Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von stranggepressten Profilstäben aus thermoplastischen Kunststoffen
Zur Herstellung von stranggepressten Profilstäben aus thermoplasü.schen Kunststoffen sind verschiedene Verfahren üblich, deren jeweilige Anwendung sich im allgemeinen nach den spezifischen Eigenschaften des thermoplastischen Stoffes sowie nach dem herzustel- lenden Profil und nach dessen einzuhaltender Massgenauigkeit richtet. Es ist z. B. bekannt, die Profile rung eines Stranges in plastischem Zustand durch eine der Strangpresse unmittelbar nachgeschaltete Düse vorzunehmen. Ferner ist bekannt, die Profilierung mittels paarweise angeordneter Walzen zu bewirken, die hinter dem Mundstück einer Strangpresse angeordnet werden.
Diese bekannten Verfahren sind indes nur bei einer Massenfertigung von Profilstäben wirtschaftlich. Bei geringerem Bedarf an profilierten masshaltigen Stäben ist es üblich, das gewünschte Profil aus einem Vollstab mit spanabhebenden Werkzeugen und Maschinen herauszuarbeiten. Diese spanabhebende Bearbeitung wird am kalten Rohstab vorgenommen.
Die genannten Verfahren weisen weitere Nachteile auf, die bisher eine in jeder Hinsicht wirtschaftliche Herstellung von Profilhaibzeugen stark hemmten.
Plastische Kunststoffmassen, insbesondere solche aus hartem Polyvinylchlorid, haben die Eigenschaft, sich in toten Ecken der Maschine festzusetzen und sich unter der fortdauernden Temperatureinwirkung zu zersetzen bzw. zu verbrennen. Um dies zu vermeiden, bildet man die kunststofführenden Teile (Spritzkopf und Düse) weitgehend stromlinienförmig aus und vermeidet das Entstehen von toten Räumen. Die Herstellung derartiger Werkzeuge ist daher zumeist recht kostspielig und nur bei der Fertigung grosser Mengen von Profilstäben zu rechtfertigen. Eine weitere Schwierigkeit bei der Verarbeitung thermoplastischer Massen zu Profilstäben besteht darin, dass das Pressgut nach Verlassen der Düse quillt bzw. aufgeht, jedoch zumeist nicht nach allen Richtungen gleichmässig.
Damit ist im allgemeinen keine proportionale Massänderung des Profilquerschnittes verbunden, sondern einzelne profilbegrenzende Flächen verändern sich je nach der Form verschieden, das heisst das Profil wird verzerrt.
Die Düse muss deshalb durch schwierige Nacharbeit korrigiert werden. Diese Massnahme führt jedoch auch nicht immer zu hinreichend masshaltigen Profilstäben, weil das Aufgehen des aus der Düse austretenden, noch weichen Stranges von der Kunststoffart und -qualität abhängig ist. Zum Beispiel wird durch geringe Unterschiede im k-Wert der Kunststoffe oder durch Unterschiede in der Verarbeitungstemperatur die Volumenzunahme des Kunststoffes hinter der Düse wesentlich beeinflusst. Dieser Nachteil tritt bei der Herstellung von Profilstäben in einem Walzverfahren weniger stark in Erscheinung als bei der Profilierung von Stäben durch eine entsprechend ausgebildete Düse der Strangpresse.
Zur Herstellung grö sserer Profile sind jedoch bei Walzverfahren grosse Verformungskräfte an den Walzenpaaren aufzubringen, die diese Verfahren sehr aufwendig und damit unrentabel machen.
Das Verfahren nach der Erfindung vermeidet diese Nachteile und ermöglicht eine wirtschaftlichere Herstellung stranggepresster Profilstäbe mit einfachen Mitteln. Man geht dabei so vor, dass man den aus einer Strangpresse austretenden Rohstrang zunächst expandieren lässt und sodann gegen eine dem gewünschten Profil entsprechende Schneidvorrichtung drückt, die aus dem Rohstrang den bzw. die profilierten Teile abtrennt.
Demzufolge zeichnet sich eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens aus durch eine mit Abstand von der Düse der Strangpresse angeordnete, z. B. ein- oder mehrteilige, dem geforderten Profilquerschnitt entsprechende Schneidvorrichtung, insbesondere Ringmesser, der mehrere Trennmesser zum Spalten des abgetrennten Werkstoffes zugeordnet sind, deren Schneidkanten vor der Schneidebene des profilschneidenden Messers liegen.
Eine nochrnalige Nachbearbeitung des Schneidwerkzeuges entfällt bei dem neuen Verfahren vollständig, da das Pressgut vor dem Schneidwerkzeug bereits vollständig aufgegangen ist. Bei regelmässigen Profilen, wie z. B. Vierkant-, Sechskant- oder Achtkantstäben, oder bei ähnlichen geometrisch einfachen Querschnitten kann man das als Ringmesser ausgebildete Schneidwerkzeug auch durch ein verstellbares mehrteiliges Messer ersetzen, mit dessen Hilfe sich unterschiedliche Querschnittsabmessungen gleicher geometrischer Form oder auch unterschiedliche geometrische Formen mit unterschiedlichen Abrnessungen herstellen lassen.
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist darin zu sehen, dass es die Möglichkeit bietet, unsymmetrische Profile, die sich bekanntlich beim Strangpressen leicht verziehen, zu symmetrischen Querschnitten zusammenzusetzen. Der zusammengesetzte gemein- same Querschnitt wird zunächst in der Strangpresse als Rohstrang vorgeformt und nach dem Aufgehen des Kunststoffes in die gewünschten einzelnen Profile auseinandergeschnitten. Diese Arbeitsweise erleichtert die Herstellung von Halbzeugen, wie z. B. Winkelprofilen, wesentlich und gestattet es, die Leistung der Maschine zu vervielfachen.
Das Verfahren bietet ferner erhebliche Vorteile auch bei der Herstellung von Profilen, bei denen nur Teilflächen des Profils mit besonderer Masshaltigkeit verlangt werden. Bei derartigen Profilstäben wird die Formgebung von Teilflächen, deren massgerechte Wiedergabe weniger kritisch ist, bereits während des Vorformens im Mundstück der Strangpresse vorgenommen, während eine nach der Erfindung angeordnete Schneidvorrichtung die Formgebung jener Flächen oder Profilkanten übernimmt, von deren Masshaltigkeit die Güte des Profilstabes abhängt.
Anhand der Figuren seien Ausführungsbeispiele des Verfahrens und von Vorrichtungen zu seiner Ausführung näher erläutert:
Nach Fig. 1 wird aus dem Spritzkopf 10 einer Strangpresse ein thermoplastischer Kunststoffstrang gefördert, aus dem ein regelmässiges Sechskantprofil herausgeschnitten werden soll. Von der in den Spritzkopf 10 eingesetzten Düse 11 wird der ausgepresste Kunststoff zu einem Rohstrang vorgeformt. Für das Sechskantprofil wird beispielsweise eine voiformende Düse 11 mit kreisförmigem Querschnitt gewählt. Der weiche Rohstrang kann nach dem Austreten aus der Düsenöffnung zunächst ohne Zwang aufgehen und erreicht danach die Profilschneidvorrichtung. Zur Herstellung von Sechskantstäben wird das Schneidwerkzeug 12 mit der Schnittkante 1 2a zweckmässig als Ringmesser ausgebildet.
Um Profilstäbe in grösseren Längen oder fortlaufend herstellen zu können, ist es erforderlich, die abzuschneidenden Randzonen des Rohstranges zu spalten, so dass sie unmittelbar hinter dem Schneidwerkzeug 12 nach der Seite weggezogen werden können. In der Anordnung nach Fig. 1 sind dazu Trennmesser 13 vorgesehen, deren Schneidkanten 1 3a beispielsweise vor der Ebene der Schnittkante 12a des Ringmessers liegen. Es sind bei der in den Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Ausführungsform sechs Trennmesser vorgesehen, die sich jeweils an den Ecken des Profilquerschnittes befinden.
Die Lage des profilschneidenden Werkzeugs 12 gegenüber der Längsachse des Zylinders der Strangpresse ist sowohl vertikal und horizontal als auch hin sichilich des Abstandes von der vorformenden Düse einstellbar. Für eine gemeinsame Höhen- und Seitenverstellung können z. B. drei Einstellvorrichtungen 14 nach Fig. 2 gleichmässig um den Querschnitt verteilt sein. Zur Veränderung des Abstandes von der vorformenden Düse 11 ist die Schneidvorrichtung über die Führungsstäbe 15 und die Führungen 16 vom Spritzkopf der Strangpresse einstell-und feststellbar gelagert. Sofern es nötig ist, den weichen Rohstrang auf dem Wege von der vorformenden Düse 11 zum profilschneidenden Messer zu unterstützen, kann zwischen diesen Teilen eine verstellbare Strangführung 17 angeordnet sein.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine andere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens. Bei der Herstellung von Winkelprofilen kommt es zumeist nur darauf an, dass die beiden Flächen eben sind, die im äusseren Scheitelpunkt des Winkels aufeinandertreffen.
Die Herstellung exakter Winkel stäbe aus thermoplastischem Kunststoff nach bisher bekannten Verfahren ist wegen des Aufgehens und Verziehens der noch weichen Stäbe besonders schwierig. Das Verfahren nach der Erfindung schaltet diese Nachteile aus und gestattet es sogar, in diesem Falle die Leistung einer Strangpresse zu erhöhen. Bei der Herstellung von rechtwinkligen Winkelprofilen werden beispielsweise vier gleiche oder je zwei paarweise gleiche Profilquerschnitte, wie in Fig. 3 dargestellt, zusammengefasst.
Ihr gemeinsamer Querschnitt stellt den Rohstrang dar, der in einer entsprechenden vorformenden Düse 11 der Strangpresse gebildet wird (Fig. 4). Nach dem Austreten aus der Düse 11 kann der weiche vorgeformte Rohstrang über den Weg x zunächst aufgehen. Er gelangt dann an die profilschneidenden Messer 12, die den gemeinsamen Querschnitt in die Winkelprofile spalten und dabei die winkelgerechle Ausbildung der Profilstäbe gewährleisten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind dazu vier aufeinander senkrecht stehende Messer vorgesehen, die um einen zentralen Trenndorn 18 gruppiert und in einem äusseren Ring 19 gehalten sind. Die Spitze des Trenndornes 18 liegt vor der Schneidebene der Messer 12.
Für eine derartige Profilschneidvorrichtung ist bei einem symmetrischen Gesamtprofil der Einzelstäbe eine Höhen- und Seitenverstellung nicht erforderlich.
Sie kann vielmehr mittels eines Käfigs 20 unmittelbar am Spritzkopf 10 der Strangpresse zentriert werden, wobei Abstandsringe 21 den Weg x für das Aufgehen des Rohstranges bestimmen. Statt der im Ring 19 befestigten Messer 12 können auch hier in gewissen Fällen dünne Stahldrähte verwendet werden.
Process and device for the production of extruded profile rods from thermoplastics
Various processes are common for the production of extruded profile bars from thermoplastic plastics, the respective application of which generally depends on the specific properties of the thermoplastic material and on the profile to be produced and on its dimensional accuracy. It is Z. B. known to make the profiles tion of a strand in the plastic state through one of the extruder immediately downstream nozzle. It is also known to effect the profiling by means of rollers arranged in pairs, which are arranged behind the mouthpiece of an extruder.
However, these known processes are only economical for mass production of profile bars. If there is less need for profiled, dimensionally stable bars, it is common practice to work out the desired profile from a solid bar using cutting tools and machines. This machining is carried out on the cold raw bar.
The processes mentioned have further disadvantages, which hitherto strongly inhibited the production of profiled shaving tools in every respect.
Plastic compounds, in particular those made from hard polyvinyl chloride, have the property of getting stuck in dead corners of the machine and decomposing or burning under the constant influence of temperature. To avoid this, the plastic-guiding parts (spray head and nozzle) are made largely streamlined and dead spaces are avoided. The production of such tools is therefore usually very expensive and can only be justified when producing large quantities of profile bars. Another difficulty in the processing of thermoplastic masses into profile bars is that the pressed material swells or rises after leaving the nozzle, but mostly not evenly in all directions.
This generally does not involve a proportional change in the dimensions of the profile cross-section, but rather individual profile-delimiting surfaces change differently depending on the shape, i.e. the profile is distorted.
The nozzle must therefore be corrected through difficult rework. However, this measure does not always lead to sufficiently dimensionally stable profile bars, because the opening of the still soft strand emerging from the nozzle depends on the type and quality of plastic. For example, the increase in volume of the plastic behind the nozzle is significantly influenced by small differences in the k-value of the plastics or by differences in the processing temperature. This disadvantage is less noticeable when producing profile bars in a rolling process than when profiling bars using a correspondingly designed nozzle of the extrusion press.
In order to produce larger profiles, however, large deformation forces have to be applied to the pairs of rollers in rolling processes, which make these processes very complex and therefore unprofitable.
The method according to the invention avoids these disadvantages and enables a more economical production of extruded profile bars with simple means. The procedure here is that the raw strand emerging from an extruder is initially allowed to expand and then pressed against a cutting device corresponding to the desired profile, which separates the profiled part or parts from the raw strand.
Accordingly, a device for performing the method is characterized by a spaced apart from the nozzle of the extruder, for. B. one-part or multi-part, the required profile cross-section corresponding cutting device, in particular ring knife, which are assigned several cutting knives for splitting the separated material, the cutting edges of which are in front of the cutting plane of the profile-cutting knife.
With the new method, there is no need for subsequent reworking of the cutting tool, since the material to be pressed has already risen completely before the cutting tool. With regular profiles, such as B. square, hexagonal or octagonal bars, or with similar geometrically simple cross-sections, the cutting tool designed as a ring knife can also be replaced by an adjustable multi-part knife, which can be used to produce different cross-sectional dimensions of the same geometric shape or different geometric shapes with different dimensions .
A particular advantage of the process can be seen in the fact that it offers the possibility of combining asymmetrical profiles, which are known to be easily distorted during extrusion, to form symmetrical cross-sections. The composite common cross-section is first preformed as a raw strand in the extrusion press and then cut into the desired individual profiles after the plastic has expanded. This way of working facilitates the production of semi-finished products such. B. angle profiles, essential and allows the performance of the machine to be multiplied.
The method also offers considerable advantages in the production of profiles in which only partial areas of the profile with particular dimensional accuracy are required. With such profile bars, the shaping of partial surfaces, the dimensional reproduction of which is less critical, is already carried out during the preforming in the die of the extrusion press, while a cutting device arranged according to the invention takes over the shaping of those surfaces or profile edges, on whose dimensional accuracy the quality of the profile bar depends.
Using the figures, exemplary embodiments of the method and of devices for its execution are explained in more detail:
According to FIG. 1, a thermoplastic plastic strand is conveyed from the extrusion head 10 of an extruder, from which a regular hexagonal profile is to be cut. The extruded plastic is preformed into a raw strand by the nozzle 11 inserted in the spray head 10. For example, a preform nozzle 11 with a circular cross-section is selected for the hexagonal profile. After exiting the nozzle opening, the soft raw strand can initially open without being forced and then reaches the profile cutting device. For the production of hexagonal bars, the cutting tool 12 with the cutting edge 1 2a is expediently designed as a ring knife.
In order to be able to produce profile bars in greater lengths or continuously, it is necessary to split the edge zones of the raw strand to be cut off so that they can be pulled away to the side immediately behind the cutting tool 12. In the arrangement according to FIG. 1, separating knives 13 are provided for this purpose, the cutting edges 1 3a of which lie, for example, in front of the plane of the cutting edge 12a of the ring knife. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, six cutting knives are provided, each of which is located at the corners of the profile cross-section.
The position of the profile-cutting tool 12 relative to the longitudinal axis of the cylinder of the extrusion press is adjustable both vertically and horizontally and also towards the distance from the preforming nozzle. For a common height and windage adjustment z. B. three adjustment devices 14 of FIG. 2 can be evenly distributed around the cross section. To change the distance from the preforming nozzle 11, the cutting device is mounted so as to be adjustable and lockable via the guide rods 15 and the guides 16 from the extrusion head of the extrusion press. If it is necessary to support the soft raw strand on the way from the preforming nozzle 11 to the profile-cutting knife, an adjustable strand guide 17 can be arranged between these parts.
3 and 4 show another advantageous application of the method. When manufacturing angle profiles, it is usually only important that the two surfaces that meet at the outer vertex of the angle are flat.
The production of exact angle rods made of thermoplastic material by previously known methods is particularly difficult because of the opening and warping of the rods that are still soft. The method according to the invention eliminates these disadvantages and even makes it possible in this case to increase the output of an extruder. In the production of right-angled angle profiles, for example, four identical profile cross-sections or two identical profile cross-sections in pairs, as shown in FIG. 3, are combined.
Their common cross section represents the raw strand which is formed in a corresponding preforming nozzle 11 of the extruder (FIG. 4). After exiting the nozzle 11, the soft, preformed raw strand can initially open up via the path x. It then reaches the profile-cutting knives 12, which split the common cross-section into the angle profiles and thereby ensure the right-angle formation of the profile bars. In the illustrated embodiment, four vertically positioned knives are provided for this purpose, which are grouped around a central cutting mandrel 18 and held in an outer ring 19. The tip of the cutting mandrel 18 lies in front of the cutting plane of the knives 12.
For a profile cutting device of this type, if the overall profile of the individual rods is symmetrical, no vertical or lateral adjustment is required.
Rather, it can be centered directly on the extrusion head 10 of the extrusion press by means of a cage 20, with spacer rings 21 determining the path x for the unrolling of the raw strand. Instead of the knife 12 fastened in the ring 19, thin steel wires can also be used here in certain cases.