AT11127U1 - Extrusionswerkzeug mit temperierung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug für eine Extruderanordnung mit einer Schmelzetemperierung umfassend ein Gehäuse (12, 14), welches mit der Extruderanordnung verbunden oder verbindbar ist, einen Schmelzeeinlass (16), einen Schmelzeweg (20, 22, 24) innerhalb des Gehäuses (12, 14) und einen Schmelzeauslass (26), wobei der Schmelzeweg (20, 22, 24) zumindest in einem Teil des Gehäuses ausgebildet ist und das Gehäuse in seinem Inneren eine Temperiereinrichtung aufweist.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest in einem inneren Abschnitt des Gehäuses (12, 14) die Temperiereinrichtung mit mehreren beabstandeten separaten Temperiersegmenten (I, II, III, IV) vorgesehen ist.

Description

österreichisches Patentamt AT 11 127 U1 2010-05-15

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug mit Temperierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Extrusionswerkzeuge werden gewöhnlicherweise einer Extruderanordnung unmittelbar nachgeschaltet, so dass die durch die Extruderanordnung bereitgestellte Schmelze, insbesondere Kunststoffschmelze, durch das nachgeschaltete Extrusionswerkzeug in eine gewünschte Form gebracht werden kann. Als Extrusionswerkzeuge sind dabei Flachdüsen, Rohrwerkzeuge, Profile etc. bekannt.

[0003] Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend anhand von Rohrextrusionswerkzeugen erläutert werden, wobei dadurch jedoch keine Beschränkung auf diese Art von Extrusionswerkzeugen erfolgen soll.

[0004] Bei Rohrextrusionswerkzeugen ist es bekannt, die Düsenspitze segmentartig mit einer elektrischen Heizung zu beheizen, um auf diese Art eine Düsenzentrierung zu erzielen. Eine Kühlung in diesem Bereich wird dabei nicht durchgeführt.

[0005] Bei Rohrextrusionswerkzeugen (kurz auch Röhrköpfe genannt) ist es überdies bekannt, diese im Innern des Gehäuses - also weit vor der Düse - radial innen und/oder außen zu beheizen, beispielsweise mit Hilfe von Keramikheizbändern. Insbesondere bei großen Rohrköpfen wird das Innere des Rohrkopfes mit Hilfe einer Temperierung beheizt, die mit einem Temperiermedium, beispielsweise einem Temperieröl arbeitet. Eine solche Temperierung hat den Vorteil, dass der Schmelze nicht nur Wärme zu-, sondern auch abgeführt werden kann.

[0006] Besonders bei Rohren mit großen Durchmessern kann dies von entscheidender Bedeutung sein, da der Schmelze bereits im Extrusionswerkzeug selbst Energie entziehbar ist, womit man dem sogenannten Sagging-Effekt entgegenwirken kann. Beim Sagging-Effekt fließt die Schmelze nach dem Austritt aus dem Rohrwerkzeug aufgrund der Erdschwerkraft nach unten, so dass sich die Wanddicke der durch das Extrusionswerkzeug hergestellten Gegenstände nach dem Verlassen des Werkzeugs verändert. Die Wanddicke nimmt durch diesen Sagging-Effekt im Laufe der Zeit oben ab und im unteren Bereich zu. Dies führt oftmals dazu, dass geforderte Wanddicke-Toleranzen nicht eingehalten werden können.

[0007] Die bisher bekannten Temperatureinrichtungen bei Extrusionswerkzeugen im Inneren des Gehäuses und somit vor der Düsenspitze weisen nur eine einzige Zone auf, so dass die Temperatur gleichmäßig über den Umfang eines Rohrextrusionswerkzeuges abgesenkt oder erhöht werden kann.

[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Extrusionswerkzeug zur Verfügung zu stellen, mit welchem die vorgegebenen Wanddickentoleranzen eingehalten werden können.

[0009] Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Extrusionswerkzeug durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

[0010] Demgemäß ist ein Gedanke der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, dass die Temperatureinrichtung im Inneren des Gehäuses mehrere in Umfangsrichtung beabstandete, separierte Temperiersegmente umfasst, mit denen auch eine Kühlung möglich ist.

[0011] Die über den Umfang des Extrusionswerkzeuges angeordneten Temperiersegmente -nachfolgend teilweise auch Temperierzonen genannt - können einzeln angesteuert werden. Je nach Kunststoff und Wanddicke kann hiermit die Wanddicke des aus dem Extrusionswerkzeug austretenden Produktes gezielt beeinflusst werden, wodurch es möglich ist, zusätzlich zu einer möglichen thermischen Düsenzentrierung die geforderte Wanddicken-Toleranz einzuhalten. So besteht mit einer Temperaturerhöhung die Möglichkeit, die Viskosität zu verringern, so dass mehr Material in dem Bereich der erhöhten Temperatur durch das Extrusionswerkzeug fließen kann. Umgekehrt besteht mit einer Temperaturabsenkung die Möglichkeit, die Viskosität zu erhöhen bzw. das Material abzukühlen, so dass weniger Material in dem Bereich der verminderten Temperatur durch das Extrusionswerkzeug fließen kann bzw. das Material derart abgekühlt 1/6 österreichisches Patentamt AT 11 127 U1 2010-05-15 ist, dass ein Sagging-Effekt in bestimmten Bereichen des Produktes wirkungsvoll vermieden wird. Ein Rohr wird dadurch in einem Bereich beispielsweise etwas dicker ausgebildet. So lässt sich mit der Steuerung der Temperatur in den einzelnen Temperiersegmenten die Wanddicke der einzelnen Bereiche des so hergestellten Produktes in gewünschter Weise verändern.

[0012] Eine solch unterschiedliche Temperierung, beispielsweise im Inneren eines Rohrkopfes über dessen Umfang, ist bisher nicht möglich. Mit der vorgenannten Maßnahme lassen sich die Wanddicken insgesamt genauer als bisher einstellen.

[0013] Je schmäler die in Umfangsrichtung angeordneten und voneinander beabstandeten Temperiersegmente ausgebildet sind, umso besser lassen sich die Schmelzeströme einregeln. Vorteilhaft bei einem Rohrextrusionswerkzeug erscheinen zumindest mehr als eine, insbesondere aber vier Temperiersegmente.

[0014] Die Temperiereinrichtung kann generell radial außerhalb des Strömungsweges der Schmelze aber auch radial innerhalb des Strömungsweges der Schmelze im Werkzeug angeordnet sein.

[0015] Sie kann elektrisch beheizbare Temperiermittel aufweisen, die zur Kühlung zusätzlich zu den elektrisch beheizbaren Temperiermitteln, auch Kühlmittel, beispielsweise Kühlkanäle, umfassen. Es ist jedoch auch möglich, gleich insgesamt die Temperiereinrichtung über Temperierkanäle auszubilden, durch die ein Temperiermedium, egal ob ein Kühl- oder Heizmedium geleitetwerden kann.

[0016] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Temperierkanäle in den Temperiersegmenten mäanderförmig ausgebildet.

[0017] Die Temperiersegmente sind dabei jeweils mit einer eigenen Versorgung (Stromversorgung für elektrische Heizmittel, Versorgung für Temperieröl) verbunden, deren Betrieb wiederum von einer Steuereinrichtung bestimmt ist.

[0018] Natürlich lässt sich die vorliegende Erfindung sowohl auf Profilwerkzeuge wie auch auf Rohrextrusions- oder Flachdüsenwerkzeuge anwenden. Besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung bei Rohrextrusionswerkzeugen, insbesondere bei Rohrköpfen mit sehr großen Durchmessern.

[0019] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform können mehrere Temperiereinrichtungen in Strömungsrichtung nacheinander vorgesehen sein, wobei jede Temperiereinrichtung vorzugsweise mehrere und in Umfangsrichtung beabstandete, separate Temperiersegmente aufweisen. Auf diese Weise kann die Schmelze über einen wesentlichen Teil ihres Strömungsweges temperaturmäßig beeinflusst werden.

[0020] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand einer Ausführungsform näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in [0021] Fig. 1 eine schematische Schnittansicht in Perspektivdarstellung eines erfindungsge mäßen Rohrextrusionswerkzeugs und [0022] Fig. 2 einen wesentlichen Teil der Beheizung aus dem Rohrextrusionswerkzeug aus

Fig. 1 ebenfalls in perspektivischer Darstellung.

[0023] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Rohrextrusionswerkzeuges dargestellt. Allerdings soll die Erfindung nicht auf Rohrextrusionswerkzeuge beschränkt sein. Vielmehr ist sie für alle Arten von Extrusionswerkzeugen anwendbar.

[0024] Ein erfindungsgemäßes Rohrextrusionswerkzeug 10 - kurz Rohrkopf genannt - weist ein Gehäuse auf, welches grob aus einem äußeren Gehäuseteil 12 und einem inneren Gehäuseteil 14 besteht. An einer Stirnseite des Gehäuses (in Fig. 1 links), welche im Betrieb an einen Extruder angeschlossen ist, ist ein Schmelzeeintrittskanal 16 vorgesehen, der die Schmelze vom Extruder aufnimmt und über Kanäle im Werkzeug verteilt. Über die Kanäle fließt die Schmelze zunächst zu einem Wendelverteiler 18, der für eine ringförmige Verteilung des Schmelzematerials im Rohrkopf sorgt. Nach dem Austritt der Schmelze aus dem Wendelvertei- 2/6 österreichisches Patentamt AT 11 127 U1 2010-05-15 ler durchfließt diese einen ringförmigen Schmelzekanal, der vorliegend mit den Bezugszeichen 20 und 22 bezeichnet ist und sich zwischen dem äußeren Gehäuseteil 12 und dem inneren Gehäuseteil 14 in rotationssymmetrischerWeise erstreckt. Am Ende des Rohrkopfes 10 tritt die Schmelze über einen Schmelzeaustritt 26, 26' aus und hat die für dass herzustellende Rohr typische Form. Dabei sind in Fig. 1 im Austrittsbereich zwei Adapterabschnitte angedeutet, nämlich im oberen Teil ein Adapter zur Herstellung eines Rohres mit einem kleineren Rohrdurchmesser (Schmelzeaustritt 26) und im unteren Bereich ein etwas kürzerer Adapter zur Fierstellung eines Rohres mit einem größeren Rohrdurchmesser (Schmelzeaustritt 26').

[0025] Um nun die Wanddicke über den Umfang des Schmelzerohres einstellen zu können, ist eine Temperiereinrichtung vorgesehen, die strömungsmäßig nach dem Wendelverteiler 18 angeordnet ist.

[0026] Die Temperiereinrichtung umfasst eine Buchse 28, die radial innerhalb des Schmelzekanals 22 angeordnet ist. In der Außenoberfläche der Buchse 28 sind in vier Segmenten, die umfangsmäßig um die Buchse angeordnet und voneinander beabstandet sind, mäanderförmige Nuten 30 eingearbeitet, die bei in den Rohrkopf 10 eingebauter Buchse 28 zusammen mit dem die Nuten abdeckenden Abdeckring 36 mäanderförmige Temperierkanäle ergeben. Jeder mäanderförmige Temperierkanal besitzt einen Temperiereinlass und einen Temperierauslass, so dass ein Temperiermedium durch jedes Temperiersegment geleitet werden kann.

[0027] Der mäanderförmige Temperierkanal ist genauer in Fig. 2 dargestellt. Dabei gibt die Fig. 2 die Kombination der Buchse 28 mit dem Außenring 36 wieder, so dass die Kühlsegmente, die durch die mäanderförmig geführten Kanäle definiert sind, gestrichelt dargestellt werden, weil sie dazwischen liegend realisiert sind. In Fig. 2 kann man dabei deutlich die einzelnen Temperiersegmente I, II, III, IV erkennen. Diese Temperiersegmente werden durch die mäanderförmigen Temperierkanäle 40, 42, 44 und 46 gebildet, die - wie in Fig. 2 deutlich zu erkennen ist — in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.

[0028] Natürlich könnte man auch noch eine weitere (z.B. zweite) ähnliche Temperiereinrichtung im Gehäuse 12, 14 anordnen, so dass zwei solche Temperiereinrichtungen in Reihe geschaltet sind. Auch bei dieser zweiten (dritten oder vierten, etc.) Temperiereinrichtung könnte jedem mäanderförmigen Kühlkanal ein Temperiermedium, beispielsweise ein Temperieröl, über einen Zufluss zugeführt und über einen Abfluss entnommen werden. Die beiden Temperiereinrichtungen könnten überdies bezüglich ihrer Segmentierung auch winkelmäßig gegeneinander verdreht angeordnet sein, sodass sich eine noch feinere Steuerungsmöglichkeit des Schmelzestromes ergibt.

[0029] Beim Betrieb des Rohrkopfes kann beispielsweise die Wanddicke des aus dem Rohrkopf austretenden Schmelzeschlauches erfasst werden. Treten in der Wanddicke Abweichungen zu den vorgegebenen Wanddicken auf, so kann über eine Steuerung oder Regelung eine nicht näher dargestellte Versorgungseinrichtung so gesteuert werden, dass die Temperatur im Inneren des Gehäuses in bestimmten Temperiersegmenten erhöht oder in anderen Temperiersegmenten reduziert wird. Dabei besitzt jedes Temperiersegment eine eigene Versorgung.

[0030] Mit dieser Steuerung der Temperatur ist es möglich, unterschiedliche Temperaturen im Inneren des Gehäuses über den Umfang des Schmelzestroms zu realisieren. Damit lässt sich der Schmelzefluss in gewissen Grenzen beeinflussen, wodurch die segmentierte Temperierung wie eine Art thermische Zentrierung wirkt. Zudem kann je nach Temperatur der Schmelze bereits auch im Rohrkopf Energie entzogen werden. Insbesondere durch die Nacheinanderschaltung von zwei Temperiereinrichtungen ist eine noch bessere Einflussnahme auf den Schmelzestrom möglich, wodurch auch noch mehr Energie eingebracht, bzw. aus der Schmelze abgeführt werden kann. 3/6 österreichisches Patentamt AT 11 127 U1 2010-05-15

Bezugszeichenliste 10 Rohrkopf 12 Äußere Gehäuse 14 Inneres Gehäuse 16 Schmelzeeintritt-Kanal 18 Wendelverteiler 20 Schmelzekanal 22 Schmelzekanal 26 Schmelzeaustritt 28 Buchse mit segmentweise angeordneten Nuten 30 Mäanderförmiger Temperierkanal eines ersten Segmentes 36 Abdeckring 40 Mäanderförmiger Temperierkanal des ersten Segmentes 42 Mäanderförmiger Temperierkanal eines zweiten Segmentes 44 Mäanderförmiger Temperierkanal eines dritten Segmentes 46 Mäanderförmiger Temperierkanal eines vierten Segmentes I Erstes Segment 11 Zweites Segment III Drittes Segment IV Viertes Segment 4/6

Claims (10)

1. österreichisches Patentamt AT 11 127 U1 2010-05-15 Ansprüche 1. Extrusionswerkzeug für eine Extruderanordnung mit einer Schmelzetemperierung umfassend ein Gehäuse (12,14), welches mit der Extruderanordnung verbunden oder verbindbar ist, einen Schmelzeeinlass (16), einem Schmelzeweg (20, 22, 24) innerhalb des Gehäuses (12,14) und einen Schmelzeauslass (26), wobei der Schmelzeweg (20, 22, 24) zumindest in einem Teil des Gehäuses ausgebildet ist und das Gehäuse in seinem Inneren eine Temperiereinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem inneren Abschnitt des Gehäuses (12,14), dem Düsenanschlussstück, die Temperiereinrichtung mit mehreren beabstandeten separaten Temperiersegmenten (I, II, III, IV) vorgesehen ist.
2. 2. Extrusionswerkzeug nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass das Extrusionswerkzeug ein Rohrkopf und der Schmelzeweg zumindest teilweise vollumlaufend ringförmig ausgebildet ist, wobei die Temperiersegmente einer Temperiereinrichtung umfangsmäßig angeordnet und beabstandet sind.
3. 3. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein, insbesondere vier Temperiersegmente (I, II, III, IV) vorgesehen sind.
4. 4. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung radial außerhalb des Strömungsweges (20, 22,24) angeordnet ist.
5. 5. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung radial innerhalb des Strömungsweges (20,22,24) angeordnet ist.
6. 6. Extrusionswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung separat elektrisch beheizbare Temperierabschnitte aufweist und zusätzlich Kühlkanäle in den einzelnen Temperierabschnitten ausgebildet sind.
7. 7. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Temperiersegmenten (I, II, III, IV) Temperierkanäle (40 - 44) ausgebildet sind, durch die ein Temperiermedium geleitet wird.
8. 8. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierkanäle (40, 44) die Temperiersegmente (I, II, III, IV) mäanderförmig durchlaufen.
9. 9. Extrusionswerkzeug nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiersegmente (I, II, III, IV) jeweils mit einer Versorgung verbunden sind, die wiederum von einer Steuereinrichtung beaufschlagt ist.
10. 10. Extrusionswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Temperiereinrichtungen mit jeweils, mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten separaten Temperiersegmenten (I, II, III, IV) vorgesehen sind. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 5/6