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Die Erfindung bezieht sich auf ein Extrusionsverfahren, insbesondere für thermoplastische Kunststoffe, zur Herstellung von Hohlprofilen mit Innenstegen.
Bei solchen Hohlprofilen mit Innenstegen ist sehr oft feststellbar, dass der äussere Mantel des Hohlprofils Einbeulungen oder Einbuchtungen aufweist, die dadurch bedingt sind, dass die Stege bei der Abkühlung und Erstarrung schrumpfen und dadurch die Wände des Hohlprofils verformen. Solche Einbeulungen und Einbuchtungen sind sowohl aus technischen, wie auch aus ästhetischen Erwägungen nicht erwünscht. Wenn angenommen wird, dass der Profilmantel und die Stege gleiche Wandstärke haben, so werden im allgemeinen die Aussenwände, nämlich der Profilmantel, schneller abkühlen und erstarren als die im Inneren gegen Auskühlen geschützteren Stege. Die Folge ist, dass der zuerst erstarrte Mantel durch die folgende Erstarrungsschrumpfung der Stege nach innen gezogen, eingebeult wird.
Um der vorerwähnten Einzugswirkung entgegenzuarbeiten, ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, wonach durch die Extrusionsdüse hindurch ein kräftiger Medienstrom, z. B. ein Luftstrom, geleitet wird, der die Aufgabe hat, bevorzugt die Innenstege abzukühlen und so erstarren zu lassen, bevor der Aussenmantel erstarrt. Somit soll verhindert werden, dass die Innenstege erst nach dem Mantel erstarren und einbeulend wirken. Offen bleibt allerdings die Frage, wie verhindert werden soll, dass der Medienstrom nicht auch gleichzeitig an die Innenseite des Mantels trifft und dort ebenfalls die Erstarrung einleitet, die absichtsgemäss ja erst dann erfolgen soll, wenn die Innenstege bereits im wesentlichen erstarrt sind.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur zeitlich bevorzugten Stegerstarrung wurde mittels unterschiedlicher Düsentemperaturen vorgeschlagen. Dabei soll jener Düsenbereich, aus dem das Material für die Stege austritt, merklich kühler gehalten sein, als der Bereich des Mantelaustrittes.
Man will dadurch eine Kompensation gegenüber der den Mantel betreffenden bevorzugten Einwirkung der von aussen wirkenden Abkühlung schaffen.
Werden die vorstehend angeführten bekannten Verfahren betrachtet, so ist zwar ersichtlich, dass die Stege zuerst erstarren und der im wesentlichen dann noch plastische Mantel dieser Bewegung insgesamt nicht folgt, doch wird wohl unvermeidlich sein, dass sich auf dem Mantel ein Einsinkgraben zeigt, u. zw. an jenen Stellen, wo die Stege auf den Mantel treffen und infolge ihrer Erstarrungsschrumpfung Material nachgezogen haben.
Um auch diesem Effekt vorzubeugen, ist ein weiteres Verfahren (AT-PS Nr. 317277) vorgeschlagen worden, bei dem die Innenstege bei der Extrusion eine um soviel grössere Breite erhalten, als ihrer Verkürzung infolge Abkühlungsschrumpfung entspricht.
Die Ausübung dieses Verfahrens ist so vorstellbar, dass der Kalibrator, den das Profil nach der Extrusion zwecks Erstarrung unter Formhaltung durchwandert, zumindest in der Einzugszone um den erwähnten Schrumpfbetrag ausgebaucht ist und dass die Stege, nach ihrer Schrumpfung diese Ausbauchung des Profilmantels rückgängig machen.
Es wird sehr schwierig sein, dieses Verfahren so auszuüben, dass auf dem ursprünglich ausgebaucht erstarrenden Profilmantel, nach dessen Rückzug infolge Stegschrumpfung, keine Verzerrungen sichtbar bleiben bzw. eingefrorene Spannungen keine unerwünschten Spätfolgen verursachen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zielt nun darauf ab, alle diese Schwierigkeiten und Nachteile zu vermeiden, was erfindungsgemäss dadurch gelingt, dass in der Erstreckung der Innenstege in deren Längsrichtung verlaufende strangartige Materialanhäufungen mitextrudiert werden, wobei diese Materialanhäufungen gross genug bemessen und erforderlichenfalls zusätzlich auf eine höhere Temperatur als die der andern Kunststoffschmelze gebracht werden, so dass sie zumindest in ihrem Kernbereich erst nach den Innenstegen erstarren und sich während der Schrumpfung der Innenstege in deren Schrumpfrichtung verformen.
Die Wirkungsweise dieses Verfahrens liegt darin, dass zuerst dem Profilmantel und den Innenstegen Gelegenheit zum Erstarren gegeben wird, wobei die Innenstege ihre infolge der Erstarrung-un Abkühlungsschrumpfung eintretende Längenverkürzung durch Verzerrung noch deformierbaren Materialanhäufung kompensieren. Für Kunststoffe mit geringer Erstarrungsschrumpfung ist die Anwendung dieses Verfahrens nicht unbedingt erforderlich. Es ist jedoch empfehlenswert für Kunststoffe mit grosser Erstarrungsschrumpfung, wie beispielsweise Polyolefine (Polyäthylen, Polypropylen usw.). Das erfindungsgemässe Verfahren bietet gegenüber
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anhäufung gering bemessen, weil ja gerade dieser Effekt bezweckt wird.
So wird eine bedeutende Vorauseilung der Erstarrung und Auskühlung von Steg und Mantel bewirkt, während sich auf der strangartigen Materialanhäufung erst eine erstarrende Haut bildet, die zudem noch-infolge ihrer hohen Temperatur - thermoplastisch leicht verformbar bleibt.
Dieses Verhältnis ist von den Verarbeitungsbedingungen abhängig, doch wird empfohlen, den Durchmesser der Materialanhäufung mindestens zweimal, bevorzugt dreimal grösser oder mehr zu wählen, als der Wandstärke von Steg und/oder Mantel entspricht.
Eine Verringerung des Durchmessers der strangartigen Materialanhäufung ist dann möglich, wenn-beispielsweise durch zonenweise unterschiedliche Düsenheizung - das Material der strangartigen Materialanhäufung wesentlich heisser als das Stegmaterial aus der Düse austritt. In diesem Falle ist die Masse der strangartigen Materialanhäufung zwar geringer ; infolge der höheren Temperatur bleibt aber die Wärmemenge annähernd gleich, wie vorstehend erwähnt.
Eine solche Arbeitsweise zeigt Fig. 4. Ein nur ausschnittsweise dargestellter Düsenblock --4-- trägt oberhalb und unterhalb der Austrittsöffnung für die strangartige Materialanhäufung Heiz- patronen --5--, wodurch das Kernmaterial --3'-- im oberen und unteren Bereich wesentlich heisser als das übrige Profilmaterial austritt und somit auch später als jenes erstarrt.
Infolge des mit Pfeilen angedeuteten Schrumpfungszuges des Steges wird sich somit der zuletzt erstarrende Materialbereich in der Mitte einschnüren.
Eine andere Art der besonderen Beheizung für die strangartige Materialanhäufung zeigen die Fig. 12a bis 12e. Die Fig. 12a und 12b zeigen eine Extrusionsdüse zur Herstellung eines Rechteckprofils mit einem Steg im Schnitt bzw. in stirnseitiger Ansicht.
Die aus dem Extruder kommende Kunststoffschmelze zweigt aus dem Hauptkanal --100-- in die Mantelkanäle --101-- und in den Zentrumskanal --102-- ab, welch letzterer auch die im Schnittbild Fig. 12a nicht dargestellten Stegkanäle versorgt. Der Zentrumskanal --102-- mündet in einen Torpedo --103--, dessen Kern --104-- über Stege --105-- gehalten ist, so dass die von den Heizpatronen --106-- ausgestrahlte Wärme bevorzugt den Kern --104--, die Stege --105-- und
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In der Bohrung --108-- vereinigen sich die im Torpedo --103-- überdurchschnittlich erwärmten Schmelzeströme wieder, um die strangartige Materialanhäufung --109-- des Profils zu bilden. Kurz vor dem Austritt aus der Düse vereinigen sie sich in der Zone --110-- auch mit dem den Steg bildenden kälteren Schmelzestrom.
Die Heizpatronen --106-- werden mittels der durch die Stegbohrungen --111 und 112-führenden Kabel --113-- mit Strom versorgt.
Die Fig. 12c, 12d und 12e zeigen die Wirkungsweise dieser Verfahrensmassnahme ; Fig. 12c skizziert das Profil --114-- im Augenblick des Austrittes aus der Düse. Die strangartige Materialan- häufung --109'-- ist noch kompakt.
In Fig. 12d ist die beginnende Erstarrung des Profils dargestellt. Die schrumpfenden Stegteile --115-- verzerren die noch weit über dem Erstarrungsbereich liegende strangartige Material- häufung --109-- in Pfeilrichtung.
Fig. 12e zeigt schliesslich das erstarrte Profil. Die ursprüngliche Zone der strangartigen Materialanhäufung ist zuletzt erstarrt und wurde annähernd zu einer Ebene oder nur noch minimal sichtbaren Verdickung-109'''-planiert.
Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens tritt also das Material der strangartigen Materialanhäufung ebenfalls wesentlich heisser als das Stegmaterial aus der Düse aus, jedoch ist die Übertemperatur des Materials der strangartigen Materialanhäufung so hoch über der Temperatur des Stegmaterials gehalten und die Masse dieses Materials so gering bemessen, dass infolge der erstarrungsbedingten Verzerrung die vormalige strangartige Materialanhäufung annähernd zu einer Ebene oder nur noch minimal sichtbaren Verdickung planiert wird.
Das Material für die strangartige Materialanhäufung kann auch über die Temperatur der andern Kunststoffschmelze hinaus dadurch erwärmt werden, dass es während des Durchtretens durch die Düse einen beheizten Torpedo umströmt bzw. durchströmt.
Ergänzend zu vorstehendem ist noch die Einwirkung der schlussendlich erfolgenden Erstarrung
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in an sich bekannter Weise von der Düse aus ein Medienstrom-z. B. Heissluft-geleitet (geblasen, gedrückt) werden kann. Durch Wahl von Temperatur, Geschwindigkeit und Menge des Mediums und seiner spezifischen Wärmeübertragungsfähigkeit kann die strangartige Materialanhäufung nahezu beliebig lange in plastischem oder thermoplastischem Zustand gehalten werden.
Das folgende Beispiel möge dies an Hand der Herstellung eines Strassenleitpflockes illustrieren. Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt aus der Extrusionsdüse für einen solchen Pflock in natürlicher Grösse. Das Hüllrohr --6v -- ist sehr dünn, hat also im Fertigerzeugnis nicht die Aufgabe einer Zusatzversteifung des fertigen Pfahles. Extrudiert wurde Polyäthylen. Der Kalibrator hatte zwischen den abgerundeten Ecken ebenfalls gerade Wände. Anfangs wurde durch das Hüllrohr noch kein Medium geleitet. Die Isolationswirkung des Hüllrohres genügte, um das Zentrum der strangartigen Materialanhäufung plastisch zu halten, bis der Profilmantel und die Stege bis zum Ansatz des Hüllrohres erstarrt waren. Das Fertigerzeugnis wies eine optisch nicht sichtbare, geringfügige Einbeulung der geraden Profilmantelzonen von 0, 2 mm auf.
Anschliessend wurden über isolierte Zuleitungen durch die Düsen-Bohrungen --9-- starke Kühlluftströme und durch die Bohrungen-8-schwache Heissluftstrome geleitet. Durch Probenahmen wurde festgestellt, dass mit zunehmender Entfernung von der Düse der Profilmantel und die Stege nicht nur erstarren, sondern auch gegen die Raumtemperatur hin auszukühlen begannen. Ferner war feststellbar, dass die Kühlluftströme durch das Hüllrohr hindurch den Heissluftstrom mit zunehmender Entfernung von der Düse immer mehr abzukühlen in der Lage waren, so dass die Wände der strangartigen Materialanhäufung allmählich erstarrten und-von der Düse noch weiter ent- fernt-sich im Zentrum der Materialanhäufung Lunker zu zeigen begannen. Das Fertigerzeugnis wies keine Einbeulungen mehr auf.
An Stelle der soeben erwähnten Beeinflussung einer Lunkerbildung im Zentrum der Materialanhäufung kann dort auch ein geringfügiger Hohlraum schon mitextrudiert werden, der sich bei der Erstarrungsschrumpfung infolge des von den Stegen ausgeübten Zuges erweitert.
Fig. 9a zeigt jeweils einen solchen Kernhohlraum im Augenblick des Profilaustrittes aus der Düse, Fig. 9b den jeweils selben Hohlraum nach der Erstarrungsdeformation.
Es ist auch möglich, einen Heissluftstrom direkt durch einen solchen Kernhohlraum zu leiten, um den Kern möglichst lange plastisch und dadurch dehnfähig zu halten. Fig. 10 zeigt ein Dreieck- -Hohlprofil, dessen Innensteg eine strangartige Materialanhäufung samt Kernhohlraum besitzt.
Die strangartigen Materialanhäufungen können sich im einfachen Verlauf der Stege selbst oder an Kreuzungsstellen von Stegen befinden. Die Fig. 11a bis 111 zeigen einige Ausführungsformen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Extrusionsverfahren, insbesondere für thermoplastische Kunststoffe, zur Herstellung von Hohlprofilen mit Innenstegen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Erstreckung der Innenstege in deren Längsrichtung verlaufende strangartige Materialanhäufungen mitextrudiert werden, wobei diese Materialanhäufungen goss genug bemessen und erforderlichenfalls zusätzlich auf eine höhere Temperatur als die der andern Kunststoffschmelze gebracht werden, so dass sie zumindest in ihrem Kernbereich erst nach den Innenstegen erstarren und sich während der Schrumpfung der Innenstege in deren Schrumpfrichtung verformen.
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