Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
EXTRUSION APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF PLASTIC PIPES, SEALS THEREFOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/127569
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an extrusion apparatus (1) for producing continuous profiled elements (8), in particular plastic pipes, comprising a melting device for supplying moldable raw material, a molding device for defining the shape of the continuous profiled element, a vacuum device (2) which is used for stabilizing the shape of the continuous profiled element and the internal pressure of which is lower than atmospheric pressure, a water storage container (4) that is used for air-tightly sealing the vacuum tank and the internal pressure of which is higher than atmospheric pressure, and multiple seals (3, 6) for maintaining differences in pressure in the extrusion apparatus. In order to ensure tightness while maintaining differences in pressure in the extrusion apparatus, at least some of the multiple seals (3, 6) have a sealing wall (9) made of an elastic material as well as a half-open pressure duct (10), the open side (16) of which presses against the continuous profiled element (8).

Inventors:
ALTMANN ARON (DE)
Application Number:
PCT/EP2009/054205
Publication Date:
October 22, 2009
Filing Date:
April 08, 2009
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
KRAUSS MAFFEI TECH GMBH (DE)
ALTMANN ARON (DE)
International Classes:
B29C48/09; B29C48/90; B29C48/06; F16J15/40; F16L21/03
Foreign References:
DE102005028087A12006-12-28
EP0628788A21994-12-14
DE102005015683A12006-10-12
JPS62216718A1987-09-24
EP0132218A21985-01-23
EP1500853A12005-01-26
US3509890A1970-05-05
Attorney, Agent or Firm:
WILHELM, LUDWIG (DE)
Download PDF:
Claims:

Ansprüche

1. Strangpressvorrichtung (1) zum Herstellen von Endlosprofilen (8), insbesondere Kunststoff röhren, mit einer Schmelzvorrichtung zum Bereitstellen von verformbarem Rohmaterial, einer Formgebungsvorrichtung zum Definieren der Form des Endlosprofils, einer Vakuumvorrichtung (2) zum Stabilisieren der Form des Endlosprofils, die einen niedrigeren Innendruck als Atmosphärendruck aufweist, einem Wasservorlagebehälter (4) zum luftdichten Abschließen des Vakuumtanks, der einen höheren Innendruck als Atmosphärendruck aufweist, und mehreren Dichtungen (3, 6) zum Aufrechterhalten von Druckunterschieden in der

Strangpressvorrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass wenigstens eine der mehreren Dichtungen (3, 6) eine Dichtungswand (9) aus einem elastischen Material und einen halboffenen Druckkanal (10) umfasst, der mit seiner offenen Seite (16) gegen das Endlosprofil (8) drückt.

2. Strangpressvorrichtung (1) nach Anspruch 1 , bei der der Druckkanal (10) eine

Eintrittswand (11) und eine Austrittswand (13) aufweist, wobei die Eintrittswand (11) eine Eintrittswandleckrate (20, F 1 ) aufweist und die Austrittswand (13) eine

Austrittswandleckrate (21 , F 2 ) aufweist.

3. Strangpressvorrichtung (1) nach Anspruch 2, bei der die Eintrittswandleckrate ( F 1 ) größer als die Austrittswandleckrate ( V 2 ) ist.

4. Strangpressvorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Austrittswandleckrate (F 2 ) verschwindet.

5. Strangpressvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Druckkanal (10) mit einem Gas, insbesondere Luft gefüllt ist.

6. Strangpressvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Druckkanal (10) mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser gefüllt ist.

7. Strangpressvoπϊchtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Fluid unter einem Druck ( P ) in den Druckkanal (10) gefüllt wird, der abhängig ist von einem Durchmesser des Endlosprofils (8).

8. Strangpressvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Dichtungswand (9) trichterförmig ist und eine Mantellinie (16) der offenen Seite des Druckkanals (10) mit einer Mantellinie (23) der Dichtungswand (9) einen vorgegebenen Winkel ( a ) einschließt.

9. Dichtung (3, 6) zum Aufrechterhalten von Druckunterschieden in einer Strangpressvorrichtung, die eine Dichtungswand (9) aus einem elastischen Material und einen halboffenen Druckkanal (10) umfasst, der im Betrieb mit seiner offenen Seite (16) gegen das Endlosprofil (8) drückt.

Description:

STRANGPRESSVORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG VON

KUNSTSTOFFROHREN, DICHTUNGEN FüR

DIESE

Die Erfindung betrifft elastische Dichtungen zwischen den einzelnen Komponenten einer Strangpressvorrichtung zur Herstellung von Endlosprofilen und deren Stick-Slip-Verhalten beim Vorbeiführen von Kunststoffteilen. Insbesondere, aber nicht ausschließlich betrifft die Erfindung eine Strangpressvorrichtung zum Herstellen von Endlosprofilen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Strangpressvorrichtungen werden zur Herstellung von Endlosprofilen, insbesondere Rohren verwendet. Dabei wird in einem Extruder zunächst eine Kunststoffschmelze aufbereitet, welche durch eine Austrittsdüse formgebend bearbeitetet wird. Zur Sicherstellung der gewünschten Dimensionierung des Endlosprofils, durchläuft dieses nach der Formgebung die Kalibriereinrichtung, in der es dimensionsgenau kalibriert wird. Anschließend wird das Rohr in einem Vakuumtank stabilisiert, wobei durch den Unterdruck in dem Tank ein Kollabieren des Rohres vermieden wird und so der Durchmesser konstant gehalten wird, bis das Rohr ausgekühlt ist und die erforderliche Stabilität aufweist, um sich selbst zu tragen. Das Auskühlen des Rohres wird in dem Vakuumtank selbst oder in einem eigenen Sprühbadtank mittels Sprühdüsen beschleunigt.

Für ein solches System müssen Dichtungen bei denjenigen Komponenten der Strangpressfertigungslinie zum Einsatz kommen, in denen ein anderer als der Umgebungsdruck herrscht. Die Dichtungen müssen auch bei einem kontinuierlich durchgeführten Dimensionswechsel des Endlosprofils die erforderliche Dichtigkeit gewährleisten. Bisher sind die Dichtungen ausgeführt als Gummitrichter oder Gummiplatte. Gummitrichter oder Gummiplatten, die direkt mit dem Endlosprofil in Berührung kommen, werden aber beim Durchtritt des Endlosprofils gedehnt, und es kommt zum sog. Rattern beim Durchtritt des Rohres durch den Gummitrichter. Dadurch können Schäden an dem Endlosprofil auftreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtung für eine Strangpressvorrichtung zu schaffen, die die Dichtigkeit beim Aufrechterhalten von Druckunterschieden in der Strangpressvorrichtung gewährleistet und gleichzeitig Abrissbewegungen ("Rattern") beim Durchtritt des Endlosprofils durch die Dichtung möglichst verhindert.

Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch eine Dichtung zum Aufrechterhalten von Druckunterschieden in einer Strangpressvorrichtung, die eine Dichtungswand aus einem elastischen Material und einen halboffenen Druckkanal umfasst, der im Betrieb mit seiner offenen Seite gegen das Endlosprofil drückt bzw. dessen offene Seite im Betrieb durch das Endlosprofil begrenzt wird. Insbesondere wird die Aufgabe auch durch eine Strangpressvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die das Rattern erzeugenden Bewegungen entstehen beim übergang von Haft- zu Gleitreibung zwischen Endlosprofil und Dichtung. Die Reibungskraft ist abhängig von der Normalkraft. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist daher die Verwendung eines Druckkanals am rohrseitigen Ende der (Gummi-) Dichtung, mit dessen Hilfe die Normalkraft der Dichtung auf das Endlosprofil einstellbar ist und insbesondere auf Null gesetzt werden kann. Die effektive Normalkraft bzw. der Anpressdruck der Dichtung hängt von der Elastizität der Dichtung, ihrem Dehnungszustand und von dem hydrostatischen bzw. pneumatischen Druck in dem Druckkanal ab. Auf diese Weise ist es möglich, auch bei sich wiederholt ändernden Rohrdurchmessern die Dichtigkeit insbesondere des Vakuumtanks zu gewährleisten, da der Anpressdruck der Dichtung an das Endlosprofil jeweils optimiert werden kann. Darüber hinaus kann ein überdruck in dem Druckkanal erzeugt werden, so dass ein Fluid in dem Kanal zu einer oder zu beiden Seiten austritt und sich ein Film zwischen Dichtung und Endlosprofil bildet. Auf diese Art kann der Abstand zwischen der Dichtung und dem Endlosprofil eingestellt werden.

Die erfindungsgemäße Strangpressvorrichtung zum Herstellen von Endlosprofilen, insbesondere Kunststoffrohren, mit einer Schmelzvorrichtung zum Bereitstellen von verformbarem Rohmaterial, einer Formgebungsvorrichtung zum Definieren der Form des Endlosprofils, einer Vakuumvorrichtung zum Stabilisieren der Form des Endlosprofils, die einen niedrigeren Innendruck als Atmosphärendruck aufweist, einem Wasservorlagebehälter zum luftdichten Abschließen des Vakuumtanks, der einen höheren Innendruck als Atmosphärendruck aufweist, und mehreren Dichtungen zum Aufrechterhalten von Druckunterschieden in der Strangpressvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der mehreren Dichtungen jeweils eine Dichtungswand aus einem elastischen Material und einen halboffenen Druckkanal, der mit seiner offenen Seite gegen das Endlosprofil drückt, umfassen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung umfassen als weiteres Merkmal oder, soweit dies technisch möglich und sinnvoll ist, als weitere Merkmale, dass

- der Druckkanal eine Eintrittswand und eine Austrittswand aufweist, wobei die Eintrittswand eine Eintrittswandleckrate aufweist und die Austrittswand eine Austrittswandleckrate aufweist;

- die Eintrittswandleckrate kleiner als die Austrittswandleckrate ist;

- die Austrittswandleckrate verschwindet;

- der Druckkanal mit einem Gas, insbesondere Luft gefüllt ist;

- der Druckkanal mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser gefüllt ist;

- das Fluid unter einem Druck in den Druckkanal gefüllt wird, der abhängig ist von einem Durchmesser des Endlosprofils, und

- die Dichtungswand trichterförmig ist und eine Mantellinie der zylinderförmigen offenen Seite des Druckkanals mit einer Mantellinie der Dichtungswand einen vorgegebenen Winkel einschließt.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Leckrate durch den Druck des in den Druckkanal gepumpten Fluids einstellbar ist. Ferner wird in einer bevorzugten Ausführungsform vermieden, dass das Endlosprofil die Dichtung direkt berührt, da ein Fluidfilm zwischen dem Endlosprofil und der Dichtung erzeugt wird. Damit kommt es auch zu weniger Abrieb der Dichtung durch das Endlosprofil. Wenn als Fluid in dem Druckkanal ein Gas bzw. Luft verwendet wird, so lässt sich darüber hinaus das Endlosprofil außerdem gleichzeitig mit der Dichtung trocknen.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Strangpressvorrichtung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügte Zeichnung.

Fig. 1 zeigt schematisch und in perspektivischer Darstellung den Aufbau einer Strangpressvorrichtung nach dem Stand der Technik, bei der die Dichtungen erfindungsgemäß modifizierbar sind.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung.

Fig. 3 zeigt den Druckkanal der Dichtung nach Fig. 2 im Querschnitt sowie quasi perspektivisch einen Ausschnitt des Endlosprofils.

Die Zeichnung ist nicht maßstäblich. Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind mit denselben Bezugsziffern versehen.

In Fig. 1 ist der Endabschnitt einer Strangpressvorrichtung 1 für die Herstellung von sogenannten Endlosprofilen dargestellt, wobei es sich bei den Endlosprofilen insbesondere um Kunststoffrohre handelt. Die Strangpressvorrichtung umfasst hintereinander eine (nicht dargestellte) Schmelzvorrichtung zum Bereitstellen von verformbarem Rohmaterial, eine (nicht dargestellte) Formgebungsvorrichtung zum Definieren der Form des Endlosprofils, insbesondere des Durchmessers des Kunststoffrohres.

Nachdem das Kunststoffrohr auf diese Art als Endlosprofil hergestellt wurde, befindet es sich noch in einem Zustand, in welchem es leicht verformbar ist, und jeder äußere Einfluss könnte seine Außenmaße verändern. Insbesondere könnte ein noch weiches Kunststoffrohr unter dem Atmosphärendruck kollabieren. Daher wird das halbfertige Produkt in einem Vakuumtank 2 stabilisiert, wo es unter einem äußeren Unterdruck, d.h. unter geringerem Druck als dem Atmosphärendruck erstarrt. Im Inneren des Rohres herrscht dagegen Atmosphärendruck.

Aus dem Vakuumtank 2 gelangt das nunmehr feste Kunststoffrohr über eine Endabdichtung 3 in einen Wasservorlage behälter 4. Die Endabdichtung 3 des Vakuumtankes 2 hat zwangsläufig nur eine begrenzte Dichtigkeit gegenüber Luft, da das fertiggestellte Kunststoffrohr durch sie aus dem Vakuumtank 2 nach außen gebracht werden muss. Damit die Leckrate der Endabdichtung 3 jedoch nicht zu hoch wird, lässt man die Endabdichtung 3 statt gegen Luft gegen Wasser arbeiten, das sich in dem Wasservorlagebehälter 4 befindet. Mit dem Wasservorlagebehälter 4 wird also der Vakuumtank luftdicht abgeschlossen. Der Wasserstand 5 in dem Wasservorlagebehälter 4 liegt dementsprechend über der Endabdichtung 3, der Innendruck in dem Wasservorlagebehälter liegt über dem Atmosphärendruck.

Am Ausgang des Wasservorlagebehälters 4 wird das nunmehr zur Gänze fertiggestellte Kunststoff röhr über eine Trichterdichtung 6 in die Arbeitsumgebung abgegeben, in welcher Atmosphärendruck herrscht. Die Trichterdichtung 6 ist dabei im wesentlichen eine kegelstumpfförmige Dichtungswand aus einem elastischen Material mit einer Austrittsöffnung 7 für das fertiggestellte Rohr 8.

Es ist somit offensichtlich, dass das Rohr verschiedene Stationen mit unterschiedlichem Druck durchläuft. Alle diese Stationen müssen so abgedichtet sein, dass es zu keinem

Druckverlust gegenüber der Umgebung bzw. von Station zu Station kommt. Dazu sind Dichtungen wie die erwähnte Endabdichtung 3 oder die Trichterdichtung 6 vorgesehen.

Erfindungsgemäß wird dazu die Dichtung zweiteilig aufgebaut, nämlich aus einer elastischen Dichtungswand und einem halboffenen Druckkanal, der mit seiner offenen Seite gegen das Endlosprofil drückt. Eine solche Dichtung wird im folgenden anhand von Fig. 2 beschrieben.

Fig. 2 zeigt in semi-transparenter perspektivischer Darstellung eine Dichtung, die als Trichterdichtung 6 eingesetzt werden kann. Diese Dichtung umfasst eine Dichtungswand 9, die aus einem elastischen Material besteht, so dass sie sich dicht an das durch sie hindurchgleitende Endlosprofil 8 anschmiegt. Idealerweise sollte das Material einerseits so elastisch und andererseits so fest sein, dass die gleiche Dichtung möglichst über einen größeren Bereich von Durchmessern des Endlosprofils 8 einsetzbar ist. Die Dichtungswand 9 endet in einem halboffenen Druckkanal 10 mit einer Eintrittswand 11. Die Eintrittswand 11 weist eine Eintrittsöffnung 12 auf, durch die das Endlosprofil 8 in den Druckkanal 10 gelangt. Auf der anderen Seite weist der Druckkanal 10 eine Austrittswand 13 auf, die ebenfalls eine öffnung 14 aufweist, durch welche das Endlosprofil 8 den Druckkanal 10 wieder verlässt. Der halboffene Druckkanal 10 bildet damit eine Rinne um das Endlosprofil herum, wobei die offene Seite der Rinne dem Endlosprofil 8 gegenüberliegt. Dies wird mit weiteren Einzelheiten weiter unten mit Bezug auf Fig. 3 erläutert werden.

Zwischen der Eintrittswand 1 1 mit Eintrittsöffnung 12 und der Austrittswand 13 mit Austrittsöffnung 14 ist ein Einfüllstutzen 15 angeordnet, durch den ein Fluid (Flüssigkeit oder Gas) in das Innere des Druckkanals 10 gepumpt werden kann. Dieses Fluid kann aus dem halboffenen Druckkanal 10 nicht entweichen, da der Druckkanal 10 zusammen mit dem Endlosprofil 8 einen im wesentlichen geschlossenen Raum bildet. Das Fluid dient dazu, den Anpressdruck der Eintrittsöffnung 12 in der Eintrittswand 11 und der Austrittsöffnung 14 in der Austrittswand 13 an das Endlosprofil 8 zu definieren. Die genaue Funktionsweise der erfindungsgemäßen Dichtung wird im folgenden anhand von Fig. 3 erläutert.

In Fig. 3 ist ein Abschnitt der Dichtungswand 9 mit sich daran anschließendem Druckkanal 10 im Querschnitt gezeigt. Einer offenen Seite 16 des Druckkanals 10 gegenüber liegt ein Endlosprofil 8, von dem zur Vereinfachung nur der obere Abschnitt perspektivisch dargestellt ist. Durch den Einfüllstutzen 15 wird in einer Einströmrichtung

17 ein Fluid in den Druckkanal 10 gepumpt. Dieses Fluid wird durch die Eintrittswand 11 und die Austrittswand 13 sowie das Endlosprofil 8 in dem durch diese Elemente definierten Hohlraum eingeschlossen und kann im wesentlichen nicht entweichen. Die Grenzlinien des Hohlraums für das Fluid sind einerseits gegeben durch die Wand des halboffenen Druckkanals 10, andererseits sind sie gegeben durch die Berührungslinien

18 und 19 der Eintrittswand 1 1 bzw. Austrittswand 13 mit dem Endlosprofil 8. Zwischen der Eintrittswand 11 und dem Endlosprofil 8 bzw. der Austrittswand 13 und dem Endlosprofil 8 bleibt in der Praxis ein Spalt, durch den ein geringer Teil des Fluids aus dem Druckkanal 10 austritt, in Abhängigkeit von dem Fluiddruck. Dies ist in Fig. 3 durch die beiden Doppelpfeile 20 und 21 angedeutet. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist der Doppelpfeil 20 größer dargestellt als der Doppelpfeil 21. Damit wird angedeutet, dass das aus dem Druckkanal 10 entweichende Volumen des Fluids in Richtung 20 entgegen der Bewegung des Endlosprofils 8 größer sein sollte als das in die entgegengesetzte

Richtung 21 austretende Fluidvolumen. Mit anderen Worten soll die Eintrittswandleckrate F 1 , 20, größer als die Austrittswandleckrate F 2 , 21 , sein. Dabei wird vorzugsweise sichergestellt, dass die Fluidschicht bzw. der Fluidfilm zwischen Dichtung und Endlosprofil nicht reißt, was von der Transportgeschwindigkeit v des Endlosprofils abhängt.

Insbesondere kann die Austrittswandleckrate F 2 , 21 , ganz verschwinden, so dass sich

Austrittswand 13 und Endlosprofil 8 direkt berühren. Dadurch kann die Dichtung gleichzeitig als Abstreifelement wirken, so dass das Endlosprofil beispielsweise nach Durchtritt durch die Dichtung von Wasserresten befreit ist. Diese Eigenschaft lässt sich insbesondere bei der Dichtung 6 hinter dem Wasservorlagebehälter 4 nutzen. Ein unterschiedlicher Anpressdruck der Eintrittswand 11 und der Austrittswand 13 lässt sich dabei durch geeignete Mittel zum Einschnüren oder Verengen auf andere Art und Weise bei einer Wand oder bei beiden Wänden erreichen. Um also eine geringere Austrittswandleckrate V 2 , 21 als die Eintrittswandleckrate F 1 , 20 zu erhalten, muss folglich die Austrittswand 13 enger geschnürt sein als die Eintrittswand 11.

Insgesamt lässt sich die Reibung der Dichtung an dem Endlosprofil 8 auf diese Art sehr einfach, genau und reproduzierbar einstellen. Entsprechend kann durch die Wahl des Fluids auch sichergestellt werden, dass es keine unerwünschten Vermischungen von Fluiden in benachbarten Komponenten der Strangpressfertigungslinie gibt. So können beispielsweise auf beiden Seiten der Dichtung Flüssigkeiten vorhanden sein. Um eine Vermischung von beiden Flüssigkeiten zu verhindern, kann in diesem Fall der Druckkanal 10 mit einem Gas beaufschlagt werden, und umgekehrt. Dabei kann das Gas insbesondere Luft sein, bei einer Flüssigkeit kann diese insbesondere Wasser sein.

Um das Stick-Slip-Verhalten von elastischen Dichtungen, an denen Kunststoffteile reibend vorbeigefuhrt werden, so weit wie möglich zu vermeiden, sind die meisten Dichtungen im Stand der Technik bisher trichterförmig ausgelegt, wobei ihre kleine öffnung in die Bewegungsrichtung des Endlosprofils zeigt Wenn eine solche trichterförmige Dichtung erfindungsgemaß weiterentwickelt wird, schließt die offene Seite des Druckkanals 16, d h die Mantelhnie 16 der zylinderförmigen offenen Seite des Druckkanals 10 mit einer Mantelhnie 23 der trichterförmigen Dichtungswand 9 einen vorgegebenen Winkel a ein Dies ist in Fig 3 entsprechend angedeutet Weitere Varianten der erfindungsgemaßen Dichtung sind für den Fachmann ohne weiteres denkbar So kann die Dichtung statt Trichterform auch eine andere Rotationsfigur aufweisen, wie z B die eines Hyperboloids

Bezugszeichen

1 Strangpressvorrichtung

2 Vakuumtank

3 Endabdichtung

4 Wasservorlagebehälter

5 Wasserstand

6 Trichterdichtung

7 Austrittsöffnung in Trichterdichtung

8 extrudiertes Rohr, Endlosprofil

9 Dichtungswand

10 Druckkanal

11 Eintrittswand von Druckkanal

12 Eintrittsöffnung in Eintrittswand

13 Austrittswand von Druckkanal

14 Austrittsöffnung in Austrittswand

15 Einfüllstutzen

16 offene Seite von Druckkanal

17 Einströmrichtung

18 1. (vordere) Berührungslinie

19 2. (hintere) Berührungslinie

20 Eintrittswandleckrate

21 Austrittswandleckrate

22 Profilgeschwindigkeit

23 Mantellinie Trichter