Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Profilstangen aus Kunststoffen
Zur Erzeugung von Profilstangen aus Kunststofftnbenutzt man bekanntlich Strangpressen oder dergleichen, in welchen der Kunststoff erhitzt und in fliessfähigem Zustand durch entsprechende profilierte Düsen gepresst wird. Sofern es sich hierbei um ein unregelmässiges Profil handelt, wird dieses während der allmählichen Erhaltung bzw.
Erstarrung durch Nachdüsen, Haltefinger oder andere Vorrichtungen geführt, die das Profil abstützen, damit es die gewünschte Form behält bzw. erreicht. Dieses bekannte Verfahren ist so lange befriedigend, als man Kunststoffe verarbeitet, die innerhalb eines entsprechend grossen plastischen Bereiches geformt werden können. Man lässt also den Kunststoff in teigartigem Zustand aus der Düse austreten und kann dann das Profil mittels der obenerwähnten Vorrichtungen in der gewünschten Form erhalten.
Sobald man aber Kunststoffe verarbeitet, die in der Schmelze relativ dünnflüssig sind (z. B. fast alle Polyamide), oder wenn man einen Kunststoff (z. B. Polyäthylen), der wohl auch dickflüssig verarbeitet werden kann, den man aber zur Erzielung bestimmter Eigenschaften des Endproduktes in dünnflüssigem Zustand verarbeitet, genügen die obenerwähnten Vorrichtungen nicht mehr, um zu verhindern, dass das Profil nach dem Austritt aus der Düse verfliesst.
Um den letztgenannten Schwierigkeiten zu begegnen, d. h. um die Herstellung von Profilmaterial aus dünnflüssigen Kunststoffschmelzen zu ermöglichen, sind bisher zwei Verfahren bekannt:
Das erste dieser beiden Verfahren bedient sich entsprechend profilierter Formen - z. B.
Rohre für die Erzeugung von Rundstäben von etwa einem Meter Länge, welche an beiden Enden verschlossen und mittels eines Anguss-Stutzens an die Strangpresse angesetzt und von dieser gefüllt werden. Die Nachteile dieses Verfahrens sind einerseits die Unmöglichkeit der Erzeugung von Profilstäben beliebiger Länge, anderseits die Unregelmässigkeit der Matenalstruktur innerhalb der Fertigungserzeugnisse, da durch die Formfüllvorgänge Wirbel-und Orientierungseffekte bewirkt werden.
Bei dem zweiten bekannten Verfahren zur Herstellung von Profilstäben aus dünnflüssigen Kunststoffschmelzen, insbesondere aus Polyamiden, wird an die Düse der Strangpresse ein Metallrohr angeschraubt, dessen Innendurchmesser der gewünschten Stabstärke entspricht und an der innern Mantelfläche mit einer Schicht aus Polytetrafluor äthylen versehen ist, die als Schmiermittel wirkt und das Ankleben der Polyamidschmelze an dem Rohr verhindert. Die Schmelze gleitet also bereits zu einem Stab geformt durch das Rohr und erstarrt allmählich durch Abkühlung.
Die Nachteile dieses Verfahrens sind erstens die Abhängigkeit der Funktion desselben von der einwandfreien Beschaffenheit und der Lebensdauer der Wirkungen der Polytetrafluoräthylenschicht, zweitens Orientierungseffekte im Fertigerzeugnis, da die äussern Schichten der Schmelze infolge Reibung mit dem Metallrohr gegenüber der im Zentrum des Stabes befindlichen Schmelze zurückbleiben, drittens scheint es unmöglich zu sein, nach diesem Verfahren komplizierte Profile oder Rohre zu erzeugen.
Es wurde nun gefunden, dass man Profilstangen aus Kunststoffen herstellen kann, indem man Kunststoffe in schmelzflüssiger Form aus einer Pumpe durch ein mindestens in der Gegend der Mündung beheiztes Düsenrohr in eine in der Achsenrichtung der Düse bewegliche Form, welche über das Ende des Düsenrohres mindestens so lange gleitet, bis die durch diesen Vorgang erzeugte Profilstange eine Festigkeit aufweist, die ohne Deformierung eine Entformung erlaubt, austreten lässt, worauf die Form wieder gegen die Düse bewegt wird.
Das Verfahren kann so durchgeführt werden, dass der hydraulische Druck der aus dem Spritzkopf der Presse nachdrängenden Kunststoffmasse den Vorschub der Gleitform und des darin enthaltenen Kunststoffes bewirkt.
In vielen Fällen ist es vorteilhaft, diesen Druck, der eine stärkere Verdichtung des Kunststoffes bedingt, durch einen Gegendruck zu erhöhen. Zu diesem Zweck kann die Gleitform oder auch die aus der Gleitform heraustretende Kunststoffprofilstange durch Anordnung von z. B. Reibungswiderständen, Zahnrad mit Zahnstange und dergleichen gebremst werden. Will man aber den Verdichtungsdruck herabsetzen, dann geht man in umgekehrter Weise vor, indem die Gleitform zwecks Verminderung des Gegendruckes zwangläufig in Richtung des austretenden Kunststoffstranges, z.B. durch Zahnradantrieb oder dergleichen, bewegt wird. Es hat sich ferner in bestimmten Fällen als zweckmässig erwiesen, die Gleitform ebenfalls zu erwärmen. Zu diesem Zweck können diese Gleitformen, bevor sie die Düse berühren, durch äussere Wärmezufuhr, z.
B. mittels Flammen oder auf andere Art erhitzt werden.
Zur Erwärmung der Gleitformen und zur Verhinderung des Einfrierens des zu verarbeitenden Kunststoffes in der Düse kann man jedoch auch das Düsenrohr in grösserer Länge als nur bei der Mündung, eventuell in seiner ganzen Länge, mit einem elektrischen Heizband versehen. Dieses Band muss jedoch so verlegt werden, dass es das Gleiten der Formen nicht behindert und darf nicht zu stark bemessen sein, um eine Überhitzung des Kunststoffes in der Düse zu vermeiden.
Es gibt Diisenkonstruktionen, bei welchen es oft schwierig oder unerwünscht ist, an der Mündung oder in einem grösseren Bereich des Düsenmantels Heizbänder einzubauen. In diesem Falle kann das Düsenrohr indirekt in der Weise geheizt werden, dass die Gleitform auf genügend hohe Temperaturen gebracht wird, so dass sie ihre Wärme unmittelbar durch Berührung auf die Düse überträgt.
Man kann aber auch die Erwärmung der Düse durch die Einwirkung hochfrequenter Wechselfelder bewirken. In diesem Falle kann im Bereich der Düsenmündung ein in dukti v wirkendes Wechselfeld erzeugt werden. Im Bereich der Düsenmündung kann um die Gleitform herum eine die Heizung bewirkende Apparatur angebracht werden, die jedoch in genügendem, das Gleiten der Form nicht behindernden Abstand angeordnet sein muss. Die Düse und auch die Gleitformen können, sofern sie aus induktiv er hitzbarem Material bestehen, durch Induktionsheizung auf die erforderliche Teinperatur gebracht werden.
Die Erfindung soll an Hand von Zeichnungen beispielsweise erläutert werden, und zwar zeigen
Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Spritzform, zur Erzeugung von Stäben zu Beginn des Ausspri tzens,
Fig. 2 die Vorrichtung gemäss Fig. 1 im Zustand vor der Zurückbewegung der Form, nachdem diese fast vollständig gefüllt ist,
Fig. 3 die Vorrichtung gemäss Fig. 1 im Zustand, in welchem die Form wieder über die Düse zurückgeschoben ist,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine abgeänderte Konstruktion, bei welcher die Form in zwei Hälften aufgeschnitten ist und diese zu je einer Kette vereinigt sind,
Fig. 5 das Glied einer solchen Kette, teils in Ansicht, teils im Schnitt,
Fig. 6 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Profilstangen mit wechselndem Querschnitt,
Fig.
7 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Rohren zu Beginn des Ausstossens,
Fig. 8 die Vorrichtung gemäss Fig. 7 gegen Ende des Ausstossens,
Fig. 9 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Spritzdüse mit Zuführung der Kunststoffschmelze durch ein Innenrohr,
Fig. 10 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Spritzdüse mit Wärmeübertragung durch ein gasförmiges oder flüssiges Medium,
Fig. 11 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Spritzdüse, bei welcher die überschüssige Wärme durch ein Kühlmedium angeführt wird,
Fig. 12 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Spritzdüse, mit zentraler Kühlanordnung.
Die Erzeugung von Stäben aus Polyamiden erfolgt entsprechend den Fig. 1-3 wie folgt:
Die Form 4 (Fig. 1) wird am äussern Ende mit einem Stopfen 6 verschlossen und über das Düsenrohr 2 einer Schneckenpresse 1 gesteckt. Die aus dem Düsenrohr austretende Kunststoffschmelze 7 fliesst in die Form und füllt deren äusseres Ende. Die Heizung 3 verhindert, dass der Kunststoff am Düsenmundstück erstarren und dadurch am Düsenrohr haften kann. Sobald der kleine Hohlraum zwischen Düsenende und Stopfen mit Kunst stoff gefüllt ist, wird die Form : l von der Düse wegbewegt, bis der Zustand nach Fig. 2 erreicht ist. Dies geschieht meistens durch den Druck des von der Schneckenpresse 1 nachgeförderten Materials. Die Form ist fast vollständig gefüllt und der Kunststoff 8 in einiger Entfernung von der Düse beim Erstarren, in grösserer Entfernung von der Düse bereits erstarrt.
Nun wird die Formheizung 5 eingeschaltet und dadurch das Schmelzen der Oberfläche des bereits erstarrten Kunststoffes bewirkt, so dass die Form vom erstarrten Kunststoff 8 gelöst und wie in Fig. 3 gezeigt, zurückgeschoben werden kann. Nun wird die Formheizung ausgeschaltet; die Form gleitet wieder mit dem erzeugten Profil vorwärts, bis wieder die in Fig. 2 gezeigte Stellung erreicht ist. Dann wird die Form wieder erhitzt, zurückgeschoben usw.
Erfolgt die Erzeugung von Profilkörpern nach dem beispielsweise gezeigten Verfahren, so muss eine gewisse Oberflächenbeschädigung des zu erzeugenden Profils erwähnt werden, die beim Zurückschieben der Form entsteht.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde die nachstehend geschilderte Form gebaut, welche in Fig. 4 im Schnitt dargestellt ist.
Das als Form dienende Rohr ist in Ringe 9 (Fig. 5) zerschnitten und diese parallel zu ihrer Achse halbiert. Weiter zeigt Fig. 4, dass die einzelnen Ringhälften zu je einer Kette 10 vereinigt sind. Diese Formen funktionieren wie folgt: Am hintern Düsenrohrteil 2 treffen die Ringpaare aufeinander, gleiten über die Düse weiter, werden am Düsenmundstück mit Schmelze angefüllt, stützen den Kunststoff während der Erstarrung ab, so dass das Profil erhalten bleibt, werden sodann von der erstarrten Profilstange abgezogen und laufen wieder zurück. Der Zusammenhalt der Ring- hälften während des Füllvorganges kann durch Schraubenzwingen, Elektromagnete, Druck stationärer Rollen, zwischen welchen die Ringe durchlaufen und andere aus der Technik bekannte Spannvorrichtungen erfolgen.
Will oder kann man die Ringhälften nicht zu Ketten vereinigen, so kann man die Ringpaare z. B. mittels Haken miteinander verbinden. Das jeweils vorderste Ringpaar wird in diesem Fall von den übrigen und auch von der erstarrten Profilstange gelöst, abgehoben und am hintern Düsenteil als letztes Teilstück der Gleitform wieder angesetzt.
Die in Fig. 6 dargestellte Vorrichtung erlaubt die Herstellung von Stäben mit wechselndem Querschnitt. Durch entsprechende Profilierung der geteilten Rohrformen 11 ist eine Herstellung von Formlingen 12 möglich, welche quer zur Erzeugungsrichtung verlaufende Konturen aufweisen. Die rohrartige Form ist in einzelne Teile zerlegbar, dergestalt, dass an dem - in Arbeitsrichtung gesehen - äussern Ende der Form die einzelnen Teile ohne Beschädigung des Kunststofferzeugnisses gelöst und an der andern Seite der Form rohrbildend der bestehenden Form angefügt werden können.
Eine Vorrichtung zum Erzeugen von Rohren zeigt die Fig. 7. Es wird in diesem Falle mit einer Querspritzdüse 13 gearbeitet, welcher die Schmelze von einer Strangpresse seitlich bei 14 zugeführt wird. Die äussere Form 15, die für den Aussendurchmesser des zu erzeugenden Rohres massgeblich ist, kann eine der an Hand der Fig. 1-6 beschriebenen Formen sein. Die Kornform 16 gleitet durch die Bohrung der Rohrdüse 17, wird beim Düsenmundstück von der Schmelze 18 umschlossen und stützt diese bis zur Erstarrung ab, so dass die gewünschte lichte Weite des Rohres gewährleistet wird. Sobald die Kernform die in Fig. 8 gezeigte Stellung erreicht hat, wird die Kernformheizung 19 eingeschaltet.
Diese erhitzt die Kernform innerhalb kurzer Zeit auf eine Temperatur, die geeignet ist, den bereits erstarrten Kunststoff, der um die Kernform liegt, oberflächlich anzuschmelzen, so dass die Kernform vom Kunststoff gelöst und in die Ausgangsstellung (wie Fig. 7) zurückgezogen werden kann. Sodann wird die Kernformheizung ausgeschaltet, und die Kernform gleitet mit dem erzeugten Kunststoffrohr vorwärts, bis wieder die in Fig. 8 gezeigte Stellung erreicht ist. Anschliessend folgt wieder das Heizen und Zurückziehen der Kernform usw,
Bei grösser werdendem Durchmesser der Düse (vgl.
Fig. 9) erweist es sich als vorteilhaft, den Kunststoff durch ein Innenrohr 21, das sich zwischen Abschlussblock 20 und den Stirnblechen 25 am Düsenende erstreckt, der Düsenmündung zuzuführen, während über ein Aussenrohr 22 die Formen gleiten und letzteres elektrisch durch den Heizkörper 23 beheizt wird. Hierbei kann bei bestimmten Kunststoffen eine zu starke Wärmeübertragung auf das Innenrohr durch eine zwischen Heizung und Innenrohr angebrachte Isolie rund 24 verhindert werden. Dieser Isoliermantel vermeidet ferner Zersetzungen oder andere ungünstige Veränderungen der Kunststoffschmelze durch Überhitzungen in solchen Fällen, in denen es erforderlich ist, den Aussenmantel und eventuell auch die Stirnseite der Düse auf eine Temperatur zu bringen, die der durch das Innenrohr fliessenden Kunststoffschmelze nicht zuträglich ist.
An Stelle der elektrischen Heizung kann als Wärmequelle auch ein gasförmiges, dampfförmiges oder ein flüssiges Medium Verwendung finden, welches dafür vorgesehene Kanäle oder Hohlräume in der Düse durchströmt. Zu diesem Zweck ist im Innern der Düse ein Rohr 27 angeordnet, durch welches die Kunststoffschmelze der Düsenmündung zugeführt wird, während über ein Aussenrohr 28 die Formen gleiten. Dem zwischen Innenrohr und Aussenrohr begrenzten lingförmigen Hohlraum 26 wird das Heizmedium über die Leitung 29 zugefiihrt und über die Leitung 30 abgeführt, nachdem das Heizmedium seine Wärme an die gesamte Düse abgegeben hat.
Oftmals kann auch durch eine sehr gute Isolation des Innenrohres dessen Wärmeauü nahme nicht genügend verhindert werden.
In diesem Falle wird vorgeschlagen, die Ableitung der überschüssigen Wärme durch eine zusätzliche Einrichtung zu erwirken (vgl.
Fig. 11). Diese besteht darin, dass beiderseits der Isolierung 31 ein inneres Zwischenrohr 32 und ein äusseres Zwischenrohr 33 angeordnet sind, die den Hohlraum in zwei Ringräume 34 und 34a unterteilen. Der Ringraum 34 wird über die Leitung 35 mit einem Heizme dium gespeist, welches durch die Leitung 38 wieder austritt, während ein Kühlmedium über die Leitung 36 dem Ringraum 34a zugeführt und durch die Leitung 37 wieder abgeleitet wird.
Bei der Anordnung nach Fig. 12 ist eine Düse 39 mit zentral angeordneter Kühlung vorgesehen, durch welche die zu grosse Abstrahlungswärme einer elektrischen Heizung, die auf das Innenrohr einwirkt, abgeführt wird. Zu diesem Zweck ist unmittelbar an der Düsenwandung zunächst eine elektrische Heizung 40 und dann eine Isolierung 41 und darüber das Rohr 42 konzentrisch derart angeordnet, dass zwischen dem Rohr 42 und dem Innenrohr 43 ein Ringraum für den Durchlass eines Kühlmediums begrenzt wird, welches durch das Rohr 44 ein- und das Rohr 45 austritt.
Abschliessend muss noch gesagt werden, dass die Menge bzw. Temperatur oder Art des Kühlmediums so sein muss, dass dieses nicht ein Einfrieren der Kunststoffschmelze im Innenrohr bewirkt. Ferner können die in den Zeichnungen angegebenen Durchflussrichtungen der Heiz- und Kühlmedien auch umgekehrt sein, wenn dies die jeweiligen Arbeitsbedingungen erfordern. Selbstverständlich kann man auch einzelne Merkmale der vorgenannten Düsenkonstruktion miteinander kombinieren. So ist es z. B. denkbar, das Aussenrohr der Düse elektrisch durch ein Heizband zu erwärmen und zusätzlich an der Düsenmündung Hochfrequenzheizung einwirken zu lassen.
Verschiedene Kunststoffe, z. B. Polytetrafluoräthylen, müssen nach oder während des Formgebungsprozesses einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um die endgültige Verfestigung zu bewirken. Um härtbare Kunststoffe oder solche Materialien, die ihren Eigenschaften nach zwischen den härtbaren und thermoplastischen Kunststoffen stehen, zu verarbeiten, erhitzt man die Gleitformen nicht nur während sie über die Düse gleiten, sondern auch noch länger, bis die Härtung bzw. Sinterung des Kunststoffes abgeschlossen oder zumindest so weit gediehen ist, dass der Abschluss der Wärmebehandlung auch nach Abheben der Formen von der Profilstange ohne Schaden für dieselbe weitergeführt werden kann. Der Vorteil dieser Arbeitsweise besteht darin, dass die Härtung bzw.
Sinterung des Kunststoffes in einer genau dimensionierten Form unter Druck und ohne Bewegung zwischen Kunststoff und Form ausgeführt wird.
Um eine grössere Komprimierung des Kunststoffes zu erreichen, kann Bremsung der Form oder des aus der Form herausragenden Kunststofferzeugnisses erfolgen.