubieten bei dem die Masse des beweglichen Teils der

Trenneinheit deutlich geringer ist.

Die L ö s u n g der Aufgabe ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens eine elektrische Komponente an der rotierenden Aufnahmeeinheit ange bracht ist über die die Energie und Steuerbefehle an mindestens eine elektromechanische Einheit zum Verfahren mindestens eines Trägers und daran angeordnetem Schneidwerkzeug weitergegeben werden, wo bei der Raum den die elektromechanische Einheit, der Träger und das daran angeordnete Schneidwerkzeug umfasst, kleiner baut als eine für die gleiche Krafterzeugung erforderliche hydraulische Einheit, wobei die elektromechanische Einheit, der Träger oder das Schneidwerkzeug so angeordnet ist, dass einer Kraft entgegen der Trennkraft ausgewichen werden kann, sofern diese Kraft größer ist als die benötigte Trennkraft.

Das gesamte System ist somit in der Lage bei einer Überlast auszuwei chen, um Beschädigungen zu vermeiden. Das kann erforderlich sein, wenn beispielsweise eine Unrundung im Kunststoffrohr vorliegt.

Vorteilhafter Weise ist die elektromechanische Einheit zum Verfahren der Schneidwerkzeuge ein Linearantrieb, der eine motorisch angetriebe ne Spindel umfasst. Es ist aber auch vorgesehen eine Zahnstange mit Zahnrad, einen Zahnriemen oder ein Magnetfeld einzusetzen.

Bei hydraulischen Antrieben hat die Betriebstemperatur einen Einfluss auf das Verhalten des Antriebes und damit auf die exakte Steuerung der damit betrieben Einheiten. Es ist eine Vielzahl an technischen Kompo nenten erforderlich, um diese unterschiedlichen Betriebszustände zu er fassen und darauf entsprechend zu reagieren und diese zu steuern. So unterscheidet sich z.B. bei kaltem Öl die Ausgangsposition eines Zylin ders zu der bei erwärmtem Öl. All diese Zustände müssen über Sensoren erfasst werden, um eine optimale Steuerung zu erzielen, die Anlage muss erst auf Betriebstemperatur gefahren werden.

Bei der erfmdungsgemäßen Vorrichtung kann das Alles entfallen, da alle Zustände bereits über modernen Linearantrieben gespeichert werden können und somit immer abrufbar sind.

Weiterbindungsgemäß weist die rotierende Aufnahmeeinheit zwei Flä chen auf. Nur eine der Flächen ist für die Montage der Schneidwerkzeu ge vorgesehen und die komplette Energieversorgung erfolgt über die Fläche der rotierenden Aufnahmeeinheit an der keine Schneidwerkzeuge montiert sind.

Um einer Kraft entgegen der Trennkraft ausweichen zu können, sofern diese Kraft größer ist als die benötigte Trennkraft, ist vorgesehen, dass die elektromechanische Einheit, der Träger oder das Schneidwerkzeug mit einem oder mehreren Federelementen in Wirkverbindung steht.

Hierbei kann verschiede Technik eingesetzt werden. Entscheidend ist, ob in der Wirkungskette von der elektromechanischen Einheit über den Träger und dem Schneidwerkzeug ein Ausweichen bei Überlast möglich ist. Ist eines der Elemente naturgemäß selbsthemmend, ist es erforderlich entsprechende Federelemente in der Kette einzubinden. Das kann in ei ner linearen Richtung eine Anordnung mehrerer Tellerfeder sein. Es ist aber auch denkbar Drehfedem oder andere Element einzusetzen, die eine federnde Wirkung entfalten. Dies können z.B. eine Zahnstange mit Zahnrad und Torsionsfeder oder ein Magnetfeld sein in dem ein beweg licher Kern schwebt.

Somit ist auch das Ausweichen bei zu hohem Vorschub des Schneid werkzeuges sichergestellt. Das System biete so eine hohe Flexibilität bei der Umsetzung des Trennens oder Fasens des Rohres. Es ist auch vorgesehen den Trennvorgang zu Stoppen und wieder fortzu führen, also ein Stopp and Go im Vorschub des Schneidwerkzeuges zu ermöglichen, sofern erforderlich, auch ein Zurückfahren bis zum Aus gangspunkt. Es entsteht so eine Art Stotterschnitt, wodurch kleine kurze Späne erzeugt werden, es ist auch ein kurzes Vor und Zurück denkbar um die Späne zu brechen. Kleine Späne bedeuten einen geringer Auf wand bei der Reinigung und zusätzlich weiniger Volumen beim Abfall.

Bei der erfmdungsgemäßen Vorrichtung und dem erfmdungsgemäßen Verfahren kann dies alles in Bruchteilen von Sekunden umgesetzt wer den, da es mittels elektrischer und/oder elektronischer Signale erfolgt. Für das Zurückfahren zum Ausgangspunkt wird eine Zeit benötigt die kleiner als fünf Sekunden beträgt, das reine Stopp and Go liegt bei ma ximal zwei Sekunden. Dies liegt unter anderem auch daran, dass kein mechanisches Spiel mehr in den Bauteilen vorhanden ist.

Mittels herkömmlicher Hydraulik wäre das nur sehr aufwendig möglich, da Ventile angesteuert werden müssen, der dafür benötigte Zeitaufwand für die Schaltvorgänge ist um ein Vielfaches höher.

Die federnde Wirkung kann auch über ein Magnetfeld erzeugt werden in dem ein Bolzen schwebt. Ein Kembolzen wird nicht über ein selbst hemmendes Gewinde, sondern über ein Magnetfeld bewegt und kann somit ausweichen. Ebenso ist einen elektromechanischer Antrieb denk bar. Eine Zahnstange mit einem Zahnrad, welche in der Zusammenwir kung nicht selbsthemmend sind, kann ebenfalls dem Gegendruck aus- weichen und somit auch ohne ein Federelement in der Wirkungskette auskommen. Auch Zahnriemen etc. und sonstige nicht selbsthemmend Ausführungen sind denkbar. So sind auch Hydraulikzylinder denkbar die wie Stoßdämpfer wirken. Auch Ausführungen die wie Druckausdeh nungsgefäß wirken können zum Einsatz gelangen.

Da das gesamte System aus elektromechanischer Einheit, dem Träger und das daran angeordnete Schneidwerkzeug kleiner baut als eine für die gleiche Krafterzeugung erforderliche hydraulische Einheit, hat es auch weniger Gewicht, was wiederum die zu beschleunigenden Massen mi nimiert und sich somit vorteilhaft auf den gesamten Energiebedarf aus wirkt. Selbstverständlich können auch zwei oder mehrere elektromecha nische Einheiten eingesetzt werden die dann jeweils einen Träger mit einem angeordneten Schneidwerkzeug bewegen.

Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.

Die L ö s u n g des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung nach Anspruch 1 ist im Anspruch 9 wiedergegeben.

Durch dieses Verfahren ist sichergestellt, dass der Kraftaufwand und die Verfahrgeschwindigkeit der elektromechanischen Einheit von der Be triebstemperatur weitgehend unabhängig sind.

Die Reaktionsgeschwindigkeit nach Steuerbefehlen ist bei einer Tempe ratur von -5°C genauso gut wie bei einer Temperatur von +40°C, denn es wird direkt ein elektrisches Signal verarbeitet und muss nicht erst über Ventile - wie in der Hydraulik - gesteuert werden. Die Anlage muss somit für einen sicheren Ablauf nicht erst auf eine Betriebstemperatur gebracht werden.

Das Verfahren ermöglicht auch eine kurzzeitige Unterbrechung des Trennvorganges, wodurch Späne gebrochen werden. Dieses Stoppen, eventuelles Zurückfahren und wieder An- bzw. Vorfahren geschieht in nerhalb Bruchteilen von Sekunden. Derartige Schnittverläufe können als Master in der Steuerung vorgehalten werden und bei gleichen oder ana logen Trennvorgängen wieder abgerufen werden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen wie dergegeben.

Durch das erfmdungsgemäße Verfahren und die erfmdungsgemäße Vor richtung können auch angetriebene Werkzeuge am Träger angeordnet werden. Das System ist so nicht auf spanloses Trennen beschränkt. Als Schneidwerkzuge sind somit Fräser genauso wie Sägen einsetzbar.

Durch eine intelligente Werkzeugerkennung, die Markierungen am Werkzeug auslesen oder die Kontur des Werkzeuges erkennen kann, können Fehler oder Beschädigungen über die Steuerung vermieden wer den. Es kann auch durch die Erkennung des Werkzeuges bereist in der Steuerung hinterlegte Parameter abgerufen werden. So ist zum Beispiel der Vorschub und die Eindringtiefe bei einem Werkzeug zum Fasen be grenzt und kann durch die Erkennung direkt voreingestellt werden.

Die Werkzeug erkennung kann elektromechanische erfolgen, es wird bei spielsweise vorgeschlagen sowohl die geometrische Ausführung der Koppeleinheit zwischen Werkzeug und der Werkzeugaufnahme so aus zugestalten, dass eindeutig erkannt werden kann welches Werkzeug auf gelegt wurde. Über die Elektrik, z.B. eine bestimmte Anordnung einer Kontaktematrix, wird von der Maschinensteuerung eindeutig erkannt welches Werkzeug aufgelegt ist. Durch diese Erkennung kann über die Steuerung erkannt werden, ob dieses Werkzeug zum auszuführenden Prozess passt. Sollte dies nicht der Fall sein, kann über die Steuerung ein Alarm ausgegeben oder sogar die Ausführung gestoppt bzw. verweigert werden. Diese Überprüfung kann z.B. in Abhängigkeit des Rohrdurch messers oder der Rohrdicke erfolgen, hierbei kann sich die Erkennung auf die eingelegten Klemmbacken genauso wie auf die Trennmesser o- der nur Schneidwerkzeuge zum Fasen beziehen.

Es werden mehrere Ausführungen zur Markierung des Werkzeuges und zu Erkennen des montierten Werkzeuges vorgeschlagen. So kann als Markierung eine Zahlenkodierung eingesetzt werden die von einer Ka mera ausgelesen wird. Die Kamera kann das Werkzeug aber auch an Hand seiner Kontur oder an Teilen der Kontur erkennen. Denkbar ist auch der Einsatz eines RFID Tags mit entsprechendem Lesegerät. RFID steht für radio-frequency identifiction und ist ein berührungsloses Sen der-Empfänger- System. Auf Basis der RFID Technik kann dann auch per Nahfeldkommunikation, abgekürzt NFC, eine Datenübertragung er folgen. NFC ist ein internationaler Übertragungsstandard zum kontaktlo sen Austausch von Daten. Die Werkzeug erkennung kann aber auch über einen Barcode oder einen QR-Code mit dazu gehörigem Auslesegerät, dem Barcodescanner oder dem QR-Scanner erfolgen.

Es kann aber nicht nur das eingesetzte Werkzeug erkannt werden. Die Erfindung ermöglicht auch das Erkennen des in Produktion befindlichen Rohrdurchmessers, denn die Position der Klemmbacken, die das Rohr beim Schneiden fixieren, kann ausgelesen werden. Dies hat den Vorteil, dass die Verfahrwege zum Loslassen des fixierten Rohres optimiert werden können. Weder die Klemmbacken noch die Schneidwerkzeuge müssen beispielsweise bei einem kleinen Rohrdurchmesser in Ausgangs tellung zurückfahren, es genügt ein Zurückfahren bis das Rohr, ein schließlich seiner Normtoleranzen, freigegeben ist, um beschädigungs frei weiter in Extrusionsrichtung an der Trenneinheit vorbei geführt werden kann.

In den Zeichnungen wird schematisch eine erfindungsgemäße Vorrich tung gezeigt:

Fig. 1 zeigt eine typische Extrusionslinie

Fig. 2 die Einheit Trennvorrichtung

Fig. 3 die Trenneinheit

Fig. 4 eine Ansicht auf eine Seite der Trenneinheit Fig . 5 ein Aus schnittvergröß erung von F igur 4

Fig. 6 eine Variante mit einem Federelement Figur 1 zeigt eine typische Extrusionslinie, wie sie heute für die Pro filextrusion, egal, ob für die Produktion von Fensterprofilen oder Roh ren, zum Einsatz kommt. Sie zeigt einen Extruder 1, in dem Kunststoff aufgeschmolzen wird, und kontinuierlich zur Formgebung ins Extrusi onswerkzeug 2 gefördert wird. Daran schließt sich eine Kalibrier- und Kühlstation 3 an, je nach Profil können weitere Kühlstationen eingesetzt werden. Nach den Kühlstationen schließt sich eine Abzugsvorrichtung 4 an. Um die Endlosprofile 6 auf die gewünschte Länge abzuschneiden ist anschließend eine Trennvorrichtung 5 angeordnet. Die Extrusionsache ist mit Positionsziffer 7 unter Bezug genommen.

Figur 2 zeigt die Einheit Trennvorrichtung 5 aus Figur 1. Die Trennein heit 8 wird über die Verfahrschienen 17 beim Trenn Vorgang in Extrusi onsrichtung 18 mit verfahren. Nach dem Trennvorgang wird sie in Aus gansstellung wieder entgegen der Extrusionsrichtung 18 zurückgestellt. An der Trenneinheit 8 sind die Schneidvorrichtungen 9 angeordnet.

In Figur 3 wird eine Seite der Trenneinheit 8 gezeigt. Die rotierende Aufhahmeeinheit 11 weist eine Fläche 14 auf, die bezogen auf die Extrusionrichtung 18, dem Extruder 1 zugewandt ist. An dieser Flä che 14 sind alle Energie Versorgungseinheiten angebracht. Die für das Verfahren der Schneidwerkzeuge 9 erforderliche Energie wird über an mehreren Stellen angeordnete elektrische Versorger 12 sichergestellt.

Die elektrischen Versorger 12 werden wiederum über die Schleifrin ge 10 mit Energie versorgt.

Figur 4 zeigt die gegenüberliegende Seite der rotierenden Aufnahmeein heit 1 E An dieser Fläche 13 sind Linearantrieb 15 angeordnet über die die Träger 16 für die Schneidwerkzeuge 9 senkrecht zur Extrusionsach se 7 verfahren werden. Beispielhaft sind hier zwei Linearantriebe 15 und zwei Träger 16 dargestellt. Beide Antriebe können getrennt voneinander verfahren werden. Dies hat den Vorteil, dass z.B. an einem Träger 16 ein Werkzeug 9 zum Fasen des Profils und am anderen Träger 16 ein Werk zeug 9 zum Trennen aufgelegt sein kann. Das Werkzeug zum Trennen muss weiter in Richtung der Extrusionsachse 7 verfahren werden als das Werkzeug zum Fasen.

Figur 5 zeigt Figur 4 mit montierten Schneidwerkzeugen 9. Auch hier sind die Linearantriebe 15 für die Träger 16 Zusehen. Am oberen Trä ger 16 ist ein rotierendes Schneidmesser zum Durchtrennen des Rohres vorgesehen und in einer Art Explosionsdarstellung wieder gegeben, da noch nicht endmontiert. Am unteren Träger 16 ist eine Rollenkombinati on angebracht, die als Wiederlager wirkt, und dem entstehenden Trenn druck des Schneidmessers entgegenwirkt. Sie wirkt wie eine Glättvor richtung die beim spanlosen Trennen eventuell entstehenden Wulst glät tet oder ein Durchbiegen bei dünneren Rohren vermeidet.

Die Träger 16 und die Werkzeuge 9 verfügen über eine Positionierungs- hilfe 20, wodurch die Montage vereinfacht wird. Zusätzlich sind die Werkzeuge 9 so aufgebaut, dass die Gesamtlänge 19 bei allen einsetzba- ren Werkzeugen identisch ist. Das hat den Vorteil, dass ein Verfahren des Trägers 16 beim Wechseln eines Werkzeuges bei gleichem Rohr durchmesser nicht nötig ist, da der äußere Abstand des Werkzeugs zum Rohraußendurchmesser unverändert bleibt. Zusätzlich können die Werk zeuge mit einer Werkzeugerkennung versehen sein. Die Maschinensteu erung kann dann erkennen, ob für den vorgesehenen Trennprozess unge eignete Werkzeuge montiert werden und entsprechend mit Warnmel dungen darauf reagieren.

Figur 6 zeigt beispielhaft den Einsatz von einem Paket aus Tellerfe- dem 21 die es ermöglichen, dass die komplette Einheit bei höherer Be lastung ausweichen kann, wodurch eine Werkzeugbeschädigung ver mieden wird. Es ist ein Teil der Trenneinheit 8 mit den an der Aufnah meeinheit angeordneten Linearantrieben 15 und den Trägem 16 zu se hen. Die Ansicht ist im Vergleich zu den Figuren 4 und 5 um 90° ge dreht. Am, in der Ansicht gezeigten rechten Träger 16, ist wie in Figur 5 ein rotierendes Trennmesser 9 montiert, das über den Linearantrieb 15 auf die Extrusionsachse 7 zu und von dieser weg bewegt werden kann. Unabhängig von diesem ist das Werkzeug 9, welches mit einer Spitze zum Fasen ausgestattet ist und am linken Träger 16 montiert ist, eben falls über den Linearantrieb 15 auf die Extrusionsachse 7 zu und von dieser weg bewegbar. Zusätzlich ist das Werkzeug 9 zum Fasen über ein Federelement 21, hier eine Anordnung mehrerer Tellerfedem in der La ge, bei einer Überlast auszuweichen. Das heißt, der auftretenden Last, radial zur Extrusionsachse, in Abhängigkeit der Federspannung, von der Extrusionsachse federn weg zu gleiten. Die Kraft, ab wann ein Auswei chen erfolgen soll, kann somit über die Anzahl an Tellerfedem bestimmt werden.

Denkbar sind aber auch andere als Federelemente wirkende Bauteile, selbst eine federnde Drehbewegung, bei der die Einheit aus der radialen Achse geschwenkt wird, ist denkbar.

Bezugszeichenliste :

1 Extruder

2 Extrusionswerkzeug

3 Kalibrier- und Kühltank

4 Abzugsvorrichtung

5 Trennvorrichtung

6 Profil

7 Extrusionsachse

8 Trenneinheit

9 Schneidwerkzeug

10 Schleifring

11 rotierende Aufhahmeeinheit

12 elektrische Komponente

13 Fläche von 11 für Montage von 9

14 Fläche von 11 für Energieübertragung

15 elektromechanische Einheit, Linearantrieb

16 Träger für 9

17 Verfahrschiene für 8

18 Extrusionsrichtung

19 gesamte Länge von 9

20 Positionierungshilfe für 9

21 Federelement