DE3718036A1 - Verfahren und vorrichtung zum extrudieren grossdimensionaler gegenstaende - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum extrudieren grossdimensionaler gegenstaendeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren,
durch welches thermoplastische Gegenstände, wie
Stoßdämpfer, Schutzabdeckungen oder andere Gegenstände
aus Polyäthylen mit großen Querschnittsdimensionen
durch ein mehr oder weniger kontinuierliches Extrudier
verfahren hergestellt werden können, anstatt durch
einzelnes oder satzweises Gießen. Ferner erlaubt das
Verfahren das Extrudieren von großen Querschnittsdimen
sionen ohne strukturelle Defekte und innere Hohlräume,
die sonst aufgrund des Schrumpfens beim Abkühlen
auftreten.
Obwohl die Entwicklung von Kunststoffen sich hauptsäch
lich auf die Herstellung kleiner Gegenstände konzen
triert hat, hat man erkannt, daß großdimensionale
Elastomere und thermoplastische Materialien gut ge
eignet sind, herkömmliche Materialien wie Metall, Holz
oder Gummi zu ersetzen.
Ein Beispiel ist die zunehmende Verwendung von flexib
len Polyäthylenfendern oder Schutzabdeckungen anstelle
von Holzbalken in Hafenanlagen wie Kais, Piers oder
Pontons, und an den Seiten der Schiffe, um dem Abrieb
beim Berühren zwischen Docks und Schiffen zu widerste
hen, und auch bei anderen Einrichtungen, welche sich in
Abhängigkeit von der Gezeitenbewegung und der Wel
lenbewegung bewegen.
Während Holzbalken dazu neigen, zu verrotten oder zu
splittern und deswegen häufig ausgetauscht oder repa
riert werden müssen, hat sich herausgestellt, daß
Fender aus flexiblem Polyäthylen, die mit Bolzen an den
Hafeneinrichtungen befestigt sind, weitaus besser sind.
Sie weisen eine hohe Stoßwiderstandsfähigkeit, einen
geringen Reibungskoeffizienten bei der relativen
Bewegung des Schiffes oder dergleichen, einen starken
Abriebwiderstand, Flexibilität, hohen chemischen und
klimatischen Widerstand und eine geringe Adhäsion zum
Eis auf. Hinzu kommt, daß das Material homogen und
leicht zu verarbeiten ist und relativ geringe Wartungs
kosten verursacht.
Bisher wurden thermoplastische Gegenstände großer
Querschnittsdimensionen, wie Polyäthylengleitfender,
hergestellt, indem geschmolzenes Polyäthylen in eine
Form von geeigneten Dimensionen gebracht wurde, wo man
es auskühlen und härten ließ. Dieses Verfahren ist
langsam und arbeitsintensiv, da die Gegenstände einzeln
in einer Reihe von Formen hergestellt wurden, Zeit zum
Abkühlen erforderlich war und die Gegenstände einzeln
entfernt werden mußten. Ferner hatten diese Gegenstände
eine feste und begrenzte Länge, die durch die Größe der
Form bestimmt war.
Bisher hat man geglaubt, daß Extrusionsverfahren nicht
für die Herstellung großdimensionaler Gegenstände wie
Gleitfender oder Schutzabdeckungen geeignet seien, weil
beim Schrumpfen des geschmolzenen Polyäthylens im
Inneren des Gegenstandes (nachdem der äußere Abschnitt
abgekühlt und verfestigt war) Hohlräume oder Lunker
aufzutreten pflegten, welche zu einer strukturellen
Schwäche und einem Mangel an Homogenität führten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfah
ren zur Herstellung solcher großdimensionaler Artikel,
wie Gleitfender aus Polyäthylen und dergleichen, durch
ein kontinuierliches Extrudierverfahren herzustellen.
Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
Produktionsgeschwindigkeiten zu erhöhen, die erforder
liche menschliche Arbeitskraft zu verringern, und
Gegenstände von beliebiger gewünschter Länge
herzustellen.
Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Herstellung großdimensionaler Gegenstände
durch das vorteilhafte Verfahren kontinuierlichen
Extrudierens zu schaffen, ohne dabei die Nachteile
interner Hohlräume oder Lunker oder dimensionaler
Diskrepanzen hervorzurufen.
Diese Aufgaben und weitere Vorteile werden gemäß der
vorliegenden Erfindung gelöst bzw. erreicht, bei
welcher thermoplastische Gegenstände großer Quer
schnittsdimensionen für die Verwendung solcher Ge
genstände als Fender oder Schutzabdeckungen erzeugt
werden, durch ein Verfahren, welches die Schritte des
Extrudierens eines ersten Stromes von geschmolzenem
thermoplastischem Material durch ein Mundstück umfaßt,
um ein Hohlprofil zu formen, welches in einem Kali
briermantel gekühlt wird, und durch Zuführen eines
zweiten Stromes von geschmolzenem thermoplastischem
Material in den Hohlraum, unter Druck und an einem
Punkt nahe dem stromabwärtigen Ende des Kühlmantels, um
so irgendwelche Hohlräume auszufüllen, die aufgrund des
Schrumpfens beim Kühlen entstanden sein können.
Überschüssiges geschmolzenes Material kann unter Druck
unter Aufbauchung des Hohlprofils injiziert werden, wo
es den Kalibriermantel verläßt. Der zweite Strom aus
geschmolzenem Kunststoff kann durch eine zweite Extru
derschraube geliefert werden, welche unabhängig von der
ersten betätigt wird.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausfüh
rungsbeispiels und in Verbindung mit der Beschreibung
näher bezeichnet; im einzelnen zeigen:
Fig. 1 die Anordnung eines Polyäthylengleitfenders
an der Seites eines Kais oder eines ähnli
chen Aufbaus;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Gleitfen
ders, der mit Schrauben an einem in Fig. 1
dargestellten Betonkai befestigt ist;
Fig. 3 einen Querschnitt durch die erfindungs
gemäße Vorrichtung zur Veranschaulichung
des Verfahrens zur Herstellung solcher
Gegenstände durch kontinuierliches
Extrudieren.
Die Fig. 1 zeigt einen typischen Betonquai, an dessen
Seiten eine Reihe von Fendern 4 befestigt sind, die so
ausgelegt sind, daß sie den Gleitkontakt zwischen dem
Kai und den Schiffen oder Booten aufnehmen, welche sich
entsprechend den Gezeiten oder den Wellen bewegen.
Flexible Polyäthylenfender sind für diesen Zweck
geeignet, weil sie, obwohl sie ursprünglich nicht als
Stoßdämpfer gedacht waren, erhebliche Stöße absorbieren
können; noch wichtiger ist jedoch, daß sie einen
relativ niedrigen Reibungskontakt zwischen sich bewe
genden Körpern aufweisen, im Gegensatz zu Gummi.
Gegenüber Holz haben sie den Vorteil, daß sie nicht
verrotten oder splittern und keine strukturellen
Defekte aufweisen.
In Fig. 2 sieht man, wie die Fender 4 mit Schrauben 6,
die durch den Körper des Fenders hindurchdringen und im
Beton des Kais verankert sind, an diesem befestigt
sind. Polyäthylen kann leicht mit Bohrern oder anderen
Werkzeugen bearbeitet werden, und deswegen ist es
einfach, die Löcher 8 anzubringen, welche die Bolzen
aufnehmen, und welche vorzugsweise vergrößerte Bohrun
gen 10 aufweisen, die ein Versenken der Bolzen ermögli
chen, so daß letztere nicht mit dem sich bewegenden
Körper des Bootes oder des Schiffes in Berührung
kommen. Solche Fender sind üblicherweise 100 bis 300 mm
breit (parallel zu der Seite des Kais) und etwa 20 bis
200 mm dick (senkrecht zu dem Kai).
Hafeninstallationen sind entsprechend der Auslegung des
Hafens und der verschiedenen Bedürfnisse sehr
unterschiedlich. Es ist deshalb wünschenswert, daß
solche Fender mit einer großen Vielzahl unterschiedli
cher Längen hergestellt werden können. Zu diesem Zweck
und auch zur Erhöhung der Effizienz und der Ökonomie
der Herstellung ist es erwünscht, solche Fender in
kontinuierlicher Länge durch ein kontinuierliches
Extrudierverfahren herzustellen.
Die Fig. 3 zeigt eine bildliche Darstellung des Verfah
rens der vorliegenden Erfindung, durch welches solche
großvolumigen Gegenstände großer Querschnittsfläche
ohne Defekte ihrer Dimensionen oder der internen
Struktur hergestellt werden können.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
umfaßt die Vorrichtung einen ersten Trichter 30, in den
das Rohmaterial des herzustellenden Produktes, z.B.
Polyäthylen mittlerer Dichte eingeführt wird, vorzugs
weise als Granulat oder ähnliche Teile kleiner Größe,
und von dem sie in eine Förderschraube fallen, wo das
Material plastifiziert und durch die Zonen 1, 2, 3, 4
und 5 nach herkömmlicher Extrudiertechnik hindurchge
trieben werden. Während dieses Verfahrens wird die
Temperatur des Kunststoffs von etwa 120°C bei der Zone
1 auf etwa 150°C in der Zone 5 erhöht. Bei 34 tritt der
geschmolzene Strom in das Mundstück, welches durch den
äußeren Mantel 36 und den inneren Kern 38 gebildet ist,
wodurch ein Hohlprofil erzeugt wird, welches, im Falle
eines Fenders, idealerweise rechtwinklig ist, und
welches an dem Ausgang des Mundstückes bei 40 austritt.
Das Hohlprofil bewegt sich dann längs der Länge des
Kühlmantels 42, welcher in die gewünschte endgültige
Konfiguration des Endproduktes geformt ist, und es wird
durch Aufsprühen oder durch Zirkulieren des Wassers,
wie bei 44 schematisch dargestellt ist, gekühlt. Der
Kühlmantel 42 dient zum Kühlen des geschmolzenen
Polyäthylens in einen festen oder halbfesten Zustand
und bildet in diesem die gewünschte äußere Form. Um
dieses Verfahren zu unterstützen, wird durch ein Rohr
46 Druckluft von einer geeigneten Quelle unter einem
Druck von etwa 16 Kilopascal zu dem Auslaß an der
Stirnseite des Mundstückkerns 48 geführt, welches sich
zu dem Inneren des hohlen Kunststoffprofils öffnet. Auf
diese Weise wird das Hohlprofil durch den Luftdruck
gegen die Seiten des Kühlmantels 42 gedrückt, um zu
gewährleisten, daß der Kunststoff in dichtem Kontakt
mit der kühlenden Oberfläche des Mantels gehalten wird
und daß er in der gewünschten Form gehalten wird, die
durch die Konfiguration des Mantels bestimmt ist.
Gleichzeitig wird eine zweite Quelle desselben Rohmate
rials (z.B. Polyäthylen) in den Trichter 50 eingeführt
und durch eine zweite Förderschraube 52 durch Zonen 1,
2, 3, 4 und 5 gefördert. Wie bei dem Hauptextruder
bewirkt dies eine Plastifizierung und ein Schmelzen des
Kunststoffes und eine Temperaturerhöhung von etwa 120°C
auf etwa 150°C bei der Zone 5.
Der zweite Strom aus geschmolzenem Kunststoff wird von
der Zone 5 durch eine interne Leitung 54 in das Zentrum
des Extrudiermundstückkerns 38 geführt und gelangt zu
der Vorderseite des Mundstücks in ein zentrales Rohr
56, welches axial durch das Zentrum des Kühlmantels
innerhalb des hohlen Kunststoffprofils verläuft und bei
58 nahe dem Ende des Kühlmantels endet, wo das Profil
material austritt.
Auf diese Weise wird ein zweiter Strom aus thermopla
stischem Material unter Druck in die Länge des Hohlpro
fils hineingezwungen, ohne jedoch derselben Kühlwirkung
des Mantels 42 ausgesetzt zu sein, und er wird bei 58
unter Druck in das Innere des Hohlprofils gepreßt. An
dieser Stelle wird er dem kühleren äußeren Profil
ausgesetzt und beginnt sich zu verfestigen. Die Kühlung
findet jedoch im Inneren des Keiles oder Kegels des
abkühlenden Kunststoffes langsamer statt, wie man bei
60 sieht, und der Keil oder Kegel bewegt sich relativ
rückwärts, während das extrudierte Material durch die
Abnahmewalzen bei 62 vorwärts bewegt wird. Wie man in
der Figur sieht, hat sich der gesamte Querschnitt
verfestigt, wenn das Material die Walzen 62 erreicht.
Bei 64 ist eine Säge dargestellt, durch welche das
kontinuierliche Extrudierprodukt in Standardlängen
beliebiger gewünschter Länge zerteilt werden kann,
welche entsprechend der besonderen Verwendungsform
erwünscht sind.
Da es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die
Lunker oder Hohlräume und auch die dimensionalen
Veränderungen und Mängel zu beheben, die beim Kühlen
und dabei beim Schrumpfen auftreten, liefert der zweite
Extruder 52 bei 58 geschmolzenen Kunststoff in den
Innenraum des Profils, unter erhöhtem Druck, um sicher
zustellen, daß irgendwelche möglichen Fehlräume, die
sich aufgrund des Schrumpfens zu entwickeln pflegen,
durch Zusatz von weiterem geschmolzenem Material
ausgekühlt werden.
Da das geschmolzene Material etwa dort injiziert wird,
wo das Profil den Kühl- und Formungsmantel 52 verläßt,
wird das äußere Hohlprofil, welches sich verfestigt
hat, aber noch eine gewisse Flexibilität aufweist,
durch Bauchbildung bei 66 expandiert, um so etwas mehr
Materialvolumen aufzunehmen, als eigentlich möglich
oder erwünscht ist. Dieser Aufbauchungseffekt ermög
licht die Tendenz des thermoplastischen Materials, sich
beim Kühlen zusammenzuziehen oder zu schrumpfen, und
erlaubt eine derartige Schrumpfung, ohne daß Hohlräume
entstehen können, während gleichzeitig das Profil in
seine gewünschte und nominelle Form und Dimension
zurückgeführt wird, wie sie durch den Mantel 42 defi
niert ist. Durch Steuern der Temperatur und der Ge
schwindigkeit der Förderschraube 52 kann die gewünschte
Materialmenge und der gewünschte Druck in der Zone 66
erzielt werden, so daß eine geeignete Form erzeugt
wird, ohne Schrumpfverluste, Hohlräume oder fehlerhafte
Dimensionen.
Durch Verwendung eines zweiten Extruders ist es
möglich, die Injektion von hinreichend geschmolzenem
und fluidem Material in die Zone zu gewährleisten, wo
die Kühlung und die Schrumpfung stattfindet, und dieser
sekundäre Fluß kann unabhängig bei der Produktionsrate
des Hauptextruders kontrolliert werden. Ferner liefert
die durch die Leitung 46 eingeführte Druckluft eine
weitere Unterstützung dabei, das geschmolzene Material
in die Verfestigungszone bei 60 zu drängen.
Während beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel an
einen gleichförmigen Querschnitt gedacht ist, der durch
das gleiche Material gebildet ist, das in beiden
Strömen eingeführt wird, ist es durchaus möglich, zwei
verschiedene Materialien zu verwenden, um ein Produkt
zu erzeugen, welches z.B. einen starren zentralen Kern
mit einer weichen Außenschale umfaßt, oder alternativ
eine äußere Schale mit sehr hoher Abriebfestigkeit und
mit einem weichen, elastischen inneren Kern.
Im folgenden wird ein Beispiel durch die folgenden
Daten bei der experimentellen Herstellung erläutert:
Produkt - Gleitfender
Rechtwinkliger Querschnitt - 300 mm × 200 mm
Rohmaterial: Polyäthylen niedriger Dichte (schwarz), Schmelzindex 0,3
Rechtwinkliger Querschnitt - 300 mm × 200 mm
Rohmaterial: Polyäthylen niedriger Dichte (schwarz), Schmelzindex 0,3
Hauptextruder: Bandera 120 mm Durchmesser, Typ - 24D
Temperaturtafel:
Luftdruck: 20 KPA (Kilopascal)
Getriebe: Getriebe II
Getriebe: Getriebe II
Co-Extruder: Bandera 80 mm Durchmesser, Typ - 20D
Temperaturtafel:
Getriebe: Getriebe VI
Ausgabe: 2,7 m pro Stunde, oder 153 kg pro Stunde.
Ausgabe: 2,7 m pro Stunde, oder 153 kg pro Stunde.
Produkt - Gleitfender
Rechtwinkliger Querschnitt - 190 mm × 110 mm
Rohmaterial: Polyäthylen niedriger Dichte (schwarz), Schmelzindex 0,3
Rechtwinkliger Querschnitt - 190 mm × 110 mm
Rohmaterial: Polyäthylen niedriger Dichte (schwarz), Schmelzindex 0,3
Hauptextruder: Bandera 120 mm Durchmesser, Typ - 24D
Temperaturtafel:
Luftdruck: 16 KPA (Kilopascal)
Getriebe: Getriebe II
Getriebe: Getriebe II
Co-Extruder: Bandera 80 mm Durchmesser, Typ - 20D
Temperaturtafel:
Getriebe: Getriebe V
Ausgabe: 4,92 m/Std. oder 97 kg/Std.
Ausgabe: 4,92 m/Std. oder 97 kg/Std.
Die oben beschriebene Vorrichtung und das Verfahren
bilden Einrichtungen, durch welche große oder sperrige
Gegenstände mit großen Querschnittsflächen hergestellt
werden können, wie Gleitfender, mit Einrichtungen, die
schneller und kontinuierlicher sind, weniger menschli
che Arbeitskraft erfordern, kontinuierlich eingestellt
oder gesteuert werden, und welche die Probleme vermei
den, die üblicherweise beim Schrumpfen auftreten, wie
Lunker oder Hohlräume, und dimensionale Verzerrungen,
welche bisher den Durchschnittsfachmann davon abgehal
ten haben, solche großen Gegenstände durch Extrudier
verfahren herzustellen.
Während die Erfordernisse mit anderen Parametern
variieren, hat sich herausgestellt, daß eine Aufbau
chung, welche das Volumen um ungefähr 8% vergrößert,
effektiv und verarbeitbar ist.
Während oben das Verfahren anhand der Herstellung von
Gleitfendern beschrieben wurde, welche ein gutes
Beispiel für die zweckmäßige Verwendung der vorliegen
den Erfindung sind, wird darauf hingewiesen, daß das
beschriebene Verfahren auch zur Herstellung anderer
Gegenstände unterschiedlicher Form und für unterschied
liche Verwendungszwecke sehr gut geeignet ist.
Während das hier beschriebene Verfahren lediglich ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellt, wird ferner
darauf hingewiesen, daß verschiedene Modifikationen und
Variationen der Vorrichtung und des Verfahrens durch
den Durchschnittsfachmann hergestellt werden können,
ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu
verlassen.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen
Gegenstandes großer Querschnittsdimensionen mit den
folgenden Schritten:
Extrudieren eines ersten Stromes aus geschmolzenem thermoplastischem Material durch ein Mundstück, um ein Hohlprofil zu formen;
Hindurchführen des Hohlprofiles durch einen Kali briermantel, um das thermoplastische Material zu formen und es hinreichend zur Verfestigung zu kühlen;
Zuführen eines zweiten Stroms aus geschmolzenem thermoplastischem Material in den Hohlraum des genann ten Profils, stromabwärts von dem genannten Mundstück, nahe dem stromabwärtigen Ende des Kalibriermantels, unter gleichzeitiger Ausübung eines hinreichenden Druckes auf den zweiten Strom, um das thermoplastische Material des zweiten Stromes in jedwede Hohlräume in dem genannten Hohlprofil zu zwingen.
Extrudieren eines ersten Stromes aus geschmolzenem thermoplastischem Material durch ein Mundstück, um ein Hohlprofil zu formen;
Hindurchführen des Hohlprofiles durch einen Kali briermantel, um das thermoplastische Material zu formen und es hinreichend zur Verfestigung zu kühlen;
Zuführen eines zweiten Stroms aus geschmolzenem thermoplastischem Material in den Hohlraum des genann ten Profils, stromabwärts von dem genannten Mundstück, nahe dem stromabwärtigen Ende des Kalibriermantels, unter gleichzeitiger Ausübung eines hinreichenden Druckes auf den zweiten Strom, um das thermoplastische Material des zweiten Stromes in jedwede Hohlräume in dem genannten Hohlprofil zu zwingen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der genannte
zweite Strom durch eine Leitung zu einem Punkt strom
abwärts von dem Mundstück geführt wird, wo das erste
Material auf einen Punkt abgekühlt ist, bei dem es
nicht mehr geschmolzen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der zweite Strom
stromabwärts von dem Kalibriermantel und nahe dem
Verfestigungskegel in das genannte Hohlprofil deponiert
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der erste Strom
durch eine erste Extruderschraube und der zweite Strom
durch eine zweite Extruderschraube befördert werden,
und die Temperaturen und die Förderraten der Extru
derschrauben jeweils unabhängig voneinander gesteuert
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der genannte
zweite Strom durch eine Leitung geführt wird, die sich
durch den Kern des genannten Mundstücks erstreckt und
zu einem Punkt stromabwärts von dem Kalibriermantel
fortsetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Druck des
zweiten Stroms hinreichend stark ist, um das Hohlprofil
stromabwärts von dem Kalibriermantel um etwa 8% über
seine nominellen Dimensionen aufzubauchen.
7. Gegenstand aus verfestigtem thermoplastischem
Material, mit großen Querschnittsdimensionen, herge
stellt durch kontinuierliches Extrudieren nach dem
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3.
8. Gegenstand aus verfestigtem thermoplastischem
Material, mit großen Querschnittsdimensionen, herge
stellt durch kontinuierliches Extrudieren nach dem
Verfahren nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CA000448360A CA1224615A (en) | 1984-02-27 | 1984-02-27 | Method and apparatus for extrusion production of large dimensional thermoplastic articles |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family
ID=4127281
Family Applications (1)
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DE19873718036 Withdrawn DE3718036A1 (de) | 1984-02-27 | 1987-05-28 | Verfahren und vorrichtung zum extrudieren grossdimensionaler gegenstaende |
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CA (1) | CA1224615A (de) |
DE (1) | DE3718036A1 (de) |
GB (1) | GB2204823B (de) |
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- 1987-05-19 GB GB8711818A patent/GB2204823B/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-05-28 DE DE19873718036 patent/DE3718036A1/de not_active Withdrawn
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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GB2204823A (en) | 1988-11-23 |
GB8711818D0 (en) | 1987-06-24 |
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