DE102015109566A1

DE102015109566A1 - Extrusionsvorrichtung sowie ein Querspritzkopf für eine Extrusionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015109566A1
Application number: DE102015109566.1A
Authority: DE
Inventors: Mathias Zabel
Original assignee: Troester GmbH and Co KG
Current assignee: Troester GmbH and Co KG
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2035-06-17
Also published as: DE102015109566B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Extrusionsvorrichtung (1) sowie einen Querspritzkopf mit einem Extruder (4) zur Schlauchherstellung und ermöglicht die Herstellung eines schlauchförmigen Erzeugnisses mit einer Materialstruktur, die nicht parallel zu der Längsrichtung des Erzeugnisses verläuft, sondern schräg hierzu. Dadurch weist das so hergestellte Erzeugnis im Vergleich zu den nach dem Stand der Technik bekannten Erzeugnissen eine weitaus höhere mechanische Festigkeit in radialer Richtung auf, die der Belastung solcher Erzeugnisse in der Praxis entspricht und daher höhere Belastungen ohne zusätzliche Verstärkungsmaßnahmen ermöglicht. Die Extrusionsvorrichtung (1) ist hierzu mit einem Extruder (4) zur Zuführung der Schmelze ausgestattet, dessen Förderrichtung (5) tangential in einen Einlass (6) eines Ringkanals (7) mündet. Der Ringkanal (7) ist einerseits durch eine Innenwandfläche (8) eines als Hohlzylinder ausgeführten Hohlkörpers (9) und andererseits durch eine Umfangsfläche eines koaxial zu einer Mittellängsachse (11) des Hohlkörpers (9) rotierend angetriebenen Dornes (12) begrenzt. Die Schmelze tritt tangential in den Ringkanal (7) ein und umströmt den Dorn (12), wobei sich eine Hauptströmungsrichtung (13) der Schmelze parallel zu der Mittellängsachse (11) in Richtung auf einen Auslass (14) des Ringkanals (7) ausbildet. Zugleich wird der Schmelzeströmung eine weitere Strömungsrichtung aufgeprägt, indem die Innenwandfläche (8) mit einer eine Steigung aufweisenden Profilierung (15) ausgestattet ist. Dadurch umströmt die Schmelze den Dorn (12) schneckenförmig. Diese sich ausbildende Schmelzeströmung ist somit aus einer ersten translatorischen Strömungsrichtung (16) und einer Strömungsrichtung (17) in Umfangsrichtung des Dornes (12) zusammengesetzt, wobei die Strömungsrichtung (17) zu der gewünschten Vorzugsrichtung der Polymerketten führt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Extrusionsvorrichtung mit einem Extruder insbesondere zur Herstellung schlauch- oder rohrförmiger Erzeugnisse mit einem koaxial zu einer Mittellängsachse eines Hohlkörpers angeordneten Dorn, sodass die Schmelze in einen Ringkanal zwischen dem Hohlkörper und dem Dorn zuführbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung noch einen Querspritzkopf für eine solche Extrusionsvorrichtung
Eine derartige Extrusionsvorrichtung mit einem Extruder wird zur Schlauchherstellung, aber auch zur Ummantelung von Drähten oder Fasern für elektrische oder optische Leitungen in der Praxis bereits vielfach eingesetzt und zählt daher bereits aufgrund offenkundiger Vorbenutzung zum Stand der Technik. Extrusionsbedingt ist die Ausrichtung der Materialstruktur, insbesondere der Polymerstruktur sowie gegebenenfalls der Füllstoffe, bei der Schlauchherstellung im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckung in Längsrichtung des Schlauches. Die sich einstellende Anisotropie führt dazu, dass Schläuche in Richtung ihrer Haupterstreckung eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen als in radialer Richtung. Im Gegensatz dazu steht die Belastung des Produktes in der Praxis, die beispielsweise bei druckbelasteten, fluidführenden Schläuchen in radialer Richtung um ein Vielfaches höher ist als in Längsrichtung.
In der Praxis sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt, um die durch den Fluiddruck hervorgerufenen radialen Kräfte wirksam zu kompensieren. Beispielsweise werden hierzu verstärkende Gewebe oder Schichten aus Kunststoff oder Metall eingearbeitet, welche die radiale Belastung aufnehmen können.
Weitere Möglichkeiten zur Verstärkung bestehen in dem Einsatz zumindest einer weiteren Schicht aus synthetischen Materialien oder Kautschuk, die zum Zweck der Festigkeitserhöhung aufgebracht werden. Infolgedessen weisen die Schläuche in der Summe eine vergleichsweise große Wandstärke auf. Dadurch wird die Verarbeitung und auch das Aufspulen oder Verlegen solcher Erzeugnisse in Anlagen oder in Bauelementen erschwert.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Schläuchen mit besonders belastbaren Eigenschaften stellt das schichtweise Wickeln von Schläuchen, bestehend aus unterschiedlichen Werkstoffen dar. Derartige Verfahren sind aufwendig und können zudem nicht bei allen Schlauchdimensionen eingesetzt werden.
Es sind auch Verfahren zur Verstärkung von langgestreckten Profilen durch Umwicklung des Profils mit sich kreuzenden Faserschichten bekannt. Dabei wird ein Kunststoffschlauch mit einem aus Fäden geflochtenen Schlauch überzogen und anschließend mit einem weiteren Kunststoffschlauch umhüllt.
Die DE 38 24 757 A1 beschreibt ein Verfahren, mit dem endlose Profile durch Einbringen von Fäden durch eine drehbare Pinole mehrdimensional verstärkt werden können. Der Hohlkörper besitzt hierzu eine Öffnung zur Zuführung der Schmelze, die in einen konzentrischen Ringkanal mündet, der sich in axialer Richtung erstreckt. Der Ringkanal wird begrenzt durch den Hohlkörper sowie die in dem Hohlkörper drehbar gelagerte Pinole. Die Pinole ist in ihrem Inneren im Wesentlichen hohl ausgebildet. Am Umfang der Pinole sind Bohrungen als Fadenführungslöcher vorgesehen, durch welche die Fäden von innen nach außen geführt werden, um die Fäden dem extrudierten Profil zuzuführen. Hierbei werden die Fäden durch die drehbare Pinole geführt und in die zugeführte Schmelze eingelegt.
Ferner ist durch die DE 29 51 399 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Profils bekannt. Bei diesem Verfahren entsteht das Profil durch Zusammenführung von Fasersträngen, die zuvor in Tauchbädern mit einer Kunststoffmatrix getränkt wurden.
Darüber hinaus beschreibt die DE 37 09 009 A1 einen Querspritzkopf, bei dem das zu extrudierende Material, beispielsweise ein Thermoplast oder ein Elastomer, von einem zur Durchlaufrichtung des Leiters bzw. des Kabels senkrecht stehenden Extruder zugeführt und so umgelenkt wird, dass es sich konzentrisch um den Leiter bzw. die Seele verteilen kann. Dadurch eignet sich der Querspritzkopf für die Ummantelung von Drähten bzw. Lichtleitfasern für elektrische oder optische Leitungen oder Kabel. Der Querspritzkopf ist mit beweglichen Umlenk- und Verteilvorrichtungen ausgestattet, um die Schmelze über den Umfang zu verteilen und die Zentrizität des schlauchförmigen Erzeugnisses bezüglich der lediglich axial verschiebbaren Pinole zu verbessern. Durch Verstellen drehbarer Elemente wird eine andere Verteilung und damit eine konzentrische Ausbildung erreicht.
Allen Verfahren gemeinsam ist die zeit- und kostenintensive Herstellung solcher Erzeugnisse, die besonders hohen mechanischen Belastungen unterliegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die Extrusionsvorrichtung sowie einen hierfür bestimmten Querspritzkopf derart zu verbessern, dass die Ausrichtung der Polymerketten des Kunststoffmaterials oder der zugesetzten Verstärkungsstoffe in dem Erzeugnis an die in der Praxis auftretenden Belastungen des Erzeugnisses wesentlich besser angepasst ist. Insbesondere soll eine Möglichkeit geschaffen werden, die Texturierung des Erzeugnisses bei der Herstellung gezielt einstellen zu können, um so auf zusätzliche Verstärkungsmittel oder Verstärkungsschichten verzichten zu können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Extrusionsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist also eine Extrusionsvorrichtung vorgesehen, bei welcher der Hohlkörper und der Dorn relativ zueinander drehbeweglich antreibbar ausgeführt sind. Hierdurch wird in überraschend einfacher Weise eine gezielte Beeinflussung der Ausrichtung der Vorzugsrichtung der Polymerketten in der Schmelze ermöglicht, die zwischen einer Einlassöffnung des Extruders und einem Auslass aus dem Ringkanal erfolgt. Dadurch fließt die Schmelze nicht wie beim Stand der Technik im Wesentlichen entlang der kürzesten Verbindungslinie in dem Ringkanal zwischen Einlass und Auslass. Vielmehr wird der Schmelze erfindungsgemäß eine Drehbewegung bzw. ein Drall aufgeprägt, durch den sich die Schmelze während der Fließbewegung zwischen dem Einlass und dem Auslass zusätzlich auch um den Dorn windet, also diesen vorzugsweise mehrfach umströmt. Durch diese geänderte Fließrichtung der Schmelze in dem Ringkanal werden somit zwei Vektorkomponenten der Strömung einander überlagert, nämlich einerseits eine Strömungsrichtungskomponente in Umfangsrichtung des Dornes und andererseits eine Strömungsrichtungskomponente in Richtung der Haupterstreckung des Ringkanals zwischen Einlass und Auslass. Im Ergebnis sind die in dem Erzeugnis enthaltenen Polymerketten des Kunststoffmaterials oder der Verstärkungsstoffe nicht wie beim Stand der Technik parallel zu der Haupterstreckung des Ringkanals, sondern hiervon abweichend mit einer Vorzugsrichtung mit einer erheblichen Neigung ausgerichtet, die durch die Extrusionsparameter, beispielsweise die Fließgeschwindigkeit der Schmelze angepasst werden können. Bei Versuchen hat sich bereits eine bevorzugte Ausrichtung der Polymerketten mit einem Winkel von ca. 45° zur Längserstreckung des Erzeugnisses als besonders praxisgerecht erwiesen. Dabei weist die Ausrichtung der Polymerketten in dem Erzeugnis nicht nur eine Ähnlichkeit mit der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung der Verstärkungsfäden auf, sondern es werden auch vergleichbare Verbesserungen der Belastbarkeit des Erzeugnisses beobachtet, ohne dass es eines zusätzlichen Verstärkungsmaterials bedarf. Somit gelingt es erfindungsgemäß ohne zusätzliche Verstärkungsschichten oder Verstärkungsmaterialien eine wesentliche Erhöhung der Belastbarkeit des Erzeugnisses ohne eine Änderung des eingesetzten Werkstoffes, lediglich durch eine Änderung der Orientierung der Polymerketten in dem Erzeugnis zu erreichen. Erfindungsgemäß sollen unter dem Begriff der Schmelze auch solche fließfähigen Substanzen verstanden werden, die nach Austreten aus dem Auslass beispielsweise auch unter einer geeigneten Atmosphäre zu einem Formkörper erstarren.
Wenn gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Hohlkörper eine Innenwandfläche und/oder der Dorn eine Umfangsfläche aufweist, die mit einer eine Steigung aufweisenden Profilierung ausgestattet ist, führt diese zu einer besonders effizienten Ablenkung der Strömung der Schmelze.
Die Profilierung kann dabei ähnlich einem Schraubengewinde ausgeführt sein, wobei der Verlauf stetig oder unstetig ausgeführt sein kann. In entsprechender Weise kann auch die Umfangsfläche des Dornes mit einer entsprechenden oder abweichend ausgestalteten Profilierung ausgestattet sein.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass der Dorn mit einer Drehrichtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung der Steigung der Profilierung drehbeweglich antreibbar ausgeführt ist. Indem einerseits eine Drehbewegung der Schmelze durch die Profilierung der Innenwandfläche erreicht wird, an welcher die Schmelze zwischen der Einlassöffnung und dem Auslass in dem Ringkanal entlangströmt und andererseits durch die Drehbewegung des Dornes eine weitere, der ersten Drehbewegung entgegengesetzte zweite Drehbewegung auf die Schmelze wirkt, tritt das so hergestellte Erzeugnis aus dem Auslass ohne einen äußeren Drall aus, also ohne die Neigung einer fortgesetzten Drehung außerhalb des Ringkanals. Somit führt die Drehbewegung des Dornes bezogen auf das Erzeugnis zu einer Aufhebung der Drehimpulse, während innerhalb des Werkstoffes in dem Ringkanal die Effizienz der gewünschten, von der Achsrichtung abweichenden Ausrichtung der Polymerkette noch verstärkt wird. Mit anderen Worten hat das Erzeugnis im Bereich des Auslasses ein Geschwindigkeitsprofil mit positiven und negativen Bereichen, die dem Betrag nach übereinstimmen und sich daher in der Summe aufheben.
Zu diesem Zweck wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Drehgeschwindigkeit des Dornes derart eingestellt, dass diese im Wesentlichen der Geschwindigkeit in Umfangsrichtung der Schmelze in dem Ringkanal entspricht, um so das gewünschte, in der Summe neutrale Geschwindigkeitsprofil problemlos einstellen zu können. Hierzu kann beispielsweise mittels eines Sensors am Auslass aus dem Ringkanal ein gegebenenfalls vorhandener Drall erfasst und daraus mittels einer Steuereinheit ein Steuersignal für eine geänderte Drehgeschwindigkeit des Dornes ermittelt werden.
Hierzu ist gemäß einer besonders Erfolg versprechenden Ausgestaltung der Erfindung über die Materialstärke der Schmelze zwischen dem Dorn und der Innenwandfläche ein Geschwindigkeitsprofil einstellbar, dessen Vektor in einem der Innenwandfläche benachbarten ersten Bereich entgegengesetzt zu einem dem Dorn benachbarten zweiten Bereich einstellbar ist, wobei vorzugsweise die neutrale Phase zwischen den Bereichen in der Nähe der geometrischen Mitte zwischen der Innenwandfläche und dem Dorn liegt. Auf diese Weise lassen sich homogene Materialeigenschaften des Erzeugnisses über die gesamte Materialstärke der Wandung des schlauch- oder rohrförmigen Erzeugnisses sicherstellen.
Eine andere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Ausgestaltung der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass der Dorn umfangsseitig eine Profilierung hat, die eine der Steigung der Profilierung der Innenwandfläche entgegengesetzte Steigung aufweist. Auf diese Weise wird nach dem Prinzip entgegengesetzter Gewindesteigungen der Profilierungen des Dornes einerseits und der Innenwandfläche andererseits eine besonders wirksame Erhöhung der bei dem Transport in dem Ringkanal wirkenden Scherkräfte erreicht, durch welche die gewünschte Texturierung der Polymerketten erzielt wird. Hierbei erstreckt sich die Profilierung vorzugsweise über die gesamte Länge des Ringkanals zwischen der Einlassöffnung für die Schmelze bis zu dem Auslass aus dem Ringkanal.
Dabei kann die Profilierung als ein integraler Bestandteil des Dornes ausgeführt sein, oder aber Bestandteil einer entsprechend profilierten Hülse sein, die am Umfang des Dornes beispielsweise auch austauschbar angeordnet ist.
Eine besonders praxisnahe Ausgestaltungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass der Dorn temperierbar, insbesondere heizbar ausgeführt ist, um so sicherzustellen, dass keine unerwünschte vorzeitige Abkühlung der Schmelze an dem Dorn auftritt, die das Fließverhalten der Schmelze in dem Ringkanal nachteilig beeinflussen könnte. Zu diesem Zweck eignet sich beispielsweise ein elektrisches Heizelement. Weiterhin kann der Dorn auch zumindest abschnittsweise als ein Hohlkörper und von einem Wärmeträgerfluid durchströmbar ausgeführt sein, um so die gewünschte Wärmemenge zuführen zu können. Selbstverständlich können dem Dorn hierzu Sensoren zur Erfassung der Oberflächentemperatur des Dornes zugeordnet sein.
Der Ringkanal kann entlang der Mittellängsachse eine konstante Breite, also insbesondere eine hohlzylindrische Form aufweisen, um so zu erreichen, dass der Abstand zwischen dem Dorn und der Innenwandfläche entlang der Mittellängsachse konstant ist und lediglich durch die regelmäßige Profilierung abschnittsweise abweicht.
Demgegenüber erweist es sich auch als besonders Erfolg versprechend, wenn der Ringkanal entlang der Mittellängsachse eine abnehmende Breite aufweist, indem der Hohlkörper und/oder der Dorn zumindest abschnittsweise kegelförmig ausgeführt sind, um so die Fließgeschwindigkeit der Schmelze entsprechend zu erhöhen. Aufgrund der Erhöhung der Fließgeschwindigkeit in dem Ringspalt steigt proportional auch die Schubspannung, wodurch es zu einer vorteilhaften Auswirkung auf die Ausrichtung der Polymerketten in der gewünschten Vorzugsrichtung kommt.
Besonders bevorzugt sind der Hohlkörper oder der Dorn relativ zueinander axial parallel zur Mittellängsachse alternierend beweglich antreibbar, sodass eine reversierende Hubbewegung erzeugt und der Rotation überlagert werden kann. Hierdurch wird die Ablenkung des Schmelzestromes weiter verbessert.
Eine weitere, ebenfalls besonders zweckmäßige Ausgestaltungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass der Dorn eine dem Auslass zugewandte Stirnseite aufweist, die einen insbesondere einstellbaren Abstand gegenüber der Ebene des Auslasses aufweist. Indem der Dorn bereits vor dem Auslass endet kann durch den vorzugsweise einstellbaren Abstand in einfacher Weise das gewünschte neutrale Geschwindigkeitsprofil erzeugt werden und bei geänderten Verfahrens- oder Materialparametern mit geringem Aufwand angepasst werden.
Besonders vorteilhaft erweist sich eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Dorn als ein Hohlkörper mit einer Durchlassöffnung für strangförmige Erzeugnisse ausgestaltet ist. Durch diese Durchlassöffnung können bedarfsweise strangförmige Erzeugnisse zum Aufbringen einer Beschichtung beispielsweise im Tandem- oder Koextrusionsverfahren zugeführt werden. Hierdurch können auch mehrere Schichten mit gegenläufigen, sich kreuzenden Vorzugsrichtungen aufgebracht werden, um so die Belastbarkeit des Erzeugnisses weiter zu erhöhen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin noch mit einem Querspritzkopf für eine Extrusionsvorrichtung zur Herstellung schlauch- oder rohrförmiger Erzeugnisse mit einem koaxial zu einer Mittellängsachse eines Hohlkörpers angeordneten, einen Ringkanal begrenzenden Dorn dadurch gelöst, dass der Hohlkörper und der Dorn relativ zueinander rotationsbeweglich antreibbar ausgeführt sind, wobei ergänzend der Hohlkörper als ein Hohlzylinder mit einer Innenwandfläche ausgeführt sein kann, die mit einer eine Steigung aufweisenden Profilierung zur Erzeugung einer Strömung der Schmelze in Umfangsrichtung des Dornes ausgestattet ist. Hierdurch gelingt es, ohne eine Änderung der Materialzusammensetzung der Schmelze eine Erhöhung der Belastbarkeit des so hergestellten Erzeugnisses zu erreichen, indem mittels der Drehbewegung die in der Schmelze vorhandenen Polymerketten gegenüber einer der Hauptförderrichtung entsprechenden Mittellängsachse des Erzeugnisses, geneigt ausgerichtet werden. Indem nämlich eine zusätzliche Bewegungskomponente der Schmelze in Umfangsrichtung des Dornes erzeugt wird, wirken bis zum Auslass aus dem Ringkanal verschiedene Strömungen auf die Schmelze, die dazu führen, dass sich die Polymerketten beispielsweise mit einem 45°-Winkel zu der Mittellängsachse des Erzeugnisses ausrichten.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in
1 eine perspektivische Darstellung der Extrusionsvorrichtung mit einem Extruder und einem Ringkanal;
2 einen Querschnitt durch den Extruder und den Ringkanal;
3 einen Längsschnitt durch den Ringkanal;
4 einen Längsschnitt durch den Ringkanal mit konischem Dorn;
5 einen Längsschnitt durch den Ringkanal mit konischem Hohlkörper;
6 ein mit der Extrusionsvorrichtung hergestelltes Erzeugnis in einer Vorderansicht und in einer Seitenansicht.
Die erfindungsgemäße Extrusionsvorrichtung 1 wird nachstehend anhand der 1 bis 3 näher erläutert. Die Extrusionsvorrichtung 1 wird zur Schlauchherstellung eingesetzt und ermöglicht dabei erstmals die Herstellung eines in 6 beispielhaft gezeigten schlauchförmigen Erzeugnisses 2, dessen Materialstruktur 3, insbesondere Polymerstruktur sowie gegebenenfalls die Struktur der Füllstoffe, nicht parallel zu der Haupterstreckung in Längsrichtung des Erzeugnisses 2 verläuft, sondern schräg hierzu. Dadurch weist das so hergestellte Erzeugnis 2 im Vergleich zu den nach dem Stand der Technik bekannten Erzeugnissen 2 mit einer Ausrichtung der Materialstruktur in Richtung der Haupterstreckung eine weitaus höhere mechanische Festigkeit in radialer Richtung auf, die der Belastung solcher Erzeugnisse in der Praxis, insbesondere als ein druckbelasteter, fluidführender Schlauch optimal entspricht und daher höhere Belastungen ohne zusätzliche Verstärkungsmaßnahmen ermöglicht.
Die Extrusionsvorrichtung 1 ist hierzu mit einem Extruder 4 zur Zuführung der nicht dargestellten Schmelze ausgestattet, dessen Förderrichtung 5 tangential in einen Einlass 6 eines Ringkanals 7 mündet. Der Ringkanal 7 ist einerseits durch eine Innenwandfläche 8 eines als Hohlzylinder ausgeführten Hohlkörpers 9, andererseits durch eine Umfangsfläche 10 eines koaxial zu einer Mittellängsachse 11 des Hohlkörpers 9 angeordneten Dornes 12 begrenzt. Die Schmelze tritt also in einer Querebene zu der Mittellängsachse 11 des Hohlkörpers 9 tangential ein und umströmt den Dorn 12, wobei sich eine Hauptströmungsrichtung 13 der Schmelze parallel zu der Mittellängsachse 11 in Richtung auf einen Auslass 14 des Ringkanals 7 ausbildet. Zugleich wird der Schmelzeströmung eine weitere Strömungsrichtung aufgeprägt, die dadurch bewirkt wird, dass der Dorn 12 in Rotation versetzt wird, während die Innenwandfläche 8 des Hohlkörpers 9 mit einer eine Steigung aufweisenden Profilierung 15 ausgestattet ist. Hierdurch umströmt die Schmelze den Dorn 12 schneckenförmig. Diese sich ausbildende Schmelzeströmung ist somit aus einer ersten translatorischen Strömungsrichtung 16 und einer Strömungsrichtung 17 in Richtung des Umfanges des Dornes 12 zusammengesetzt. Dabei dient die Strömungsrichtung 17 in Richtung des Umfanges des Dornes 12 der Ausrichtung der Polymerketten in einer Vorzugsrichtung, die sich in der Praxis im Wesentlichen entsprechend der überlagerten Strömungsrichtung 18 mit einem Winkel zwischen 30° und 60° zur Mittellängsachse 11 in dem herzustellenden Erzeugnis 2 ausrichten.
Der Strömungsrichtung 17 entgegengesetzt wird der Dorn 12 seinerseits in Pfeilrichtung n drehbeweglich angetrieben, wobei die Drehgeschwindigkeit des Dornes 12 im Wesentlichen der Geschwindigkeit der Schmelzeströmung in Umfangsrichtung in dem Ringkanal 7 entspricht und aufgrund ermittelter Messwerte einstellbar ist. Indem der Dorn 12 eine Profilierung mit einer Steigung aufweist, die der Steigung der Profilierung 15 der Innenwandfläche 8 entgegengesetzt ist, wird der zuvor beschriebene Effekt der Ausrichtung der Polymerketten durch das Einbringen von Scherkräften noch verstärkt.
Wie in 3 zu erkennen, stellt sich dadurch im Verlaufe der Hauptströmungsrichtung 13 in dem Ringkanal 7 ein Geschwindigkeitsprofil 19 über die Breite b der Schmelze zwischen dem Dorn 12 und der Innenwandfläche 8 mit zwei Bereichen 20, 21 ein, die einen entgegengesetzten negativen bzw. positiven Verlauf über die Wandstärke der Schmelze zwischen dem Dorn 12 und der Innenwandfläche 8 zeigen. Indem die beiden Bereiche 20, 21 also das Integral des jeweiligen Geschwindigkeitsprofils zwischen der neutralen Phase 22 und der Innenwandfläche 8 bzw. dem Dorn 12 gleich groß sind, heben sich die damit einhergehenden Komponenten der Drehbewegung gegeneinander auf, sodass das Erzeugnis 2 ohne einen erkennbaren äußeren Drall aus dem Auslass 14 austritt. Während die Schmelze in Richtung des Auslasses 14 wandert, wird diese tangential geschert. Dadurch kommt es zu der Vorzugsrichtung. Um einen Produktdrall beim Austritt zu vermeiden, dreht der Dorn 12 entgegengesetzt zu der Umfangsgeschwindigkeit der Schmelze.
In den 4 und 5 ist jeweils noch eine Variante der Extrusionsvorrichtung 1 dargestellt, bei welcher der Ringkanal 7 in Richtung zu dem Auslass 14 eine abnehmende Breite b₁, b₂ aufweist, indem wie in 4 dargestellt der Dorn 12 oder wie in 5 dargestellt der Hohlkörper 9 zumindest abschnittsweise konisch bzw. kegelförmig ausgeführt sind. Dadurch kann die Fließgeschwindigkeit der Schmelze entsprechend erhöht werden, um so durch die ebenfalls erhöhte Schubspannung eine besonders effiziente Ausrichtung der Polymerketten in Vorzugsrichtung zu erreichen.
Wie in 2 erkennbar, ist der Dorn 12 rohrförmig mit einer konzentrischen Bohrung 23 ausgeführt, die im Betrieb der Extrusionsvorrichtung 1 mit einem Wärmeträgerfluid beaufschlagt wird und so eine Anpassung der Temperatur des Dornes 12 an die Temperatur der Schmelze in dem Ringkanal 7 ermöglicht. Hierdurch wird eine unerwünschte Abkühlung der Schmelze an der Umfangsfläche 10 des Dornes 12 und die damit einhergehenden Beeinträchtigung der Schmelzeströmung vermieden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3824757 A1 [0007]
DE 2951399 A1 [0008]
DE 3709009 A1 [0009]

Claims

Extrusionsvorrichtung (1) mit einem Extruder (4) zur Herstellung insbesondere schlauch- oder rohrförmiger Erzeugnisse (2) mit einem koaxial zu einer Mittellängsachse (11) eines Hohlkörpers (9) angeordneten, einen Ringkanal (7) begrenzenden Dorn (12), wobei die Schmelze mittels des Extruders (4) in den Ringkanal (7) zwischen dem Hohlkörper (9) und dem Dorn (12) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (9) und der Dorn (12) relativ zueinander drehbeweglich antreibbar ausgeführt sind.
Extrusionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenwandfläche (8) des Hohlkörpers (9) und/oder eine Außenfläche des Dornes (12) mit einer eine Steigung aufweisenden Profilierung (15) ausgestattet sind.
Extrusionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (12) mit einer Drehrichtung (n) insbesondere entgegengesetzt zu der Steigung der Profilierung (15) drehbeweglich antreibbar ausgeführt ist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Breite (b) der Schmelze zwischen dem Dorn (12) und der Innenwandfläche (8) ein Geschwindigkeitsprofil (19) mit einer Strömungsrichtung (17) in Umfangsrichtung des Dornes (12) derart einstellbar ist, dass die Strömungsrichtung (17) in einem der Innenwandfläche (8) benachbarten Bereich (20) entgegengesetzt zu einem dem Dorn (12) benachbarten Bereich (21) einstellbar ist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (12) umfangsseitig eine Profilierung mit einer Steigung hat, die der Steigung der Profilierung (15) der Innenwandfläche (8) entgegengesetzt ist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (12) temperierbar, insbesondere heizbar ausgeführt ist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (7) in Richtung des Auslasses (14) eine abnehmende Breite (b₁, b₂) aufweist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (9) und/oder der Dorn (12) relativ zueinander parallel zu der Mittellängsachse (11) alternierend beweglich antreibbar ausgeführt sind.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (12) eine dem Auslass (14) zugewandte Stirnseite aufweist, die einen insbesondere einstellbaren Abstand gegenüber der Ebene des Auslasses (14) aufweist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (12) als ein Hohlkörper mit einer Durchlassöffnung für strangförmige Erzeugnisse ausgeführt ist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze mittels des Extruders (4) mit einer Förderrichtung (5) in einer Querschnittsebene des Hohlkörpers (9), insbesondere tangential zu einer Mittellängsachse (11) des Hohlkörpers (9) in den Ringkanal (7) zwischen dem Hohlkörper (9) und dem Dorn (12) zuführbar ist.
Querspritzkopf für eine Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung schlauch- oder rohrförmiger Erzeugnisse (2) mit einem koaxial zu einer Mittellängsachse (11) eines Hohlkörpers (9) angeordneten, einen Ringkanal (7) begrenzenden Dorn (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (9) und der Dorn (12) relativ zueinander drehbeweglich antreibbar ausgeführt sind.