DE102013102070B4

DE102013102070B4 - Extrusionswerkzeug für die Herstellung von Integralschaumplatten

Info

Publication number: DE102013102070B4
Application number: DE102013102070.4A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Lichti
Original assignee: Veka AG
Current assignee: Veka AG
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2033-03-05
Also published as: DE102013102070A1

Abstract

Extrusionswerkzeug (100) für die Herstellung von Integralschaumplatten, wenigstens umfassend: – ein Düsengehäuse (10) mit wenigstens einem innen liegenden Fließkanal (11), der sich von einer Einlauföffnung zu einer schlitzförmigen Austrittsöffnung mit einer lichten Öffnungshöhe H1 erstreckt, wobei der Fließkanal (11) zwischen der Einlauföffnung und der Austrittsöffnung zumindest in einem Teil seiner Länge aufgeweitet ist und wobei in dem aufgeweiteten Bereich eine Strom teilende Mittelplatte (15) im Fließkanal (11) angeordnet ist, welche sich mit einer Spitze (16) bis an oder in die Austrittsöffnung erstreckt – und eine Kalibriereinheit (30) mit einem länglichen Durchtrittskanal (31), der sich an die Austrittsöffnung des Düsengehäuses (10) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Düsengehäuse (10) und der Kalibriereinheit (30) eine Kühlplatte (20) mit einem Durchtrittskanal (21) vorgesehen ist, wobei sich die lichte Höhe des Durchtrittskanals (21) der Kühlplatte (20) von einer Öffnungshöhe H1 an der der Austrittsöffnung des Düsengehäuses (10) zugewandten Seite auf eine Düsenöffnungshöhe H2 an der dem Durchtrittskanal (31) der Kalibriereinheit zugewandten Seite erweitert, wobei H2 größer ist als H1 und wobei die Begrenzungskanten des Durchtrittskanals (21) im Schnitt gesehen einen Winkel α von 0,3° bis 10° einschließen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug für die Herstellung von Integralschaumplatten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Integralschaumplatten werden durch Extrusion aus einem mit einem Treibmittel aufgeschäumten Kunststoff wie beispielsweise Hart-PVC hergestellt. Durch die Aufschäumung nach innen können größere Plattenstärken bei erheblich verringerter Dichte gegenüber Vollmaterial erzielt werden. Die extrudierte Kunststoffschaummasse wird beim Eintritt in das Düsengehäuse in zwei Materialströme aufgeteilt, durch einen Düsenspalt ausgepresst.
Bei diesem an sich bekannten Verfahren wird ein gattungsgemäßes Düsenwerkzeug eingesetzt. Im Düsengehäuse sind zwei kleiderbügel- oder fischschwanzförmige Verteilergeometrien gleichmäßig über der Düsenbreite verteilt ausgebildet, die von der Schmelze durchlaufen werden. Eine Mittelplatte dient dazu, den Schmelzestrom aufzuteilen. Die beiden Teilströme der Schmelze werden durch die beiden Düsenspalte gepresst und vereinigen sich am Ende der Fließkanäle, also am Ende der Mittelplatte, wieder.
Die Schmelze schäumt nach innen auf und durchläuft ein sich direkt anschließendes, gekühltes Kalibrierwerkzeug und anschließend die gekühlte Kalibriereinheit. Durch die Kurzkalibrierung mittels der Kühlplatte werden die beiden äußeren Oberflächen des extrudierten Stranges schlagartig abgekühlt, wodurch der Aufschäumvorgang an der Oberfläche unterdrückt wird. Die Integralschaumplatte ist deshalb durch beidseitig geschlossene und glatte Oberflächen sowie einen im Inneren vorhandenen porösen Kern gekennzeichnet.
Im Spitzenbereich der Mittelplatte können überschüssige Gasanteile des aufschäumenden Materials abgeleitet werden. Die Austrittsöffnung am Gehäuse hat eine lichte Höhe, die nahezu der lichten Höhe des Durchtrittskanals in der Kühlplatte und des Durchtrittskanals der sich anschließenden Kalibriereinheit entspricht.
Der Nachteil bei dem bekannten Verfahren zur Herstellung einer Integralschaumplatte und des dafür eingesetzten Extrusionswerkzeugs besteht darin, dass für jede Plattenbreite, aber insbesondere auch für jede Plattenstärke ein separates Werkzeug benötigt wird, um einen lunkerfreien Schaumquerschnitt zu erzeugen.
Die US 33461 496 A beschreibt eine Vorrichtung zur Extrusion eines thermoplastischen Schaums. Dabei kann eine Kühlvorrichtung mit einem sich erweiternden inneren Fließkanal vorgesehen sein. Eine sich anschließende Kalibrierung zur Einhaltung einer definierten Plattenstärke an dem extrudierten Kunststoffschaumprofil ist jedoch nicht vorgesehen.
Die DE-A 1 704 754 gibt eine Breitschlitzdüse für das Strangpressen von Schaumstoffbahnen an. Im Fließkanal des Düsenwerkzeugs ist ein Staubalken vorgesehen, um Wirbel zu erzeugen. Am Ende des Fließkanals ist ein Mundstück vorgesehen, das sich trichterförmig erweitert. Eine sich anschließende Kalibrierung zur Einhaltung einer definierten Plattenstärke an dem extrudierten Kunststoffschaumprofil ist auch hier nicht vorgesehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Extrusionswerkzeug anzugeben, durch das mit geringem Materialaufwand und geringen Rüstzeiten die Verwendung verschiedener Kalibrierwerkzeuge ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Extrusionswerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Überraschenderweise wurde entdeckt, dass eine trichterförmige Aufweitung des Düsenspaltes in einer Kurzkalibrierung, die als sogenannte Kühlplatte ausgebildet und die zwischen dem Düsengehäuse und der Kalibriereinheit angeordnet ist, ausreichend ist, um den geschäumten Schmelzestrom in das sich anschließende Kalibrierwerkzeug zu überführen und dabei den Dickensprung von einer kleinen Höhe an der Austrittsöffnung des Düsengehäuses zu einer größeren Höhe der Kalibriereinheit auszugleichen.
Es wird also einerseits durch die Kühlplatte ein Adapter bereitgestellt, um den Stärkeunterschied der kleineren Austrittshöhe am Düsengehäuse auf eine größere Nennstärke entsprechend der herzustellenden Plattenstärke auszugleichen. Andererseits erfolgt auch eine erste Kühlung in der Kühlplatte. Ohne die Verwendung einer solchen konisch aufspringenden Kühlplatte würde bei einem Dickensprung zwischen der Austrittöffnung des Düsengehäuses oder der Austrittsöffnung einer Kühlplatte mit einem Durchtrittskanal mit konstanter Höhe und dem Spalt der Kalibriereinheit der Schaum in der Plattenmitte grobporig sein und zur Lunkerbildung neigen, da das Potenzial zum erneuten Aufschäumen auf das gewünschte Endmaß nur noch aus der noch nicht abgekühlten Plattenmitte kommen könnte. Zugleich würden die Seitenkanten der extrudierten Platte nicht mehr gut ausgebildet und an den Außenseiten einfallen, da sie schon in der herkömmlichen Kühlplatte mit parallelem Durchgangsspalt zu stark abgekühlt worden wären und die neue Maßänderung nicht mehr mitmachen könnten.
Verwendet man hingegen wie nach der Erfindung vorgesehen eine Kühlplatte mit einem in Fließrichtung trichterförmig aufgeweiteten Querschnitt, so bleibt die Schaumstruktur im Plattenkern über den gesamten Querschnitt erhalten. Auch werden die Schaumplattenoberflächen intensiv gekühlt, um die gewünschte geschlossene Oberfläche der Integralschaumplatte auszubilden, da sie kontinuierlich an der trichterförmig aufgeweiteten Kühlplatte anliegen. Die Seitenkanten werden auf die neue, durch das eigentliche Kalibrierwerkzeug vorgegebene Plattenstärke gedehnt und fallen deshalb im Außenbereich nicht ab.
Auf diese Weise ist es gemäß der Erfindung möglich, mit einem Grundwerkzeug durch alleinigen Austausch der Kühlplatten verschiedene Plattenstärken bei gleicher Breite zu fertigen.

Beispielsweise wurden folgende Maßkombinationen von einer Öffnungshöhe H1 der Kühlplatte beginnend an der dem Düsengehäuse zugewandten Seite und der Höhe H2 an der der Kalibriereinheit zugewandten Seite andererseits getestet. Neben der Kühlplatte mit einem sich erweiterndem Durchtrittskanal kann auch eine Kühlplatte mit parallelen Begrenzungsflächen im Durchtrittskanal benutzt werden. Damit können wie bisher Kalibriereinheiten und Düsengehäuse verbunden werden, die gleiche Nennhöhen besitzen:

Nennhöhe H1 (Düsengehäuse) [mm]	Nennhöhe H2 (Plattenhöhe) [mm]	Höhe Einlauf Kalibriereinheit [mm]
7,4	8	8,2
7,4	10	10,3
9,4	10	10,3
	13	13,3
	15	15,3
	17	17,4
11	17	17,4
11	19	19,4
16,2	17	17,4
16,2	19	19,4
22,5	24	24,5
	26	26,5
	27	27,5
	30	30,5

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen jeweils Im Schnitt:
1 ein Extrusionswerkzeug und
2 den Durchtrittskanal des Extrusionswerkzeugs in Vergrößerung.
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Extrusionswerkzeug 100 mit einem Düsengehäuse 10 und einer seitlich angesetzten, aber vorzugsweise thermisch getrennten Kühlplatte 20. Das eigentliche Kalibrierwerkzeug 30, das sich noch über eine beträchtliche Länge in Abzugsrichtung erstreckt, um die endgültige Form der hergestellten Kunststoffplatte vorzugeben, ist mit strichpunktierten Linien lediglich angedeutet.
Das Extrusionswerkzeug 100 besitzt ein Düsengehäuse 10, wie grundsätzlich bekannt mit einem Ober- und Unterteil sowie einer dazwischen eigesetzten Mittelplatte 15, die sich zur Austrittsöffnung hin verjüngt und spitz zuläuft. Die beiden Schmelzeströme, die durch die jeweils zwischen Oberteil und Mittelplatte bzw. Unterteil und Mittelplatte eingearbeitete Verteilergeometrie gleichmäßig über der Breite verteilt und durch die Fließkanäle 11 gespeist werden, werden im Bereich einer Spitze 16 durch Schäumung nach innen wiedervereinigt.
Nahezu übergangslos, wenn auch mit einem geringen Luftspalt auf Abstand gehalten, schließt sich die Kühlplatte 20 an, die mit zahlreichen Kühlbohrungen 23 versehen ist. Wesentlich ist der Durchgangsspalt 21, der sich von einer Höhe H1 an der Eintrittsseite auf eine Höhe H2 an der Austrittsseite erweitert. Die Maße sind in der vergrößerten Ausschnittszeichnung in 2 dargestellt.
Wesentlich ist, dass die Länge der Kühlplatte 20 in Fließrichtung kurz ist und etwa das 2-fache bis 5-fache der mittleren Höhe im Durchgangsspalt 21 beträgt. Die Kühlplattenstärke, bzw. die Länge des Fließwegs in der Kühlplatte 20 liegt also insbesondere zwischen ca. 40 und 130 mm.
Durch die kurze Länge werden nur die Oberflächen eingefroren, ohne den Kunststoffschaum im mittleren Bereich zu stark abzukühlen. Auf die Weise wird der Innendruck des Kunststoffschaumes bis in die sich anschließende Kalibriereinheit 30 aufrecht erhalten, so dass die Schaumoberflächen an der Kalibriereinheit gut anliegen. Dies führt zur Ausbildung einer porenfreien, glatten und vollständig geschlossenen Oberfläche der extrudierten Platten.

Claims

Extrusionswerkzeug (100) für die Herstellung von Integralschaumplatten, wenigstens umfassend: – ein Düsengehäuse (10) mit wenigstens einem innen liegenden Fließkanal (11), der sich von einer Einlauföffnung zu einer schlitzförmigen Austrittsöffnung mit einer lichten Öffnungshöhe H1 erstreckt, wobei der Fließkanal (11) zwischen der Einlauföffnung und der Austrittsöffnung zumindest in einem Teil seiner Länge aufgeweitet ist und wobei in dem aufgeweiteten Bereich eine Strom teilende Mittelplatte (15) im Fließkanal (11) angeordnet ist, welche sich mit einer Spitze (16) bis an oder in die Austrittsöffnung erstreckt – und eine Kalibriereinheit (30) mit einem länglichen Durchtrittskanal (31), der sich an die Austrittsöffnung des Düsengehäuses (10) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Düsengehäuse (10) und der Kalibriereinheit (30) eine Kühlplatte (20) mit einem Durchtrittskanal (21) vorgesehen ist, wobei sich die lichte Höhe des Durchtrittskanals (21) der Kühlplatte (20) von einer Öffnungshöhe H1 an der der Austrittsöffnung des Düsengehäuses (10) zugewandten Seite auf eine Düsenöffnungshöhe H2 an der dem Durchtrittskanal (31) der Kalibriereinheit zugewandten Seite erweitert, wobei H2 größer ist als H1 und wobei die Begrenzungskanten des Durchtrittskanals (21) im Schnitt gesehen einen Winkel α von 0,3° bis 10° einschließen.
Extrusionswerkzeug (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass H1 = 7,4 mm und H2 = 8 mm oder 11 mm beträgt.
Extrusionswerkzeug (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass H1 = 9,4 mm und H2 = 10 mm, 13 mm, 15 mm oder 17 mm beträgt.
Extrusionswerkzeug (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass H1 = 11 mm und H2 = 17 mm oder 19 mm beträgt.
Extrusionswerkzeug (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass H1 = 16,2 mm und H2 = 17 mm oder 19 mm bei einer Nennplattenstärke von 16 mm beträgt.
Extrusionswerkzeug (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass H1 = 22,5 mm und H2 = 24 mm, 26 mm, 27 mm oder 30 mm beträgt.
Extrusionswerkzeug (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Durchtrittskanals (21) das 2-fache bis 5-fache der mitt- leren Höhe im Durchtrittskanal (21) beträgt.