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Breitschlitzdüse zur Herstellung von Folien und Platten aus thermoplastischen Kunststoffen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Breitschlitzdüse zur Herstellung von Folien und Platten aus thermoplastischen Kunststoffen, bei der im Düsenkanal mindestens eine drehbare Schnecke angeordnet ist.
Bei den Breitschlitzdüsen, die in T-Form bzw. L-Form bekannt sind, kommt es darauf an, dass die Kunststoffmasse an möglichst allen Stellen des Düsenkanals gleichmässig fliesst und sich keine toten Zonen bilden, die bei wärmeempfindlichen Materialien leicht zu Zersetzungsnestern werden können. Man hat dies einerseits mittels Stauleisten und kurvenförmigen Einbauten und auch anderseits mittels beweglicher Einrichtungen versucht. Bei unbeweglichen Einbauten muss man sich auf ein bestimmtes Kunststoffmaterial festlegen und das spezielle Fliessvermögen und auch die Fliesseigenschaften der Kunststoffmasse als Grundlage für die Gestaltung der Einbauten nehmen. Sonst ist man gezwungen, die Temperatur der Düse und des Kunststoffmaterials so niedrig zu halten, dass die Zersetzung wärmeempfindlicher Kunststoffe hinausgezögert wird.
Hiebei wird nicht nur die Qualität der ausgepressten Platte bzw. Folie schlecht, sondern man muss extrem hohe Drücke in der Düse in Kauf nehmen, die sich aus der bei niedriger Temperatur bestehenden Zähigkeit der Kunststoffe ergeben. Das Herstellen dünner Folien mit einer solchen Düse ist praktisch nicht erreichbar.
Bei den beweglichen Einbauten benutzt man vielfach eine Schnecke, die einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist und/oder auch mit einer gewissen Kern- oder Gangpr, ogression versehen ist. Bei diesen Schnecken wurde der Zweck verfolgt, die Menge des durch den Lippenspalt austretenden Kunststoffmaterials im Gangvolumen zu kompensieren und so ein gleichmässiges Fliessen zu erreichen.
Bei dieser Einrichtung wird das Fliessen des Kunststoffes im Düsenkanal durch die Förderwirkung der Schnecke zwangsweise bestimmt. Es ist dabei nötig, die vom Extruder her in die Düse hineingegebenen Kunststoffmengen auf die Drehzahl und das Volumen der Schnecke abzustimmen oder umgekehrt. Ferner sind Ausführungen bekannt, die mit zwei oder mehreren miteinander kämmenden Schnecken arbeiten, so dass diese sich zusätzlich gegenseitig säubern.
Der Nachteil, der bisher die allgemeine Anwendung dieser Einrichtung für thermoplastische, wärmeempfindliche Kunststoffe verhindert, ist neben der notwendigen Abstimmung von Extruderförderung und Drehzahl der Düsenschnecke die Tatsache, dass erhebliche Friktionswärme besonders in den äusseren Enden der zwangsläufig fördernden Schnecke entsteht, welche wieder zu einer Zersetzung des Materials führt und weil das aus dem Lippenspalt austretende Material, bedingt durch die Schneckenform, nicht gleichmässig ist. An den Stellen, wo ein Schneckengang vor der Lippe liegt, tritt das Material aus, dagegen ist dies dort, wo ein Steg vor der Lippe liegt, nicht der Fall. Dieses streifenförmige Austreten des Materials kann man zwar auf umständliche Weise bis zu einem gewissen Grad ausgleichen.
Dies wirkt sich jedoch in den physikalischen Eigenschaften und auch im Aussehen der Folie nachteilig aus.
Weiterhin wurde vorgeschlagen, das Düseninnere mit einem Rührwerk auszurüsten. Mit Hilfe eines Rührwerkes können im wesentlichen die besonderen Nachteile der Schnecke behoben werden, jedoch hat das Rührwerk seinerseits den grundlegenden Mangel, dass die Längsförderung des Materials, d. h. das freie Fliessen, nicht beeinflusst wird. Bei relativ kurzen Düsen kann ein solcher Mangel hingenommen werden.
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Bei längeren Düsen ist jedoch eine Unterstützung des freien Fliessens des Materials nicht nur erwünscht, sondern teilweise auch erforderlich. Ausserdem ist es bei dem Rührwerk schwierig, eine Selbstreinigung der Rührwerkzeuge von eventuell anhaftendem Material zu erreichen.
Die Erfindung bezweckt, die vorstehend erwähnten Nachteile dadurch zu beseitigen, dass dem durch den Extruder od. dgl. herbeigeführten freien Fluss der Kunststoffmasse in Querrichtung durch den Düsenkanal der Breitschlitzdüse partiell eine in Richtung der Längserstreckung der Düse verteilende Zwangsbewegung überlagert und damit ein einwandfreier Materialfluss erzielt wird. Für eine Breitschlitzdüse zur Herstellung von Folien und Platten aus thermoplastischen Kunststoffen, bei der im Düsenkanal mindestens eine drehbare Schnecke angeordnet ist, wird gemäss der Erfindung daher vorgeschlagen, den Durchmesser der Schnecke kleiner zu machen als den Durchmesser des Düsenkanals und die Schnecke zur Mittelachse des Düsenkanals exzentrisch drehbar zu lagern, so dass sie sowohl um ihre eigene Achse als auch gleichzeitig um die Mittelachse des Düsenkanals rotiert.
Dadurch wird erreicht, dass einerseits eine ständige automatische Reinigung des Düsenkanals und anderseits gleichzeitig eine Unterstützung des Fliessens des Materials wirksam ist. So können extrem lange Düsen verwendet werden, ohne dass dabei die Nachteile der zwangsläufig fördernden Düsenschnecken bekannter Bauart auftreten. Hiebei bietet die erfindungsgemässe Vorrichtung den weiteren Vorzug, dass eine Einspeisung des Kunststoffmaterials an mehr als einer Stelle zu der Düse störungsfrei vorgenommen werden kann. Die erfindungsgemässe Ausbildung bewirkt einen Materialfluss derart, dass dem freien Fliessen des Materials eine Bewegung überlagert wird, die zwangsweise immer jeweils in der Zone, in der Schnecken und Düsenwand aneinanderstossen, dem Material eine Zwangsbewegung verleiht.
Die einzelnen Materialteilchen erhalten in der gewünschten Richtung einen Förderimpuls. Zugleich reinigt die rotierende Schnecke bei ihrem planetenartigen Umlauf jede Stelle des Düsenkanals von etwa anhaftenden Materialteilchen. Da die Scherung des Kunststoffmaterials zwischen Schnecke und Düsenkanal nur an einer Stelle erfolgt, ist die sich bildende Reibungswärme so gering, dass sie keine nachteiligen Einflüsse ergibt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung kann in dem Düsenkanal mehr als eine planetenartig rotierende Schnecke angeordnet werden. Beispielsweise kann man zwei oder drei um die eigene Achse rotierende Schnecken in dem Düsenkanal planetenartig umlaufen lassen. Dies hängt von der Grösse des Schneckendurchmessers ab. Längs des Innenumfanges des Düsenkanals kann der Kanalumfang mit solchen Schnecken besetzt sein. Der Antrieb der rotierenden Schnecken ist dabei zweckmässig so vorgesehen, dass die Drehzahl der Schnecke um ihre eigene Achse zur Drehzahl um die Achse des Düsenkanals in einem bestimmten Verhältnis steht. Mit Hilfe von zusätzlichen Getrieben kann das Drehzahlverhältnis regelbar gemacht werden. Die Schnecken können auch unterschiedliche Drehzahlen zueinander haben.
Die Schneckengänge auf dem Schneckenumfang sind vorteilhaft so angeordnet, dass die Schnecke von der Mittelebene der Zuführungsöffnung ausgehend nach beiden Seiten wirksame Schneckengänge aufweist. Man kann die Anordnung aber auch so treffen, dass die Einspeisung des Materials an der Stirnseite der Breitschlitzdüse erfolgt, so dass ein Verteilen des Materials zur Mitte hin vorzunehmen ist. Dadurch wird eine zwangsläufige Verteilung des Materials von der Einspeisungsstelle in die Breite des Düsenschlitzes, jeweils partiell innerhalb des Düsenquerschnittes wechselnd, erreicht. Bei einer Anordnung von mehr als einer Einspeisungsstelle werden auf dem Schneckenumfang paarweise von der Mittelebene der Einspeisungsstelle nach aussen oder nach innen gerichtete Schneckengänge vorgesehen. Die Schnecke ist zweckmässig mit flachen Gängen versehen.
Je flacher sie gehalten werden, umso besser ist die Wirkung, dass sich die Schnecke an der Düsenwandung selbst reinigt. Der Düsenkanal und die planetenartig rotierende Schnecke haben vorzugsweise eine zylindrische Form. Man kann jedoch auch eine von der zylindrischen Form abweichende Gestaltung, z. B. eine konische Ausbildung der Teile vorsehen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
Fig. l zeigt einen Querschnitt durch die Breitschlitzdüse gemäss der Erfindung; in der Fig. 2 ist ein Längsschnitt nach der Linie li-ll der Fig. 1 dargestellt, wobei sich die Schnecke im unteren Teil des Düsenkanals befindet.
Fig. 3 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Breitschlitzdüse gemäss der Erfindung.
Der Düsenkörper 1 weist einen zylindrischen Kanal 2 auf, an den sich der Lippenspalt 3 der Breitschlitzdüse anschliesst. Die Zuführung des Materials erfolgt durch eine oder mehrere Einspeisungsstellen 4. Die Einspeisung der Kunststoffmasse kann mittels der üblichen Extruder erfolgen. In dem Düsenkanal 2 befindet sich eine Schnecke 5, die um ihre eigene Mittelachse 6 in Richtung des Pfeiles 7 rotiert. Zugleich führt die Schnecke 5 eine planetenartige Umlaufbewegung längs der Innenwand des Düsenkanals 2 aus. Die Mittelachse 6 der Schnecke 5 bewegt sich auf dem Kreis 9 um den Mittelpunkt 10 des Düsenkanals 2. Bei dem dargestellten Beispiel entspricht der Durchmesser der Schnecke 5 dem halben Durchmes-
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ser des Düsenkanals 2. Der Schneckendurchmesser kann aber auch grösser oder kleiner gehalten werden.
Auf der Schnecke befinden sich Schneckengänge 11 und 12, die eine solche Steigung aufweisen, dass die Schneckengänge von der Mittelebene der Einspeisungsöffnung 13 in Richtung zu dem Düsenschlitz 3 nach aussen verlaufen. Wenn mehrere Einspeisungsöffnungen 13 vorgesehen sind, wie in der Fig. 2 dargestellt ist, so ist jeder Einspeisungsstelle das jeweils nach aussen gerichtete Schneckengangpaar 11, 12 zugeordnet. Dadurch erreicht man eine einwandfreie Verteilung der Kunststoffmasse in Breitenrichtung der Düse.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung von zweiSchnek- ken & , 5' mit kleinerem Durchmesser als der Durchmesser des Düsenkanals 2. Die Schnecken 5 und 5'sind vorteilhaft diametral zueinander angeordnet und bewegen sich vorteilhaft mit gleicher Geschwindigkeit auf dem Kreis 9.
In besonderen Fällen kann die Düse auch abweichend von der gestreckten Form, z. B. V-förmig od. dgl. ausgebildet sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Breitschlitzdüse zur Herstellung von Folien und Platten aus thermoplastischen Kunststoffen, bei der im Düsenkanal mindestens eine drehbare Schnecke angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke (5) einen kleineren Durchmesser als der Düsenkanal (2) aufweist und zur Mittelachse des Düsenkanals exzentrisch drehbar gelagert ist, so dass sie sowohl um ihre eigene Achse (6) als auch gleichzeitig um die Mittelachse (10) des Düsenkanals rotiert.