DE4428993A1 - Vorrichtung zum Extrudieren eines viskosen Materials - Google Patents
Vorrichtung zum Extrudieren eines viskosen MaterialsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ex
trudieren eines viskosen Materials, das nicht kontinu
ierliche Verstärkungsfasern enthält.
Ein hydraulischer drahtverstärkter Hochdruckschlauch wird
typischerweise in unterschiedlichen Anwendungen verwen
det, zum Beispiel zum Vorsehen einer flexiblen Verbindung
zwischen mehreren sich bewegenden Teilen eines hydrauli
schen Kreises, wobei sich ein Teil gegenüber dem anderen
bewegen muß. Typische verstärkte hydraulische Schlauch
strukturen sind in dem US-Patent 3 357 456 vom 12. De
zember 1967 von C. E. Grawey und dem US-Patent 4 262 704
vom 21. April 1981 von C. E. Grawey dargestellt.
Einer der kritischen Bereiche eines solchen hydraulischen
Schlauches ist die Auskleidungs- oder Kernstruktur. In
beiden der zuvor genannten Patente wird das Auskleidungs
glied gebildet durch Wickeln eines laminierten Bandes
oder Streifens in einer überlappenden Beziehung um einen
Formkern und dann Wickeln einer Serie von Drahtlagen mit
Elastomerschichten zwischen benachbarten Drahtlagen. Das
Laminatband ist aus zwei Schichten eines ungehärteten
Elastomers aufgebaut, und zwar mit einem offenmaschigen
Stoff sandwichartig dazwischen. Ein Problem, das mit
einem solchen Herstellungsverfahren assoziiert ist, ist
daß die Länge des hergestellten Schlauches durch die Län
ge der kalandrierten oder geglätteten Laminatbandvorrats
rolle. Die Herstellung des Laminatbandes ist ein zeitauf
wendiger, arbeitsintensiver, recht teurer, mehrere
Schritte aufweisender Vorgang, bei dem eine erhebliche
Abfallmenge zurückbleibt, die nicht wieder verwendet wer
den kann.
Es wurden unterschiedliche Verfahren entwickelt, um einen
Hochdruckschlauch auf einer kontinuierlichen Basis herzu
stellen. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist in US-
Patent 4 501 629 vom 26. Februar 1985 von R. L. Satzler
beschrieben. Die Auskleidung wird gebildet durch Extru
dieren eines viskosen Materials auf einen Formkern.
Das US-Patent 3 933 960 vom 20. Januar 1976 von James
Cameron et al. zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines
verstärkten Rohrs mit kurzen nicht kontinuierlichen Fa
sern, die in dem viskosen Material beinhaltet sind. Die
Fasern sind umfangsmäßig orientiert, um die notwendige
Festigkeit vorzusehen, um internen Drücken zu widerste
hen. Wenn das viskose Material, das nicht kontinuierliche
Fasern enthält, extrudiert wird, bewirkt die Strömung,
daß sich die Faser axial in Richtung der Strömung orien
tiert. Beispiele der nicht kontinuierlichen Verstärkungs
fasern sind in US-Patent 3 697 364 von K. Boustany et al.
vom 10. Oktober 1972 und in dem US-Patent 3 709 845 von
K. Boustany et al. vom 9. Januar 1973 gezeigt.
Die vorliegende Erfindung sieht eine relativ einfache Ex
trudiervorrichtung zur Herstellung einer Schlauchausklei
dung auf einer kontinuierlichen Basis vor, bei der nicht
kontinuierliche Fasern spiralförmig innerhalb des visko
sen Polymermaterials orientiert sind, während es um den
Formkern extrudiert wird. Die Extrudiervorrichtung steu
ert die spiralförmige Orientierung der Fasern, erhöht die
radiale Festigkeit der Auskleidung, sieht glatte äußere
Umfangsoberflächen vor, sieht eine Auskleidung mit einer
konstanten Wanddicke vor und überbrückt den Raum zwischen
den Drähten. Mit einem solchen Aufbau werden Einsparungen
an Ausrüstung, Arbeit und natürlichen Resourcen reali
siert.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines
oder mehrere der oben genannten Probleme zu überwinden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum
Extrudieren eines viskosen Materials, das nicht konti
nuierliche Verstärkungsfasern enthält, vorgesehen. Die
Extrudiervorrichtung besitzt ein Einlaßende, ein Auslaß
ende, einen Extrudierkörper mit einer inneren Körperober
fläche, die eine Körperbohrung mit einer Achse definiert
und einen Einlaßdurchlaß, der sich in die Körperbohrung
öffnet. Die Extrudiervorrichtung weist ferner eine
schraubenförmige (helicoid) Anordnung mit einer
schraubenförmigen Bohrung auf, die koaxial zu der Achse
der Körperbohrung ist. Eine Extrudierkopfanordnung ist
mit dem Körper verbunden. Eine Extrudierform definiert
einen Extrudierdurchlaß. Der Extrudierdurchlaß besitzt
eine Innenbohrung, die die schraubenlinienförmige
Anordnung aufnimmt. Die Extrudierform ist mit der sich
drehenden Extrudierkopfanordnung verbunden und drehbar.
Eine Vielzahl von spiral- oder schraubenförmigen
Schaufeln erstreckt sich von der konisch
zusammenlaufenden Oberfläche nach innen. Ein Formkern er
streckt sich koaxial durch die schraubenlinienförmige
Bohrung und die Extrudierform. Mittel sind vorgesehen zum
Drehen der Kopfanordnung bezüglich der Körpers.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungs
gemäßen Vorrichtung, wobei Teile weggebrochen
sind, um die Beziehung der Elemente zu zeigen;
Fig. 2 eine schematische und vergrößerte Querschnittsan
sicht durch die Extrudierkopfanordnung;
Fig. 3 eine schematische Endansicht der Extrudierform;
Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht der Extru
dierform entlang der Linie 4-4 in Fig. 3, die
einen Teil der spiralförmigen Schaufeln und der
dazwischenliegenden Täler zeigt;
Fig. 5 eine schematische Endansicht der Form entlang der
Linie 5-5 in Fig. 4; und
Fig. 6 eine schematische flache Entwicklungsansicht der
spiralförmigen Schaufeln, die ihre Winkelform be
züglich der axialen Mittellinie der Form dar
stellt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung, insbesondere auf die
Fig. 1 und 2, ist eine Vorrichtung 10 der Bauart offen
bart, die geeignet ist zum Extrudieren eines viskosen
Materials, das nicht kontinuierliche Verstärkungsfasern
enthält. Die Extrudiervorrichtung 10 besitzt ein Einlaß
ende 12, ein Auslaßende 14 und eine Trommel oder einen
Extrudierkörper 16. Der Extrudierkörper 16 weist folgen
des auf: eine innere Körperoberfläche 18, die eine Kör
perbohrung 20 mit einer Mittelachse 22 definiert, eine
Pilot- oder Führungsnabe 24, die eine äußere zylindrische
Pilot- oder Führungsoberfläche 26 definiert, die in axia
ler Ausrichtung mit der Körperbohrung ist, einen nach
außen vorragenden Flansch 28 mit einer Anbringungsober
fläche 30 und einen Einlaßdurchlaß 32, der sich in die
Körperbohrung öffnet. Der Einlaßdurchlaß 32 ist mit einer
Quelle zur Lieferung viskosen Materials verbunden, wie es
in der Technik bekannt ist.
Die Extrudiervorrichtung 10 weist ferner eine schrauben
linienförmige Anordnung 36 mit einer schraubenlinien
förmigen Bohrung 38 in axialer Ausrichtung mit der Achse
22 der Körperbohrung 20 auf. Die Schraubenlinienanordnung
36 umfaßt eine rohrförmige Nase 39 mit einer äußeren zy
lindrischen Oberfläche 40, die einen vorgewählten Durch
messer definiert und ein distales oder entfernt gelegenes
Ende 42.
Die Vorrichtung 10 weist eine Extrudierkopfanordnung 44
auf, die drehbar mit dem Extrudierkörper 16 verbunden
ist. Die Extrudierkopfanordnung 44 weist ein im allge
meinen rohrförmiges Formtragglied 46, eine Formhülse 48,
eine Extrudierform 50, einen Verriegelungsring 52 und
Mittel 54 zum Drehen der Extrudierkopfanordnung bezüglich
des Extrudierkörpers 16 auf.
Das rohrförmige Formtragglied 46 ist drehbar an dem Ex
trudierkörper 16 befestigt durch einen Haltering 56, der
an der Anbringungsoberfläche 30 des Extrudierkörpers 16
gesichert ist. Das Tragglied 46 wird axial getragen durch
ein Axial- oder Schublager 58. Die Formhülse 48 ist durch
Schrauben mit dem Tragglied 46 verbunden.
Die Formhülse 48 besitzt eine gestufte Innenumfangsober
fläche 60 mit einer Formhülsenschulter 62 einen axial
langgestreckte Führungsmittel (Keil) 64.
Wie am besten in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt ist, besitzt
die Extrudierform 50 einen Formkörper 68 mit einem Form
einlaßende 70 und einem Formauslaßende 72, eine äußere
gestufte zylindrische Formoberfläche 64 mit einer Form
schulter 76 und eine äußere axial langgestreckte Form
keil- oder Führungsnut 78. Der Formkörper 68 definiert
ferner einen Formextrudierdurchlaß 80 zur Aufnahme der
schraubenlinienförmigen Anordnung 26. Die Extrudierform
50 ist mit der sich drehenden Extrudierkopfanordnung 44
verbunden und drehbar. Die äußere gestufte zylindrische
Formoberfläche 74 ist gleitbar in der inneren gestuften
zylindrischen Oberfläche 60 der Formhülse 48 angeordnet,
wobei der Keil 64 der Formhülse in Eingriff kommt mit der
Keilnut 78 der Extrudierform 50 und die Formschulter 76
und die Hülsenschulter 62 in einer anliegenden Beziehung
stehen. Der Formextrudierdurchlaß 80 definiert ferner
eine im allgemeinen zylindrische Oberfläche 82, die einen
Austrittsdurchmesser 84 mit einer vorbestimmten Quer
schnittsfläche definiert. Der Formextrudierdurchlaß 80
ist in axialer Ausrichtung mit der schraubenlinienför
migen Bohrung 38. Der konische Extrudierdurchlaß 80 ver
ringert seinen Durchmesser im allgemeinen konisch, und
zwar in Richtung des Auslaßendes 72 der Extrudierform 50.
Eine Vielzahl von spiral- oder schraubenlinienförmigen
Schaufeln erstreckt sich von dem Extrudierdurchlaß 80
nach innen. In einem bevorzugten Beispiel, wie in Fig. 3
gezeigt ist, gibt es vier spiralförmige Schaufeln 90, die
mit gleichem Abstand umfangsmäßig um den konischen Extru
dierdurchlaß 80 beabstandet sind. Wie in der flachen Ab
wicklungsansicht der Fig. 6 zu sehen ist, sind die
schraubenförmigen Schaufeln 90 mit einem Schrauben- oder
Schrägungswinkel "A" von 40° bis 70° bezüglich der Axial
mittellinie der Extrudierform 50 angeordnet. Ein Schrä
gungswinkel, der größer oder kleiner ist, würde von dem
gewünschten Winkel ausreichend abweichen, um die
Schlauchleistung negativ zu beeinflussen. Vorzugsweise
sind die Schaufeln 90 mit einem Helix- oder Schrägungs
winkel "A" von ungefähr 55° angeordnet und verringern
ihre Breite "W" in Richtung des Auslaßendes 72 der Ex
trudierform 50.
Die Mittel 54 zum Drehen der Extrudierkopfanordnung 44
bezüglich des Extrudierkörpers 16 umfassen ein Zahnrad
94, das betriebsmäßig mit dem Tragglied 46 verbunden ist,
und zwar durch eine Vielzahl von Kopfschrauben 96 und
eine Endloskette 98, die das Zahnrad umgibt.
Ein Dorn bzw. Formkörper 100 erstreckt sich koaxial durch
die Schraubenlinienbohrung 36 und den
Formextrudierdurchlaß 80. Der Formkörper 100 ist axial in
Richtung des Auslaßendes 14 der Vorrichtung 10 bewegbar,
wie es in der Technik bekannt ist, wobei das viskose
Material um den Formkörper extrudiert wird und der
Formkörper später aus der gebildeten Schlauchauskleidung
entfernt wird.
Das Polymermaterial, das nicht kontinuierliche Verstär
kungsfasern enthält, wird um die Schraubenlinienanordnung
34 herum verteilt, und zwar in einer herkömmlichen Art
und Weise. Der konische Durchlaß 80 der Extrudierform ist
so aufgebaut, daß es das geschmolzene Material um die
Außenumfangsoberfläche des sich kontinuierlich bewegenden
Formkörpers 100 leitet. Die schraubenförmigen Schaufeln
90 der Extrudierform 50 erzeugen eine Vielzahl von Kanä
len 102, durch die sich die nicht kontinuierlichen Ver
stärkungsfasern innerhalb des viskosen Materials im all
gemeinen parallel mit der Strömung des Materials orien
tieren. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der
Winkel der Fasern bezüglich der Längsachse des Formkör
pers innerhalb des Bereichs von ungefähr 40° bis 70°
gehalten und vorzugsweise bei einem Winkel von ungefähr
54°44′, was der mathematische, theoretisch wünschenswerte
Winkel für die Faserverstärkung ist. Ein Winkel der Fa
sern, der größer oder kleiner ist, würde von dem ge
wünschten Winkel abweichen, und zwar ausreichend, um
negativ die Schlauchleistung zu beeinflussen. Weitere
Aspekte, Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus einer Studie der Zeichnung, der Offenbarung und der
Ansprüche.
Claims (4)
1. Eine Vorrichtung zum Extrudieren viskosen Materials,
wobei das viskose Material nicht kontinuierliche
Verstärkungsfasern enthält, wobei die Extrudier
vorrichtung folgendes aufweist: ein Einlaßende, ein
Auslaßende, einen Körper mit einer inneren Körper
oberfläche und die eine Körperbohrung mit einer
Achse definiert und einen Einlaßdurchlaß, der sich
in die Körperbohrung öffnet, wobei die Extrudiervor
richtung ferner eine Schraubenlinien- oder
Helicoidanordnung mit einer Schraubenlinienbohrung
in axialer Ausrichtung mit der Achse der
Körperbohrung besitzt, wobei die Vorrichtung
folgendes aufweist:
eine Extrudierkopfanordnung, die drehbar benachbart zu dem Auslaßende des Körpers verbunden ist;
eine Extrudierform mit einem Formkörper, wobei der Körper einen Extrudierdurchlaß definiert, wobei der Extrudierdurchlaß ferner eine im allgemeinen zylin drische Oberfläche definiert, die einen Austritts durchmesser mit einer vorgewählten Querschnitts fläche definiert, wobei sich der Durchmesser des Extrudierdurchlasses im allgemeinen konisch in Rich tung des Auslaßendes der Vorrichtung verringert, wo bei die Schraubenlinienanordnung eine rohrförmige Nase mit einer äußeren zylindrischen Umfangsober fläche, die einen vorgewählten Durchmesser definiert und ein distales Ende aufweist, das innerhalb des Extrudierdurchlasses der Extrudierform angeordnet ist, wobei die Extrudierform mit der sich drehenden Extrudierkopfanordnung verbunden und mit dieser drehbar ist;
eine Vielzahl von schrauben- oder spiralförmigen Schaufeln, die verbunden sind mit und sich er strecken von dem Formkörper, und zwar nach innen in den Extrudierdurchlaß, wobei die schraubenförmigen Schaufeln mit einem Schrauben- oder Helixwinkel in dem Bereich von ungefähr 40° bis ungefähr 70° bezüg lich der Axialmittellinie der Extrudierform ange ordnet sind und wobei die Schaufeln ihre Breite in Richtung des Auslaßendes der Form verringern;
ein Formkörper, der sich koaxial durch die Schrau benlinienbohrung und den Extrudierformdurchlaß er streckt, wobei der Formkörper axial bewegbar ist in Richtung des Auslaßendes der Vorrichtung; und
Mittel zum Drehen der Extrudierkopfanordnung be züglich des Extrudierkörpers.
eine Extrudierkopfanordnung, die drehbar benachbart zu dem Auslaßende des Körpers verbunden ist;
eine Extrudierform mit einem Formkörper, wobei der Körper einen Extrudierdurchlaß definiert, wobei der Extrudierdurchlaß ferner eine im allgemeinen zylin drische Oberfläche definiert, die einen Austritts durchmesser mit einer vorgewählten Querschnitts fläche definiert, wobei sich der Durchmesser des Extrudierdurchlasses im allgemeinen konisch in Rich tung des Auslaßendes der Vorrichtung verringert, wo bei die Schraubenlinienanordnung eine rohrförmige Nase mit einer äußeren zylindrischen Umfangsober fläche, die einen vorgewählten Durchmesser definiert und ein distales Ende aufweist, das innerhalb des Extrudierdurchlasses der Extrudierform angeordnet ist, wobei die Extrudierform mit der sich drehenden Extrudierkopfanordnung verbunden und mit dieser drehbar ist;
eine Vielzahl von schrauben- oder spiralförmigen Schaufeln, die verbunden sind mit und sich er strecken von dem Formkörper, und zwar nach innen in den Extrudierdurchlaß, wobei die schraubenförmigen Schaufeln mit einem Schrauben- oder Helixwinkel in dem Bereich von ungefähr 40° bis ungefähr 70° bezüg lich der Axialmittellinie der Extrudierform ange ordnet sind und wobei die Schaufeln ihre Breite in Richtung des Auslaßendes der Form verringern;
ein Formkörper, der sich koaxial durch die Schrau benlinienbohrung und den Extrudierformdurchlaß er streckt, wobei der Formkörper axial bewegbar ist in Richtung des Auslaßendes der Vorrichtung; und
Mittel zum Drehen der Extrudierkopfanordnung be züglich des Extrudierkörpers.
2. Extrudiervorrichtung nach Anspruch 1, wobei vier
schraubenförmige Schaufeln vorgesehen sind.
3. Extrudiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei
die Schaufeln mit einem Schrauben- oder Helixwinkel
von 55° angeordnet sind.
4. Extrudiervorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Extrudierkopfanordnung ein im
allgemeinen rohrförmiges Formtragglied aufweist, das
drehbar an dem Körper befestigt ist und wobei die
Mittel zum Drehen der sich drehenden Kopfanordnung
bezüglich des Körpers ein Zahnrad aufweisen, das be
triebsmäßig mit dem Tragglied verbunden ist und eine
endlose Kette, die das Zahnrad umgibt.
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