DE69707763T2

DE69707763T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Rohren aus wiederverwendetem thermoplastischem Kunststoff

Info

Publication number: DE69707763T2
Application number: DE69707763T
Authority: DE
Inventors: Camillo Scotto; Bruno Tosca
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2017-06-19
Also published as: EP0816050A1; ITMI961282A0; ES2167642T3; ATE207803T1; IT1284066B1; DE69707763D1; EP0816050B1; ITMI961282A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zum Herstellen von Rohren aus thermoplastischem Harz, die insbesondere zur Verwendung für Abwassernetze oder Landdrainagen bestimmt sind.
Die verwendeten thermoplastischen Harze können aus Polyethylen hoher und niedriger Dichte, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol (einschließlich Schaum-Polystyrol) und heterogenen Gemischen aus recyclierten Materialien bestehen. Diese Rohre aus thermoplatischem Harz werden gegenwärtig durch Wickeln eines kontinuierlichen extrudierten Streifens in einer Spirale auf einem Dorn hergestellt.
Die italienische Patentanmeldung Nr. MI 95 A 000 925 vom 9. Mai 1995, veröffentlicht am 11. November 1995, beschreibt ein Herstellungsverfahren für koextrudierte Rohre, wobei eine kontinuierliche Extrusion mit mindestens einem inneren Hohlraum in Längsrichtung verwendet wird, der möglicherweise mit recylierten Materialien gefüllt und an der Außenseite mit Kunststoff höherer Qualität abgedeckt wird.
Obwohl dieses Verfahren vorteilhafter als die anderen ist, indem es Materialien geringer Qualität für die innere Extrusion verwenden kann, weist es den Nachteil auf, daß eine beachtliche Dicke vorliegen muß, um eine zufriedenstellende Verschweißung zwischen den Seiten der extrudierten Streifen zu erzielen.
Die US-A-4 826 423 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Rohren aus Harzkunststoff, welches die folgenden Schritte aufweist:
Extrudieren eines kontinuierlichen Streifens (83) als flache Bahn aus thermoplastischem Harz; Wickeln des Streifens (3) in einer Spirale auf einem Formgebungsdorn (1) mit teilweiser Überlappung der einzelnen Wicklungen, um ein Basisrohr zu erhalten; Anbringen eines äußeren Verstärkungsstreifens (4) auf das Basisrohr, wobei der Verstärkungsstreifen in einer Spirale gewickelt und auf das Basisrohr geschweißt wird, sowie mit einer Anlage mit einem Extruder (2) für thermoplastische Materialien, der mit einem flachen Düsenkopf für die Extrusion eines kontinuierlichen Streifens (3) in Form einer Materialbahn ausgestattet ist; einem Formgebungsdorn (1), auf den der kontinuierliche Streifen (3) in einer Spirale mit teilweiser Überlappung benachbarter Wicklungen aufgewickelt wird, um ein Basisrohr zu erhalten; und einem Extrusionskopf (2) für einen Verstärkungsstreifen (4), der in einer Spirale auf das Basisrohr gewickelt wird.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es zu teuer ist, da es keine Materialien geringer Qualität verwendet, Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kostengünstigen Herstellen eines Rohres mit verbesserten strukturellen Eigenschaften bereitzustellen. Die Aufgabe der Erfindung besteht auch darin, ein derartiges Rohr bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die sich auf eine lediglich beispielhafte und daher nicht einschränkende Ausführung bezieht, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, wobei:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Rohres von außen ist, das durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnen wurde;
Fig. 2 ein Längsschnitt einer Wand des Rohres ist, auf der beispielhaft unterschiedliche Auslegungen des Verstärkungsstreifens gezeigt sind;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht der wesentlichen Elemente einer Anlage zum Herstellen des erfindungsgemäßen Rohres ist;
Fig. 4 ein Rohr zeigt, das gerade auf dem Formgebungsdorn gebildet wird; und
Fig. 5 die Bildung des Verstärkungsstreifens schematisch darstellt.
Fig. 1 zeigt ein Rohr, das insgesamt die Bezugsziffer 50 trägt und mit dem Verfahren und der Anlage gemäß der Erfindung gewonnen wird.
Ein Rohr 50 umfaßt einen Körper oder ein Basisrohr 51 mit einer glatten zylindrischen Wand und einer äußeren Verstärkung 52, die aus einer um das Basisrohr 51 herumgewickelten Spirale besteht.
Das Basisrohr 51 besteht aus thermoplastischem Material, während der Verstärkungsstreifen 52, der verschiedene Formen haben kann, wie in Fig. 2 dargestellt, ein heterogenes recycliertes Material 53, das als Füllstoff wirkt, sowie eine äußere Abdeckschicht 54 aus thermoplastischem Material aufweist, das an die äußere Wand des Basisrohrs 51 geschweißt ist.
Auf diese Weise kann die Dicke des Basisrohrs 51 kleiner als die von herkömmlichen Rohren desselben Durchmessers sein, wobei seine Festigkeit durch den äußeren Verstärkungsstreifen 52 gewährleistet wird.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Anlage zum Herstellen des Rohres 50 gemäß der Erfindung.
Diese Anlage umfaßt einen Extruder 1 (Doppel- oder Einzel- Schnecke) mit einem flachen Düsenkopf 10, aus dem eine Bahn oder ein Streifen 11 (Fig. 4) zur Bildung des Basisrohrs 51 austritt und in einer Spirale auf einem Formgebungsdorn 2 aufgewickelt wird, wie weiter unten ausführlicher erklärt wird.
Der Formgebungsdorn 2 besteht aus einem Antrieb veränderlicher Geschwindigkeit, der mittels eines (nicht dargestellten) Getriebes eine Reihe Walzen 12 in Bewegung setzt, auf denen der durch den flachen Düsenkopf 10 als Bahn 11 extrudierte Streifen zu einer Spirale gewickelt wird. Die rotierenden Walzen 12 können bezüglich der Mittenachse des Formgebungsdorns 2 geneigt sein, wobei diese Neigung die Steigung der einzelnen Wicklungen des gewickelten Streifens bestimmt, die auf dem Dorn in der Richtung des Pfeils F in Fig. 4 fortschreiten, wobei sie einander teilweise überlappen und nach ihrer Verschweißung zu dem kontinuierlichen Basisrohr 51 führen.
Die Anlage umfaßt auch einen zweiten Extruder (Doppel- oder Einzel-Schnecke) 3, der mit einer Entgasungsvorrichtung ausgestattet ist zur Plastifizierung der heterogenen recyclierten Materialien, die den inneren Teil 53 des Verstärkungsstreifens 52 bilden.
Entlang des Extruders 3 ist ein dritter Extruder 4 (Doppel- oder Einzel-Schnecke) vorgesehen zur Plastifizierung des äußeren Schicht 54 des Verstärkungsstreifens 52.
Die beiden Extruder 3 und 4 konvergieren in einem Koextrusionskopf 5, aus dem der Verstärkungsstreifen 52 austritt.
In Fig. 3 bezeichnet die Bezugsziffer 8 Druckwalzen, die den durch den flachen Düsenkopf extrudierten Streifen 11 gegen die Rollen 12 des Formgebungsdorns drücken, während die Bezugsziffer 9 die Druckwalzen für den Verstärkungsstreifen 52 kennzeichnet. Die Druckwalzen 9 sind axial versetzt, um zu ermöglichen, daß die Spirale auf dem Basisrohr 51 gebildet wird. Stromab von dem Formgebungsdorn 2 befindet sich eine Schneidstation, die in Fig. 3 schematisch dargestellt und durch die Bezugsziffer 6 gekennzeichnet ist und die aus einer Kreissäge besteht, die mit der Förderung des Rohres 50 synchronisiert ist, wodurch die Ausführung eines Schnittes ermöglicht wird, der perfekt unter rechten Winkeln zur Achse des Rohres durchgeführt wird.
In Fig. 3 kennzeichnet schließlich die Bezugsziffer 7 einen Block, der das Startbild zeigt für alle zum Betrieb der Anlage notwendigen Operationen.
Die erfindungsgemäße Anlage wird betrieben, wodurch das schon im obigen Teil beschriebene relative Verfahren folgendermaßen durchgeführt wird:
Wenn der Extruder 1 gestartet wird, wird die Bahn 11 aus thermoplastischem Material, die den flachen Kopf 10 verläßt, auf den sich drehenden Walzen 12 des Formgebungsdorns 2 aufgelegt, und durch Überlappung auf der vorhergehenden Wicklung bei jeder Drehung des Dorns wird die Form und Dicke des Basisrohrs 51 bestimmt. Je nach der voreingestellten Neigung bezüglich der Achse des Dorns erzeugen die rotierenden Walzen die Fördersteigung der extrudierten Bahn 11, wobei gleichzeitig die Schichten aufeinandergelegt werden, um unterschiedliche Rohrabschnitts-Dicken zu erzeilen. Die Druckwalzen 8 gewährleisten ein vollständiges Verschweißen der einzelnen Schichten.
Beim Austreten aus dem Extrusionskopf bzw. Koextrusionskopf 5 fällt der Verstärkungsstreifen 52 auf die äußere Oberfläche des Basisrohrs 51 und wird durch dieses aufgrund der durch den Formgebungsdorn 2 übertragenen Drehung gezogen. Unmittelbar nach dem Berührungspunkt trifft der Verstärkungstreifen 52 auf eine geformte Druckwalze 9, die seine Form bestimmt und ihm auch dabei hilft, an der äußeren Oberfläche des Basisrohrs 51 zu haften. Geeignete Vorheizsysteme werden verwendet, um ein optimales Schweißen zu gewährleisten. Die anderen geformten Walzen 9, die entsprechend der Steigung ausgerichtet sind, tragen zur Formgebung, Verschweißung und Kühlung des Verstärkungsstreifens bei.
Alle Walzen und Druckwalzen des Formgebungsdorns 2 sind mit einem thermostatgesteuerten Fluidkreis verbunden, um das Kühlen der thermoplastischen Materialien in geeigneter Weise zu steuern und somit ein effizientes Produktionsniveau zu erzeugen.
Die Verwendung heterogener Kunststoffprodukte zum Füllen der Füllschicht 53 des Verstärkungsstreifens 52 führt während der Plastifizierung in dem Extruder 3 zur Bildung von Zersetzungsgasen, die durch thermisch nicht stabile Produkte und durch die Verdampfung der in ihnen enthaltenen Feuchtigkeit abgegeben werden. Um eine gleichförmige Kunststoffmasse in dem Verstärkungsstreifen zu erhalten, so daß seine strukturellen Eigenschaften verbessert werden, bevorzugt man, mit einem Extruder zu arbeiten, der mit einer Vakuum-Entgasung ausgestattet ist.
Die am Auslaß des Koextrusionskopfs 5 erzeugten Restgase werden weiter verringert, indem man ein mit einem Nadelelement 21 ausgestattetes spezielles Gerät 20 verwendet, um Löcher in dichten Abständen auf der Oberfläche des Verstärkungsstreifens zu erzeugen, der dann mit dem Basisrohr 51 verschweißt wird, wodurch die Löcher verschlossen werden, wie in Fig. 5 schematisch gezeigt ist.
Stromab von dem Perforierungsgerät 20 sind geeignet ausgerichtete Quetschwalzen 22 vorgesehen, deren Aufgabe darin besteht, die Gase durch die mit der Nadel 21 erzeugten Löcher auszutreiben.
Das beschriebene Verfahren zum Herstellen eingegrabener Rohre ermöglicht durch Einwirken auf die Produktionsparameter die Gewinnung von Produkten mit unterschiedlichen Eigenschaften, welche mit den technischen Standards übereinstimmen, die durch die internationalen Verordnungen für dieses Gebiet auferlegt werden.
Dieses Verfahren ermöglicht es, ein Produkt 50 zur Verwendung in Abwasserrohren und Drainagen herzustellen, welches als strukturelles Verstärkungselement heterogene thermoplastische Materialienverwendet, die aus der gesonderten Sammlung von städtischen Feststoffabfällen stammen.
Ein Grundelement dieser Lösung besteht in der Möglichkeit, hohe mechanische Festigkeiten aus heterogenen Materialien zu erzielen, indem man sie als Versteifungsfüllstoffe nutzt.
Das thermoplastische Material, das für das Basisrohr 51 und für die äußere Schicht 54 des Verstärkungsstreifens 52 verwendet wird, kann auch aus der Recyclierung homogener thermoplastischer Materialien guter Qualität gewonnen werden, wobei gewährleistet wird, daß das Endprodukt sehr geringe Kosten hat.
Letztendlich sollte auch daran gedacht werden, daß heterogene Kunststoffabfälle schwer zu entsorgen sind und daß das Vorhandensein von Polyvinylchlorid ihre Verbrennung in vielen bestehenden Anlagen ausschließt.
Die in dem beschriebenen Verfahren vorgesehene Verwendung dieser Materialien ist daher von allen Gesichtspunkten aus betrachtet die am meißten geeignete.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Rohren aus thermoplastischem Harz, welches die folgenden Schritte aufweist:

a) Extrudieren eines kontinuierlichen Streifens (11) als flache Bahn aus thermoplastischem Harz;

b) Wickeln des Streifens (11) in einer Spirale auf einem Formgebungsdorn (2) mit teilweiser Überlappung der einzelnen Wicklungen, um ein Basisrohr (51) zu erhalten;

c) Anbringen eines äußeren Verstärkungsstreifens (53) auf das Basisrohr (51), wobei der Verstärkungsstreifen in einer Spirale gewickelt und auf das Basisrohr geschweißt wird, wobei der äußere Verstärkungsstreifen (52) eine innere Füllschicht (53) aufweist, die aus einem heterogenen rezyklierten Material und einer äußeren Schicht aus demselben thermoplastischen Material wie das Basisrohr (51) besteht;

d) Koextrudieren des inneren Füllmaterials (53) und der äußeren Schicht (44), um den Verstärkungsstreifen zu erzeugen;

e) Entgasen der am Auslaß erzeugten Restgase von dem Extrusionskopf durch Lochen und Ausquetschen des koextrudierten Verstärkungsstreifens mit Hilfe von Quetschwalzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Entgasung während der Plastifizierung des Füllmaterials (53) für den Verstärkungsstreifen (52) gesorgt wird.

3. Anlage zum Herstellen von Rohren (50) aus thermoplastischem Harz, welche aufweist:

a) einen Extruder (1) für die thermoplatischen Materialien, der mit einem flachen Düsenkopf (10) zur Extrusion eines kontinuierlichen Streifens in Form einer Materialbahn (11) ausgestattet ist;

b) einen Formgebungsdorn (2), der mit einer Reihe sich drehender Walzen (12) ausgestattet ist, auf dem der kontinuierliche Streifen (11) in einer Spirale mit teilweiser Überlappung benachbarter Wicklungen aufgewickelt wird, um ein Basisrohr (51) zu erhalten;

c) einen Koextrusionskopf (5) für einen Verstärkungsstreifen (52), der in einer Spirale auf dem Basisrohr (41) aufgewickelt wird, wobei der Koextrusionskopf von zwei Extrudern (3, 4) für ein Füllmaterial (43) bzw. für eine äußere Schicht (54) gespeist wird, die nach dem Koextrusionskopf (5) zusammenlaufen, um miteinander den Verstärkungsstreifen (52) zu erzeugen, wobei eine Entgasungsstation stromab von dem Koextrusionskopf (5) vorgesehen ist, die eine Lochungsvorrichtung (20, 21) und Quetschwalzen (22) aufweist.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie geformte Druckwalzen (9) vorsieht, die mit den Walzen (12) des Formgebungsdorns (2) verbunden werden sollen, um dem Verstärkungsstreifen (42) die gewünschte Form zu geben.

5. Rohr aus thermoplastischem Harz für Abwassernetze oder Landdrainagen, das mit dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 hergestellt wird, mit einem zylindrischen Basisrohr (41), an dessen äußerer Oberfläche ein Verstärkungsstreifen (52) angebracht ist, der aus einer äußeren Schicht (54) aus demselben thermoplastischen Materials wie das Basisrohr und einer inneren Füllschicht (53) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Füllschicht (53) aus einem heterogenen rezyklierten Material besteht, das mit der äußeren Schicht (54) koextrudiert wird, und daß die äußere Schicht (54) Lochungen zum Entgasen von Restgasen hat, die durch das rezyklierte Material während der Herstellung des Rohres erzeugt werden.