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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbringung von Kunststoff
auf ein Werkstück.
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EP 1 243 400 B1 beschreibt
eine Vorrichtung zum Herstellen von Wellrohren, bei der mittels
einer Extrudiervorrichtung und einer nachfolgenden Formstrecke endlose
Kunststoffrohre mit einer gewellten Oberfläche herstellbar sind. Solche
gewellten Oberflächen
ergeben eine gute Ringsteifigkeit bei geringer Materialmenge. Je
nach Anforderungen ist es gewünscht,
solche oder andere Rohre mit einer weiteren äußeren Kunststoffschicht zu überziehen.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Aufbringung
von Kunststoff auf ein Werkstück
anzugeben, bei der ein in Umfangsrichtung gleichmäßiger Auftrag
auch bei großen
Werkstücken ermöglicht ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch
den Verteilerbereich mit ringförmigem Austrittsspalt
wird eine in Umfangsrichtung besonders gleichmäßige Aufbringung des Kunststoffs
auf das Werkstück
ermöglicht.
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In
bevorzugter Ausführungsform
umfasst der Zuführbereich
eine erste, insbesondere rohrförmige Zuführleitung,
wobei die erste Zuführleitung
in eine Mehrzahl sekundärer
Zuführleitungen
verzweigt. Hierdurch ist bereits im Bereich der zuführenden
Leitungen eine erste Verteilung des Kunststoffs auf zumindest zwei
Zuführleitungen
erreicht, der letztlich möglichst
homogen über
den Umfang aufgebracht werden soll. Besonders bevorzugt verzweigt
dabei zumindest eine der sekundären
Zuführleitungen
in eine Mehrzahl tertiärer
Zuführleitungen,
so dass zumindest drei und bevorzugt vier separate, vorteilhaft gleichmäßig über den
Umfang verteilte Zuführleitungen
vorliegen. Die Leitungen der jeweiligen Verzweigungsebenen können dabei
gemäß der Aufteilung des
Kunststoffsstroms in ihren Querschnitten zurückgehen.
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Weiterhin
vorteilhaft umfasst der Zuführbereich
eine Mehrzahl von sich in Umfangsrichtung der kreisförmigen Öffnung erstreckenden
Verteilerkanälen.
Dabei sind die Verteilerkanäle
vorteilhaft in mindestens einer Verteilerebene verzweigt. Hierdurch
ist ebenfalls eine insbesondere weiter verzweigende Vorverteilung über den
Umfang des Werkstücks
bereits im Bereich der Kunststoffzuführung ermöglicht.
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Im
Interesse einer einfachen und zweckmäßigen Herstellung mit gutem
Wartungszugang umfasst die Verteilerebene eine Mehrzahl von Plattenelementen,
wobei die Verteilerkanäle
in den Plattenelementen ausgeformt sind. Zweckmäßig sind dabei die Plattenelemente
in der axialen Richtung aufeinander angeordnet, so dass die Kanäle zum Beispiel als
Nuten oder Bohrungen in Umfangsrichtung ausgebildet sein können.
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Um
eine ausreichende Vorverteilung des Kunststoffs im Zuführbereich
insbesondere bei Werkstücken
mit großen
Durchmessern zu gewährleisten, strömt der Kunststoff
in einer bevorzugten Weiterbildung von dem Zuführbereich über zumindest 16, insbesondere
zumindest 32 in Umfangsrichtung der Öffnung verteilte Kanäle in den
Verteilerbereich ein. Allgemein vorteilhaft entspricht die Anzahl
der Einströmpunkte
dabei einer Potenz der Zahl 2.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hat der Verteilerbereich einen ringförmigen Hohlraum,
wobei der Kunststoff über
eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilten Zuführkanälen in den
Hohlraum einfließt
und über
einen umlaufenden Ringspalt aus dem Hohlraum austritt. Der umlaufende
Hohlraum bewirkt dabei vorrangig eine Homogenisierung des Kunststoffstroms, so
dass der Ringspalt bereits besonders gleichmäßig von dem regelmäßig hochviskosen
Material durchströmt
wird. In vorteilhafter Weiterbildung weist der Hohlraum dabei einen
sich in radialer Richtung von Außen nach Innen verjüngenden
Querschnitt auf. Hierdurch wird der Durchtrittsquerschnitt für den Kunststoff
in Fließrichtung
kleiner, was zu einem gewünschten
Rückstau führt. Besonders
bevorzugt weist dabei der Querschnitt im Wesentlichen die Form eines
sich in radialer Richtung nach innen verjüngenden Dreiecks auf. Der Kunststoff
hat in dem Hohlraum des Verteilerbereichs bevorzugt eine Hauptströmungsrichtung,
die im Wesentlichen radial von außen nach innen verläuft, wobei
diese Hauptströmungsrichtung
von einer Strömung
in Umfangsrichtung überlagert
sein kann. Es hat sich gezeigt, dass in einer solchen Anordnung eine
gute Homogenisierung des Kunststoffs bei relativ kleinem Bauraum
des Verteilerbereichs insbesondere bei Werkstücken von großem Durchmesser
realisieren lässt.
Eine solche Lösung
ist zudem von der Herstellung her einfach und auch bei hohem Druck mechanisch
formstabil.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung hat der Hohlraum eine Wandung
mit einer Mehrzahl von spiralförmigen
Nuten. Durch diese Nuten wird die fließfähige Kunststoffmasse mit einer
Bewegung in Umfangsrichtung beaufschlagt, wobei je nach Auslegung
der Nuten eine Beeinflussung der einzelnen Strömungsanteile im Interesse einer
guten Homogenisierung des Kunststoffstroms stattfindet. Die Wandung
schließt
dabei bevorzugt einen Winkel mit einer radialen, zu der axialen
Richtung senkrechten Ebene ein, der weniger als etwa 45°, insbesondere
weniger als 30°,
insbesondere zwischen etwa 18° und
etwa 25° beträgt.
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Eine
einfache Möglichkeit
der Feineinstellung des Kunststoffstroms im Verteilerbereich ist
gegeben, wenn zumindest einige, insbesondere sämtliche der Zuführkanäle ein Drosselglied
zur einstellbaren Veränderung
des Querschnitts des Kanals aufweisen. In einfacher Konstruktion
können
die das die Drosselglieder jeweils eine in den Kanal ragende Stellschraube
umfassen. Die Drosselglieder sind vorteilhaft über den Umfang der Vorrichtung
verteilt von außen
einstellbar, wobei insbesondere eine Verstellung der Drosselglieder
während
des Betriebs der Vorrichtung ermöglicht
ist. Hierdurch kann auf zum Beispiel temperatur- oder ablagerungsbedingte Änderungen
der von dem Kunststoff durchströmten
Bereiche auch während
der laufenden Produktion reagiert werden.
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In
einfacher konstruktiver Realisierung umfasst der Verteilerbereich
eine ringförmige
Verteilerscheibe, wobei eine Wandung des Hohlraums in einer axialen
Stirnseite der Verteilerscheibe ausgeformt ist. Zweckmäßig sind
die Zuführkanäle zu dem Hohlraum
dabei als über
den Umfang der Verteilerscheibe verteilte axiale Bohrungen ausgebildet.
Falls die Zuführkanäle mit Drosselgliedern
ausgestattet sind, so können
diese zweckmäßig radiale
Gewindekanäle
umfassen, durch die jeweils eine Stellschraube in den Zuführkanälen mündet.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung hat der Düsenbereich
einen um die axiale Richtung im Wesentlichen rotationssymmetrischen
Ringspalt, wobei der Kunststoff von dem Verteilerbereich durch den
Ringspalt zu dem Austrittsspalt fließt. Der Ringspalt weist dabei
insbesondere über
seinen Verlauf keine Stege auf, so dass der Kunststoffstrom in seiner
Homogenität
in Umfangsrichtung nicht beeinflusst wird.
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In
bevorzugter Detailgestaltung hat der Ringspalt zumindest einen ersten
und einen zweiten Abschnitt, wobei der erste Abschnitt axial verläuft und der
zweite Abschnitt zu der axialen Richtung geneigt verläuft. Durch
eine solche Aufteilung des Ringspalts in unterschiedliche Abschnitte
kann eine weitere Optimierung des Kunststoffstroms, insbesondere
hinsichtlich der Veränderung
von Druck und Fließgeschwindigkeit,
erzielt werden. Besonders bevorzugt hat dabei zumindest einer der
beiden Abschnitte einen sich über
seinen Verlauf verjüngenden.
Querschnitt, so dass eine gezielte Aufstauung des Kunststoffs erfolgt.
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In
besonders optimierter Detailgestaltung folgt dabei in Fließrichtung
der erste Abschnitt des Ringspaltes auf den Verteilerbereich und
der zweite Abschnitt folgt auf den ersten Abschnitt, wobei der zweite
Abschnitt konische Wandungen mit unterschiedlichen Konuswinkeln
aufweist.
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In
weiter ergänzender
Ausführung
hat der Ringspalt zudem einen Stauringbereich, wobei durch den Stauringbereich
eine lokale Querschnittsverengung des Ringspalts ausgebildet ist.
Hierdurch kann in geeigneter Entfernung vor dem Austritt des Kunststoffs
eine gezielte Aufstauung erreicht werden. Die Querschnittsverengung
kann zum Beispiel als axialer zylindrischer Spalt von besonders
kleinem Durchtrittsquerschnitt ausgeformt sein oder auch als ringförmige Nase,
die zur Querschnittsverengung lokal in den Spalt hineinragt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Austrittsspalt als letzter Abschnitt des Ringspalts ausgebildet
ist, wobei der Austrittsspalt eine konische, in Fließrichtung
des Kunststoffs radial nach innen geneigte Wandung aufweist. In
vorteilhafter Weiterbildung hat der Austrittsspalt dabei zwei konische Wandungen
mit unterschiedlichen Konuswinkeln, wobei der Querschnitt des Austrittsspalt
sich in Fließrichtung
des Kunststoffs verjüngt.
Hierdurch ist auf einfache weise ein besonders gleichmäßiger und schwankungsarmer
Massenstrom des austretenden Kunststoffs sichergestellt.
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Zur
Ermöglichung
einer Einstellbarkeit und allgemein im Interesse einer einfachen
Herstellbarkeit ist der Austrittsspalt zwischen einem ersten Ringelement
und einem zweiten Ringelement des Düsenbereichs ausgebildet. Besonders
bevorzugt ist dabei der Austrittsspalt über eine einstellbare Bewegbarkeit
zumindest eines der Ringelemente veränderbar.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
erfolgt die Bewegbarkeit über
eine elastische Verformung des Ringelements mittels insbesondere
radial wirkender Spannglieder. In einfacher konstruktiver Realisierung umfassen
die Spannglieder dabei eine Mehrzahl von über den Umfang des Ringelements
verteilten radialen Spannschrauben, wobei die Spannschrauben insbesondere
während
eines Betriebs der Vorrichtung einstellbar sind. Durch die so gegebene
Möglichkeit
der radialen Deformation zumindest eines der Ringelemente kann die
Homogenität
des Materialstroms in Umfangsrichtung optimiert werden, wobei insbesondere
während
des Betriebs auftretende Veränderungen
zum Beispiel der Druckverteilung bzw. mechanischer druckbedingter
Deformationen und der Temperatur aufgefangen werden können.
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Alternativ
oder ergänzend
ist es vorgesehen, dass das erste Ringelement und das zweite Ringelement
in axialer Richtung relativ zueinander verstellbar sind. Hierdurch
ist im Allgemeinen die Größe des Austrittsspalt über den
gesamten Umfang veränderbar.
In einfacher Ausführung
ist dabei an einem der Ringelemente ein wechselbares Distanzmittel
zur Verstellung des Abstands zu dem zweiten Ringelement angeordnet.
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Alternativ
oder ergänzend
zu einem auswechselbaren Distanzmittel ist das erste Ringelement über zumindest
ein Gewinde relativ zu dem zweiten Ringelement verstellbar. Hierdurch
wird eine einfache und stufenlose Verstellung ermöglicht,
die je nach Auslegung des Gewindes auch während eines Betriebs der Vorrichtung
vorgenommen werden kann.
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In
besonders bevorzugter Ausführung
ist zudem ein zweites Gewinde vorgesehen ist, wobei das erste und
das zweite Gewinde eine unterschiedliche Steigung aufweisen. Hierdurch
ist die Realisierung eines Differenzgewindes ermöglicht, wobei ein Differenzgewinde
allgemein eine besonders feine Einstellung einer Abstandsgröße ermöglicht.
In einfacher konstruktiver Realisierung wirkt dabei ein zur axialen Verstellung
drehbarer Gewindering mit den beiden Gewinden zusammenwirkt. Zweckmäßig sind
zudem das erste Ringelement und das zweite Ringelement über ein
axiales Führungsglied
axial bewegbar zueinander geführt.
Hierdurch ist eine besonders genaue Zwangsführung ermöglicht, die die relative Bewegbarkeit
exakt auf die axiale Richtung einschränkt. Bei dem axialen Führungsglied
kann es sich auf einfache weise um in Bohrungen gleitend geführte und
möglichst
spielfreie Bolzen oder andere geführte Strukturen handeln.
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Allgemein
bevorzugt sind an der Vorrichtung Heizmittel zur Aufheizung einer
Oberfläche
des Werkstücks
angeordnet. Hierdurch kann die Oberfläche des Werkstücks vor
Aufbringung des Kunststoffs auf eine definierte Temperatur gebracht
werden, Insbesondere ist im Falle von Werkstücken aus thermoplastischen
Kunststoffen ein Anschmelzen der Oberfläche ermöglicht, so dass der aufgebrachte
Kunststoff eine gut anhaftende, insbesondere molekulare Verbindung
mit der Oberfläche
eingehen kann. Geeignete Heizmittel können elektrische Widerstandsheizungen
sein, insbesondere Keramikheizungen, oder auch Strahlungsheizsysteme
mit Licht, Laserlicht, Infrarotstrahlung, Mikrowellen oder ähnliches. Auch
Heißluftheizungen
oder andere geeignete Heizsysteme sind denkbar.
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In
bevorzugter Ausführungsform
ist an der Vorrichtung zumindest ein elastischer Abstreifer zur gleitenden
Anlage an dem Werkstück
angeordnet. Durch solche Abstreifer kann eine Führung des Werkstücks erfolgen.
Insbesondere kann eine zumindest grobe gasdichte Abdichtung erfolgen,
so dass ein geschlossener und mit definiertem Druck beaufschlagbarer
Hohlraum zwischen Werkstück,
Kunststoffstrom und Vorrichtung entsteht. Hierdurch ist eine formende
Beeinflussung des weichen Kunststoffschlauches im Zuge des Auftrags
ermöglicht. Dies
gilt insbesondere, wenn durch den aufgebrachten Kunststoff Hohlräume wie
etwa Querrillen des Werkstücks
eingeschlossen werden, da der in den Kohlräumen eingeschlossene Gasdruck
auf diese Weise einstellbar ist.
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In
besonders bevorzugter Detailgestaltung ist das Werkstück ein Wellrohr,
wobei der aufgebrachte Kunststoff eine im Wesentlichen glatte Außenwand
des Wellrohrs ausbildet. Das Wellrohr hat dabei bevorzugt eine glatte
Innenwand. Solche Wellrohre mit glatter Innenwand sind bekannt und
unterliegen für verschiedene
Einsätze,
zum Beispiel als Kanalisationsrohre, wachsender Nachfrage. Bisher war
allerdings die Aufbringung einer weiteren glatten Schicht von außen problematisch,
insbesondere im Fall von Rohren großen Durchmessers.
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Bei
dem Kunststoff handelt es sich bevorzugt um ein Polyolefin oder
einen anderen Kunststoff mit guter Stabilität im erhitzten Zustand.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Werkstück
ein Rohr mit einem Außendurchmesser
von zumindest etwa 700 mm. Besonders bevorzugt beträgt dabei
der Außendurchmesser
des Rohrs mehr als etwa 1200 mm, insbesondere etwa 1800 mm. Es hat
sich gezeigt, dass eine Vorrichtung erfindungsgemäßer Konstruktion
in besonderem Maß für den Auftrag
einer Kunststoffschicht auf sehr große Rohre geeignet ist, wobei
die aufgetragene Schicht insbesondere in Umfangsrichtung sehr homogen
ist.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispiel
sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend
werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt
eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
entlang der Linie A-A aus 3.
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2 zeigt
eine räumliche
Darstellung der Vorrichtung aus 1.
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3 zeigt
eine Draufsicht von hinten auf die Vorrichtung aus 1 und 2.
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4 zeigt
eine Draufsicht auf eine Verteilerscheibe der Vorrichtung aus 1.
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5 zeigt
eine Schnittansicht der Verteilerscheibe aus 4 entlang
der Linie A-A.
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6 zeigt
eine teilweise räumliche
Darstellung der Verteilerscheibe aus 4.
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7 zeigt
eine Detailvergrößerung der
Vorrichtung aus 1.
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8 zeigt
eine teilweise Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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9 zeigt
eine teilweise Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
aus 1 umfasst einen insgesamt etwa ringförmigen Ummantelungskopf 1,
der in einem Tragrahmen 1a gehalten ist. Der Ummantelungskopf
hat eine durchgehende kreisförmige
zentrale Öffnung 2,
durch die ein Werkstück 3 durchführbar ist.
Vorliegend ist das Werkstück
ein Wellrohr 3 aus einem Kunststoff, insbesondere ein Polyolefin.
Das Wellrohr 3 hat eine glatte innere Schicht 3a und
eine gewellte äußere Schicht
mit Wellenbergen 3b und Wellentälern 3c. Das Wellrohr
hat einen äußeren Durchmesser
d von etwa 1700 mm. Die Zeichnungen 1 bis 7 sind
jeweils maßstabsgerecht,
so dass die wesentlichen Abmessungen der Vorrichtung durch entsprechende
Skalierung entnehmbar sind. Das Werkstück 3 wird zur Auftragung
einer Kunststoffschicht in axialer Richtung durch die Öffnung 2 hindurchbewegt,
und zwar gemäß der Darstellung 1 von
rechts nach links.
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Der
Ummantelungskopf 1 hat einen Zuführbereich 4, einen
Verteilerbereich 5 und einen Düsenbereich 6, die
jeweils in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind und jeweils
von dem erhitzten und fließfähigen Kunststoffmaterial
durchströmt
werden.
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Der
Zuführbereich 4 hat
eine primäre
Hauptzuführleitung 7, über die
der fließfähige Kunststoff von
einem Extruder (nicht dargestellt) kommend unter Druck in die Vorrichtung
eingebracht wird. Dieser Kunststoffstrom wird in dem Zuführbereich
in insgesamt 32 Teilströme
aufgeteilt, die im Wesentlichen gleich groß sind.
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Hierzu
umfasst der Zuführbereich 4 ausgehend
von der Hauptleitung 7 zunächst ein erstes Verteilerstück 8,
durch das der Strom auf zwei sekundäre Zuführleitungen 8a, 8b aufgeteilt
wird. Jede der sekundären
Zuführleitungen 8a, 8b mündet jeweils
in Verteilerstücke 9,
in denen der Strom auf insgesamt vier tertiäre Zuführleitungen 9a, 9b, 9c, 9d aufgeteilt wird.
Auf diese Weise ist ein erster Verteilungsbereich auf Basis von
mehrfach verzweigten diskreten rohrartigen Leitungen 8a, 8b, 9a, 9b, 9c, 9c gegeben.
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Dem
ersten Verteilerbereich folgt ein zweiter Verteilerbereich, in dem
die weitere Aufteilung des Kunststoffstroms erfolgt. Der zweite
Verteilerbereich besteht aus einer Mehrzahl von sich in Umfangsrichtung
erstreckenden Plattenelementen 10. Die vier tertiären Zuführleitungen 9a, 9b, 9c, 9d münden jeweils
in eines von vier Plattenelementen 10 einer ersten Verteilerebene
des zweiten Verteilerbereichs. In jedem der Plattenelemente 10 ist
ein bezüglich
der Einmündung
symmetrisch verzweigter Verteilerkanal (nicht dargestellt) in Form
einer Nut vorgesehen, so dass die Anzahl der Kunststoffströme wiederum
verdoppelt wird. Jedes der Plattenelemente 10 der ersten
Ebene ist flächig
auf einem Plattenelement 11 einer zweiten Ebene festgelegt,
wobei durch entsprechende Anordnung von Durchbohrungen und nutenförmigen Zuführkanälen der
Plattenelemente 11 eine weitere Verdoppelung der Materialströme erfolgt.
Jedes der Plattenelemente 11 der zweiten Plattenelementebene
ist wiederum auf jeweils zwei von insgesamt acht Plattenelementen 12 einer
dritten Ebene festgelegt, wodurch auf analoge Weise eine letzte Verdoppelung
der Anzahl von Strömungskanälen auf insgesamt
32 Kanäle
erfolgt.
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Die
letzte Ebene von Plattenelementen 12 ist auf einer ringförmigen Verteilerscheibe 13 axial
angeschraubt. Eine detaillierte Darstellung der Verteilerscheibe 13 zeigen 4 bis 6.
Die Verteilerscheibe 13 hat eine Vielzahl von Bohrungen
und/oder Sackgewinden 14 zur Montage der einerseits angrenzenden
Plattenelemente 12 und gegenüberliegend angrenzender Ringelemente
(siehe nachfolgende Beschreibung).
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Zudem
hat die Verteilerscheibe 13 zweiunddreißig als Bohrungen ausgeformte
axiale Kanäle 15, die
in gleichen Winkelabständen
auf einem Umfangskreis verteilt angeordnet sind und mit den als
Nuten ausgeformten 32 Zuführkanälen der
letzten Ebene von Plattenelementen 12 verbunden sind. In
jeden der axialen Kanäle 15 mündet eine
radial von außen kommende
Stichbohrung 15a mit Gewinde. In diesen Stichbohrungen 15a sind
Stellschrauben (nicht dargestellt) aufgenommen, die sich entsprechend
radial erstrecken und von außen
zugänglich
sind. Je nach Einstellung der Stellschrauben ist der freie Querschnitt
einer jeden der axialen Kanäle 15 veränderbar,
so dass die Stichbohrungen 15a mit den Stellschrauben die
Funktion eines Drosselglieds haben.
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Auf
der den Plattenelementen 12 entgegengesetzten Seite der
Verteilerscheibe 13 ist die axiale Stirnfläche der
Verteilerscheibe 13 strukturiert. Die Struktur weist eine
im Querschnitt nach 5 geneigte, also kegelabschnittförmige Wandung 16 auf, wobei
in der Wandung 16 eine Anzahl von spiralförmigen Nuten 17 eingebracht
sind. Jede der Nuten 17 verläuft über einen Winkelbereich von
etwa 35–40 Grad
vom oberen zum unteren Ende der Wandung 16. Über diesen
Verlauf flacht die axiale Tiefe der Nuten jeweils ab (siehe Querschnitt 5).
Im oberen bzw. radial äußeren Endbereich
der Wandung 16 enden die 32 Kanäle 15 in der Wandung 16.
Die Neigung der Wandung gegenüber
der Radialrichtung (bzw. der Ebene der Zeichnung 4)
beträgt
etwa 22 Grad. Insbesondere die hier angegebenen Werte der Winkelbereiche
des Verlaufs der Nuten 17 sowie die Neigung der Wandung 16 sind
nur exemplarisch und können
je nach Optimierung der Vorrichtung andere Werte annehmen.
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Die
mit der Wandung 16 strukturierte Stirnseite der Verteilerscheibe 13 liegt
an einer in Wesentlichen planen Seite eines mit der Verteilerscheibe 13 über Schrauben 17a verschraubten
oberen Ringelements 17 an, so dass durch die Wandung 16 und
das Ringelement 17 ein Hohlraum 18 (siehe vergrößerte Darstellung 7)
ausgebildet ist, der im Querschnitt im Wesentlichen die Form eines
radial nach innen zeigenden spitzen Dreiecks hat.
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Dieser
Hohlraum 18 bildet funktionell den Hauptteil des Verteilerbereichs 5 der
Vorrichtung. Der durch die Bohrungen 15 an 32 zirkular
gleichverteilten Eintrittspunkten zugeführte Kunststoff durchströmt den Hohlraum 18 im
Wesentlichen radial von außen
nach innen, wobei durch die spiralförmigen Nuten 17 zudem
eine Strömungskomponente
in Umfangsrichtung beaufschlagt wird. Hierdurch wird der Kunststoffstrom,
der zunächst
in Umfangsrichtung auf 32 Kanäle
diskret verteilt war, in Umfangsrichtung gut homogenisiert.
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Das
in radialer Richtung innere Ende des Hohlraums 18 bzw.
die „Spitze
des Dreiecks" mündet in
einen in Umfangsrichtung durchgehenden, nicht unterbrochenen Ringspalt 19,
durch den der Düsenbereich 6 des
Kunststoffstroms definiert ist.
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Die
Wände des
Ringspalts 19 werden aus Oberflächen von insgesamt drei Ringelementen
gebildet, nämlich
dem mit der Verteilerscheibe 13 fest verschraubten Ringelement 17,
einem über
die Verteilerscheibe 13 durchgreifende Schrauben 20a ebenfalls
an der Verteilerscheibe 13 festgelegten inneren Ringelement 20 und
einem mit dem oberen Ringelement über Schrauben 21a verschraubten
vorderen Ringelement 21. Durch entsprechende Ausformung
der zur Ausbildung des Ringspalts 19 beabstandet gegenüberliegenden
jeweiligen Oberflächen der
Ringelemente 17, 20, 21 weist der Spalt
einen für die
Strömung
des Kunststoffs optimierten Verlauf auf:
An die radial innere
Spitze des Hohlraums 18 schließt zunächst ein sich axial erstreckender,
also zylindermantelförmiger
erster Abschnitt 19a an, der einen konstanten Strömungsquerschnitt
aufweist. Hieran schließt
ein zweiter Abschnitt 19b an, der in Fließrichtung
konisch radial nach innen verläuft,
wobei zudem die beiden konischen Wandabschnitte der involvierten
Ringelemente 17, 20 einen unterschiedlichen Konuswinkel
aufweisen. Hierdurch verjüngt
sich der Spalt über
seinen Verlauf, so dass seine Durchtrittsfläche stärker als linear mit dem Fließweg abnimmt.
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An
diesen doppelt konischen zweiten Abschnitt 19b schließt sich
ein Stauringbereich 19c in Form eines wiederum axialen
Abschnitts an, der bedingt durch die Wandabstände eine reduzierte Durchtrittsfläche hat.
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Nach
dem Stauringbereich 19c folgt letztlich ein Austrittsspalt 19d,
der sich ähnlich
wie der zweite Abschnitt 19b doppelt konisch verjüngt und
aus dem der Kunststoff austritt. Die äußere konische Wandung des Austrittsspalts 19d wird
von dem vorderen Ringelement 21 gebildet. Zwischen dem
vorderen Ringelement 21 und dem oberen Ringelement 17 befinden
sich Abstandsmittel 21b in Form von eingelegten Distanzscheiben
oder einem einzelnen Distanzring. Hierdurch ist die Größe des Austrittsspalts 19d justierbar.
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An
den Austrittsspalt 19d schließt sich ein elastischer Abstreifer 22 an,
der auf der welligen Oberfläche
des Wellrohrs 3 gleitet. Am anderen Ende der Vorrichtung
auf Höhe
des Zuführbereichs 4 sind zudem
weitere Abstreifer 22 vorgesehen, so dass zwischen der
Innenwand der Vorrichtung und der Außenwand des Werkstücks 3 ein
geschlossenes Volumen gebildet ist. Je nach Auslegung kann das Volumen
zur einen Seite auch durch die austretende Kunststoffbahn abgeschlossen
werden. Durch gezielte Druckbeaufschlagung mittels vorgesehener Gaskanäle (nicht
dargestellt) kann die Aufbringung des Kunststoffs beeinflusst werden.
Zum Beispiel kann so der Gasdruck in den geschlossenen Volumenbereichen
zwischen dem aufgebrachten Kunststoff und den Tälern der Wellrippen eingestellt
werden, um nach Abkühlung
des Kunststoffs eine gewünschte
konkave, konvexe oder glatte Oberfläche im Bereich der Rippentäler zu erzielen.
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Das
vordere Ringelement 21 wird zudem von einer Anzahl von über seinen
Umfang verteilten und in radialen Gewindedurchbohrungen des oberen Rings
abgestützten
Spannschrauben 23 kraftbeaufschlagt. Durch die Spannschrauben 23 ist
insgesamt ein Spannglied bereitgestellt, mittels dessen eine im Wesentlichen
radiale Deformation des vorderen Ringelements 20 eingestellt
werden kann, so dass der Austrittsspalt 19d in seiner Größe in Richtung
seines Umfangs veränderbar
ist. Hierdurch kann eine Feineinstellung des Kunststoffstroms auch
während
des Betriebs erreicht werden, um eine definierte und über den
Umfang konstante Dicke der aufgetragenen Schicht zu gewährleisten.
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Die
Vorrichtung weist zudem innenseitig der Öffnung 2 ein Heizelement 24 auf,
das in kurzem Abstand vor der Oberfläche des Werkstücks 3 positioniert
ist. Durch das Heizelement 24 wird die Oberfläche des
Werkstücks,
vorliegend ein Kunststoff-Wellrohr, erwähnt und insbesondere angeschmolzen,
so dass der aufgetragene Kunststoff eine feste Verbindung mit der
Oberfläche
eingeht. Hierzu bestehen Werkstück
und aufgetragener Kunststoff zweckmäßig aus dem gleichen Material
oder entsprechend geeigneten Materialpaarungen.
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Eine
Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels
ist in 8 dargestellt. Funktionell ähnliche Bauteile sind dabei
mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Ein wesentlicher Unterschied
besteht darin, dass der Ringspalt 19 über Gewindemittel stufenlos
in seiner Größe verstellbar
ist, insbesondere während
des Betriebs. Hierzu ist das obere Ringelement 17 zweigeteilt
ausgelegt, wobei ein stationärer
Teil 17' ortsfest
zu einer hier anders geformten Verteilerscheibe 13' und dem Rest
der Vorrichtung angeordnet ist. Ein beweglicher Teil 17 liegt über eine
axiale Zylinderfläche 24 axial
verschiebbar an dem stationären
Teil an. Das vordere Ringelement 21 ist wiederum fest mit
dem beweglichen Ringelementteil 17 verbunden und kann somit
gemeinsam mit dem Teil 17 in axialer Richtung relativ zu
dem stionären
Teil 17' und
einem ebenfalls ortsfesten unteren Ringelement 20 bewegt
werden. Durch diese axiale Bewegung wird die Größe des Ringspalts 19 verändert.
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Das
bewegliche Teil 17 ist über
Führungsmittel
in Form von Bolzen 25 axial bewegbar geführt. Die zueinander
beweglichen Ringelementteile 17, 17' weisen jeweils an ihrem Außenumfang
ein erstes Außengewinde 26 und
ein zweites Außengewinde 27 auf,
wobei die Gewinde eine leicht unterschiedliche Steigung haben. Ein
Gewindering 28 greift mit entsprechend verschiedenen Gewindebereichen
an den jeweiligen Gewinden 26, 27 gleichzeitig
an. Durch Drehen des Gewinderinges 28, der die Vorrichtung außen umlaufend
umfängt,
kann somit nach Art eines Differenzgewindes eine besonders feine
Einstellung des Ringspalts 19 vorgenommen werden.
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Bei
der in 8 gezeigten Abwandlung erstreckt sich der Hohlraum 18' des Verteilerbereichs im
Wesentlichen in axialer Richtung und nicht in radialer Richtung.
Die Anordnung einer Gewindeverstellung des Ringspalts 19 ist
aber auch im Fall des ersten Ausführungsbeispiels problemlos
möglich.
Hierzu kann das obere Ringelement 17 zum Beispiel auf Höhe des Endes
des ersten Abschnitts 19 analog zu der Zylinderfläche 24 aufgeschnitten
und so in einen stationären
und einen beweglichen Teil getrennt werden.
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Eine
weitere Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels ist in 9 gezeigt.
Als einzige wesentliche Änderung
gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel
ist dabei eine stufenlose Verstellbarkeit des Austrittsspalts 19d vorgesehen,
die ähnlich
der zuvor beschriebenen Verstellmöglichkeit des zweiten Ausführungsbeispiels
konzipiert ist.
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Dabei
ist das vordere Ringelement 21, das die radial äußere Wandung
des Austrittsspalts 19d bildet, nicht wie im ersten Ausführungsbeispiel
fest mit dem oberen Ringelement 17 verschraubt, sondern
in axialer Richtung gegenüber
diesem bewegbar. Die Bewegung ist über einander überlappende zylindrische Führungsflächen 29 zwangsgeführt, wobei
wie im zweiten Ausführungsbeispiel
(dort Zylinderfläche 24)
zugleich eine Abdichtung des Ringspalts 19 durch die Überlappung
und möglichst
spielfreie Berührung
der Zylinderflächen 29 gegeben
ist.
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Ein
Differenzgewindering 30 ist zwischen dem Ringelement 17 und
dem vorderen Ringelement 21 angeordnet. Der Gewindering 30 hat
ein in axialer Richtung erstrecktes Außengewinde 31, das
mit einem entsprechenden Innengewinde an einer Abstufung des Ringelements 17 kämmt. Ein
zu dem Außengewinde 31 konzentrisches
Innengewinde 32 des Gewinderings umfängt das vordere Ringelement 21 und
kämmt mit
einem entsprechenden Gewinde auf dessen Außenfläche.
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Ähnlich wie
im zweiten Ausführungsbeispiel weisen
die beiden Gewinde 31, 32 des Gewinderings 30 unterschiedliche
Steigungen auf, so dass bei Drehung des Gewinderings um einen bestimmten
Winkel eine besonders kleine und somit fein einstellbare axiale
Bewegung des vorderen Ringelements 21 relativ zu dem oberen
Ringelement 17 und somit dem unteren bzw. inneren Ringelement 22 erfolgt.
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Zwischen
oberem Ringelement 17 und vorderem Ringelement 21 ist
zumindest eine axiale Nut mit einer darin eingesetzten Passfeder 33 vorgesehen.
Hierdurch wird ein axiales Führungsmittel
bereitgestellt, durch das ein Mitdrehen zum Beispiel des vorderen
Ringelements 21 bei Verdrehen des Gewinderings 30 verhindert
wird.
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Aufgrund
der konstruktiven Anordnung des Differenzgewinderings 30 zwischen
vorderem und oberem Ringelement ist auch die Anordnung des Spannglieds
bzw. der Mehrzahl von radialen Spannschrauben 23 abgewandelt.
Die Spannschrauben 23 drücken im dritten Ausführungsbeispiel
nicht unmittelbar auf das vordere Ringelement 21, sondern
auf das obere Ringelement 17. Verschraubt bzw. gegengelagert
sind die Spannschrauben 23 dabei in einem von dem oberen
Ringelement 17 separaten Zwischenring 34. Der
Zwischenring 34 und das obere Ringelement 17 entsprechen
zusammengenommen in etwa dem oberen Ringelement 17 aus 7 bzw. dem
ersten Ausführungsbeispiel.
Der Zwischenring ist an seiner einen Seite fest mit der Verteilerscheibe 13 verschraubt
und bildet entsprechend eine Wandung des Hohlraums 18 aus.
Auf der anderen Seite ist der Zwischenring 34 mittels Schrauben 34a mit dem
oberen Ringelement 17 verschraubt. Durch geeignete Auslegung
dieser Verschraubung verbleibt aufgrund der hohen Andruckkräfte der
Spannschrauben 23 eine ausreichende Möglichkeit der radialen Deformation
von oberem Ringelement 17 und über die Anlagefläche 29 auch
vorderem Ringelement 21, um eine entsprechende Feinjustage
des Austrittsspalt in Umfangsrichtung vorzunehmen. Ebenso wie im
ersten Ausführungsbeispiel
sind auch hier die Spannschrauben auch während der Produktion zugänglich,
so dass Nachjustierungen sowohl mittels des Gewinderinges 30 als
auch mittels der Spanschrauben 23 während der Produktion erfolgen
können.