DE19846158A1

DE19846158A1 - Extrusionswerkzeug für die Herstellung von Hohlprofilen

Info

Publication number: DE19846158A1
Application number: DE19846158A
Authority: DE
Inventors: Adolf Franck
Original assignee: Individual
Current assignee: Battenfeld Extrusionstechnik GmbH
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2000-04-13

Abstract

Die zum Fixieren des Verdrängerkörpers (Dorns) benutzten Halterungen teilen den Schmelzestrom in Fließrichtung mehrmals auf und erzeugen im Extrudat entsprechende Fließmarkierungen bzw. Bindenähte als Schwachstellen. Ein neuer Dornhalter sollte die Anzahl der Bindenähte minimieren, ihre nachteilige Wirkung kompensieren und einen Außendurchmesser nicht wesentlich größer als den der Ringschlitzdüse aufweisen. DOLLAR A Das Problem wurde durch das in den Ansprüchen 1 und 2 aufgeführte und in der Figur Nr. 1 gezeigte Extrusionswerkzeug gelöst mit einer Halterung für den Verdrängerkörper in Form eines Korbes, dessen Öffnung zum Extruder (1) weist. Der Korbboden trägt den Verdrängerkörper (2). Die Seitenwände (3) und (4) des Korbes sind quer zur Strömungsrichtung (also in Umfangsrichtung des Korbes) mit vorzugsweise mehreren Reihen von versetzt angeordneten Schlitzen versehen, die den Durchtritt der Kunststoffschmelze vom Korbinneren (5) nach außen zum Ringspalt (6) für großen, (7) für kleinen Ringspaltdurchmesser der Düse ermöglichen. Auch Coextrusions-Hohlprofilwerkzeuge können nach dem erfindungsgemäßen Prinzip gebaut werden. DOLLAR A Das Werkzeug wird zur Herstellung von Hohlprofilen, z. B. Rohren, verwendet.

Description

Es ist bekannt, für die Herstellung von Hohlprofilen, z. B. Rohren, im Extrusionswerkzeug einen Verdrängerkörper (Dorn) fest einzubauen, so dass ein Ringspalt als Austrittsquer schnitt des Werkzeugs entsteht. Problematisch ist hierbei der Durchtritt der Kunststoffschmelze vom Extruder in den formge benden Ringspalt.

Um den Verdrängerkörper zu fixieren, sind technisch vor allem vier Werkzeug-Bauarten üblich [1, S. 43, 44, 382 u. 392; 2, S. 166; 3, S. 91 ff.], die alle typische Nachteile aufweisen:

1. Das Dornhalterwerkzeug ergibt im Hohlprofil Fließmarkie rungen, weil die Schmelze bei den Dornhaltern aufgeteilt wird und danach nicht vollständig homogen verschweißt. Beim Ver setztstegdornhalter wird dieser Nachteil gemildert, weil ein Steg die Schmelze nur in halber Wanddicke teilt. Nachteilig bleibt in jedem Fall, dass Dornhalterwerkzeuge in Relation zum Ringspalt der Düse einen wesentlich größeren Durchmesser aufweisen, der die Handhabung erschwert und die Belastungsfä higkeit vermindert.
2. Auch das Pinolenwerkzeug, bei dem die Schmelze rechtwinklig umgeleitet wird, verursacht eine Auf teilung der Schmelze mit unvollkommener Verschweißung der Teilströme.
3. Beim Wendelverteilerwerkzeug [4] wird die Schmelze ebenfalls in relativ viele Ströme aufgeteilt. Nach der Aufteilung wird aber ein Teil der Schmelze in Tangential richtung umgelenkt, der die Verschweißung der aufgeteilten Längsströme begünstigt. Dies ist bisher eine der besten Lö sungen. Trotzdem befriedigt nicht die Aufteilung in relativ viele Teilströme, außerdem ist die Fertigung aufwendig.
4. Das Siebkorbwerkzeug [5] teilt den Schmelzestrom durch die vielen Sieböffnungen in die entsprechend zahlreichen Teil ströme auf, das ist unbefriedigend, zumal meist nicht viel für die nachträgliche Wiederverschmelzung getan wird. Vor teilhaft bei 3 und 4 ist, dass der Werkzeugdurchmesser nicht sehr stark vom Ringspaltdurchmesser der Düse abweicht.

Der in den Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass das Extrusionswerkzeug den Schmelzestrom möglichst wenig aufteilen soll, die schädliche Wirkung einer unvermeidlichen Schmelzeteilung kompensiert bzw. minimiert werden soll und der Durchmesser des Extrusi onswerkzeugs nicht stark von dem der Ringspaltdüse abweichen, insbesondere nicht wesentlich größer sein soll.

Das Problem wurde durch das in den Ansprüchen 1 und 2 aufge führte und in der Figur Nr. 1 gezeigte Extrusionswerkzeug ge löst mit einer Halterung für den Verdrängerkörper in Form ei nes Korbes, dessen Öffnung zum (nicht eingezeichneten, links am Werkzeug angeflanscht zu denkenden) Extruder (1) weist. Der Korbboden trägt den Verdrängerkörper (2). Die Seitenwände des Korbs sind quer zur Strömungsrichtung (also in Umfangs richtung des Korbs) mit Schlitzen versehen, (3) (mit zeichne rischer Andeutung der Schlitze) und (4) (ohne zeichnerische Andeutung der Schlitze). Die Schlitze ermöglichen den Durch tritt der Kunststoffschmelze vom Korbinneren (5) nach außen zum Ringspalt (6) für großen, (7) für kleinen Ringspaltdurch messer der Düse ("Schlitzkorbwerkzeug"). Bezüglich des Durch messers übernimmt es den Vorteil des Siebkorbwerkzeugs, aber vermeidet dessen Nachteil der vielfachen Schmelzeteilung, in dem gemäß dem Hauptanspruch 1 an die Stelle vieler Sieböff nungen relativ wenige Schlitze (3) in Umfangsrichtung treten.

Die Schlitze können außerdem gemäß dem Unteranspruch 2 in mehreren Reihen "auf Lücke" angeordnet werden, so dass in der nachfolgende Schlitzreihe der Schmelzedurchtritt vom Extruder zum formgebenden Zwischenraum zwischen Verdrängerkörper (Dorn) und Düsenwand dort freigegeben ist, wo in den vorange henden Schlitzreihen ein Steg die Schmelze geteilt hat. Im letztgenannten Fall vermeidet man den großen Durchmesser des in Figur Nr. 2 gezeigten Versetztstegdornhalters, übernimmt aber dessen Vorteil der versetzt angeordneten Stege bzw. Schlitze. Man kann das dem Anspruch 2 entsprechende Extrusi onswerkzeug also als Versetztschlitzkorbwerkzeug bezeichnen.

Gemäß Anspruch 3 können die Schlitze viel schmaler als die Wanddicke des Hohlprofils gehalten werden, so dass sie den Durchtritt von wandgefährdenden kornförmigen Verunreinigungen verhindern, also eine Siebwirkung entfalten. Der Nachteil ei nes Siebes, die Schmelze in sehr viele Teilströme zu zerle gen, wird durch die Schlitzform der Öffnungen drastisch ver ringert. Faserförmige Verunreinigungen können zwar einen Schlitz passieren, aber sie sind ja meistens weniger kritisch als kornförmige Verunreinigungen.

Wenn die Schlitzreihen die Schmelze parallel zur Oberfläche in entsprechend viele Schichten aufteilen, mindert das nicht die Festigkeit des Hohlprofils, da die Schichten durch den Innendruck zusammengedrückt werden und/oder bei Hohlprofilen keine Kräfte mit der Wirkung einer Schichtentrennung auftre ten. Es kann erreicht werden, dass an jeder Stelle des Hohl profilumfangs nur eine einzige der vielen Schichten gerade eine Fließmarkierung (Bindenaht) aufweist.

Wenn ein geringer Druckabfall im Werkzeug und ein geringer Strömungswiderstand für die Schmelze erreicht werden sollen, können die Schlitze gemäß Anspruch 4 auch breit gehalten wer den. Weil dafür nicht der Durchmesser des Werkzeugs vergrö ßert werden muß, ist diese Maßnahme viel leichter ausführbar als beim konventionellen Versetztstegdornhalter. Ferner kann man gemäß Anspruch 5 auch jeden Schlitz individuell optimie ren, um auch bei vorangegangenen Fließanomalien ideale Bedin gungen am Düsenmundstück zu erhalten.

Die Ansprüche 6 und 7 optimieren die Fließbedingungen im Hin blick auf die Scherempfindlichkeit des verarbeiteten Kunst stoffs.

Für die Coextrusion mehrschichtiger Hohlprofile, z. B. Rohre, können gemäß Anspruch 8 mehrere Schlitzkorbwerkzeuge mit zu gehöriger Ringdüse ineinandergefügt werden. Jedes wird gemaß der Anzahl und Art der Schichten von einem anderen Extruder gespeist. Die Außenwand der inneren Ringdüse ist dann der Dorn der nach außen folgenden Ringdüse. Nach Anspruch 9 kann eine Coextrusion auch dadurch bewirkt werden, dass Schlitz reihen des Korbwerkzeugs nach Anspruch 1 und 2 sowie 3, 4, 5, 6 oder 7 durch Zwischenwände voneinander getrennt sind und durch verschiedene Extruder gespeist werden. Der vorderste Teil bildet die innerste Schicht, der hinterste Teil die äu ßerste Schicht. Die von hinten nach vorn zunehmende Schicht dicke wird durch entsprechende Konizität des Schlitzkorbs und/oder der Düsenwand berücksichtigt, damit keine Durch mischung der Schichten infolge "Bügeleffekts" eintritt.

Die Coextrusion ist von Interesse

- zur Einbringung einer Sperrschicht als Diffusionssperre [2, S. 180; 3, S. 110]
- zur Aufbringung einer inneren oder äußeren Schutzschicht gegen aggressive Medien
- zum Einsatz einer Mittelschicht aus Abfallmaterial, um bei gleicher Festigkeit Materialkosten zu sparen bzw. Recy clingmaterial unterzubringen. [2, S. 168; 3, S. 110]
- innen Schaum, außen kompakte Deckschichten, vgl. Integral schaum bei [2, S. 400]

Fundstellen

[1] Hensen, F. u. a. (Hrsg.): Handbuch der Extrusionstechnik II. München/Wien: Hanser Verlag 1986
[2] Franck, A.: Kunststoff-Kompendium. 4. Aufl. Würzburg: Vo gel Buchverlag 1996
[3) VDI-Ges. Kunststofftechnik (Hrsg.): Extrusionswerkzeuge. Düsseldorf: VDI-Verlag 1993
[4) Offenlegungsschrift DE 44 07 060, Anmelder Fa. BARMAG, An meldetag 3.3.94, Offenlegung 15.9.94
[5] Schiedrum, H.-O.: Der Siebkorb-Rohrkopf in der Polyole fin-Großrohrproduktion. Plastverarbeiter 26 (1975) S. 515-518

Claims

1. Extrusionswerkzeug zur Herstellung von Kunststoff- Hohlprofilen, z. B. Rohren, mit einer Halterung für den Verdrängerkörper in Form eines Korbes, dessen Öffnung zum Extruder (1) weist, dessen Boden den Verdrängerkörper (2) trägt und dessen Seitenwände (3) und (4) den Durchtritt der Kunststoffschmelze vom Korbinneren (5) nach außen zum Ringspalt (6) und (7) der Düse ermöglichen, dadurch ge kennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen die Gestalt von quer zur Strömungsrichtung (also in Umfangsrichtung des Korbs) liegenden Schlitzen besitzen ("Schlitzkorbwerk zeug").

2. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass mehrere Reihen von Schlitzen "auf Lücke" hinter einander angeordnet sind, so dass in der nachfolgenden Schlitzreihe der Schmelzedurchtritt dort freigegeben ist, wo in den vorangehenden Schlitzreihen ein Steg die Schmel ze geteilt hat ("Versetztschlitzkorbwerkzeug").

3. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Schlitze viel schmaler als die Wanddic ke des Hohlprofils sind und dadurch den Durchtritt von wandschädigenden kornförmigen Verunreinigungen der Kunst stoffschmelze verhindern.

4. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Schlitze zur Erzielung eines geringen Strömungswiderstandes und geringen Druckabfalls im Werk zeug breit ausgeführt werden.

5. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Kontur der verschiedenen Schlitze indi viduell zum Ausgleich vorangegangener Schmelzflußanomalien (z. B. durch Rohrkrümmer) rechnerisch und experimentell in der Weise optimiert werden, dass am Düsenmundstück ideale Schmelzflußbedingungen (praktisch gleicher Schmelzedruck und gleiche Schmelzeaustrittsgeschwindigkeit am gesamten Ringspalt der Düse) herrschen.

6. Extrusionswerkzeug nach den Ansprüchen 1 und 2 sowie 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Werkzeugen für scherunempfindliche Kunststoffe (z. B. Polyolefine) die Schlitze fertigungstechnisch einfach senkrecht in den Schlitzkorb eingearbeitet sind, so dass die Schmelze vor und hinter jedem Schlitz je einmal rechtwinklig umgelenkt wird.

7. Extrusionswerkzeug nach den Ansprüchen 1 und 2 sowie 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Werkzeugen für scherempfindliche Kunststoffe (z. B. PVC) die Schlitze schräg von innen hinten nach vorn außen in den Schlitzkorb eingearbeitet sind, so dass die Schmelze nicht scharf um gelenkt wird.

8. Coextrusionswerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass Schlitzkorbwerkzeuge nach den Ansprüchen 1 und 2 sowie 3, 4, 5, 6 oder 7 mit den zugehörigen Düsen ineinandergefügt werden, und jedes Schlitzkorbwerkzeug von einem anderen Extruder gespeist wird entsprechend der Anzahl und der Art der coextrudierten Schichten.

9. Coextrusionswerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass Schlitzreihen des Korbwerkzeugs nach Anspruch 2 durch Zwi schenwände voneinander getrennt sind und durch verschiede ne Extruder gespeist werden) und die von hinten nach vorn zunehmende Schichtdicke durch entsprechende Konizität des Schlitzkorbs und/oder der Düsenwand berücksichtigt und ei ne Durchmischung der Schichten infolge "Bügeleffekts" ver mieden wird.