NL9400894A - Werkwijze en inrichting voor het vormen van een mof aan een buis van biaxiaal georiënteerd thermoplastisch kunststofmateriaal. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het vormen van een mof aan een buis van biaxiaal georiënteerd thermoplastisch kunststofmateriaal.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het vormen van een mof aan een buis van biaxiaal georiënteerd thermoplastisch kunststof materiaal .

Het biaxiaal oriënteren van het kunststof mater iaal van een buis, ook bekend als het biaxiaal verstrekken van een buis, heeft tot doel de eigenschappen van de buis te verbeteren door oriëntatie in twee onderling loodrechte richtingen van de moleculen van het kunststof mater iaal van de buis. Een werkwijze voor het vervaardigen van een biaxiaal georiënteerde buis is bijvoorbeeld bekend uit DE 23 57 210. Hierbij wordt de uit een extruder komende buis over een conische expansiedoorn getrokken, waardoor de diameter van de geëxtrudeerde buis toeneemt en de wanddikte afneemt. Vervolgens wordt de buis afgekoeld om de bereikte biaxiale oriëntatie van de moleculen van het kunststofmateriaal van de buis te fixeren (in te vriezen). Opgemerkt wordt dat de onderhavige uitvinding betrekking heeft op het vormen van een mof aan elke buis waarvan de toestand van de moleculen van het thermoplastische kunststofmateriaal als "biaxiaal georiënteerd" wordt gekenmerkt.

Voor het aanleggen van leidingsystemen is het gewenst te beschikken over buizen van biaxiaal georiënteerd kunststofmateriaal, die op eenvoudige en betrouwbare wijze met elkaar kunnen worden gekoppeld. Voor buizen van geëxtrudeerd thermoplastisch kunststofmateriaal dat geen biaxiale oriëntatie heeft ondergaan, ie een algemeen bekende en in de praktijk op grote schaal toegepaste koppelwijze de mof verbinding. Hierbij wordt een buis aan een uiteinde voorzien van een mof, zodat het uiteinde van een volgende buis in de mof kan worden geschoven.

Voor buizen van biaxiaal georiënteerd kunststofmateriaal werd tot op heden de voorkeur gegeven aan een koppeling door middel van een separate dubbele mof, die de uiteinden van beide te verbinden buizen opneemt.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel een werkwijze en inrichting te verschaffen, waarmee een mof kan worden gevormd aan een buis waarvan het kunststofmateriaal als gevolg van het produktieproces van de buis in een biaxiaal georiënteerde toestand is gebracht.

Voor het bereiken van dit oogmerk verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het vormen van een mof aan een buis van biaxiaal georiënteerd thermoplastisch kunststofmateriaal, omvattende de achtereenvolgende stappen van: - het plaatsen van een steun in een einddeel van de buis, het verwarmen van de buis in het gebied van het einddeel, - het vervormen van de buis tot een mof in het gebied van het verwarmde einddeel, waarbij tijdens het vormen van de mof het verwarmde einddeel inwendig wordt gesteund, het af koelen van de buis in het gebied van het einddeel, waarbij tijdens het afkoelen het einddeel inwendig wordt gesteund, en het wegnemen van de steun uit de buis.

Een belangrijk verschil tussen de werkwijze volgens de uitvinding en de algemeen bekende werkwijze voor het vormen van een mof aan een niet biaxiaal georiënteerde buis is dat bij de laatstgenoemde bekende werkwijze het einddeel van de buis in een eerste station wordt verwarmd en dat de buis dan in een naast het eerste station gelegen tweede station wordt voorzien van een mof, terwijl volgens de uitvinding het einddeel van de buis in verwarmde, niet vormvaste, toestand voortdurend inwendig gesteund blijft. De werkwijze volgens de uitvinding is gebaseerd op het inzicht dat het verwarmen van een biaxiaal georiënteerde buis tot een temperatuur waarbij deformatie van de buis voor het vormen van een mof mogelijk is, een verloren gaan van de ingevroren biaxiale oriëntatie en daardoor een krimpen van de buis tot gevolg heeft.

Met voordeel omvat het plaatsen van een steun in het einddeel van de buis het in het eindeel steken van een steundeel van een starre doorn en omvat het vervormen van de buis tot een mof in het gebied van het einddeel het in de buis drukken van een op het steundeel aansluitend mofvormend deel van de starre doorn.

Aangezien het mofvormend deel van de doorn een grotere diameter heeft dan de binnendiameter van de buis vindt bij het in de buis drukken van het mofvormend deel van de doorn een verdere radiale verstrekking van het kunststofmateriaal van de buis plaats. Hierdoor zal de wanddikte van de buis aldaar afnemen. Dit zou betekenen dat de wanddikte van de buis ter plaatse van mof geringer is dan in het resterende deel van de buis. Deze situatie is ongewenst, in het bijzonder omdat keuringsnormen een over de lengte van de buis constante wanddikte voorschrijven.

Gebleken is echter dat tijdens het verwarmen van het einddeel van de buis voorafgaand aan de expansie door middel van het mofvormend deel van de doorn enige axiale krimp van het verwarmde deel van de buis optreedt, waardoor de wanddikte daar toeneemt. Deze axiale krimp treedt op ondanks het feit dat de buis in radiale richting gesteund is en dus dezelfde diameter houdt. De axiale krimp is gebleken zodanig beperkt te zijn dat toch een deel van de door het biaxiaal oriënteren geïntroduceerde axiale spanning in de wand van de mof behouden blijft. Een verklaring hiervoor is dat de axiale spanning in een biaxiaal georiënteerde buis voor een deel het gevolg is van de op de buis uitgeoefende trekkracht tijdens het biaxiaal oriënteren en voor het overige deel het gevolg is van de verstrekking in radiale richting tijdens het biaxiaal oriënteren. Bij het verwarmen van een in radiale richting inwendig gesteunde biaxiaal georiënteerde buis wordt alleen het door de trekkracht geïntroduceerde deel van de axiale spanning opgeheven.

Het is duidelijk dat het hiervoor beschreven effect dat de wanddikte van het verwarmde deel van de buis toeneemt ten gevolge van het verdwijnen van een deel van de axiale spanning in de buis op voordelige wijze kan worden benut voor het realiseren van een mof die dezelfde wanddikte heeft als de rest van de buis. Bij een optimaal biaxiaal georiënteerde buis bedraagt de axiale spanning circa 50 % van de radiale spanning. Ten gevolge van de verstrekking in radiale richting ontstaat een axiale spanning in de buis, die in de praktijk wel 30 % van de radiale spanning kan bedragen. Door het aanpassen van de tijdens het biaxiaal oriënteren op de buis uitgeoefende trekkracht kan dan de resterende 20 % worden geïntroduceerd. Hieruit volgt dat de spanningstoestand van de biaxiaal georiënteerde buis op voordelige wijze kan worden benut voor het verkrijgen van een mof met de werkwijze volgens de uitvinding.

Bij voorkeur omvat het verwarmen van de buis in het gebied van het einddeel het vanaf de buitenzijde verwarmen van de buis en/of het verwarmen van de steun. In dit opzicht is van belang dat het einddeel van de buis tot een zo laag mogelijke vervormingstemperatuur wordt verwarmd om de biaxiale oriëntatie zo veel mogelijk te behouden. Het is tevens van belang het verwarmde deel zo homogeen mogelijk op uniforme temperatuur te brengen om tijdens het vervormen geen ongewenste effecten te bewerkstelligen, zoals het ontstaat van wanddikteverschillen. Bij voorkeur ligt de vervormingstemperatuur bij de werkwijze volgens de uitvinding voor PVC juist boven de glasovergangstem-peratuur. PE en andere polyolefines vertonen geen overgangstempe-ratuur maar een "alfa-fase", die de overgang van een kristallijne naar een amorfe structuur aangeeft. De vervormingstemperatuur van een dergelijk kunststofmateriaal ligt in het temperatuursge-bied dat bij de "alfa-fase" behoort.

Bij voorkeur omvat het afkoelen van de buis in het gebied van het einddeel het vanaf de buitenzijde koelen van de buis en/of het koelen van steun. Evenals bij het verwarmen van het einddeel van de buis zal de gewenste afkoelsnelheid in combinatie met de wanddikte van de buis ter plaatse van de mof van belang zijn voor de keuze van de wijze van afkoeling.

Verder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de bovengenoemde werkwijze.

In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een inrichting voor het vormen van een mof aan een buis van biaxiaal georiënteerd thermoplastisch kunststofmateriaal, omvattende een doorn, die bestaat uit een steundeel, dat in de buis past waar de mof aan wordt gevormd, en een op het steundeel aansluitend mofvormend deel, waarvan de vorm in hoofdzaak overeenkomt met de beoogde vorm van de mof, welke inrichting verder verplaatsingsmiddelen omvat voor het ten opzichte van de buis verplaatsen van de door en rondom de doorn gelegen verwarmingsmiddelen voor het van buitenaf verwarmen van de buis in het gebied waar het mofvormend deel in de buis komt te steken.

De verplaatsingsmiddelen voor de doorn kunnen een dubbel werkende hydraulische of pneumatische cilinder omvatten. Hiermee kan eerst het steundeel van de doorn in het einddeel van de buis worden gestoken en na verwarmen van het om het steundeel liggende einddeel van de buis kan de doorn verder in de buis worden gedrukt, totdat het mofvormend deel ver genoeg in de buis is gestoken. Na het af koelen van de buis kan de doorn dan uit de buis worden getrokken. Het is natuurlijk wel noodzakelijk dat de buis hierbij wordt vastgehouden.

De verwarmingsmiddelen kunnen een verwarmingsring, bijvoorbeeld met een infraroodstraler, omvatten, die om het steundeel van de doorn heen ligt als deze als eerste in de buis is gestoken. De warmte-afgifte van een dergelijke verwarmingsring aan de buis kan eenvoudig en nauwkeurig worden geregeld.

Voor het verkrijgen van een eenvoudige en betrouwbare afdichting is het voordelig de inrichting te voorzien van middelen voor het vormen van een opneemgroef voor een afdichtring in de aan de buis te vormen roof.

In een voordelige uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is het mofvormend deel van de doorn voorzien van een omtreksgroef voor het opnemen van de afdichtring en omvat de inrichting een over het mofvormend deel van de doorn verschuifbare steunring, die tijdens het in de buis drukken van het mofvormend deel van de doorn de in de omtreksgroef gelegen afdichtring aan de van de insteekzijde van de doorn afgekeerde zijde steunt. Deze techniek is in principe bekend voor het vormen van een mof met afdichtring aan een niet biaxiaal georiënteerde buis. Bij het in de buis drukken van het mofvormende deel bewerkstelligt de in de ondiepe groef liggende en ringvormig buiten het mofvormend deel uitstekende afdichtring een verder expansie van de buis. Omdat de biaxiaal georiënteerde buis bij voorkeur niet tot een temperatuur wordt verwarmd waarbij de buis gemakkelijk vervormbaar is, dit teneinde de biaxiale oriëntatie zoveel mogelijk te behouden, is de op de afdichtring uitgeoefende afschuifkracht dusdanig groot dat deze over zijn totale buiten het mofvormend deel van de doorn uistekende oppervlak moet worden gesteund door de steunring. Derhalve heeft het de voorkeur dat de steunring dezelfde buitendiameter heeft als de daarmee te ondersteunen afdichtring. Na het tot de gewenste diepte in de buis drukken van de doorn wordt de steunring langs het mofvormend deel van de doorn uit de buis getrokken.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van de tekening. Daarbij toont: fig. 1 een schematische langsdoorsnede van een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding voor het vormen van een mof aan een biaxiaal georiënteerde buis tijdens de aanvangsfase van de werkwijze volgens de uitvinding, en fig. 2 een aanzicht overeenkomstig fig. 1 tijdens de eindfase van de werkwijze volgens de uitvinding, fig. 3 een aanzicht overeenkomstig fig. 1 van een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding, en fig. 4 een aanzicht overeenkomstig fig. 3 tijdens de eindfase van de werkwijze volgens de uitvinding.

In de fig. 1-4 wordt uitgegaan van een toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding, waarbij een buis van biaxiaal georiënteerd thermoplastisch kunststofmateriaal, bijvoorbeeld PE of PVC, met een gladde cilindrische wand wordt voorzien van een mof. Het zal duidelijk zijn dat de hier beschreven uitvindingsgedachte en inrichtingen ook kunnen worden toegepast voor het vervaardigen van buisprofielen met een andere dwarsdoorsnede, zonodig door aanpassing van de uitvoeringsvorm van de hierin beschreven onderdelen.

De in fig. 1 en 2 schematisch getoonde inrichting is bedoeld voor het vormen van een mof aan een buis 1 van biaxiaal georiënteerd thermoplastisch kunststof materiaal. De inrichting omvat een doorn 2, die werkzaam verbonden is met een dubbel werkende cilinder 3 voor het in en uit de buis 1 bewegen van de doorn 2. De doorn 2 heeft een steundeel 5, waarvan de doorsnede in hoofdzaak overeenstemt met de binnendoorsnede van de buis 1 waar de mof aan wordt gevormd. De steun behoeft niet noodzakelijk strak in de buis te passen maar kan enige speling hebben. Verder heeft de doorn 2 een mof vormend deel 6, waarvan de doorsnede groter is dan het steundeel 5 en waarvan de vorm in hoofdzaak overeenkomt met de beoogde vorm van de aan de buis 1 te vormen mof. Tussen het steundeel 5 en het mof vormend deel 6 bevindt zich een overgangsdeel 7.

In de in fig. 1 getoonde positie steekt alleen het steundeel 5 van de doorn 2 in de buis 1. Pas op het moment dat de buis 1 door het steundeel 5 inwendig wordt gesteund, wordt de wand van de buis 1 van buitenaf verwarmd door middel van een ringvormig verwarmingselement 10. Het verwarmingselement 10 omvat een of meer infraroodstralers met regelbare warmte-afgifte.

Indien de gewenste temperatuur is bereikt in het deel van de buis waar de mof moeten worden gevormd, wordt de cilinder 3 bedient. Hierdoor komt de doorn 2 in de in fig. 2 getoonde positie, waarin ook het mofvormend deel 7 van de doorn 2 in de buis 1 steekt. Bij het bewegen van de positie in fig. 1 naar de positie in fig. 2 bewerkstelligt het vloeiend lopende overgangsdeel 6 van de doorn 2 de expansie van de buis 1. Door nu het verwarmingselement 10 uit te schakelen koelt het einddeel van de buis 1 af. Het af koelen kan worden bevorderd door een koelinrichting, bijvoorbeeld met luchtkoeling, aan te brengen. Verder kan de doorn 2 worden gekoeld, bijvoorbeeld door er een koelvloeistof door te leiden. Na een afkoeling van de buis 1 tot een temperatuur waarbij de buis 1 weer vormvast is, wordt de cilinder 3 bediend om de doorn 2 in zijn geheel uit de buis 1 te trekken. De verkregen buis 1 met aangevormde mof is nu eenvoudig koppelbaar met soortgelijke buizen of buisdelen.

Bij het verwarmen van de buis 1 kan worden waargenomen dat het verwarmde deel in axiale richting enigzins krimpt en dat de wanddikte van dit deel daardoor toeneemt. Aangezien de buis bij het aansluitend vormen van de mof in radiale richting wordt geëxpandeerd, hetgeen tot een reductie van de wanddikte leidt, kan de toegenomen wanddikte met voordeel worden benut om uiteindelijk een mof te verkrijgen waarvan de wanddikte gelijk is aan de wanddikte van de rest van de buis l.

Bij voorkeur is ook de doorn 2 voorzien van middelen om de doorn te verwarmen, zodat in het te vervormen einddeel van de buis 1 een uniforme temperatuur wordt bereikt.

De in fig. 3 en 4 getoonde inrichting 30 maakt het mogelijk een mof aan een biaxiaal georiënteerde buis 31 te vormen, waarbij de mof direct wordt voorzien van een elastische afdichtring 32.

De inrichting 30 omvat een holle en aan een uiteinde open cilindrische doorn 33. De doorn 33 heeft een steundeel 34, een overgangsdeel 35 en een mofvormend deel 36. Het mof vormend deel 36 is voorzien van een omtreksgroef 37 aan de buitenzijde. Verder omvat de inrichting een steunring 38, die verschuifbaar is over het mofvormend deel 36. Voor het verwarmen en af koelen van het einddeel van de te bewerken buis 31 omvat de inrichting een verwarmingsinrichting 40 en een koel inrichting 42.

Bij het vervaardigen van een mof met afdichtring met de in fig. 3 en 4 getoonde inrichting wordt als volgt te werk gegaan. Eerst wordt de afdichtring 32 over de doorn 33 geschoven totdat deze in de relatief ondiepe groef 37 ligt. Hierbij ligt de steunring 38 tegen de van de insteekzijde van de doorn 33 afgekeerde zijde van de afdichtring 32. Vervolgens wordt het steundeel 34 met behulp van nier weergegeven middelen, bijvoorbeeld een dubbelwerkende hydraulische cilinder, in het einddeel van de buis 31 gestoken. Vervolgens wordt het inwendig gesteunde einddeel van de buis 31 verwarmd door middel van de inrichting 40 tot de gewenste vervormingstemperatuur. Het steundeel 34 voorkomt dat het kunststofmateriaal van de buis 31 onder invloed van de verwarming terugkeert naar de toestand die het kunststofmateriaal had voordat het biaxiaal werd georiënteerd. Dit wordt bereikt doordat radiale krimp van de buis 31 nu onmogelijk is. Wel treedt, zoals hiervoor is beschreven, enige krimp in axiale richting op, die echter voordelig kan worden benut voor het bereiken van een constante wanddikte over de lengte van de buis 31. Aansluitend wordt de doorn 33 verder in de buis 31 gedrukt. Op het moment dat de afdichtring 32 tegen de buis 31 komt, zal de buis 31 door de afdichtring 32 verder worden geëxpandeerd. De afdichtring 32 wordt hierbij gesteund door de met de doorn 33 meebewegende steunring 38. Hierdoor schuift de buis 31 over de afdichtring 32 en vervolgens over de daarachter liggende steunring 38. Zodra de beoogde stand van het mofvormend deel 36 in de buis 31 is bereikt, wordt de steunring 38 door eveneens niet getoonde middelen naar achteren uit de buis 31 getrokken naar de in f ig. 4 getoonde stand. Doordat de biaxiaal georiënteerde buis nog steeds warm is en daardoor de neiging heeft in radiale richting te krimpen, komt de buis 31 vanzelf in de in fig. 4 getoonde toestand tegen het mofvormend deel 36 te liggen en sluit dan de afdichtring 32 in. Vervolgens kan het nog steeds inwendig gesteunde einddeel van de buis 31 worden gekoeld met de koel inrichting 42 en/of door het koelen van de doorn 33. Tenslotte kan de doorn 33 in zijn geheel uit de buis 31 worden getrokken, waarbij de afdichtring 32 ontkoppeld uit de ondiepe groef 37 van de doorn 33 en in de gevormde mof achterblijft.

Het is duidelijk dat bij het vormen van de mof op de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding ook andere doornconstructies kunnen worden toegepast. Hierbij kan bijvoorbeeld worden gedacht aan een expandeerbare doorn.

Claims (9)

1. Werkwijze voor het vormen van een mof aan een buis van biaxiaal georiënteerd thermoplastisch kunststofmateriaal, omvattende de achtereenvolgende stappen van: - het plaatsen van een steun in een einddeel van de buis, het verwarmen van de buis in het gebied van het einddeel, - het vervormen van de buis tot een mof in het gebied van het verwarmde einddeel, waarbij tijdens het vormen van de mof het verwarmde einddeel inwendig wordt gesteund, het af koelen van de buis in het gebied van het einddeel, waarbij tijdens het afkoelen het einddeel inwendig wordt gesteund, en het wegnemen van de steun uit de buis.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat: het plaatsen van een steun in het einddeel van de buis het in het eindeel steken van een steundeel van een starre doorn omvat, het vervormen van de buis tot een mof in het gebied van het einddeel het in de buis drukken van een op het steundeel aansluitend mofvormend deel van de starre doorn omvat.

3. Werkwijze volgens conclusie l of 2, met het kenmerk, dat het verwarmen van de buis in het gebied van het einddeel het vanaf de buitenzijde verwarmen van de buis en/of het verwarmen van de steun omvat.

4. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het afkoelen van de buis in het gebied van het einddeel het vanaf de buitenzijde koelen van de buis en/of het koelen van steun omvat.

5. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies.

6. Inrichting voor het vormen van een mof aan een buis van biaxiaal georiënteerd thermoplastisch kunststofmateriaal, omvattende een doorn, die bestaat uit een steundeel, dat in de buis past waar de mof aan wordt gevormd, en een op het steundeel aansluitend mofvormend deel, waarvan de vorm in hoofdzaak overeenkomt met de beoogde vorm van de mof, welke inrichting verder omvat verplaatsingsmiddelen voor het ten opzichte van de buis verplaatsen van de door en rondom de doorn gelegen verwarmingsmiddelen voor het van buiten af verwarmen van de buis in het gebied waar het mofvormend deel in de buis komt te steken.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van middelen voor het vormen van een opneemgroef voor een afdichtring in de aan de buis te vormen mof.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het mofvormend deel van de doorn is voorzien van een omtreksgroef voor het opnemen van de afdichtring, en dat de inrichting een over het mofvormend deel van de doorn verschuifbare steunring omvat, die tijdens het in de buis drukken van het mofvormend deel van de doorn de in de omtreksgroef gelegen afdichtring aan de van de insteekzijde van de doorn afgekeerde zijde steunt.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de steunring dezelfde buitendiameter heeft als de daarmee te ondersteunen afdichtring.