Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kalibriervorrichtung für
eine Einrichtung zur Herstellung von Rohren, Schläuchen, Folien oder dergleichen
aus Kunststoff durch Extrusion, umfassend mindestens zwei Kalibrierwerkzeuge mit
bogenförmigen Abschnitten zur mindestens teilweisen Anlage am Umfang des zu
kalibrierenden Gegenstands, wobei mindestens ein bogenförmiger Abschnitt mindestens
eines Kalibrierwerkzeugs einen von einer Kreisbogenform abweichenden Kurvenverlauf
mit sich änderndem Krümmungsradius aufweist und wobei die Kalibriervorrichtung
geeignet ist zur Schaffung eines im Durchmesser variablen Durchgangs für den
im Durchmesser annähernd zylindrischen Gegenstand.
Bei der Extrusion von Kunststoffrohren besteht das Problem, dass Rohre
unterschiedlichen Außendurchmessers mit gleichzeitig unterschiedlichen Wanddicken
hergestellt werden müssen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Anpassung des
Außendurchmessers des Rohres keinen Werkzeugwechsel erfordert, der ein Stillsetzen
der Maschine notwendig macht. Es wurden daher Vorrichtungen zur Herstellung von
Kunststoffrohren entwickelt, bei denen während der Produktionsphase des Rohres
ohne Unterbrechung des Produktionsganges eine vollautomatisch gesteuerte Umstellung
zwischen mehreren Kunststoffrohrdimensionen innerhalb eines kontinuierlichen Extrusionsprozesses
möglich ist, wobei sowohl der Außendurchmesser als auch die Rohrwanddicke
jeweils variiert werden kann.
Vorrichtungen zum Kalibrieren von Kunststoffrohren, die mittels eines
Extruders hergestellt werden, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise
beschreibt die DE 198 43 340 C2
eine gattungsgemäße Kalibriervorrichtung, bei der als Kalibrierwerkzeuge
eine Vielzahl von Lamellen dienen, die an der Außenseite des zu kalibrierenden
Rohres über den Umfang verteilt und im Abstand zueinander angeordnet vorgesehen
sind. Die einzelnen Lamellen der einzelnen Lamellenkränze stehen auf Lücke
zueinander. Die Verstellung der Lamellen erfolgt motorisch oder von Hand, beispielsweise
über Stellmotoren und Spindeln. Die Lamellen weisen kreisbogenförmige
Abschnitte auf und liegen mit dieser Rundung an der Außenseite des zu kalibrierenden
Rohres an, wobei die Rundung der Lamellen beispielsweise dem größten zu
fahrenden Rohrdurchmesser entspricht. Wenn kleinere Rohrdurchmesser gefahren werden,
ist das behandelte Rohr nicht ideal rund, sondern setzt sich aus kleinen aneinander
anliegenden Rundungen zusammen, wobei jedoch ein Ausgleich innerhalb eines Kalibrierbades
erfolgt.
Bei einer anderen aus dem Stand der Technik bekannten Lösung
werden als Kalibrierwerkzeuge anstatt der Lamellen sich in Längsrichtung des
zu kalibrierenden Rohres erstreckende Kalibrierleisten verwendet, die an Verstellspindeln
einstellbar angeordnet sind und jeweils eine mit dem zu kalibrierenden Rohr in Kontakt
kommende Gleitfläche aufweisen. Über eine im Inneren der Kalibrierleiste
angeordnete Ausnehmung erfolgt eine Wasserzuführung, um einerseits die Kalibrierleiste
zu kühlen und um einen Wasserfilm auf das zu kalibrierende Rohr aufzubringen.
Die Gleitfläche der einzelnen Kalibrierleiste ist im Wesentlichen eben und
liegt somit tangential an der Rohraußenwandung. Über den Umfang verteilt
angeordnet ist eine Vielzahl solcher Kalibrierleisten jeweils mit Abstand zueinander
angeordnet, so dass sich eine Polygonanordnung ergibt.
Die DE 33 19 604 A1
beschreibt eine Kalibriervorrichtung an einem Extruder zum Abstützen von Schlauchfolien
aus thermoplastischen Kunststoffen mit einem in einem Längsbereich ringförmig
geschlossenen Zylinder, der zwei einen Ringraum innerhalb des Zylinders axial Irisblenden
aufweist. Ein in der Draufsicht ringförmiges Gehäuse definiert mit seinem
Innendurchmesser die größtmögliche lichte Öffnung der Irisblende.
Zur Verkleinerung dieser Öffnung lassen sich Lamellen mittelpunktsymmetrisch
nach innen schwenken, so dass sich in guter Näherung eine Ringöffnung
verstellbaren Durchmessers symmetrisch zur Achse ergibt. Die Lamellen der Irisblende
sind einander überlappende Segmente, die über ein Verstellgetriebe synchron
verstellt werden.
In der DE 38 28 259 C1
wird eine Kalibriervorrichtung zum Abstützen eines extrudierten Folienschlauches
beschrieben, bei der nach einem ähnlichen Prinzip jeweils etwa in gleichen
Abständen über den Umfang angeordnete gekrümmte Bügel verwendet
werden, die zur Einstellung unterschiedlicher Durchmesser um zur Achse des Folienschlauches
parallele Achsen schwenkbar gelagert sind.
Bei der in der DE 198 43 340
C2 beschriebenen Kalibrierstation besteht ein Nachteil darin, dass kein
optimaler Kraftangriff an den zu verstellenden Lamellen gegeben ist. Außerdem
ist eine Vielzahl solcher Lamellen vorhanden, für die jeweils Verschiebeelemente,
Spindeln oder ähnliche mechanische Verstellmechanismen notwendig sind. Die
Kalibriervorrichtung ist daher aufwändig und empfindlich gegen Verschmutzung
zum Beispiel durch austretenden Kunststoff.
In der DE 2 004 881 A
ist eine Kalibriervorrichtung für Schlauchfolien der eingangs genannten Gattung
beschrieben, bei der die Kalibriervorrichtung Kalibrierwerkzeuge umfasst, die bogenförmige
Abschnitte aufweisen zur teilweisen Anlage am Umfang des zu kalibrierenden Gegenstands.
Dabei haben die bogenförmigen Abschnitte einen von der Kreisform abweichenden
Kurvenverlauf und einen sich ändernden Krümmungsradius und es wird ein
im Durchmesser variabler Durchgang für den zu kalibrierenden
Gegenstand geschaffen. Es werden bogenförmige Stützsegmente zum Beispiel
aus Draht verwendet, die sich an verschiebbaren Haltern befinden. Zur Veränderung
des Durchgangsdurchmessers werden die Halter gegeneinander verschoben und es ergibt
sich eine Anlage der Stützsegmente am Umfang einer größeren oder
kleineren Schlauchfolie, wobei je nach Durchmesser ein mehr oder weniger an die
Kreisform angepasster Polygonzug anliegender Stützsegmente am zu kalibrierenden
Gegenstand erreicht wird.
In der US-Schrift 2,423,260
A wird eine Extrusionsvorrichtung beschrieben, bei der Kalibrierwerkzeuge
mit bogenförmigen Abschnitten verwendet werden, die einen von der Kreisform
abweichenden Kurvenverlauf aufweisen können. Bei dieser bekannten Kalibriervorrichtung
wird jedoch kein im Durchmesser variabler Durchgang für den zu kalibrierenden
Gegenstand geschaffen, denn der Durchgang eines einzelnen Kalibrierwerkzeugs kann
nicht verändert werden. Eine Durchmesserveränderung ergibt sich lediglich
in Extrusionsrichtung gesehen, durch die Verwendung mehrerer beabstandeter Werkzeuge
hintereinander, deren Durchmesser beispielsweise in Extrusionsrichtung abnehmen.
Die Kalibrierwerkzeuge sind jeweils starr und in ihrer Gesamtheit legen sie einen
bestimmten Enddurchmesser fest. Dadurch muss ein Werkzeugwechsel erfolgen, wenn
ein Gegenstand mit anderem Solldurchmesser extrudiert werden soll. Die Produktionslinie
muss also unterbrochen werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kalibriervorrichtung
für eine Einrichtung zur Herstellung von Rohren, Schläuchen, Folien oder
dergleichen aus Kunststoff der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu
stellen, bei der ein besserer kraftstabiler Angriff an den Kalibrierwerkzeugen möglich
ist und die mit vergleichsweise einfachen Mitteln eine effektive Einstellung variabler
Durchmesser zur Anpassung an den Umfang des zu kalibrierenden Gegenstands ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Kalibriervorrichtung der
eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kalibrierwerkzeuge mindestens
zwei Lochblenden umfassen, die zur Veränderung des Durchmessers des Durchgangs
gegeneinander verschiebbar oder verschwenkbar angeordnet sind. Die erfindungsgemäße
Lösung hat den Vorteil, dass man beispielsweise ein nach Art einer nicht kreisförmigen
Lochblende ausgebildetes Kalibrierwerkzeug verwenden kann, welches in dem zur Anlage
an dem zu kalibrierenden Gegenstand kommenden Bereich einen engeren Krümmungsradius
hat und in anderen Bereichen einen weiteren Krümmungsradius aufweist. Beispielsweise
kann ein solches Kalibrierwerkzeug eine Art Lochblende sein, die mindestens abschnittsweise
einer elliptischen Kurve folgt. Alternativ dazu kommt beispielsweise auch ein Kalibrierwerkzeug
mit einem bogenförmigen Abschnitt in Betracht, der einer spiralförmigen
Kurve folgt.
Vorzugsweise sind zwei, drei, vier oder mehr solcher Kalibrierwerkzeuge
mit jeweils beispielsweise elliptischen oder spiralförmigen Abschnitten vorgesehen,
die relativ zueinander verschiebbar sind, wobei vorzugsweise deren Verschiebeachsen
bezogen auf den zu kalibrierenden Gegenstand jeweils umfangsversetzt angeordnet
sind. Verwendet man beispielsweise vier etwa lochblendenartige Kalibrierwerkzeuge
in Ellipsenform, wobei die ellipsenförmigen Lochblenden in Richtung auf die
Vorschubachse des zu kalibrierenden Gegenstands verschiebbar sind, dann lässt
sich mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Kalibrierwerkzeugen bereits jeweils
durch Verschieben eine Anpassung des jeweiligen Außenmessers innerhalb weiter
Bereiche durchführen. Die Verwendung einer beispielsweise elliptischen Lochblende
führt zum einen dazu, dass je nach Verschiebestellung Bereiche der Lochblende
mit unterschiedlichem Krümmungsradius jeweils außen am Umfang des zu kalibrierenden
Gegenstands anliegen. Gegenüber bisher bekannten Lösungen hat ein solches
beispielsweise elliptisches Kalibrierwerkzeug den Vorteil, dass die Ellipsenform
einen besseren Kraftangriff an dem Kalibrierwerkzeug bei der Verstellung zulässt.
Vorzugsweise sind mehrere gleich gestaltete Kalibrierwerkzeuge, beispielsweise
vier, sechs oder dergleichen umfangsversetzt angeordnet, wobei mehrere Kalibrierwerkzeuge
dieser Art jeweils eine Kalibriereinheit bilden und außerdem beispielsweise
zwei oder mehrere solcher Kalibriereinheiten vorhanden sein können, die jeweils
mehrere der genannten Kalibrierwerkzeuge umfassen, wobei die jeweiligen Kalibriereinheiten
in Produktionsrichtung des zu kalibrierenden Gegenstands gesehen hintereinander
angeordnet sind, so dass eine mehrfache Kalibrierung erfolgt. Je größer
die pro Kalibriereinheit verwendete Anzahl an jeweils umfangsversetzt zueinander
angeordneten Kalibrierwerkzeugen ist, desto genauer wird natürlich die Annäherung
des von den bogenförmigen Abschnitten gebildeten Kurvenzugs an die Kreisform.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung erfolgt bei Kalibriervorrichtungen
für die Herstellung von Rohren, Schläuchen, Folien oder dergleichen durch
Extrusion aus Kunststoff. Andere Anwendungsfälle sind ebenfalls denkbar, bei
denen es darum geht, einen im Durchmesser variablen Durchgang für einen im
äußeren Durchmesser zylindrischen oder annähernd zylindrischen Gegenstand
zu schaffen.
Beispielsweise sind Anwendungen denkbar in Führungseinrichtungen,
durch die rohrförmige oder stangenförmige Gegenstände unterschiedlichen
Durchmessers geschoben werden, wobei eine Führung am Umfang erforderlich ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mehrere über den Umfang verteilt angeordnete, jeweils paarweise
in Richtung senkrecht zur Mittelachse des im Durchmesser zu variierenden Lochdurchgangs
verschiebbare, mindestens abschnittsweise ellipsenförmige Lochblenden oder
mindestens abschnittsweise spiralförmige Lochblenden vorgesehen sind.
Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei
zeigen
1 eine schematisch stark vereinfachte
Ansicht einer zum Beispiel als Kalibrierwerkzeug dienenden Lochblende mit elliptischem
Durchgang,
2 eine schematisch stark vereinfachte
Ansicht eines Kalibrierwerkzeugs mit gegeneinander verschiebbaren elliptischen Lochblenden,
3 eine ähnliche Ansicht wie in
2, wobei jedoch die elliptischen Lochblenden gegeneinander
verschoben wurden zur Herstellung eines kleineren Durchmessers,
4 eine ähnliche Ansicht, wobei jedoch
die elliptischen Lochblenden verschoben wurden zur Schaffung eines noch kleineren
Durchmessers.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen.
1 zeigt in schematisch stark vereinfachter Darstellung
ein Kalibrierwerkzeug 11, welches eine Art Lochblende umfasst mit einem
elliptischen Durchgang, der mit 18 bezeichnet ist. Das Kalibrierwerkzeug
11 ist in 1 in einer Ansicht dargestellt,
in der man in Richtung der Vorschubachse des hier nicht dargestellten zu kalibrierenden
Gegenstands schaut. Das Kalibrierwerkzeug 11 kann selbstverständlich
eine Ausdehnung in Richtung dieser Vorschubachse aufweisen, die je nach Anwendungsfall
variieren kann. Wie in 1 durch den Pfeil
9 angedeutet ist, ist das Kalibrierwerkzeug 11 quer zu dieser
Vorschubachse des zu kalibrierenden Gegenstands verschiebbar, wenn eine Vergrößerung
des Lochdurchgangs zur Anpassung an unterschiedliche Durchmesser der zu kalibrierenden
Gegenstände gewünscht ist. Die Vorgehensweise dabei wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die 2 bis 4
näher erläutert.
2 zeit eine schematisch stark vereinfachte
Ansicht mit einer Anordnung, die vier solcher Kalibrierwerkzeuge 11,
12, 13, 14 umfasst. Zur Vereinfachung sind die ähnlich
wie in der Darstellung gemäß 1 beispielsweise
als Lochblenden mit elliptischem Durchgang 18 ausgebildeten Kalibrierwerkzeuge
in 1 nur als Ellipsen dargestellt. Es können selbstverständlich
für eine Kalibriereinheit mehr als vier Kalibrierwerkzeuge verwendet werden,
um eine bessere Annäherung an den gewünschten zylindrischen Außenumfang
eines beispielsweise zu kalibrierenden Rohrs zu erzielen. In dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 werden lediglich zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Prinzips nur vier Kalibrierwerkzeuge 11,
12, 13, 14 dargestellt, auch weil sich dies zeichnerisch
übersichtlicher darstellen lässt.
Wie durch die Pfeile 16, 17 für zwei Kalibrierwerkzeuge
11, 12 angedeutet ist, sind diese jeweils in beide Richtungen
quer beziehungsweise senkrecht zur Vorschubachse des zu kalibrierenden Gegenstands
verschiebbar, wodurch die Durchgangsöffnung für den zu kalibrierenden
Gegenstand, die in 2 mit 19 bezeichnet ist,
in ihrem Durchmesser angepasst werden kann. Der zu kalibrierende Gegenstand selbst,
der in 2 nicht dargestellt ist, ist an seinem äußeren
Umfang annähernd zylindrisch und die Außenform wird definiert durch den
Kurvenzug 20. Dieser Kurvenzug 20 ergibt sich wiederum durch Überlagerung
von Segmenten der jeweils elliptischen Kurvenlinien der in dem Ausführungsbeispiel
verwendeten vier Ellipsen 10, 21, 22, 23. Man
erkennt bereits in 2, dass sich dieser Kurvenzug bereits
bei den verwendeten vier elliptischen Kurven stark an eine kreisförmige Durchgangsöffnung
annähert. Die vier elliptischen Kurven überlappen sich in der Stellung
gemäß 2, die für einen größeren
Rohrdurchmesser vorgesehen ist, überwiegend in den Bereichen mit kleinerem
Krümmungsradius. Selbst bei der Kalibrierung eines vergleichsweise größeren
Rohrdurchmessers überlappen sich die elliptischen Lochblenden beispielsweise
nur zu einem Drittel, so dass der jeweils außen liegende überwiegende
Teil der elliptischen Kalibrierwerkzeuge 11, 12, 13,
14 außerhalb des Überlappungsbereichs liegt und für das
notwendige Verschieben in Querrichtung zur Vorschubachse in diesen jeweils außen
liegenden Bereichen 24 problemlos ein kraftschlüssiger Angriff am
Kalibrierwerkzeug über geeignete Verstellmechanismen (in 2
nicht dargestellt) möglich ist.
Die 3 und 4
zeigen zwei andere Einstellungen der vier Kalibriervorrichtungen 11,
12, 13, 14 in entsprechender schematisch stark vereinfachter
Ansicht. In der Einstellung gemäß 3 wurden
die vier elliptischen Lochblenden gegenüber der Darstellung von 2
so nach außen verschoben, dass die Stellung zur Kalibrierung beispielsweise
eines Rohrs 25 mittleren Durchmessers geeignet ist. In der Darstellung
gemäß 3 ist das Rohr 25 selbst eingezeichnet.
Gegenüber der Einstellung von 2 hat sich wie man
sieht der Überlappungsbereich der vier elliptischen Lochblenden verringert.
Wird nun ausgehend von der Einstellung gemäß 3
jedes der vier Kalibrierwerkzeuge 11, 12, 13,
14 jeweils in Richtung der Pfeile 16, 17 und somit senkrecht
zur Vorschubachse des zu kalibrierenden Rohrs 25 weiter nach außen
verschoben, dann ergibt sich in dem dadurch weiter verringerten Überlappungsbereich
der vier elliptischen Kurven ein noch engerer Durchgang 19 für die
Kalibrierung eines Rohrs 25 mit noch kleinerem Durchmesser, so wie dies
beispielhaft in 4 dargestellt ist. Natürlich bildet
der entsprechende Kurvenzug in dem mittigen Überlappungsbereich der vier elliptischen
Kurven gemäß 4 die gewünschte zylindrische
Durchgangsöffnung für die Kalibrierung nur annähernd ab. Eine noch
bessere Annäherung an die Kreisform ergibt sich aber, wenn anstelle von vier
elliptischen Kalibrierwerkzeugen beispielsweise sechs oder mehr Kalibrierwerkzeuge
verwendet werden. Jedoch auch bereits bei vier Kalibrierwerkzeugen wie in der schematischen
Darstellung gemäß 4 liegen die jeweils inneren
Bereiche der elliptischen Kurvenzüge jeweils an Umfangsteilabschnitten des
zu kalibrierenden im Idealfall zylindrischen Gegenstands am Außenumfang an,
wobei sich die jeweiligen Kurvenabschnitte der vier elliptischen Kurven etwa zu
einer vollständigen Kreisöffnung ergänzen. Bei der Kalibrierung von
Rohren mit größerem Durchmesser wie in 3
dargestellt, wird die Durchgangsöffnung 19 durch entsprechend größere
Abschnitte der elliptischen Kurven gebildet. Bei der Darstellung gemäß
2 sind dies noch größere Abschnitte der elliptischen
Kurven, wobei sich die Schnittpunkte der Ellipsen durch die relative Verschiebung
der Ellipsen gegeneinander entsprechend verlagern. Die in den 2
bis 4 gewählte Darstellungsform ist schematisch
stark vereinfacht, jedoch verdeutlichen diese Zeichnungen gut das erfindungsgemäße
Prinzip der Kalibrierung von Gegenständen mit unterschiedlichem Durchmesser
durch Verschieben von beispielsweise Kalibrierwerkzeugen, die als Lochblenden mit
elliptischem Durchgang ausgebildet sind. Die 1 bis
4 zeigen nur ein mögliches Ausführungsbeispiel.
Das gleiche Prinzip kann angewandt werden unter Verwendung von Lochblenden, die
andere Kurvenformen mit variierendem Krümmungsradius aufweisen, beispielsweise
spiralförmige Kurvenformen nach Art einer archimedischen Spirale oder dergleichen.
Bezugszeichenliste
- 9
- Pfeil
- 10
- Ellipse
- 11
- Kalibrierwerkzeug
- 12
- Kalibrierwerkzeug
- 13
- Kalibrierwerkzeug
- 14
- Kalibrierwerkzeug
- 15
- zu kalibrierender Gegenstand
- 16
- Pfeil
- 17
- Pfeil
- 18
- elliptischer Durchgang
- 19
- Durchgangsöffnung
- 20
- Kurvenzug
- 21
- Ellipse
- 22
- Ellipse
- 23
- Ellipse
- 24
- außen liegender Bereich
- 25
- Rohr