DE2847627A1

DE2847627A1 - Extrusionsmatrize oder -verteilerkopf

Info

Publication number: DE2847627A1
Application number: DE19782847627
Authority: DE
Inventors: Ian David Slack
Original assignee: Plasticisers Ltd
Current assignee: Plasticisers Ltd
Priority date: 1978-01-04
Filing date: 1978-11-02
Publication date: 1979-07-05
Also published as: IT7852491A0; FR2413966B3; IT1158194B; FR2413966A1

Description

HOFFMANN · JSITJLJd Oc PARTNER

PAT E N TAN WALTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · Dl PL-ING. W.EITLE · D R. RER. NAT. K. HOFFMANN · D IPL.-ING. W. LEH N

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · D-8000 MO NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E)

- S-

3.1 317 p/wa

PLASTIZISERS LIMITED, DRIGHLINGTON, NEAR BRADFORD,

ENGLAND

Extrusionsmatrize oder -verteilerkopf

Die Erfindung bezieht sich auf eine Extrusionsmatrize und/ oder -verteilerkopf für geschmolzene Polymere.

Bei einer Kunststoff-Extrusionsmatrize und/oder -verteilerkopf wurden wegen der Strömungseigenschaften des geschmolzenen Polymers häufig Schwierigkeiten festgestellt, weil sich das geschmolzene Polymer nicht'wie ein hydraulisches Strömungsmedium verhält. 'Dank der Viskosität des Polymers tritt zwischen

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der Zuführungsstelle und der Abgabestellung der Matrize ein beträchtlicher Druckabfall. Bei einer grossen Matrize, bei der die Auslässe im Abstand voneinander in einer Linie angeordnet und die Endauslässe von der Einführstelle entfernt angeordnet sind, schafft der Druckabfall eine unerwünschte Wirkung dahingehend, dass der Fluss an den Endauslässen wesentlich geringer wird als an den Auslassen im Zentrum der Linie.

Ein weiteres Problem entstand aufgrund der Tatsache, dass die Polymeren in ihrem erwärmten Zustand abbauen. Dieser Abbau ist proportional der Zeit, für die das Polymer auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird. Bei einer.relativ grossen Extrusionsmatrize verblieb das Polymer, welches von Auslassen im Mittelbereich der Linie abgegeben wurde, für eine relativ kurze Zeitperiode in der Matrize, während das an den Endauslässen abgegebene Polymer innerhalb der Matrize für eine längere Zeitperiode der dort herrschenden Wärme ausgesetzt wurde. Dieser Umstand hat eine bemerkenswert normwidrige Wirkung auf das Polymer und somit auf das Endprodukt.

Zur Überwindung dieser Probleme wurden bereits verschiedene Verfahren verwendet. Beispielsweise ist es bei einer Extrusionsmatrize zur Herstellung eines ebenen Films oder eines Blattes üblich, Durchflussbegrenzer in der Matrize vorzusehen. Mit diesen Durchflussbegrenzern wurde der Versuch unternommen, den Fluss im Zentralbereich zurückzuhalten, während in den Endbereichen ein freier Fluss möglich war.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Extrusionsmatrize und/oder -verteilerkopf zu schaffen, gemäss dem das extrudierte Polymer auf seinem Weg durch die Matrize im wesentlichen derselben Verweilzeit unterworfen ist.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe

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dadurch gelöst, dass die Extrusionsmatrize zumindest einen Einlass und eine gerade Anzahl von η Auslässen aufweist, die mit dem oder jedem Einlass in Verbindung steht. Der Strömungsweg zwischen dem oder jedem Einlass und den Auslässen ist n-1 mal derart aufgeteilt, dass zwischen dem oder jedem Einlass und den Auslässen gleiche Strömungswege geschaffen werden» Durch diese und die nachfolgend noch, näher bezeichneten Lösungen wird eine Extrusionsmatrize von relativ einfacher Konstruktion geschaffen, die für jedes Produkt, welches einen Polymerfluss von einem einzelnen engen Einlass durch ein relativ weit gespanntes Kanalsystem erfordert, beispielsweise für die Herstellung eines Kunststoffilms, eines Fadens, eines Schaums, von Laminaten, eines Blattes oder einer Tafel.

Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung hat die Extrusionsmatrize eine im wesentlichen rechtwinklige, kastenähnliche Gestalt mit an gegenüberliegenden Flächen der Matrize ausgebildetem Einlass und acht Auslässen. Die Matrize besteht aus zwei ebenen Hälften. Die gleichen Strömungswege zwischen dem Einlass und den Auslässen sind in die Anlageflächen der beiden aneinanderliegenden Hälften eingearbeitet. Die jeweiligen Strömungswege werden, durch einen Kanal gebildet, welcher vom Einlass ausgeht und in zwei Arme aufgeteilt wird, wobei jeder Arm in zwei weitere Arme aufgeteilt wird und jeder weitere Arm sich in zwei Auslassarme aufteilt. Jeder Auslassarm ist mit einem Auslass verbunden. Die Aufteilung des Strömungskanals ist so ausgeführt, dass gleich lange Strömungswege zwischen dem Einlass und dem Auslass entstehen. Somit verbleibt das durch die verschiedenen Auslässe extrudierte Polymer für die gleiche Zeitperiode innerhalb der Matrize und erfährt den gleichen Abbaugrad infolge der Wärmebeanspruchung.

Bei einer anderen Ausführungsform gemäss der Erfindung umfasst

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die Matrize im wesentlichen ein zylindrisches Teil, welches in einer in einem Grundkörper befindlichen, an das zylindrische Teil angepasste Aushöhlung eingesetzt ist. Im Grundkörper befindet sich ein·Einlass, der in die Aushöhlung mündet. Acht Auslässe verlaufen von der Aushöhlung durch den Grundkörper. Der Verbindungskanal zwischen dem Einlass und den Auslässen wird durch Nuten gebildet, die in der Oberfläche des zylindrischen Teils angeordnet sind. Durch das zylindrische Teil verlaufen Bohrungen, die in die Nuten münden. Jede Nut unterteilt den Strömungsweg in zwei Einzelwege, wobei eine Nut mit dem Einlass und eine Reihe von derartigen Nuten mit den Auslässen in Verbindung stehen. Somit wird eine kompakte dichte Einheit geschaffen, welche relativ, einfach hergestellt werden kann und lediglich die Ausbildung von Bohrungen und Oberflächennuten erfordert. Gemäss einer modifizierten Form sind Nuten in der Oberfläche der zylindrischen Aushöhlung vorgesehen. Dabei sind die Bohrungen, wie bereits zuvor ausgeführt, im zylindrischen Teil ausgebildet.

Bei einer weiteren Ausführungsform gemäss der Erfindung besteht die Extrusionsmatrize aus einer Anzahl von übereinandergeschichteten Platten. Eine der äusseren Platten ist mit einem Einlass versehen, welcher durch die Platte verläuft und hinsichtlich der Längserstreckung in die Mitte der Nut mündet, die in der Oberfläche der Platte ausgebildet ist. Die Enden der Nut sind mit zwei Einlassen ausgerichtet, welche sich in der angrenzenden Platte befinden. Jede dieser beiden Einlasse ragen durch die benachbarte Platte in die Mitte der Längserstreckung der entsprechenden Nuten der benachbarten Platte. Die Zahl der Platten wird entsprechend der gewünschten Zahl der Auslässe und der entsprechenden Abzweigungen gewählt.

Bei jeder der zuvor genannten Ausführungsformen der Erfindung

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kann eine Strömungsmittelheizeinrichtung verwendet werden. Alternativ kann allerdings auch eine elektrische Heizeinrichtung Verwendung finden. Bei der ersten Ausführungsform ist es infolge der grossen Dimension schwierig, eine konstante Temperatur über die gesamte Länge der Strömungswege der Matrize aufrecht zu erhalten. Bei den anderen Ausführungsformen tritt jedoch dieses Problem wegen der Kompaktheit der Anordnung nicht auf/ so dass die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur über die gesamten Extrusionswege relativ einfach ist.

Jede geeignete Zahl η von Auslassen kann bei jedem der genannten Ausführungsbeispiele alternativ verwendet v/erden. Das Hauptkriterium ist darin zu sehen, dass der den Einlass und die Auslässe verbindende Strömungsweg n-1 mal unterteilt wird und dass die Strömungswege für das zu extrudierende Material dieselbe Länge haben. Für die Zahl "n" wird die Reihe 2^r gewählt, d.h. 2-4-8-16-32 usw. Weiterhin, jede beliebige Zahl von mit den Auslassen "n" zusammenwirkenden Einlassen kann in jeder Matrize vorgesehen v/erden.

Die Matrize der vorliegenden Erfindung kann für die Herstellung von Kunststoffäden oder Kunststoffilmen verwendet v/erden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Hälfte einer ersten Ausführungsform einer Matrize entsprechend der Erfindung,

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Fig. 2 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht einer anderen Ausführungsform geraäss der Erfindung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Ausführungsform gemäss Fig. 2, und

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform gemäss der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Teil einer Ausführungsform gemäss der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen zeigen die Hälfte einer Extrusionsmatrize, welche grundsätzlich eine im wesentlichen rechtwinklige kastenförmige Gestalt hat. In einer Wand 2 der Matrize befindet sich ein Einlass 1 und in der gegenüberliegenden Wand 4 acht Auslässe 3. Ein mit 5 bezeichneter Strömungskanal verbindet die Auslässe 3 mit dem Einlass 1. Die entsprechenden Extrusions wege v/erden durch einen Teil des Kanals gebildet, welcher vom Einlass 1 ausgeht und in zwei Arme 6 aufgeteilt wird. Jeder Arm 6, wird wiederum in zwei weitere Arme aufgeteilt. Jeder weitere Arm 7 wird in zwei Auslassarme 8 aufgeteilt. Jeder Auslassarm 8 ist mit einem Auslass 3 verbunden. Es ist aus Fig. 1 ersichtlich, dass alle Arme 6 dieselbe Länge aufweisen wie die Arme 7 und 8. So ist die Weglänge zwischen dem Einlass 1 und jedem Auslass 3 dieselbe, so dass das extrudierte Material unabhängig von den verschiedenen Wegen durch die Matrize für dieselbe Zeitspanne in der Matrize verbleibt.

Obwohl in Fig. 1 lediglich die Bodenhälfte der Matrize dargestellt ist, stellt selbstverständlich die Kopfhälfte ein Spiegelbild der Bodenhälfte dar. Die beiden Hälften werden getrennt hergestellt und dann miteinander verbunden. Obgleich bei dieser Ausführungsform nur ein Einlass vorgesehen ist, können tatsächlich

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bei einer Matrize geeigneter Grosse mehrere Einlasse vorgesehen werden, denen die gewünschte Anzahl "n" an Auslässen zugeordnet sind. Die Zahl "n" kann in folgender Reihe ausgewählt werden 2-4-8-16-32-64 usw., d.h. 2^r.

Die.Ausführungsform der in Fig. 2 und 3 dargestellten Extrusionsmatrize umfasst im wesentlichen ein zylindrisches Teil 9, welches innerhalb einer daran angepassten Bohrung 10 eines Grundkörpers 11 angeordnet ist. Wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 ist ein Einlass 1 vorgesehen, dem acht Auslässe 3 zugeordnet sind. Der Fig. 1 entsprechende Teile dieser Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen» So wird der im Grundkörper 11 vorgesehene Einlass 1 in Arme 12 aufgeteilt, welche durch eine axial verlaufende Nut in der Oberfläche des zylindrischen Teils 9 gebildet werden. Durch das zylindrische Teil 9 verlaufen die Bohrungen 13, 14, die jeweils vom Ende der Nut 12 ausgehen. Der Einlass 1 mündet in der Mitte der Nut 12, so dass die beiden Arme gleich lang ausgebildet sind. Jeder Arm teilt sich in weitere Arme, die von axial verlaufenden Nuten 15 und 16 und Bohrungen 17, 18 gebildet werden, die durch das zylindrische Teil 9 verlaufen. Die Bohrungen 17 und 18 gehen von den jeweiligen Enden der Nut 15, 16 aus. Die Bohrungen 13 und 14 münden in der Mitte der Nuten 15 und 16 in diese. Diese weiteren Arme sind alle von gleicher Länge. Jeder weitere Arm teilt sich in Auslassarme auf, welche durch axial verlaufende Nuten 19, 20, 21, 22 in der Oberfläche des zylindrischen Teils 9 gebildet werden, die in Auslassborhungen 23 des Grundkörpers 11 münden, wobei diese Auslassbohrungen mit den Auslässen 3 in Verbindung stehen. Die Bohrungen 17 und 18 münden in der Mitte der Nuten 19, 20, 21 und 22 in diese. Alle Auslassarme sind von gleicher Länge. Entsprechend dieser Konstruktion werden gleiche Extrusionswege

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durch die Matrize vorgesehen, so dass das extrudierte bzw. das zu extrudierende Material, unabhängig vom Strömungsweg, für dieselbe Zeitperiode in der Matrize verbleibt.

Während die Ausführungsform gemäss Fig. 2 und 3 nur einen Einlass und acht Auslässe aufweist, so kann die Zahl der Auslässe durch die Verbindung der Nuten 19 bis 22 mit weiteren Oberflächennuten über weitere Bohrungen durch das zylindrische Teil 9 erhöht werden. Während ebenso der Einlass in Fig. 2 durch den Grundkörper 11 geführt ist, ist es vorstellbar, dass ein axial durch den zylindrischen Körper verlaufender Kanal, welcher mit der Mitte der Hut 12 in Verbindung steht, den Einlass der Matrize bilden könnte. Obwohl in Fig. 2 und 3 nur ein Einlass vorgesehen ist, kann die Zahl der Einlasse und die entsprechend darauf abgestimmte Zahl der Auslässe bei entsprechenden Abmessungen der Matrize erhöht werden.

Eine v/eitere Aus führungs form der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Auch hier sind mit der Fig. 1 gleiche Teile oder Kanäle mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Ausführungsform umfasst im wesentlichen vier ebene Platten 25, 26, 27 und 28, die mit ihren ebenen Flächen aneinanderliegen. Die obere Platte 25 weist einen Einlass 1 in Form einer Bohrung 29 auf. Diese Bohrung 29 mündet in die Mitte einer Nut 30, welche in der Unterseite der Platte 25 vorgesehen ist. Die Platte 26 ist mit zwei Bohrungen 31 versehen, welche mit den Endbereichen der Nut 30 ausgerichtet sind. Die Nut 30 und die Bohrungen 31 bilden Strömungswege, die den Strömungswegen 6, entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1, entsprechen. Jede Bohrung 31 mündet in die Mitte jeweils einer von zwei Nuten 32, die in der Unterseite der Platte 26 ausgebildet sind. Die Platte 27 hat vior Bohrungen 33, von denen jede mit jeweils einem Ende der Nut 3 2 ausgerichtet ist, wobei die durch die Nuten 32 und

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die Bohrungen 33 gebildeten Strömungswege den Strömungswegen 7 beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 entsprechen. Jede Bohrung 33 mündet in die Mitte einer der vier Nuten 34, die an der Unterseite der Platte 27 vorgesehen sind. Die Endbereiche der Nuten 34 sind mit acht Auslassbohrungen 35 ausgerichtet, die in der Platte 28 vorgesehen sind. Mit dieser Schichtmatrizenkonstruktion wird das gleiche Ziel verfolgt wie bei den Ausführungsformen gemäss Fig. 1 und 2, indem nämlich die verschiedenen Strömungswege durch die Matrize von gleicher Länge sind. Diese letztere Konstruktion zeichnet sich jedoch.durch eine besonders einfache Herstellung aus. Die Platten können entweder miteinander verklebt oder zusammengeklemmt sein. Nicht dargestellte Stifte und korrespondierende Löcher können in den aneinanderliegenden Flächen der Platten vorgesehen sein, um eine ausgerichtete Zuordnung der Platten zu gewährleisten. Sollte eine Veränderung der Zahl der Auslässe pro Einlass erforderlich sein, so können Platten einer geeigneten Zusammenstellung vorgesehen werden, indem beispielsweise Platten hinzugegeben oder weggenommen werden. Die Alidichtung zwischen den Platten stellt kein Problem dar, da ein sehr geringer Querschnittsbereich einem DRuck unterworfen wird, welcher die Platten auseinanderdrückt.

Um die gewünschten Bedingungen für das zu extrudierende Polymer zu schaffen, wird die zuvor beschriebene Matrize bei der Benutzung durch eine geeignete Strö,ungsmittelheizeinrichtung 24 erwärmt. Es können natürlich alternativ auch elektrische Heizeinrichtungen verwendet v/erden. Infolge der relativ grossen Dimensionen der Matrize wurden bei der Matrize gemäss Fig. 1 Schwierigkeiten dahingehend festgestellt, entlang der verschiedenen im extrudierten Materiell zur Verfügung stehenden Strömungswege auf der gewünschten konstanten Temperatur zu halten. Dieses Problem tritt jedoch nicht bot der Aus l'iihrungs form gemäss

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Fig. 2 und 3 auf, da diese Matrize eine kompakte Einheit bildet und daher relativ einfach auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur gehalten werden kann.

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Leerseite

Claims

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PAT K N TAN WÄr/riä

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . Dl PL-I N G. W. EITLE · D R. RER. NAT. K. HOFFMAN N · Dl PL. -ING. W. LEH M

DIPL.-ING. K. FUCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELI.ASTRA5SE 4 (3TERNHAUS) · D-8000 MO N CH EN 81 · TE LE FO N (OS?) 911007 . TELEX 05-29019 (PATH E)

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PLASTIZISERS LIMITED, DRIGIILINGTON, NEAR BRADFORD

ENGLAND

Extrusionsmatrize oder -verteilerkopf

PATENTANSPRÜCHE

1.) Extrusionsmatrize und/oder -verteilerkopf, gekennzeichnet durch einen Einlass (1) und eine gerade Zahl "n" von Auslassen (35, 3), die mit dem oder jedem Einlass (1) verbunden sind, wobei ein zwischen dem oder jedem Einlass (1) und den mit diesen verbundenen Auslassen (35, 3) verlaufende Strömungsweg (6, 7, 8; 12-23) n-1 mal derart abzweigend aufgeteilt ist, dass_ zwischen! dem oder jedem Einlass (1) und den mit diesen in Verbindung stehenden Auslassen (35, 3) gleiche Strömurigswege vorgesehen sind.

2. Extrusionsmatrize und/oder -verteilerkopf nach Anspruch 1,

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dadurch gekennzeichnet, 'dass der Verteilerkopf eine im wesentlichen rechtwinklige kastenförmige Gestalt hat, an deren einer Seitenfläche (2) ein Einlass (1) und an deren gegenüberliegender Seitenfläche (4) "n" Auslässe (3) vorgesehen sind, wobei der Verteilerkopf aus zwei ebenen Hälften besteht, in deren aneinanderliegenden Flächen der Verteilerkopfhalften gleiche, zwischen dem Einlass (1) und den Auslässen (3) verlaufende Strömungswege (6, 7, 8) vorgesehen sind.

Extrusionsmatrize und/oder -verteilerkopf nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkopf acht Auslässe (3) und einen Einlass (.1) aufweist, dass der vom Einlass (1) ausgehende Strömungsweg (5) in zwei Arme (6) aufgeteilt ist, wobei jeder Arm (6) wiederum in zwei weitere Arme (7) aufgeteilt ist, und dass jeder weitere Arm (7) in zwei Auslassarme (8) aufgeteilt ist, von denen jeder mit einem Auslass-'(3) in Verbindung steht.

Extrusionsmatrize und/oder -verteilerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 'dass der Verteilerkopf aus einem zylindrischen Teil (9) besteht, welches innerhalb einer an dieses angepasste Höhlung (10) festgelegt ist, die in einem Grundkörper (11) ausgebildet ist, dass im Grundkörper (11) ein Einlass (1) vorgesehen ist, welcher in die Aushöhlung (10) mündet, dass "η" Auslässe (3) die Aushöhlung (10) verlassen und dass der Einlass (1) und die Auslässe (3) verbindende Gtrömungswege durch Oberflächennuten (12, 15, 16, 19, 20, 21, 22) und Bohrungen (13, 14, 17, 18) gebildet werden, wobei die Bohrungen durch das zylindrische Teil (9) verlaufen und mit den Nuten (12, 15, 16, 19, 20, 21, 22) in Verbindung stehen.

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Extrusionsmatrize und/oder -verteilerkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Oberflächennuten (12, 15, 16, 19, 20, 21, 22) in der Oberfläche des zylindrischen Teils (9) ausgebildet sind und dass jede Bohrung (13, 14, 17, 18) von der Mitte einer Nut (12, 15, 16, 19, 20, 21, 22) zu einem Endbereich einer anderen Nut verlaufen.

Extrusionsmatrize und/oder -verteilerkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Oberflächennuten (12, 15, 16, 19, 20, 21, 22) in der Oberfläche der Aushöhung (10) im Grundkörper (11) vorgesehen sind, und dass jede Bohrung (13, 14, 17, 18) von der Mitte einer Nut (12, 15, 16, 19, 20, 21, 22) zu einem Endbereich einer anderen Nut verlaufen.

Extrusionsmatrize und/oder -verteilerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Verteilerkopf aus einer Anzahl von übereinander gelagerten ebenen Platten (25, 26, 27, 28) besteht, dass eine äussere Platte (25) eine diese durchlaufende Einlassbohrung (29) aufweist, wobei die andere Aussenplatte (28) diese durchlaufende "n" Auslassbohrungen (35) aufweist, dass die in der einen Aussenplatte (25) befindliche Einlassbohrung (29) zur Mitte einer Nut (30) führt, die in der Oberfläche der einen Aussenplatte (25) vorgesehen ist, welche näher zu der anderen Aussenplatte (28) liegt, dass zumindest eine Zwischenplatte (26, 27) zwischen den beiden Aussenplatten (25, 28) anyeorunet itst, wobei die öder jede Zwischenplatte (26, 27) mit Bohrungen (31, 32) und Nuten (32. 34), die bei der einen Aussenplatte (25) vorgesehen sind, und dass die Bohrungen (31, 33) und Nuten (32, 34) in der oder jeder Zwischenplatte (26, 27) Verbindungswege

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zwischen dem Einlass (29) und den Auslässen (35) bilden, wobei jede Bohrung (31, 33) mit der Mitte einer Nut (32, 34) und einem Endbereich einer anderen Nut in Verbindung steht.

8. Extrusionsmatrize und/oder -verteilerkopf nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass eine Heizeinrichtung (24) vorgesehen ist, um die Temperatur entlang der gesamten Länge der Strömungswege durch den Verteilerkopf im wesentlichen konstant zu halten.

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