Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schlauchfolien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schlauchfolien durch Extrudieren thermoplastischer Kunststoffe aus der Ringspaltdüse einer Spritzmaschine, bei welcher der den Spritzkanal begrenzende Düsenmantel und der Düsendorn relativ zueinander bewegt werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schlauchfolien kontinuierlich herzustellen, die sich ohne Schwierigkeiten aufwickeln lassen, eine Forderung, die mit Rücksicht auf das Verhalten thermoplastischer Kunststoffe sowie aus konstruktiven Gründen in der Praxis auf erhebliche Schwierigkeiten stösst. Es hat sich nämlich erwiesen, dass eine Blasdüse, mittels deren die Schlauchfolie ausgespritzt wird, nicht so genau eingestellt werden kann, dass letztere an allen Stellen mit gleichmässiger Wandstärke austritt. Schon eine geringfügige Verdickung der Schlauchfolie an einer Stelle wirkt sich aber als überaus nachteilig bei der anschliessenden Aufwicklung der Folie aus.
Wird nämlich eine solche Folie in einer grösseren Länge auf eine Rolle aufgewickelt, so bilden sich infolge der Ungleichmässigkeit der Wandstärke entsprechende Wulste, die ein glattes Aufliegen der Windungen unmöglich machen.
Um Schlauchfolien mit möglichst gleichbleibender Wandstärke herzustellen, hat man schon vorgeschlagen, bei einem Extruder, der von unten nach oben bläst, die ganze Maschine mitsamt dem Blaskopf rotieren zu lassen, während die Blas- und Abnahmevorrichtung für die aufgeblasene Folie still steht. Man wollte hierdurch die an sich geringfügigen aber sich in der Praxis sehr erheblich auswirkenden Unterschiede im Materialfluss in der Ringspaltdüse ausgleichen. Da aber ein solcher Extruder ein erhebliches Gewicht und auch eine beachtliche räumliche Ausdehnung besitzt, ist die erwähnte Anordnung nicht empfehlenswert. Sie erfordert überdies einen zu hohen Kostenaufwand.
Stattdessen hat man auch schon einen Blaskopf verwendet, bei dem entweder der Innenteil der Düse oder der Aussenteil oder beide Teile rotieren, wobei die Rotationsachse gemeinsam ist. Hierbei entfallen die baulichen Schwierigkeiten, wie sie bei der drehbaren Anordnung eines Extruders vorliegen. Aber auch diese Lösung befriedigt nicht, da das Problem nicht durch eine einfache konzentrische Bewegung, bei welcher die Ringspaltbreite praktisch immer gleich bleibt, gelöst werden kann.
Bekannt ist auch eine Blasvorrichtung, bei welcher mittels eines rotierenden Kühlringes ein Luftstrom aussen um den ausgeblasenen Schlauch geblasen wird. Abgesehen davon, dass diese Apparatur sehr kostenaufwendig ist, hat sie auch nicht die gewünschte Wirkung gezeitigt.
Die Nachteile der bekannten Arbeitsweise werden bei dem erfindungsgemässen Verfahren dadurch vermieden, dass mindestens ein Teil des Düsendornes und/oder des Düsenmantels eine Taumelbewegung nach Art eines Kreispendels um die zentrale Achse des Systems ausführt, wobei der Schwingungsmittelpunkt an einer beliebigen Stelle dieser Achse liegt.
Durch diese Taumelbewegung wird der Düsenspalt kontinuierlich in seinem Querschnitt an einer im Kreise wandernden Stelle etwas verengt und an der gegenüberliegenden Stelle entsprechend verbreitert, wobei diese Verengung bzw. Verbreiterung längs der Kreisringdüse des Düsenspaltes entsprechend der Schwingungsfrequenz ständig weiter wandert bzw. umläuft. Um die erfindungsgemässe Wirkung herbeizuführen, genügen ganz kleine Schwingungsamplituden, ebenso wie auch die Umlaufgeschwindigkeit der Verengung bzw. Verbreiterung eine sehr geringe sein kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil der Ringspaltdüse mittels einer Führungsfläche in Form einer Kugelzone schwingbeweglich auf einer entsprechenden Kugelzone des feststehenden Teiles der Ringspaltdüse abgestützt ist. Diese Art der Abstützung ist wesentlich für eine möglichst reibungsarme Taumelbewegung des Düsendornes, wobei gleichzeitig auch eine gute Abdichtung gegenüber der an dem Düsendorn vorbeiströmenden Masse erzielt wird. Bei dieser Anordnung liegt der Einlasskanal für die Spritzmasse oberhalb der Kugelzone.
Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäss der Erfindung kann der Düsendorn mittels einer an seiner Mantelfläche befindlichen, zur Mittelachse symmetrischen Führungsfläche in Form einer Kugelzone schwingbeweglich auf einer entsprechenden Kugelzone an der Innenseite des Düsenmantels abgestützt sein.
Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäss der Erfindung kann der Düsendorn aus einem vorzugsweise kegelförmig gestalteten, im Düsenmantel festsitzenden Teil, in welchem ein Kanal für die Zuleitung der Spritzmasse eingearbeitet ist, und aus einem im Querschnitt T-förmigen beweglichen Teil bestehen, der mit kugelig gestalteten Flächen auf den entsprechend kugeligen Flächen des feststehenden Teiles aufliegt und dessen verlängerter Ansatz durch einen Hohlraum des feststehenden Teiles mit Spiel hindurchragend mit einem exzentrisch umlaufenden Maschinenelement formschlüssig gekuppelt ist. Durch diese Art der Abstützung des inneren Dornteiles gegenüber dem äusseren Dornteil auf einer ringförmigen Kugelzone ist eine reibungsfreie Taumelbewegung des beweglichen Düsendornes gewährleistet.
Um dem Düsendorn die gewünschte Taumelbewegung aufdrücken zu können, kann ein verlängerter Teil des Düsendornes in der exzentrischen Ausnehmung einer topfförmigen, formschlüssig mit der Abtriebswelle eines mechanischen Antriebs verbundenen Hülse gleitend gehalten sein. Diese Hülse, die starr oder flexibel mit der Getriebewelle gekuppelt sein kann, erzeugt somit die exzentrische Bewegung des Düsendornansatzes (Kreisbewegung).
Vorteilhaft kann weiterhin die topfförmige Hülse von einer zweiten Hülse mit einer äusseren umlaufenden exzentrischen Gleitfläche umschlossen sein, die durch einen im Gestell des Spritzkopfes senkrecht zur Düsenachse verschiebbaren und durch Arretierungen verstellbaren Ring gehalten ist, gegen welchen sich die exzentrische Gleitfläche an der Aussenseite der zweiten Hülse abstützt. Diese zweite Hülse bzw. der an dieser Hülse angebrachte äussere Exzenter ermöglicht eine Verstellung der ersten Hülse aus deren Achsmitte heraus, so dass eine Regelung der Exzentrizität der ersten Hülse durch Drehung der zweiten Hülse bewirkt werden kann. Die Einstellung ist derart möglich, dass beide Exzentrizitäten sich addieren oder aufheben. Diese Massnahme gestattet eine sehr weite Regelbarkeit der Taumelbewegung.
In diesem Falle ist es natürlich erforderlich, die Antriebswelle der Hülse bzw. die Verbindung mit der Abtriebswelle des Getriebes so zu gestalten, dass die erste Hülse selbst sich entsprechend der aufgedrückten Kreisschwingung bewegen kann. Die Kupplung zwischen Hülse und Getriebe kann in an sich bekannter Weise mittels Kreuzgelenk, Malteserkreuz oder auch über elastische Zwischenglieder erfolgen.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung kann der dem Austrag zugewandte obere Teil des durch zur Achse symmetrischen Trennflächen geteilten Düsenmantels mittels einer an seiner Trennfläche befindlichen, zur Mittelachse senkrechten Führungsfläche in Form einer Kugelzone schwingbeweglich auf einer entsprechenden Kugelzone an der Trennfläche des unteren Teiles des Düsenmantels abgestützt sein, wobei beide Teile durch elastische Mittel kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform ist also der Düsenmantel geteilt, so dass der eine Teil taumelförmige Bewegungen zur Verengung bzw. Verbreiterung des Düsenspaltes unabhängig von dem anderen Teil ausführen kann.
Diese Taumelbewegungen können dadurch eingeleitet werden, dass der obere Teil des Düsenmantels über ein ein- oder mehrfaches, vorzugsweise dreifaches Gestänge mit einem Exzentertrieb in Verbindung steht, von dem aus die Taumelbewegungen dem oberen Teil des Düsenmantels aufgedrückt werden.
Anstelle des Exzentergetriebes kann auch jede andere an sich bekannte mechanische Einrichtung benutzt werden, um den beweglichen Teil des Düsenmantels in entsprechender Weise in Kreis schwingungen zu versetzen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens veranschaulicht und zwar zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Ringspaltdüse zur Herstellung von Schlauchfolien mit in Ansicht gezeichnetem Antrieb;
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1;
Fig. 4 einen Teilschnitt durch die topfförmige Hülse nach der Linie IV-IV der Fig. 1;
Fig. 5 und 6 Darstellungen der Stellung der Exzenter bei Addition der Exzentrizitäten und Ausgleich der Exzentrizitäten der inneren und äusseren Hülse;
Fig. 7 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Ringspaltdüse zur Herstellung von Schlauchfolien mit in Ansicht gezeichnetem Antrieb mit in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse geteiltem Düsenmantel;
Fig. 8 eine Ansicht von oben auf die Ringspaltdüse gemäss Fig. 7.
Der Spritzkopf, vgl. Fig. 1-4, besteht aus dem Spritzkopfmantel 1 mit dem Einlassstutzen 2, dessen Kanal 3 mit einem in dem Dorn 23 eingearbeiteten Kanal 24 in Verbindung steht. Der kegelförmige feststehende Teil 23 des Dornes besitzt an der dem Auslass zu gewandten Seite eine kugelige Fläche 22 auf welcher der innere bewegliche Teil 21 des Dornes mit einer entsprechenden kugeligen Fläche 22a schwing- beweglich abgestützt ist, so dass der Dornteil 21 Schwingbewegungen um seine vertikale Achse ausführen kann, wobei der Schwingungsmittelpunkt auf dieser zentralen Achse beliebig, z. B. bei Mi liegt.
Durch den zweigeteilten Düsendorn 21, 23 und den Mantel 1 des Spritzkopfes wird der Ringspalt 25 begrenzt, aus welchem das über den Kanal 3 zugeführte Material ausgespritzt wird. Der innere Teil 20 des Düsendornes 21 besitzt einen zylindrischen Ansatz 26, auf dessen abgesetzten Teil 7 das Kugellager 8 aufgebracht ist. Der äussere Ring dieses Kugellagers ist in eine exzentrische Ausnehmung 9 einer Hülse 10 eingepresst, die über die Welle 11 von einem Motorgetriebe 12 in drehende Bewegung versetzt wird.
Hierbei führt der zylindrische Ansatz 7 des Düsendornes Taumelbewegungen um den Schwingungsmittelpunkt Mt aus, welche entgegengesetzte Taumelbewegungen des Düsendornes um den gleichen Mittelpunkt zur Folge haben. Die topfförmige exzentrische Hülse 10 ist von einer weiteren Hülse 13 umschlossen, die auf ersterer Hülse gleiten und mittels der Stellschraube 14 festgestellt werden kann. Diese zweite Hülse trägt im Gegensatz zur erstgenannten Hülse eine exzentrische Ausnehmung an der Aussenseite, über welche das Kugellager 15 aufgezogen ist.
Der äussere Ring dieses Kugellagers ist in einem Stellring 16 eingesetzt, der in einem mit dem Getriebe 12 festverbundenen Gehäuse 18 gehalten ist, welches Gehäuse über das Zwischenstück 19 mit dem Ringdüsenkörper 1 in fester Verbindung steht. Der Ring 16 kann mittels der Stellschrauben 20 in einer Lage festgestellt werden. Die Relativverdrehung der inneren und äusseren Büchsen ermöglichen es, die beiden Exzenter so einzustellen, dass sich einmal die Exzentrizitäten e zu 2e addieren und das andere Mal subtrahieren, vgl. Fig. 5 und 6, in welch letzterem Falle der Dorn in seiner zentralen Lage unbeweglich bleibt. Zwischen dieser Ruhelage und dem maximalen Schwingungsausschlag sind alle Zwi schenstufeti kontinuierlich durch Verstellung der Büchsen und Arretierungen mittels der Schrauben 20 einstellbar.
Aus den Fig. 5 und 6 ist im Prinzip und in schematischer Darstellung erkennbar, wie durch Verstellung der inneren und äusseren Exzenterbüchsen die Schwingungsanschläge von 0 bis zum Höchstwert, nämlich der Summe der beiden Exzentrizitäten e + e beeinflusst werden können.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 7 und 8 ist der Düsenmantel der Spritzdüse in einer Ebene senkrecht zur Achse geteilt, wobei der obere bewegliche Teil 28 gegenüber dem unteren feststehenden Teil 31 Taumelbewegungen ausführen kann. Zu diesem Zweck sind die Sitzflächen an den Trennfugen der beiden Mantelleile als Kugelzonen 29, 30 ausgebildet. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen beiden Teilen erfolgt über die gefederten Schrauben 32, die an einem Ringflansch des unteren festen Mantelteiles unter Zwischenlage von Tellerfedern 34 abgestützt sind. Der Antrieb erfolgt durch ein dreifaches Gestänge 36, welches mit dem in Fig. 1 beschriebenen und identischen Exzentertrieb 9, 10, 11, 16 in formschlüssiger Verbindung steht. Diese formschlüssige Verbindung ist einstellbar durch die Schrauben 37 mit Feststellmutter 38.
Um den notwendigen Anpressdruck zwischen den kugeligen Flächen 22 und 22a zu erzielen, ist zwischen dem Kugellager 9 und dem unteren Teil 19 des Düsenkopfes eine Tellerfeder 39 angeordnet.
Method and device for the production of tubular films
The invention relates to a method for producing tubular films by extruding thermoplastics from the annular gap nozzle of an injection molding machine, in which the nozzle jacket delimiting the injection channel and the nozzle mandrel are moved relative to one another, as well as a device for carrying out the method.
The invention is based on the object of continuously producing tubular films that can be wound up without difficulty, a requirement which, with regard to the behavior of thermoplastics and for structural reasons, encounters considerable difficulties in practice. It has been shown that a blow nozzle, by means of which the tubular film is ejected, cannot be set so precisely that the latter emerges at all points with a uniform wall thickness. However, even a slight thickening of the tubular film at one point has an extremely disadvantageous effect when the film is subsequently wound up.
If such a film is wound onto a roll in a greater length, then due to the unevenness of the wall thickness, corresponding beads are formed which make it impossible for the windings to lie smoothly.
In order to produce tubular films with a wall thickness that is as constant as possible, it has already been proposed that the entire machine, including the blow head, rotate with an extruder that blows from bottom to top, while the blowing and removal device for the blown film is stationary. The aim was to compensate for the differences in the flow of material in the annular gap nozzle, which are insignificant but have a very significant effect in practice. However, since such an extruder has a considerable weight and a considerable spatial expansion, the aforementioned arrangement is not recommended. It also requires too high a cost.
Instead, a blow head has already been used in which either the inner part of the nozzle or the outer part or both parts rotate, the axis of rotation being common. This eliminates the structural difficulties that exist with the rotatable arrangement of an extruder. But even this solution is unsatisfactory, since the problem cannot be solved by a simple concentric movement in which the annular gap width remains practically always the same.
Also known is a blowing device in which a rotating cooling ring is used to blow an air flow around the outside of the blown hose. Apart from the fact that this apparatus is very expensive, it has also not produced the desired effect.
The disadvantages of the known mode of operation are avoided in the method according to the invention in that at least part of the nozzle mandrel and / or the nozzle jacket performs a tumbling movement in the manner of a circular pendulum around the central axis of the system, the center of oscillation being at any point on this axis.
As a result of this tumbling movement, the nozzle gap is continuously narrowed in its cross section at a point wandering in a circle and widened accordingly at the opposite point, this narrowing or widening constantly moving or revolving along the circular nozzle of the nozzle gap according to the oscillation frequency. In order to bring about the effect according to the invention, very small oscillation amplitudes are sufficient, just as the peripheral speed of the narrowing or widening can also be very low.
The device according to the invention for carrying out the new method is characterized in that the movable part of the annular gap nozzle is supported so as to oscillate by means of a guide surface in the form of a spherical zone on a corresponding spherical zone of the stationary part of the annular gap nozzle. This type of support is essential for a wobble movement of the nozzle mandrel with as little friction as possible, while at the same time a good seal against the mass flowing past the nozzle mandrel is achieved. In this arrangement, the inlet channel for the injection compound is above the spherical zone.
In one embodiment of the device according to the invention, the nozzle mandrel can be supported in an oscillating manner on a corresponding spherical zone on the inside of the nozzle jacket by means of a guide surface located on its jacket surface and symmetrical to the central axis in the form of a spherical zone.
In another embodiment of the device according to the invention, the nozzle mandrel can consist of a preferably conical part, which is fixed in the nozzle jacket and in which a channel for the supply of the injection compound is incorporated, and of a movable part with a T-shaped cross-section, which is spherical designed surfaces rests on the corresponding spherical surfaces of the fixed part and the extended extension of which protrudes through a cavity of the fixed part with play is coupled positively to an eccentrically rotating machine element. This type of support of the inner mandrel part relative to the outer mandrel part on an annular spherical zone ensures a frictionless tumbling movement of the movable nozzle mandrel.
In order to be able to apply the desired wobbling movement to the nozzle mandrel, an elongated part of the nozzle mandrel can be held in a sliding manner in the eccentric recess of a cup-shaped sleeve that is positively connected to the output shaft of a mechanical drive. This sleeve, which can be rigidly or flexibly coupled to the gear shaft, thus generates the eccentric movement of the nozzle mandrel attachment (circular movement).
The cup-shaped sleeve can also advantageously be enclosed by a second sleeve with an outer circumferential eccentric sliding surface, which is held by a ring that is displaceable in the frame of the spray head perpendicular to the nozzle axis and adjustable by means of locks, against which the eccentric sliding surface on the outside of the second sleeve is held supports. This second sleeve or the external eccentric attached to this sleeve enables the first sleeve to be adjusted from the center of its axis, so that the eccentricity of the first sleeve can be regulated by rotating the second sleeve. The setting is possible in such a way that both eccentricities add or cancel each other. This measure allows a very wide controllability of the tumbling movement.
In this case it is of course necessary to design the drive shaft of the sleeve or the connection with the output shaft of the transmission so that the first sleeve itself can move in accordance with the circular oscillation that is pressed on. The coupling between the sleeve and the gear unit can take place in a manner known per se by means of a universal joint, a Maltese cross or also via elastic intermediate links.
In another advantageous embodiment of the device according to the invention, the upper part of the nozzle jacket, which faces the discharge, can be pivoted on a corresponding spherical zone on the separating surface of the lower part by means of a guide surface located on its separating surface and perpendicular to the central axis in the form of a spherical zone Be supported by the nozzle jacket, the two parts being non-positively connected to one another by elastic means. In this embodiment, the nozzle jacket is divided so that one part can carry out tumbling movements to narrow or widen the nozzle gap independently of the other part.
These tumbling movements can be initiated in that the upper part of the nozzle jacket is connected to an eccentric drive via a single or multiple, preferably triple linkage, from which the tumbling movements are pressed onto the upper part of the nozzle jacket.
Instead of the eccentric gear, any other mechanical device known per se can be used to set the movable part of the nozzle jacket oscillating in a corresponding manner.
In the drawing, exemplary embodiments of devices for carrying out the method according to the invention are illustrated, specifically showing:
1 shows a vertical longitudinal section through an annular gap nozzle for the production of tubular films with a drive shown in a view;
FIG. 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1;
3 shows a section along the line III-III of FIG. 1;
4 shows a partial section through the cup-shaped sleeve along the line IV-IV of FIG. 1;
5 and 6 representations of the position of the eccentrics with addition of the eccentricities and compensation of the eccentricities of the inner and outer sleeves;
7 shows a vertical longitudinal section through an annular gap nozzle for the production of tubular films with a drive shown in a view with a nozzle jacket divided in a plane perpendicular to the central axis;
8 shows a view from above of the annular gap nozzle according to FIG. 7.
The spray head, cf. 1-4, consists of the spray head jacket 1 with the inlet connector 2, the channel 3 of which is connected to a channel 24 incorporated in the mandrel 23. The conical fixed part 23 of the mandrel has on the side facing the outlet a spherical surface 22 on which the inner movable part 21 of the mandrel is supported with a corresponding spherical surface 22a so that it can oscillate, so that the mandrel part 21 oscillates about its vertical axis can perform, the center of oscillation on this central axis as desired, z. B. is at Mi.
The two-part nozzle mandrel 21, 23 and the jacket 1 of the spray head delimit the annular gap 25 from which the material supplied via the channel 3 is sprayed. The inner part 20 of the nozzle mandrel 21 has a cylindrical extension 26, on the stepped part 7 of which the ball bearing 8 is applied. The outer ring of this ball bearing is pressed into an eccentric recess 9 of a sleeve 10, which is set in rotating motion by a motor gearbox 12 via the shaft 11.
Here, the cylindrical extension 7 of the nozzle mandrel executes tumbling movements around the center of oscillation Mt, which result in opposite tumbling movements of the nozzle mandrel around the same center point. The pot-shaped eccentric sleeve 10 is enclosed by a further sleeve 13, which slide on the first sleeve and can be fixed by means of the adjusting screw 14. In contrast to the first-mentioned sleeve, this second sleeve has an eccentric recess on the outside, over which the ball bearing 15 is pulled.
The outer ring of this ball bearing is inserted in an adjusting ring 16 which is held in a housing 18 which is firmly connected to the gear mechanism 12 and which housing is permanently connected to the annular nozzle body 1 via the intermediate piece 19. The ring 16 can be fixed in one position by means of the adjusting screws 20. The relative rotation of the inner and outer sleeves makes it possible to adjust the two eccentrics so that once the eccentricities e add up to 2e and the other time they subtract, cf. Figures 5 and 6, in which latter case the mandrel remains immobile in its central position. Between this rest position and the maximum oscillation deflection, all inter mediate stages are continuously adjustable by adjusting the sleeves and locks by means of the screws 20.
From FIGS. 5 and 6 it can be seen in principle and in a schematic representation how the vibration stops can be influenced from 0 to the maximum value, namely the sum of the two eccentricities e + e, by adjusting the inner and outer eccentric bushes.
In the embodiment according to FIGS. 7 and 8, the nozzle jacket of the spray nozzle is divided in a plane perpendicular to the axis, the upper movable part 28 being able to perform tumbling movements relative to the lower fixed part 31. For this purpose, the seat surfaces at the joints between the two casing parts are designed as spherical zones 29, 30. The non-positive connection between the two parts takes place via the spring-loaded screws 32, which are supported on an annular flange of the lower fixed casing part with cup springs 34 in between. It is driven by a triple linkage 36 which is in a form-fitting connection with the identical eccentric drive 9, 10, 11, 16 described in FIG. This form-fitting connection can be adjusted by means of the screws 37 with locking nuts 38.
In order to achieve the necessary contact pressure between the spherical surfaces 22 and 22a, a plate spring 39 is arranged between the ball bearing 9 and the lower part 19 of the nozzle head.