DE3704698A1 - Coextrusionskopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Coextrusionskopf zur Herstellung einer aus wenigstens drei Schichten bestehen­ den Kunststoff-Schlauchstruktur, deren Außenschicht und Innenschicht aus einem thermisch empfindlichen Material be­ stehen, zwischen denen entweder eine weitere Schicht aus diesem Material als Mittelschicht oder andere Schichten, z.B. eine mittige Sperrschicht mit beidseitigen Haftschich­ ten angeordnet ist.

In der Kunststoff-Blasformtechnologie gehören mehr­ schichtige Schlauchstrukturen, deren Aufbau dem Verwendungs­ zweck des herzustellenden Gegenstandes angepaßt ist, seit einiger Zeit zum Stand der Technik. Diese mehrschichtigen Schlauchstrukturen werden in Coextrusionsköpfen hergestellt, in denen zunächst die einzelnen Schläuche der herzustellen­ den Schlauchstruktur ausgebildet und dann zusammengeführt werden, bevor die fertige Schlauchstruktur durch eine Düse den Coextrusionskopf verläßt.

In den bisher bekannten Coextrusionsköpfen werden nur thermisch stabile Kunststoffschmelzen, wie z.B. PP und PE sowie gegebenenfalls zugehörige Haft- und Sperrschichten verarbeitet, wobei diese thermisch stabilen Schmelzen von der Seite her in den Extrusionskopf eingebracht und auf sog. "Herzkurven" mit einseitig offenen Kanälen auf Pinolen bzw. Verteilerhülsen verteilt und zu Schläuchen geformt werden. Zur Verarbeitung von thermisch empfindlichen Kunststoffma­ terialien sind diese bekannten Coextrusionsköpfe nicht ge­ eignet, da solches Material im Übergangsbereich des offenen Kanals zum benachbarten Bauteil stagnieren und sich durch Wärmeeinfluß innerhalb kurzer Zeit zersetzen würde. Um aus einem solchen Kunststoff einen Schlauch zu erzeugen, muß dieser axial gegen einen Dorn geführt werden, der den Strang zu dem gewünschten Schlauch verteilt.

Zu den thermisch empfindlichen Materialien gehört insbesondere das physiologisch unbedenkliche Hart-PVC, aber z.B. auch PVDC und PET. Auch EVAL, das für die Coextrusion bevorzugt als Sperrschicht eingesetzt wird, gehört eigent­ lich zu dieser Gruppe. Es kann in bekannten Coextrusions­ köpfen nur dann ohne Schwierigkeiten verarbeitet werden, wenn es eine sehr dünne innen liegende Schicht bildet, die im Kopf nicht mit heißen Wänden in Berührung gelangt, wie das bei der Verarbeitung als Sperrschicht meist der Fall ist. Da Hart-PVC ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel ist, wird zur Vereinfachung der Darstellung nachfolgend nur hier­ auf Bezug genommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrun­ de, einen Coextrusionskopf anzugeben, mit dem thermisch in­ stabiles, empfindliches Material, insbesondere Hart-PVC, auch mehrschichtig allein oder zusammen mit anderem Material verarbeitet werden kann, mit dem also z.B. entweder eine aus drei Hart-PVC-Schichten bestehende Schlauchstruktur oder eine solche herstellbar ist, deren Außenschicht und Innenschicht aus Hart-PVC besteht, wobei zwischen diesen Trägerschichten weitere Schichten, insbesondere eine Sperr­ schicht mit beidseitigen Haftvermittlerschichten angeordnet sein sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Coextrusionskopf wird ein Hart-PVC-Strang in einem zentralen Kanal von oben in den Coextrusionskopf eingespeist und auf einem Dorn zu einem Schlauch geformt, der wenigstens die Außenschicht der her­ zustellenden Schlauchstruktur bildet. Ein weiterer Material­ strang wird seitlich dem Coextrusionskopf zugeführt und tritt durch einen Kanal bis innerhalb des Außenschicht­ schlauches und, ohne dessen Ausbildung zu beeinträchtigen, in den Kopf ein, der eine Stegbrücke im Dornhalter durch­ setzt. Hier kann der eingeführte Materialstrang auf geeig­ nete Weise verteilt und zu einem oder mehreren Schläuchen geformt werden, der bzw. die dann mit dem Außenschicht- Schlauch zusammengeführt wird bzw. werden.

Wenn die herzustellende Schlauchstruktur aus mehreren Hart-PVC-Schichten besteht, können sowohl der Materialstrang für die Mittelschicht als auch derjenige für die Innen­ schicht in seitlichen Kanälen in den Coextrusionskopf ein­ gespeist werden. Die Ausbildung wird dann vorteilhafterweise so getroffen, daß der Kanal für den Materialstrang der Mit­ telschicht durch eine im oberen Bereich des oberen Dornes diesen haltende Stegbrücke zur Kopfmitte führt, wo der Strang von einem mittleren Dorn zu einem Schlauch geformt wird, während der Kanal für den Materialstrang der Innen­ schicht durch eine zweite Stegbrücke, die im oberen Bereich des mittleren Dornes beide dort vorhandenen Schläuche über­ brückt, zur Kopfmitte führt, wo dieser Strang von einem un­ teren Dorn zu dem Innenschicht-Schlauch geformt wird. Alle drei Schläuche werden dabei koaxial zueinander ausgebildet.

Wenn nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung der obere und der mittlere Dorn jeweils hülsenförmige, nach unten sich erweiternde Verlängerungen aufweisen, können die drei Schläuche räumlich voneinander getrennt und damit voll­ kommen störungsfrei ausgebildet werden, bis sie im Düsenein­ trittsbereich vereinigt werden. In der Regel bestehen in einem solchen Falle die drei Schläuche aus unterschiedlichen PVC-Materialien, z.B. dasjenige der Außenschicht aus einem naturglasklaren, das der Mittelschicht aus einem perlmutt­ farbenen und das der Innenschicht aus einem Hart-PVC enthal­ tenden Regenerat.

Wenn der erfindungsgemäße Coextrusionskopf neben Hart-PVC-Schichten auch solche aus anderen, thermisch sta­ bilen Kunststoffen, z.B. eine aus fünf Schichten bestehende Schlauchstruktur mit einer mittigen Sperrschicht und beid­ seitigen Haftschichten ausbilden soll, wird mit großem Vor­ teil vorgeschlagen, daß der obere Dorn auf einem mit einem umlaufenden Mittelring verbundenen Dornhalter befestigt ist, wobei der Mittelring eine ringförmige, im Querschnitt dach­ förmige Abdeckung trägt. Diese ringförmige Abdeckung spaltet den am oberen Dorn ausgebildeten Schlauch in zwei konzen­ trische Schläuche auf, die die Hart-PVC-Innenschicht und die Hart-PVC-Außenschicht der herzustellenden Schlauchstruk­ tur bilden.

Um die Materialstränge für die Schichten aus anderem Material, z.B. die Sperrschicht und die Haftschichten zwi­ schen die beiden Hart-PVC-Schläuche einzuführen, ohne die Ausbildung derselben zu beeinträchtigen, sollten zwei seit­ liche Kanäle durch Stege in dem den Dorn mit dem Gehäuse des Coextrusionskopfes verbindenden Dornhalter hindurch in den Zwischenraum zwischen den beiden konzentrischen Schläu­ chen führen. Um dort den dünnen Sperrschichtschlauch und die beiden ebenfalls dünnen Haftschichtschläuche auszubil­ den, wird mit großem Vorteil vorgeschlagen, daß der radial innere Bereich des Dornhalters in Richtung der Unterseite des Kopfes verlängert ist und daß in diesem verlängerten Ringabschnitt ein Verteilerkanal in Form einer Herzkurve zur Ausbildung des inneren Haftschicht-Schlauches eingefräst ist. Auf diesen verlängerten Ringabschnitt wird ein aus drei Hülsen bestehendes Hülsenpaket aufgeschoben, wobei die in­ nere und die mittlere Hülse je einen in ihrer Außenfläche eingefrästen Verteilerkanal, wiederum in Form einer Herz­ kurve, aufweisen und der Verteilerkanal der inneren Hülse der Ausbildung des Sperrschicht-Schlauches und der Vertei­ lerkanal der mittleren Hülse der Ausbildung des äußeren Haftschicht-Schlauches dienen. Die äußere Hülse deckt dabei die mittlere Hülse ab und dient gleichzeitig als innere Be­ grenzung für den Außenschicht-Schlauch.

Die beiden seitlichen Kanäle sollten sich zunächst etwa waagerecht ins Innere des Coextrusionskopfes erstrecken und etwa in der Mitte des Dornhalters senkrecht umgelenkt werden, so daß ihr Achsen in der Berührungsfläche der inne­ ren und der mittleren Hülse liegen. Der untere Endabschnitt des den Materialstrang für die Haftschichten führenden Ka­ nals ist so verzweigt, daß die Verzweigungen in die zugehö­ rigen Verteilerkanäle einmünden, während der den Material­ strang für die Sperrschicht führende Kanal direkt in den zugehörigen Verteilerkanal einmündet.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird das Hart-PVC durch einen Extruder zunächst als Vollstrang oben in den Coextrusionskopf eingespeist und strömt zentral ge­ gen den oberen Dorn, durch den ein Schlauch erzeugt wird, der auf die Spitze des dachförmigen Ringes auftrifft und in zwei konzentrische Schläuche aufgespalten wird. Zwischen diesen beiden Schläuchen werden in Verteilerkanälen in Form von Herzkurven Schläuche aus den seitlich zugeführten Mate­ rialsträngen für die Sperrschicht und die Haftschichten aus­ gebildet. Im unteren Bereich des Hülsenpaketes werden diese innenliegenden Schichten mit den äußeren PVC-Schichten ver­ einigt und als aus fünf Schichten bestehende Schlauchstruk­ tur aus dem Coextrusionskopf ausgeführt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Er­ findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeich­ nung. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Coextrusionskopf;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Coextrusionskopfes;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2.

Im Zentrum des Gehäuses 1 des in Fig. 1 dargestellten Coextrusionskopfes sind drei Dorne 2,3 und 4 derart über­ einander angeordnet, daß ihre Längsachsen mit der Länssachse des Gehäuses zusammenfallen. Die drei Dorne sind im Gehäuse durch Dornhalter in Form von zwischen sich das Kunststoff­ material durchfließen lassenden Stegbrücken gehalten. Dabei ist der obere Dorn 2 über eine obere Stegbrücke 5 und eine mittlere Stegbrücke 6 in dem Gehäuse 1 gehalten, während der mittlere Dorn 3 über eine mittlere Stegbrücke 7 in dem obe­ ren Dorn 1 und der untere Dorn 4 über eine untere Stegbrücke 8 in dem mittleren Dorn 3 gehalten sind.

Zur Ausbildung einer aus drei Hart-PVC-Schichten be­ stehenden Schlauchstruktur wird das Material für die Außen­ schicht in einen zentralen Kanal 9 oben in den Coextrusions­ kopf eingespeist und trifft als Materialstrang auf den Spit­ zenkegel des oberen Dorns 2 auf, wodurch es zu einem Schlauch geformt wird. Das Material für die Mittelschicht wird durch einen seitlichen Kanal 10 eingebracht, der durch die Steg­ brücke 5 zum Zentrum des Extrusionskopfes führt, wo der Ka­ nal 10 vertikal nach unten umgelenkt wird. Hier trifft der Materialstrang auf den Spitzenkegel des mittleren Dorns 3 und erhält seine Schlauchform.

Das Material für die Innenschicht wird durch einen um 180° versetzt angeordneten seitlichen Kanal 11 durch die beiden Stegbrücken 6 und 7 ins Zentrum des Kopfes geführt, wo der Materialstrang vertikal nach unten umgelenkt wird und senkrecht von oben auf den unteren Dorn 4 auftrifft, der den Innenschicht-Schlauch formt.

Der obere Dorn 2 und der mittlere Dorn 3 weisen hül­ senförmige Verlängerungen 12 und 13 auf, die bei dem darge­ gestellten Beispiel sich zunächst nach unten erweitern und in Düsennähe im Durchmesser wieder verringern. Sie erstrecken sich bis in die Nähe des Düseneintrittsbereichs 14, so daß die drei Schläuche bis dahin getrennt geführt werden und sich ungehindert ausbilden können. Die schräg einwärts in Richtung auf die Hülsenachsen verlaufenden Enden 12′ und 13′ der hülsenförmigen Verlängerungen führen die Schichten im Düseneintrittsbereich 14 zusammen. Der die gleichmäßige Aus­ bildung der Schläuche beeinträchtigende Einfluß der Steg­ brücken ist auf die unmittelbare Umgebung der die Brücken bildenden Haltestege beschränkt und im Bereich der Vereini­ gung der Schläuche behoben.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Coextrusionskopf wird wiederum ein Hart-PVC-Strang in einen oberen, an einen nicht dargestellten Extruder anschließenden zentralen Kanal 15 eingeführt, wo der Strang auf einen oberen Dornteil 16 trifft, der einen Hart-PVC-Schlauch ausbildet. Dieser Hart- PVC-Schlauch trifft dann auf eine ringförmige, im Quer­ schnitt dachförmige Abdeckung 17, die auf einem, den Dorn im Gehäuse haltenden Dornhalter 18 sitzt, durch dessen zen­ tralen Nabenteil der den oberen Dornteil 16 und den unteren Dornteil 19 verbindende Bolzen 20 hindurchgeht. Die dach­ förmige Abdeckung 17 teilt den Schlauch in einen Außen­ schicht- und einen Innenschicht-Schlauch auf.

Wie aus den Fig. 1 und 3 zu ersehen ist, ist die innere Nabe 21 des Dornhalters 18 über Stege 22 mit seinem mittleren Teil 18′ verbunden, der seinerseits über Stege 23 den mittleren Teil mit dem Außenring 18′′ verbindet. Der kom­ plette Dornhalter 18 ist in einer Ausnehmung des Gehäuses 24 des Coextrusionskopfes gehalten.

Ein seitlicher Kanal 25 zur regelmäßig aus einem Ex­ truder kommenden Zufuhr des Materialstranges für eine Innen­ schicht, z.B. die Haftschicht, und ein um 180° versetzt an­ geordneter Kanal 26 zur Zufuhr des Materialstranges für eine weitere Innenschicht, z.B. die Sperrschicht, erstrecken sich waagerecht durch die äußeren Stege 23 und werden vertikal nach unten umgelenkt, um in Verteilerkanäle 27, 28 und 28 einzumünden.

Der Dornhalter 18 weist an seiner Unterseite einen verlängerten Ringabschnitt 30 auf, in den der Verteilerkanal 28 in Form einer Herzkurve eingefräst ist. Auf diesen Ring­ abschnitt 30 sind drei konzentrisch angeordnete Hülsen 31, 32 und 33 aufgeschoben, wobei in die Außenflächen der Hülsen 31 und 32 die Verteilerkanäle 29 und 27 eingefräst sind. Die äußere Hülse 33 deckt die mittlere Hülse 32 ab und dient außerdem dazu, den Außenschicht-Schlauch zu führen. Die Hül­ sen 31 bis 33 sind über Schrauben an dem Ringabschnitt 30 befestigt.

Der Kanal 25 verzweigt sich im Bereich der inneren und der mittleren Hülse 31, 32 und mündet in die Verteiler­ kanäle 27, 28 ein, wie auch aus Fig. 4 zu ersehen ist. Der seitliche Kanal 26 mündet in den Verteilerkanal 29 ein.

Die auf diese Weise ausgebildeten Schläuche werden an einer gemeinsamen Einmündung 34 zusammengeführt und ver­ einigt, wo die Sperrschicht und die beiden Haftschichten zwischen die beiden Hart-PVC-Schichten aufgenommen werden, bevor die Schlauchstruktur durch die Düse 35 aus dem Coex­ trusionskopf austritt.

Claims (13)

1. Coextrusionskopf zur Herstellung einer aus wenig­ stens drei Schichten bestehenden Kunststoff-Schlauchstruk­ tur, deren Außenschicht und Innenschicht aus einem ther­ misch empfindlichen Material, z.B. Hart-PVC bestehen, zwi­ schen denen entweder eine weitere Schicht aus diesem Mate­ rial als Mittelschicht oder eine oder mehrere Schichten anderen Materials, wie Sperrschicht und Haftvermittler­ scnichten, angeordnet sind, dadurch gekennzeich­ net, daß ein wenigstens die Außenschicht bildender erster Materialstrang in einen zentralen Kanal (9, 15) oben in den Coextrusionskopf eingespeist und auf einem oberen Dorn (2, 16) zu einem Schlauch geformt wird und daß wenig­ stens ein weiterer Materialstrang für wenigstens eine wei­ tere Schicht in einem seitlichen Kanal (10, 11, 25, 26) in den Kopf eingespeist und durch eine Stegbrücke (5, 6, 7, 23) in einem Dornhalter ins Innere des Außenschicht-Schlauches ge­ führt wird.

2. Coextrusionskopf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sowohl der Materialstrang für die Mittelschicht als auch der Materialstrang für die In­ nenschicht in seitlichen Kanälen (10, 11) in den Kopf einge­ speist werden.

3. Coextrusionskopf nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kanal (10) für den Material­ strang der Mittelschicht durch eine erste, im oberen Be­ reich des oberen Dornes (2) mit diesem verbundene Steg­ brücke (5) zur Kopfmitte führt, wo der Strang von einem mittleren Dorn (3) zu einem Schlauch geformt wird, und daß der Kanal (11) für den Materialstrang der Innenschicht durch zwei weitere Stegbrücken (6, 7) die die beiden Schläu­ che überbrücken und im oberen Bereich des mittleren Dornes (3) angeordnet sind, zur Kopfmitte führt, wo der Strang von einem unteren Dorn (4) zu einem Schlauch geformt wird.

4. Coextrusionskopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden seitlichen Kanäle (10, 11) um 180° versetzt angeordnet sind.

5. Coextrusionskopf nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und der mittlere Dorn (2, 3) hülsenförmige Verlängerungen (12, 13) aufweisen, die die Schläuche im Düseneintrittsbereich (14) zusammenfünren.

6. Coextrusionskopf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Dornhalter (18) eine obere ringförmige, im Querschnitt dachförmige Abdeckung (17) auf­ weist, die den Schlauch in zwei konzentrische Schläuche aufspaltet, die die Innenschicht und die Außenschicht der herzustellenden Schlauchstruktur bilden.

7. Coextrusionskopf nach dem Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß äußere Stege (23) den mittleren Teil (18′) des Dornhalters (18) mit seinem, den Dorn (16, 19) in dem Gehäuse (24) des Coextrusionskopfes haltenden Außen­ ring (18′′) verbinden und daß sich zwei seitliche Kanäle (25, 26), die die Materialstränge für die Innenschichten, z.B. Sperrschicht und Haftschichten zuführen, durch die Stege (23) in den Zwischenraum zwischen den beiden konzen­ trischen Schläuchen erstrecken.

8. Coextrusionskopf nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der radial innere Bereich des Dornhalters (18) in Richtung der Unterseite des Extrusions­ kopfes verlängert ist und daß in den verlängerten Ringab­ schnitt (30) ein Verteilerkanal (28) in Form einer Herz­ kurve zur Ausbildung einer inneren Schicht, z.B. eines Haft­ vermittlerschicht-Schlauches eingeformt ist.

9. Coextrusionskopf nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf den verlängerten Ringab­ schnitt (30) ein aus drei Hülsen (31, 32, 33) bestehendes Hülsenpaket aufgeschoben ist, wobei die innere und die mitt­ lere Hülse (31, 32) je einen in ihre Außenfläche eingeform­ ten Verteilerkanal (29, 27) in Form einer Herzkurve aufwei­ sen und der Verteilerkanal (29) der inneren Hülse (31) der Ausbildung eines Sperrschicht-Schlauches und der Verteiler­ kanal (27) der mittleren Hülse (32) der Ausbildung eines äußeren Haftvermittlerschicht-Schlauches dienen.

10. Coextrusionskopf nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet , daß die äußere Hülse (33) die mitt­ lere Hülse (32) abdeckt und gleichzeitig die innere Begren­ zung für den Außenschicht-Schlauch bildet.

11. Coextrusionskopf nach einem der Ansprüche 1 und 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden seitlichen Zufuhrkanäle (25, 26) sich von außen nach innen zunächst horizontal erstrecken und etwa in der Mitte des Dornhalters (18) senkrecht umgelenkt werden, derart, daß ihre Achsen in der Berührungsfläche der inneren und der mittleren Hülse (31, 32) liegen.

12. Coextrusionskopf nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden seitlichen Zufuhrka­ näle (25, 26) um 180° versetzt zueinander angeordnet sind.

13. Coextrusionskopf nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich der untere Endabschnitt des den Materialstrang für die Haftvermittler­ schichten führenden Kanals (25) so verzweigt, daß die Ver­ zweigungen in die Verteilerkanäle (27, 28) einmünden, während der den Materialstrang für die Sperrschicht führende Kanal (26) in den Verteilerkanal (29) einmündet.