Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von im Querschnitt ringförmigen Körpern, z. B. Schläuchen oder Schlauchabschnitten, aus thermoplastischem Material, insbesondere organischem Kunststoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von im Querschnitt ringförmigen Körpern, z. B. Schläuchen oder Schlauchabschnitten, aus thermoplastischem Material, insbesondere organischem Kunststoff, bei dem das Material aus einem Extruder in einen Spritzkopf gefördert, dort über einen Ringraum verteilt und aus diesem durch eine sich an den Ringraum anschliessende ringförmige Spritzdüse ausgepresst wird, wobei das Material unter einem Winkel zur Längsachse des Ringraumes demselben zugeführt wird.
Durch die Erfindung soll unter anderem erreicht werden, dass über den Querschnitt des Ringraumes und der Spritzdüse ein im wesentlichen gleichmässiger Druck herrscht. Insbesondere soll vermieden werden, dass an der Seite, von der das Material in den Ringraum zugeführt wird, ein grösserer Druck vorhanden ist als an den anderen Bereichen, insbesondere an der gegenüberliegenden Seite.
Ferner soll durch die Erfahrung erreicht werden, dass alle Partikelchen des in den Spritzkopf eingeführten Materialstromes etwa die gleiche Zeit im Spritzkopf verweilen und innerhalb des Spritzkopfes etwa die gleiche Wegstrecke zurücklegen. Dadurch wird eine gleichmässige Behandlung sämtlicher Partikelchen des Materialstromes gewährleistet, da die Zeit, da die dem Spritzkopf zugeführte Wärme auf die Partikelchen einwirkt, in jedem Falle etwa gleich ist.
Weiterhin kann der Spritzkopf so ausgebildet sein, dass er keinerlei tote Winkel oder Ecken aufweist, in denen sich irgendwelches thermoplastisches Material festsetzen kann.
Andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
Zur Lösung der vorstehend angeführten Probleme schlägt die Erfindung vor, dass der vom Extruder kommende Materialstrom zunächst etwa hälftig unterteilt und beide Teilströme an der der Spritzdüse abgekehrten Seite des Ringraumes in einem Abstand von demselben an zwei Punkte bzw. in zwei Bereiche geführt werden, die von der Teilungsstelle und vom Ringraum gleich weit entfernt sind, von wo die Teilströme unter Zunahme ihrer Breite in Richtung auf den Ringraum fliessen, in dem sie sich zu einem ringförmigen Strom vereinigen, nachdem sie einen etwa bogenförmigen Quer schnitt angenommen und eine Breite von 1800, im Bogenmass gemessen, erreicht haben.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einer Strangpresse und nachgeschaltetem Spritzkopf, der eine Eintrittsöffnung und eine Ringdüse für den Austritt des thermoplastischen Materials aufweist, wobei in der Ringdüse und in dem derselben vorgeschalteten Ringraum ein Dorn angeordnet ist. Diese Vorrichtung ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei im Querschnitt bogenförmige, zur Längsachse des Ringraumes symmetrische Verteilerkanäle aufweist, die sich in Fliessrichtung des Materials bis auf jeweils 1800 im Bogenmass verbreitern, und deren schmale, dem Ringraum abgekehrte Enden mit der Eintrittsöffnung verbunden sind, und deren breite Enden in den Ringraum übergehen. Diese Verteilerkanäle sind im Querschnitt konzentrisch zur Längsachse des Ringraumes angeordnet.
Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den folgenden Erläuterungen und den Ansprüchen.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 die Seitenansicht eines Spritzkopfes, teilweise im Schnitt,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus der dazugehörigen Vorder ansicht, teilweise im Schnitt,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1 in vergrössertem Massstab,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 2,
Fig. 5 die Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles, teilweise im Schnitt,
Fig. 6 die Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispieles, teilweise im Schnitt.
Der Spritzkopf 10 des Ausführungsbeispieles gemäss Fig. 1 bis 4 ist mit einer Schneckenpresse 11 verbunden, in der unter Wärmeeinwirkung das thermoplastische Material durch eine Schnecke 12 plastifiziert und in Richtung des Pfeiles 13 in den Spritzkopf 10 transportiert wird.
Der Spritzkopf 10 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 14, in dem ein in Längsrichtung des Spritzkopfes verlaufender Dorn 15 angeordnet ist.
Der Dorn 15 ist mit einer zentrischen Bohrung 16 versehen, in der ein Bolzen 17 längsverschiebbar angeordnet ist. Dieser Bolzen 17 trägt an einem unteren Ende ein Teil 18, das den Kern einer ringförmigen Spritzdüse 19 bildet. Diese ist aussenseitig von einer Matrize 20 begrenzt. Die Verbindung zwischen dem Bolzen 17 und dem Kern 18 erfolgt über ein Gewinde 21. Der Kern 18 geht an seinem oberen Ende in einen hülsenartigen Fortsatz 22 über, der mit Innengewinde versehen ist. In diesen Fortsatz greift das untere Ende des Bolzens 17 ein, das ein Aussengewinde trägt.
Das obere Ende des Bolzens 17, das eine am Spritz kopf 10 angebrachte Traverse 24 durchgreift, trägt ebenfalls ein Gewinde 25. Durch eine auf dieses Gewinde 25 aufschraubbare Mutter kann der Bolzen 17 in seiner jeweiligen Lage gehalten werden. Es liegt auf der Hand, dass eine Verdrehung nach rechts oder links des Bolzens 17 eine Auf- bzw. Abbewegung des Düsenkerns 18 zur Folge hat. Auf diese Weise ist die Breite der Ringdüse 19 einstellbar, da die die Spritzdüse 19 be grenzenden Wandungen des Kernes 18 und d der Matrize 20 schräg verlaufen. Die Verstellung der Spaltbreite der Spritzdüse 19 hat eine entsprechende Änderung der Wandstärke, des aus der Düse 19 austretenden Schlauches zur Folge.
Dabei ist davon auszugehen, dass der Kern 18 an der Drehbewegung des Bolzens 17 nicht teilnimmt, Ida die Reibung zwischen der Mantelfläche des Kernes 18 und dem in der Spritzdüse 19 befindlichen Kunststoff grösser ist als die Reibung innerhalb des Gewindes 21. Andererseits kann die Anordnung aber auch so getroffen sein, dass an der Stirnseite des Kernes 18 eine Ausnehmung 23 angebracht ist, die im Querschnitt unrund, z. B. quadratisch oder sechseckig ist. In diese Ausnehmung 23 kann ein entsprechend geformter Schlüssel eingesteckt werden, mit dessen Hilfe der Kern 18 gegenüber dem Bolzen 17 verdreht wird. Auch auf diese Weise kann, in Abhängigkeit von der Richtung der Drehbewegung, der Kern 18 nach oben oder unten verschoben werden, um die jeweils gewünschte Spaltbreite der Düse 19 einzustellen.
In seinem mittleren Bereich und um die Matrize 20 trägt der Spritzkopf 10 jeweils eine Heizmanschette 27 bzw. 28. In seinem mittleren Bereich bilden weiterhin Dorn 15 und Gehäuse 14 einen Ringraum 29, der nach unten in die Spritzdüse 19 übergeht. In seinem oberhalb des Ringraumes 29 liegenden Bereich ist der Dorn 15 mit zwei seitlichen Ausnehmungen 30 bzw. 31 versehen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Diese beiden Ausnehmungen sind im Querschnitt bogenförmig ausgebildet und d verbreitern sich von oben nach unten.
An ihrem unteren Ende beträgt ihre Breite, im Bogenmass gemessen, 1800. Sie gehen dort in den Ringraum 29 über.
Die beiden Ausnehmungen 30 und 31, die aussen durch das Gehäuse 14 begrenzt werden, stehen über zwei Zwischenkanäle 32 und d 33 mit der Eintrittsöffnung 34 im Gehäuse 14 in Verbindung. Durch diese Eintritts öffnung tritt das thermoplastische Material aus der Schneckenpresse 11 in den Spritzkopf 10 ein. Die beiden Zwischenkanäle 32 und 33 verlaufen dabei zunächst in Umfangsrichtung des Dornes 15, um dann in einer Entfernung von etwa 90 , im Bogenmass gemessen, von der Eintrittsöffnung 34 bei 35 und 36 um etwa 90" nach unten umgelenkt zu werden. Nach der Umlenkung gehen die Zwischenkanäle 32 und 33 in die oberen Bereiche der die Verteilerkanäle bildenden Ausnehmungen 30 und 31 über.
An ihren oberen Enden weisen die beiden Verteilerkanäle 30 und 31, die sich nach unten etwa halbkreisförmig verbreitern, ihre kleinste Breite auf, die etwa mit der Breite der Zwischenkanäle 32 und 33 übereinstimmt.
Das aus der Schneckenpresse 11 fliessende thermoplastische Material bildet bis zur Eintrittsöffnung 34 einen einzigen Materialstrom, der beim Eintreten in die Zwischenkanäle 32 und 33 in zwei Teilströme unterteilt wird. Um diese Teilung zu erleichtern, ist der Eintritts öffnung 34 gegenüberliegend ein Steg 37 angebracht (Fig. 4), der den ankommenden Materialstrom unterteilt und beide Teilströme in die Zwischenkanäle 32 und 33 leitet. Dort werden die beiden Teilströme nach verschiedenen Seiten jeweils um einen Bogen von etwa 90" um den Dorn 15 herumgeleitet, bis sie in die beiden Bereiche 35 und 36 gelangen, die einander genau gegenüberliegen und zudem von der Eintrittsöffnung 34 gleich weit entfernt sind.
Dort erfolgt die Umleitung der beiden Teilströme nach unten in die Verteilerkanäle 30 und 31, in denenadie beiden Teilströme mit zunehmender Breite dieser beiden Kanäle 30 und 31 über den Umfang des Dornes 15 verteilt werden, bis sie schliesslich am unteren Ende dieser beiden Verteilerkanäle 30 und 31, also dort, wo diese jeweils etwa halbkreisförmig sind, ineinander überfliessen und in den Ringraum 29 hineinströmen. Dort erfolgt dann eine innige Verbindung der beiden Teilströme zu einem rohrförmigen Gebilde, das schliesslich durch die Spritzdüse 19 aus dem Spritzkopf austritt.
Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass der aus der Schneckenpresse 11 kommende Materialstrom nicht sofort in den Ringraum 29 gelangt, sonadern vielmehr zunächst an zwei Punkte oder Bereiche 35 und 36 gebracht wird, die beide von der Eintrittsöffnung 34 gleich weit entfernt sind und auf dem Umfang des Dornes 15 einander gegenüberliegen. Von diesen beiden Punkten oder, besser gesagt, Bereichen 35 und 36 ausgehend wird das Material Idann in zwei Teilströmen während seines Fliessens durch die beiden Kanäle 31 und 32 langsam verbreitert, bis es zwei im Querschnitt etwa halbkreisförmige Teilströme bildet, die sich im Ringraum 29 vereinigen. Dadurch wird sichergestellt, dass über den gesamten Querschnitt des Ringraumes 29 ein annähernd gleicher Druck herrscht.
Bei den bekann ten Spritzköpfen, bei denen Idie Zuführung des Materials aus der Schneckenpresse ebenfalls seitlich erfolgt, liegen die Dinge im allgemeinen so, dass innerhalb des Ringraumes und tder daran anschliessenden Ausspritzdüse der Druck an jener Seite, an der sich die Schneckenpresse befindet, grösser ist als an der anderen Seite. Auf die Darstellung gemäss Fig. 1 bezogen würde e das also bedeuten, dass im rechten Bereich, des Ringraumes 29 und der daran anschliessenden Spritzdüse 19, also in jenem Bereich, der an der Seite liegt, von welcher Idas Material zugeführt wird, ein grösserer Druck herrscht als im linken Bereich.
Dies hat eine Reihe erheblicher Nachteile zur Folge. Einmal ist zu bedenken, dass viele thermoplastische Kunststoffe, nachdem sie die Spritzdüse verlassen haben und somit nicht mehr unter Druck stehen, schwellen. D. h. also, dass ihr Volumen zunimmt. Das Ausmass dieses Schwellens ist von der Grösse des Druckes abhängig, dem das Material vorher, also bevor es aus der Spritzdüse 19 austritt und drucklos wird, ausgesetzt war. Es liegt auf der Hand, dass bei den bekannten Spritzköpfen, bei denen also der Druck über den Umfang des Ringraumes 29 und der Spritzdüse 19 unterschiedlich ist, auch das Schwellverhalten des ausgespritzten Schlauches über seinen Umfang unterschiedlich ist, so dass also im Ergebnis ein Schlauch extrudiert wird, dessen Wandstärke über seinen Umfang ungleichmässig ist.
Selbstverständlich ist der Druckunterschied bei den bekannten Spritzköpfen in der Nähe der Öffnung, durch die das Material in den Spritzkopf eintritt, grösser als in der Spritzdüse. Auf die Darstellung gemäss Fig. 1 bezogen würde das also bedeuten, dass der Druckunterschied bei den bekannten Spritzköpfen zwischen dem rechten Bereich des Ringraumes 29 und dessen linkem Bereich am oberen Ende dieses Ringraumes grösser ist als beispielsweise am unteren Ende der Spritzdüse. Dies ist darauf zurückzuführen, dass im Verlauf des Fliessens des Materials durch den Ringraum 29 und die anschliessende Spritzdüse 19 hindurch ein gewisser Druckausgleich eintritt.
Unter Berücksichti gung dieses Umstandes ist also davon auszugehen, dass auch bei den bekannten Spritzköpfen in der Spritzdüse ein Druckgleichgewicht zumindest annähernd vorhanden sein kann, wenn nur der Ringraum 29 und damit der vom Material innerhalb des Spritzkopfes zurückzule gende Weg lang genug ist. Die Erzielung eines Druckausgleiches auf diese Weise würde jedoch zur Folge haben, dass der Spritzkopf üblicher Bauart eine Länge aufweist, die diesen einmal ausserordentlich teuer machen würde und zudem auch aus praktischen Gründen der Handhabung usw. niemals in Frage kommen könnte. Hingegen spielt die Länge des Spritzkopfes für die Erzielung des Druckgleichgewichtes innerhalb der Spritzdüse bei der Lehre gemäss der Erfindung überhaupt keine Rolle, da die Führung des Materials in einer Weise erfolgt, die von vornherein das Entstehen von Druckdifferenzen nicht zulässt.
Es liegt im übrigen auf der Hand, dass bei den bekannten Spritzköpfen die Druckdifferenz innerhalb des Ringraumes und der anschliessenden Spritzdüse um so grösser ist, desto grösser der Durchmesser des auszuspritzenden Schlauches und damit auch der Durchmes ser des Ringraumes und d der Spritzdüse ist. Auch dieses Problem tritt beim Spritzkopf gemäss der Erfindung nicht auf, da die Erzielung des Druckgleichgewichtes durch die erfindungsgemässe Führung des Materials unabhängig vom Durchmesser des Spritzkopfes, des Ringraumes 29 und der Düse 19 ist. Mit anderen Worten: In jedem Spritzkopf, mag er einen kleinen oder einen grossen Durchmesser haben, können die Verteilerkanäle 30 und 31 angebracht werden.
Ein weiterer, entscheidender Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht darin, dass der Spritzkopf keinerlei tote Ecken und Winkel enthält, in denen sich irgendwelches thermoplastisches Material festsetzen kann. Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, weil im praktischen Betrieb damit gerechnet werden muss, dass in bestimmten Zeitabständen das in der Schneckenpresse und dem nachgeschalteten Spritzkopf verarbeitete Material gewechselt wird. Wenn beispielsweise nach der Verarbeitung eines schwarz eingefärbten thermoplastischen Materials ein gelber Kunststoff verarbeitet werden soll, muss zuvor sichergestellt werden, dass sich im Spritz kopf keinerlei Reste des vorher verarbeiteten schwarzen
Materials mehr befinden.
Im anderen Falle muss damit gerechnet werden, dass während der Verarbeitung des nachfolgenden, also des gelben Materials, Reste des in irgendwelchen Ecken und Winkeln des Spritzkopfes noch befindlichen schwarzen Materials in den gelben
Materialstrom gelangen, wodurch selbstverständlich das aus dem jetzt zu verarbeiteten gelben Material herzu stellende Erzeugnis unbrauchbar wird. Beim Spritzkopf gemäss der Erfindung tritt diese Gefahr nicht auf, da alles in den Spritzkopf eintretende Material auch zwangsläufig nach kurzer Zeit wieder aus der Spritzdüse austreten muss.
Der in Fig. 5 dargestellte Spritzkopf 110 entspricht bezüglich seines Grundaufbaus dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 bis 4. Deshalb sind auch gleiche Teile mit gleichen, jeweils um 100 erhöhte Bezugsziffern bezeichnet.
Der Spritzkopf 110 ist mit einer Schneckenpresse
111 verbunden, in der eine Schnecke 112 angeordnet ist, die das thermoplastische Material plastifiziert und in Richtung des Pfeiles 113 in den Spritzkopf 10, und zwar durch die Eintrittsöffnung 134 hindurch hineintransportiert. Innerhalb des Gehäuses 114 ist ein Dorn 115 angeordnet, der mit einer Bohrung 116 versehen ist, in nerhalb welcher ein Bolzen 117 geführt ist. Dieser trägt an seinem unteren Ende den Kern 118, der gemeinsam mit einer Matrize 120 die Spritzdüse 119 begrenzt. Die Betätigung des Bolzens 117 geschieht in diesem Fall jedoch durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung 40, 41.
Die Verbindung des Bolzens 117 mit dem Kolben 41 erfolgt über eine Flanschplatte 42. Diese weist unteres ein tig eine Hülse 43 auf, deren unterer Bereich geringeren Durchmessers 44 den Kolben 41 trägt. Die Aussenwandung des Bereiches 44 mit der Hülse 43 ist zugleich die innere Begrenzungswandung des Zylinders 40. Eine Bewegung des Kolbens 41 nach oben oder unten hat also über die Teile 44, 43 und 42 eine Mitnahme des Bolzens
117 zur Folge. Stirnseitig wird der Zylinder 40 durch die beiden Teile 45 und 46 begrenzt. Die vorbeschriebene Verbindung zwischen Bolzen 117 und Kolben 41 hat den Zweck, über die Flanschscheibe 42 eine Verstellung der Teile gegeneinander zu ermöglichen. Die Ausgangslage des Bolzens 117 und somit des Düsenkerns 118 kann auf diese Weise höher oder tiefer eingestellt werden.
Der Dorn 115 ist von einer besonderen Hülse 47 umgeben. Diese bildet in ihrem unteren Bereich gemeinsam mit dem Dorn 115 einen Ringraum 129. Der obere Bereich der Hülse 47, die innen etwas konisch verläuft, bildet einen Sitz für den Dorn 115, der in diesem Bereich ebenfalls konisch verläuft. Dies trifft im übrigen auch für die übrigen Ausführungsbeispiele zu, wobei allerdings dort keine besondere Hülse vorgesehen ist.
Vielmehr bildet das Gehäuse 14 bzw. 214 unmittelbar den Sitz für den Dorn 115. Die konische Ausbildung der Teile hat lediglich den Sinn, das Einsetzen und Lösen des Dornes zu erleichtern.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 bilden Hülse 47 und Gehäuse 114 einen weiteren, äusseren Ringraum 48, der sowohl mit dem inneren Ringraum 129 als auch mit der Spritzdüse 119 in Verbindung steht. Der oberhalb des unteren Endes 49 der Hülse 47 liegende Ringraum 48 dient als Speicherraum. In ihm ist ein Ringkolben 50 geführt, der über Bolzen 51 mit einem zweiten Ringkolben 52 verbunden ist. Letzterer ist in einem Ringzylinder 53 hin- und herverschiebbar.
In der Zeichnung sind die beiden Kolben 50 und 52 links in ihrer unteren und rechts in ihrer oberen Lage dargestellt. Diese obere Lage ist mit SÜa bzw. 52a bezeiohnet. Die innenseitige Führung des Kolbens 52 erfolgt dabei durch einen verdickten Bereich des Bolzens 117. Die Steuerung des Kolbens 52 und damit auch des Kolbens 50 erfolgt in der Weise, wie es im Zusammenhang mit der Anmeldung 14 936/63 beschrieben ist.
Das zu verarbeitende thermoplastische Material tritt aus der Schneckenpresse 111 durch den Eintrittskanal 134 in den Spritzkopf 110 und dort zunächst in die Zwischenkanäle 132 ein, die ebenfalls durch einen Steg 137 voneinander getrennt sind. Die Zwischenkanäle 132 und die daran anschliessenden Verteilerkanäle 130 werden, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen, durch Ausnehmungen im Dorn 115 gebildet, die durch die Hülse 47 abgedeckt sind. Durch die Zwischenkanäle 132 gelangt das Material an den Punkt bzw. in den Bereich 135, wo es umgelenkt wird und in die Verteilerkanäle 130 fliesst. Von dort aus gelangt es, nachdem sich beide Teilströme auf etwa 180O im Bogenmass verbreitert haben, in den Ringraum 129 hinein.
Am unteren Ende 49 der Hülse 47 tritt das thermoplastische Material aus dem Ringraum 129 aus und zunächst in den oberhalb des unteren Hülsenendes 49 befindlichen Speicherraum 48 ein, wobei gleichzeitig der Ringkolben 50 aus der links in der Zeichnung (Fig. 5) dargestellten Lage nach oben in die rechts dargestellte Lage 50a verdrängt wird.
Dies erfolgt ohne besondere Vorkehrungen, da der Strö- mungswiderstand, den das Material beim Durchfliessen der eigentlichen Spritzdüse 119 zu überwinden hat, wesentlich grösser ist als der Widerstand, der durch den Kolben 50 bzw. den Kolben 52 der Verdrängung nach oben entgegengesetzt wird. D. h., dass aus der Spritzdüse 119 so lange kein Material austritt, wie der Kolben 50 noch nicht seine obere Endlage erreicht hat. Sobald das der Fall ist, wird über geeignete Mittel, die in der Patentanmeldung 14 936/63 beschrieben sind, Druck auf den Zylinder 53 gegeben, so dass über den Ringkolben 52 und die Bolzen 51 der Ringkolben 50 nach unten gefahren wird. Dabei wird gleichzeitig das den Speicherraum 48 ausfüllende Material durch die Spritzdüse 119 ausgepresst.
Ringkolben 50 und Bolzen 51 sind nicht fest miteinander verbunden. Vielmehr liegen die unteren Enden der Bolzen 51 lose auf der Oberseite des Ringkolbens 50 auf. Dieser ist also schwimmend angeordnet. Dadurch wird insbesondere die Möglichkeit ausgeschlossen, dass auf Grund einer Fehlschnitung oder auf Grund sonstiger Umstände eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 50 erfolgt, ohne dass gleichzeitig Material in den Speicherraum 48 einfliesst.
Dadurch wird verhindert, dass sich im Speicherraum 48 zu irgendeinem Zeitpunkt eine Unterdruckzone bildet
Die für das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 bis 4 angeführten Vorteile gelten auch hier, wobei der Speicherraum zudem die Möglichkeit gibt, das thermoplastische Material abschnittsweise in kürzerer Zeit auszupressen als dies möglich wäre, wenn die Auspressung kontinuierlich lediglich durch den Druck der Schnekkenpresse 111 erfolgen würde.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 entspricht in allen wesentlichen Einzelheiten dem gemäss Fig. 1 bis 4.
Somit sind auch für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet worden, die jedoch um 200 höher sind.
Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Spritzkopf 210 mit zwei einander gegenüberliegend angeordneten Strangpressen 211 und 211a verbunden ist.
Demzufolge ist im Gehäuse 214 auch eine zweite Eintrittsöffnung 234a vorgesehen, an die sich zwei Zwischenkanäle 232a anschliessen, die ebenfalls, wie die Zwischenkanäle 232 und 233, in die Verteilerkanäle 230 münden. Auch hier treten alle die Vorteile ein, die bereits im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 bis 4 geltend gemacht worden sind.
Method and apparatus for producing bodies which are annular in cross section, e.g. B. hoses or hose sections, made of thermoplastic material, in particular organic plastic
The invention relates to a method and an apparatus for producing bodies which are annular in cross section, e.g. B. hoses or hose sections, made of thermoplastic material, in particular organic plastic, in which the material is conveyed from an extruder into an extrusion head, distributed there over an annular space and pressed out of this through an annular spray nozzle adjoining the annular space, the material below is fed to the same at an angle to the longitudinal axis of the annular space.
The aim of the invention is to achieve, among other things, that a substantially uniform pressure prevails over the cross section of the annular space and the spray nozzle. In particular, it should be avoided that on the side from which the material is fed into the annular space, there is a greater pressure than on the other areas, in particular on the opposite side.
Furthermore, it should be achieved through experience that all the particles of the material flow introduced into the spray head remain in the spray head for about the same time and cover about the same distance within the spray head. This ensures a uniform treatment of all the particles in the material flow, since the time during which the heat supplied to the spray head acts on the particles is approximately the same in each case.
Furthermore, the spray head can be designed in such a way that it does not have any blind spots or corners in which any thermoplastic material can get stuck.
Other advantages of the invention will appear from the following description.
To solve the above-mentioned problems, the invention proposes that the material flow coming from the extruder is initially divided approximately in half and both partial flows are guided on the side of the annular space facing away from the spray nozzle at a distance from the same at two points or in two areas, which are led by the dividing point and the annulus are equidistant from where the partial currents flow with an increase in their width in the direction of the annulus, in which they combine to form an annular stream after they have assumed an approximately arcuate cross-section and a width of 1800, im Measured radians.
The device according to the invention for performing this method consists of an extruder and a downstream spray head which has an inlet opening and an annular nozzle for the thermoplastic material to exit, a mandrel being arranged in the annular nozzle and in the annular space upstream of it. According to the invention, this device is characterized in that it has two distribution channels with an arcuate cross-section, symmetrical to the longitudinal axis of the annular space, which widen in the direction of flow of the material up to 1800 radians each, and their narrow ends facing away from the annular space are connected to the inlet opening are, and their broad ends merge into the annulus. These distribution channels are arranged in cross section concentrically to the longitudinal axis of the annular space.
Further details of the subject matter of the invention emerge from the following explanations and the claims.
Some embodiments of the invention are shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 is a side view of a spray head, partially in section,
Fig. 2 is a section of the associated front view, partly in section,
3 shows a section along the line 3-3 in FIG. 1 on an enlarged scale,
Fig. 4 is a section along the line 4-4 of Fig. 2,
5 shows the side view of a second embodiment, partly in section,
6 shows the side view of a third exemplary embodiment, partly in section.
The spray head 10 of the embodiment according to FIGS. 1 to 4 is connected to a screw press 11 in which the thermoplastic material is plasticized by a screw 12 under the action of heat and transported into the spray head 10 in the direction of arrow 13.
The spray head 10 essentially consists of a housing 14 in which a mandrel 15 extending in the longitudinal direction of the spray head is arranged.
The mandrel 15 is provided with a central bore 16 in which a bolt 17 is arranged to be longitudinally displaceable. This bolt 17 carries at a lower end a part 18 which forms the core of an annular spray nozzle 19. This is bounded on the outside by a die 20. The connection between the bolt 17 and the core 18 takes place via a thread 21. The core 18 merges at its upper end into a sleeve-like extension 22 which is provided with an internal thread. The lower end of the bolt 17, which has an external thread, engages in this extension.
The upper end of the bolt 17, which passes through a cross member 24 attached to the injection head 10, also has a thread 25. The bolt 17 can be held in its respective position by a nut that can be screwed onto this thread 25. It is obvious that a rotation to the right or left of the bolt 17 results in an upward or downward movement of the nozzle core 18. In this way, the width of the annular nozzle 19 is adjustable, since the walls of the core 18 and d of the die 20 which border the spray nozzle 19 be oblique. The adjustment of the gap width of the spray nozzle 19 results in a corresponding change in the wall thickness of the hose emerging from the nozzle 19.
It can be assumed that the core 18 does not take part in the rotational movement of the bolt 17, Ida the friction between the outer surface of the core 18 and the plastic in the spray nozzle 19 is greater than the friction within the thread 21.On the other hand, the arrangement can also be made so that a recess 23 is attached to the end face of the core 18, which is non-circular in cross section, for. B. is square or hexagonal. A correspondingly shaped key can be inserted into this recess 23, with the aid of which the core 18 is rotated relative to the bolt 17. In this way, too, depending on the direction of the rotary movement, the core 18 can be shifted upwards or downwards in order to set the respectively desired gap width of the nozzle 19.
In its central area and around the die 20, the spray head 10 carries a heating sleeve 27 and 28, respectively. In its central area, the mandrel 15 and housing 14 also form an annular space 29 which merges downward into the spray nozzle 19. In its area above the annular space 29, the mandrel 15 is provided with two lateral recesses 30 and 31, which are arranged opposite one another. These two recesses are arcuate in cross section and widen from top to bottom.
At their lower end, their width, measured in radians, is 1,800. There they merge into the annular space 29.
The two recesses 30 and 31, which are delimited on the outside by the housing 14, are connected to the inlet opening 34 in the housing 14 via two intermediate channels 32 and 33. The thermoplastic material from the screw press 11 enters the extrusion head 10 through this inlet opening. The two intermediate channels 32 and 33 initially run in the circumferential direction of the mandrel 15, in order then to be deflected downwards by about 90 "from the inlet opening 34 at 35 and 36 at a distance of about 90, measured in radians. Go after the deflection the intermediate channels 32 and 33 into the upper regions of the recesses 30 and 31 forming the distribution channels.
At their upper ends, the two distribution channels 30 and 31, which widen approximately semicircularly downwards, have their smallest width, which corresponds approximately to the width of the intermediate channels 32 and 33.
The thermoplastic material flowing out of the screw press 11 forms a single material flow up to the inlet opening 34, which is divided into two partial flows when it enters the intermediate channels 32 and 33. In order to facilitate this division, a web 37 is attached opposite the inlet opening 34 (FIG. 4), which divides the incoming material flow and guides both partial flows into the intermediate channels 32 and 33. There the two partial flows are guided around an arc of approximately 90 "around the mandrel 15 on different sides until they reach the two areas 35 and 36, which are exactly opposite one another and are also at the same distance from the inlet opening 34.
There the two partial flows are diverted downward into the distribution channels 30 and 31, in which the two partial flows are distributed over the circumference of the mandrel 15 with increasing width of these two channels 30 and 31 until they finally reach the lower end of these two distribution channels 30 and 31 , that is, where they are approximately semicircular, overflow into one another and flow into the annular space 29. There the two partial flows are intimately connected to form a tubular structure which finally emerges from the spray head through the spray nozzle 19.
From the above it follows that the stream of material coming from the screw press 11 does not immediately enter the annular space 29, but rather is first brought to two points or areas 35 and 36, both of which are equidistant from the inlet opening 34 and on which The circumference of the mandrel 15 is opposite to one another. Starting from these two points or, better said, areas 35 and 36, the material I then slowly widened in two partial flows as it flows through the two channels 31 and 32 until it forms two partial flows approximately semicircular in cross section, which unite in the annular space 29 . This ensures that there is approximately the same pressure over the entire cross section of the annular space 29.
In the case of the known spray heads, in which the material is also fed in from the screw press from the side, things are generally such that the pressure on the side on which the screw press is located is greater within the annular space and the adjoining spray nozzle than on the other side. In relation to the representation according to FIG. 1, this would mean that in the right area, of the annular space 29 and the spray nozzle 19 adjoining it, that is, in the area on the side from which the material is supplied, a greater pressure prevails than in the left area.
This has a number of significant disadvantages. First of all, it has to be considered that many thermoplastics swell after they have left the spray nozzle and are therefore no longer under pressure. I.e. so that their volume increases. The extent of this swelling depends on the magnitude of the pressure to which the material was previously exposed, that is, before it emerges from the spray nozzle 19 and is depressurized. It is obvious that in the known spray heads, in which the pressure over the circumference of the annular space 29 and the spray nozzle 19 is different, the swelling behavior of the hose being sprayed out is also different over its circumference, so that as a result a hose is extruded whose wall thickness is uneven over its circumference.
Of course, in the known spray heads, the pressure difference in the vicinity of the opening through which the material enters the spray head is greater than in the spray nozzle. In relation to the representation according to FIG. 1, this would mean that the pressure difference in the known spray heads between the right area of the annular space 29 and its left area at the upper end of this annular space is greater than, for example, at the lower end of the spray nozzle. This is due to the fact that in the course of the flow of the material through the annular space 29 and the adjoining spray nozzle 19, a certain pressure equalization occurs.
Taking this into account, it can therefore be assumed that, even with the known spray heads, a pressure equilibrium can at least approximately exist in the spray nozzle if only the annular space 29 and thus the path to be covered by the material within the spray head is long enough. Achieving pressure equalization in this way would, however, have the consequence that the spray head of conventional design has a length that would make it extremely expensive and, moreover, could never be considered for practical reasons of handling, etc. In contrast, the length of the spray head for achieving the pressure equilibrium within the spray nozzle plays no role whatsoever in the teaching according to the invention, since the material is guided in a way that does not allow pressure differences to arise from the outset.
It is also obvious that in the known spray heads the pressure difference within the annular space and the adjoining spray nozzle is greater, the larger the diameter of the hose to be sprayed out and thus also the diameter of the annular space and the spray nozzle. This problem also does not occur with the spray head according to the invention, since the achievement of the pressure equilibrium by guiding the material according to the invention is independent of the diameter of the spray head, the annular space 29 and the nozzle 19. In other words: the distribution channels 30 and 31 can be installed in each spray head, regardless of whether it has a small or a large diameter.
Another decisive advantage of the subject matter of the invention is that the spray head does not contain any dead corners or angles in which any thermoplastic material can get stuck. This is particularly important because in practical operation it must be expected that the material processed in the screw press and the downstream spray head will be changed at certain time intervals. If, for example, a yellow plastic is to be processed after processing a black-colored thermoplastic material, it must be ensured beforehand that there are no residues of the previously processed black in the injection head
Materials are more.
Otherwise, it must be expected that during processing of the following, i.e. the yellow material, residues of the black material still in any nooks and crannies of the spray head will be transferred to the yellow
Material flow arrive, whereby of course the product to be made from the yellow material now to be processed is unusable. In the case of the spray head according to the invention, this risk does not arise, since all the material entering the spray head must inevitably exit the spray nozzle again after a short time.
The spray head 110 shown in FIG. 5 corresponds in terms of its basic structure to the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 4. Therefore, the same parts are also denoted by the same reference numerals, each increased by 100.
The extrusion head 110 is with a screw press
111 connected, in which a screw 112 is arranged, which plasticizes the thermoplastic material and transports it in the direction of arrow 113 into the extrusion head 10 through the inlet opening 134. A mandrel 115 is arranged inside the housing 114 and is provided with a bore 116 in which a bolt 117 is guided. At its lower end, the latter carries the core 118 which, together with a die 120, delimits the spray nozzle 119. The actuation of the bolt 117 takes place in this case, however, by a cylinder-piston arrangement 40, 41.
The connection of the bolt 117 to the piston 41 takes place via a flange plate 42. This has a sleeve 43 at the bottom, the lower area of which, with a smaller diameter 44, carries the piston 41. The outer wall of the area 44 with the sleeve 43 is at the same time the inner boundary wall of the cylinder 40. A movement of the piston 41 upwards or downwards thus entrains the bolt via the parts 44, 43 and 42
117 result. On the front side, the cylinder 40 is delimited by the two parts 45 and 46. The above-described connection between bolt 117 and piston 41 has the purpose of allowing the parts to be adjusted relative to one another via the flange disk 42. The starting position of the bolt 117 and thus of the nozzle core 118 can be set higher or lower in this way.
The mandrel 115 is surrounded by a special sleeve 47. In its lower area, this forms, together with the mandrel 115, an annular space 129. The upper area of the sleeve 47, which runs somewhat conically on the inside, forms a seat for the mandrel 115, which also runs conically in this area. Incidentally, this also applies to the other exemplary embodiments, although no special sleeve is provided there.
Rather, the housing 14 or 214 directly forms the seat for the mandrel 115. The conical design of the parts is only intended to facilitate the insertion and removal of the mandrel.
In the exemplary embodiment according to FIG. 5, the sleeve 47 and the housing 114 form a further, outer annular space 48, which is connected both to the inner annular space 129 and to the spray nozzle 119. The annular space 48 lying above the lower end 49 of the sleeve 47 serves as a storage space. An annular piston 50, which is connected to a second annular piston 52 via bolts 51, is guided in it. The latter can be pushed back and forth in a ring cylinder 53.
In the drawing, the two pistons 50 and 52 are shown in their lower position on the left and in their upper position on the right. This upper layer is marked with SÜa or 52a. The inside guidance of the piston 52 takes place through a thickened area of the bolt 117. The control of the piston 52 and thus also of the piston 50 takes place in the manner described in connection with the application 14 936/63.
The thermoplastic material to be processed emerges from the screw press 111 through the inlet channel 134 into the injection head 110 and there first into the intermediate channels 132, which are also separated from one another by a web 137. The intermediate channels 132 and the adjoining distribution channels 130 are, as in the other exemplary embodiments, formed by recesses in the mandrel 115 which are covered by the sleeve 47. The material passes through the intermediate channels 132 to the point or area 135 where it is deflected and flows into the distribution channels 130. From there, after both partial flows have widened to about 180 ° radian, it enters the annular space 129.
At the lower end 49 of the sleeve 47, the thermoplastic material exits the annular space 129 and first enters the storage space 48 located above the lower end of the sleeve 49, while at the same time the annular piston 50 moves upwards from the position shown on the left in the drawing (FIG. 5) is displaced into the position 50a shown on the right.
This takes place without any special precautions, since the flow resistance that the material has to overcome when flowing through the actual spray nozzle 119 is significantly greater than the resistance that is opposed to the upward displacement by the piston 50 or piston 52. This means that no material emerges from the spray nozzle 119 as long as the piston 50 has not yet reached its upper end position. As soon as this is the case, pressure is applied to the cylinder 53 via suitable means, which are described in the patent application 14 936/63, so that the annular piston 50 is moved downwards via the annular piston 52 and the bolts 51. At the same time, the material filling the storage space 48 is pressed out through the spray nozzle 119.
Ring piston 50 and bolt 51 are not firmly connected to one another. Rather, the lower ends of the bolts 51 lie loosely on the upper side of the annular piston 50. This is so arranged floating. This in particular eliminates the possibility of an upward movement of the piston 50 due to a miscutting or other circumstances without material flowing into the storage space 48 at the same time.
This prevents a negative pressure zone from forming in the storage space 48 at any point in time
The advantages listed for the embodiment according to FIGS. 1 to 4 also apply here, the storage space also giving the possibility of pressing out the thermoplastic material in sections in a shorter time than would be possible if the pressing were carried out continuously solely by the pressure of the screw press 111 .
The embodiment according to FIG. 5 corresponds in all essential details to that according to FIGS. 1 to 4.
Thus, the same reference numbers have been used for the same parts, but they are 200 higher.
The only difference is that the extrusion head 210 is connected to two extrusion presses 211 and 211a arranged opposite one another.
Accordingly, a second inlet opening 234a is also provided in the housing 214, to which two intermediate channels 232a are connected, which, like the intermediate channels 232 and 233, also open into the distribution channels 230. Here, too, all of the advantages that have already been asserted in connection with the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 4 apply.