CN114630744A

CN114630744A - 用于挤出生产线的构件

Info

Publication number: CN114630744A
Application number: CN202080072134.8A
Authority: CN
Inventors: H·多曼; H·施蒂格利茨
Original assignee: Battenfeld Cincinnati Germany GmbH
Current assignee: Battenfeld Cincinnati Germany GmbH
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2040-10-13
Also published as: EP4045274A1; DE102019127707A1; CN114630744B; WO2021074170A1

Abstract

本发明涉及一种挤出生产线的构件、尤其是工具(2)或工具的一部分，所述构件(8)尤其是设置用于冷却熔体和/或用于均质化熔体和/或用于分配熔体，所述构件(8)复杂地构造并且包括多个零件。根据本发明，在此规定：所述构件(8)计算机辅助地设计，对于构件(8)计算机辅助的制造数据占主导，并且基于所述数据来增材制造构件(8)，这样制造的构件(8)满足以下功能中的至少一个功能：将熔体均匀地分配到周边上；使熔体在周边上热均质化；使熔体在周边上机械均质化；在周边上冷却熔体；保持用于内部挤压熔体的支撑元件。本发明此外涉及一种与此相关的方法。

Description

用于挤出生产线的构件

技术领域

本发明涉及一种挤出生产线的构件、尤其是工具或所述工具的一部分，其中，所述构件尤其是设置用于冷却熔体和/或用于均质化熔体和/或用于分配熔体，其中，所述构件复杂地构造并且包括多个零件。本发明此外涉及一种与此相关的方法。

背景技术

所述设备由现有技术已知。

例如在DE 10 2010 051 732 Al中描述一种用于在挤出工具、尤其是管挤出工具中分配塑性的塑料物料的设备，所述设备包括一个或多个流动通道，所述流动通道具有至少一个熔体入口和一个熔体出口，其中，在熔体入口与熔体出口之间在流动通道中设置有至少一个冷却元件，其中，所述冷却元件能被塑料物料环流，其中，在流动通道中为了精细分配熔体而沿径向设置有强制分配元件，其中，所述冷却元件设置在所述强制分配元件中或上。

为了制造管，需要借助下述工具将由挤出机产生的柱形的塑料熔体流变形为圆环缝隙形的熔体流。对此重要的是，来自挤出机的熔体流在所述工具中通过居中设置的芯轴转变成相应的环形流动。在DE 103 15 906中提出一种这样的设备。

目前，通常需要短的挤出生产线。这仅能在对所挤出的型材的冷却得以优化时才能实现。在最好的情况下，熔体已经在工具中被冷却到这样的程度，使得所述熔体虽然还可变形，但是熔体温度明显低于在离开挤出机之后的熔体温度。

DE 10 2007 050 291在此提出在工具中分配熔体、冷却单股并且随后又汇合。

由现有技术，也由EP 0 593892 A1已知一种用于挤出机的型材工具，所述挤出机具有可单独操控的、影响材料的流动特性的调温元件。所述调温元件在挤出机的螺杆下游且在工具的定型区域的上游这样设置在材料的流动通道中，使得挤出的材料的温度可以在横截面的所选出的区中升高。因此，即使在横截面复杂的情况下和在没有装配调温元件的不同定型的部件的情况下也能够影响型材的壁厚。

DE 103 15 906 Al已知一种用于在挤出工具、尤其是管挤出工具中分配塑性的塑料物料的设备，所述设备包括一个熔体入口和至少一个熔体出口，其中，在熔体入口与熔体出口之间首先设置有预分配元件并且随后设置有精细分配元件，规定：所述预分配元件构造为芯轴并且包括主通道，所述主通道与至少一个副通道流体连接，其中，所述副通道螺旋形地在芯轴的周面中延伸。

然而，所有这些工具在方法技术上难以制造，因为必须耗费地制造多个零件并且紧接着必须耗费地相互连接。复杂的冷却通道必须汇合到具有多个通道的结构中并且“熔合”成一个整体构件。位于内部的部件(所述位于内部的部件被熔体环流并且应该冷却熔体)又必须与位于外部的部件这样连接，使得冷却介质可以穿流所述位于外部的部件。然而，穿流冷却通道的冷却介质在此不允许到达熔体中，因此示出的连接必须是绝对密封的，这由于要连接的位置的复杂性和与此相关的难以接近性而达到其技术上可行的极限。

发明内容

本发明的目的在于，在挤出技术中这样简化对复杂构件的制造，以便能够使构件的制造成本和生产时间最小化，以及提出一种相应的方法。

所述目的的解决方案结合权利要求1的前序部分的特征在于：所述构件计算机辅助地设计，对于所述构件计算机辅助的制造数据占主导，并且所述构件基于所述数据而增材制造，其中，这样制造的构件满足以下功能中的至少一个功能：将熔体均匀地分配到周边上；使熔体在周边上热均质化；使熔体在周边上机械地均质化；在周边上冷却熔体；保持用于内部挤压熔体的支撑元件。

考虑可以根据本发明制造的多个构件。因此，例如可以是熔体冷却器、螺旋分配器、所述两者的组合亦或任何其它的组合。

重要的是，利用本发明可以制造如下构件，所述构件至少可以满足在权利要求1中给出的功能或这些功能性的组合。

从借助CAD计算机辅助设计的构件中又产生计算机辅助的制造数据，这些制造数据类似于在借助CNC机器制造部件时那样现在被考虑用于增材地制造构件。在增材制造中，逐层涂敷材料层并且因此产生三维物体。

借助增材制造(也称为3D打印)能够制造非常复杂的构件，因为在装配各个构件时无须考虑连接部位的可接近性。传统的对构件的可制造性的考虑也不再重要，因为任意还如此复杂的实施方式都可以借助这种方法来制造。

提出关于所述方法的解决方案，为了制造用于挤出生产线的构件，计算机辅助地设计构件并且由此产生计算机辅助的制造数据，以便基于所述数据来增材制造所述构件，其中，这样制造的构件满足以下功能中的至少一个功能：将熔体均匀地分配到周边上；使熔体在周边上热均质化；在周边上机械地均质化；在周边上冷却熔体。

根据进一步改进方案规定，为了制造用于挤出生产线的构件，在产生计算机辅助的制造数据之前，通过计算机辅助的模拟在结构上改变所述构件，直到挤出过程被优化。

有利地，在所述模拟中研究熔体的流动特性和/或熔体的均质化程度和/或熔体在构件的角区域中的停留时间。

因此，所述设计一直改变并且始终重新研究对熔体的流动特性的模拟，直到尽可能好地实现上述各功能的尽可能多的功能。

在从属权利要求中描述所述设备以及所述方法的另外的有利的进一步改进方案。

附图说明

在附图中示意性地示出根据本发明的设备：

图1示出典型的挤出生产线；

图2示出根据本发明的构件的纵剖视图，

图3根据图2中的剖面走向示出根据本发明的构件的剖视图，

图4示出图3的备选的实施方式，

图5示出在挤出工具中的构件的备选的实施方式，

图6仅示出构件，

图7示出图6的没有分隔壁的视图，

图8示出图6的放大的局部，

图9示出图7的放大的局部，

图10示出作为部分剖视图的图8的局部，

图11以另外的部分剖视图示出图6的局部。

具体实施方式

图1示出现今用于型材挤出(无论是用于制造窗型材还是管)的典型的挤出生产线。该图示出挤出机1，塑料在所述挤出机中熔化并且被连续地输送到挤出工具2中以用于成型。所述挤出工具与校准和冷却站3连接，根据型材可以使用另外的冷却站。在冷却站之后连接有牵拉装置4。为了将连续型材6切断到期望的长度，随后设置有分隔装置5。挤出轴线标记有附图标记7。

图2示意性地示出根据本发明的增材制造的构件8的剖视图。构件8具有从熔体入口14延伸直至熔体出口20的熔体通道17。支撑元件13(在此为挤出工具中的芯轴)在构件8的内部挤压熔体，从而将所述熔体这样分配到周边上，使得将熔体输送给混合和冷却结构16。所述支撑元件13在构件8中设置在所述混合和冷却结构16上并且因此保持在构件8的内部。连接部位15在此仅为了说明而标明为单独的附图标记，由于增材的制造方法，这不是传统意义中的连接，而是一件式的。熔体因此被引导通过所述混合和冷却结构16，在那里将所述熔体热学地和机械地均质化以及冷却。混合和冷却结构16具有被熔体环绕流动的冷却通道9。冷却通道9具有进入口10和排出口11，冷却介质通过所述进入口和排出口从构件8的外侧穿流冷却通道9。作为冷却介质而使用不同的介质、如水、空气或特定的冷却剂。构件8可以通过端侧的法兰12与另外的构件相连接。通过点划线来标记在图3和4中示出的实施例的剖面走向。

图3是构件8的示意图的根据图2中的剖面走向的剖视图。第一部分熔体通道18从熔体入口14经由混合和冷却结构16中的熔体通道17进一步经由第二部分熔体通道19延伸至熔体出口20。混合和冷却结构16中的冷却通道9具有用于冷却介质的进入口10和排出口11。挤出轴线标记有附图标记7。

在图4中示出混合和冷却结构16的备选的实施方式，在这里相同的构件也用相同的附图标记表示。

挤出技术是在加工塑料时经常使用的方法。在此涉及连续进行的过程，在所述过程中除了其它产品之外，也制造塑料管。

众所周知，在管挤出中，借助工具将熔体股置于相应的形状。在此之后，必须将预成形的熔体软管校准到相应的外直径并且进行冷却。最后借助履带式拉出装置将这样形成的管牵拉通过挤出生产线并且随后由分隔装置分隔开相应的运输长度。

管的尺寸的和视觉质量基本上取决于管工具的质量。熔体在周边上分配得越好且在整个横截面上热学地和机械地均质化，在随后的校准和冷却过程中可以对管几何结构和表面构造进行越均匀的设计。目前的可机械制造的熔体分配器、混合或冷却构件仅能有限地或仅分开地实施所期望的性能。由现有技术已知静态混合器，因此例如维基百科对结构和工作原理以及设计和优缺点进行对比。在此仅扼要地引用静态混合器相对于动态混合器具有一些优点，因为静态混合器成本有利地不占据大量的空间并且由于结构型式而免于维修。根据Sulzer结构型式的混合器在此实施为非常紧凑的，其中各手柄叶片交叉或者构造为具有多个支架状交叉设置的板条。然而，这种结构方式具有高的压力损耗。

另一个静态混合器是Kenics混合器，维基百科在这里说明：“所述混合器由180°扭转的板材制成。每个螺旋体相对于之前的螺旋体位错90°并且具有相反的转动方向”。

Kenics混合器结构方式是构件8的另一个备选的实施方式的基础并且在图5至11中详细描述。该实施方式是已知的静态的管挤出熔体分配器的进一步改进，其中，在工具中附加地结合调温可能性。

图5示出挤出工具2沿挤出轴线7的剖视图的一部分，熔体通道从第一部分熔体通道18经由根据本发明的构件8延伸到第二部分熔体通道19中直至熔体出口20。在图5a中放大地示出构件8。构件8具有包括多个肋21的混合和冷却结构16。挤出方向标记有附图标记26。

图6仅以三维视图示出所述构件8。在这里也可看出混合和冷却结构的肋21，所述肋设置为分配在整个周边上。存在第一区域22和第二区域23，在所述第一区域和第二区域中设置有所述肋21。这两个区域又彼此等距地设置并且第一区域22中的肋21相对于第二区域23中的肋21位错。各个区域通过分隔壁25相互分隔开。在此，也用附图标记26表示挤出方向。

在图7中又示出构件8，其中，在此为了说明扭转的肋21而隐藏使区域22和23相互分隔开的分隔壁25。

补充地应提到，其它区域也可以与区域22和23等距地设置。在此，肋21的扭转程度(如在区域22或23中重复的那样)无需是决定性的，肋21相对于在相邻的区域中的肋扭转。同样的情况适用于肋21本身的扭转，扭转程度也可以从区域至区域是不同的。也能够有利的是，将穿过所述区域的熔体有意地从一个区域引导至相邻的区域。在所描述的和示出的实施例中，分隔这些区域的分隔壁25这样构造，使得防止熔体溢流。但是通过有针对性地引入孔或者布置一个或多个舌板，可以有意地引起熔体的溢流。由此促进混匀和/或均质化。

为了说明构造本身，图8示出图6的放大的视图A，在此也又看出扭转的肋21，所述肋分别设置在第一区域22和第二区域23中。如已经描述的那样，所述两个区域通过分隔壁25相互分隔开。

图9同样示出图7(该图示出没有分隔壁25的构件8)的放大的局部B。能清楚地看出本身扭转的肋21，在第一区域22中的肋相对于第二区域23中的肋21位错地设置。

根据图10的示图对应于根据图8的局部，其中，在此以横向于挤出方向26剖切地示出构件8。通过该剖视图可看出，肋21具有空腔24。图10a示出剖切的构件8，而图10b示出对此放大的细节。肋21的具有空腔24的实施方式具有如下优点，肋21可以被冷却介质穿流。在此，空气、水、油或适合于冷却的其它介质也可以用作冷却介质。根据借助一个中央的或多个通道状的流入口与肋21的空腔24相连接的设计方案，此外可能的是在整个构件8内单独地设计通过肋21进行冷却的强度，其方式为以冷却剂更多或更少地穿流各个肋21。这里也又能看出第一区域22和第二区域23以及分隔壁25。

图11同样示出构件8的剖视图，其中，在这里选择了沿分解轴线26的剖视图。在此也又可看出在区域22和23中的扭转的肋21以及分隔壁25。能够清楚地看出所述肋21具有空腔24。

这种根据本发明的构件可以利用新的制造技术(例如在金属粉末上的增材激光烧结过程)来制造并且在挤出工具中的熔体方面具有以下特性：

·熔体在周边上的均匀分配

·在整个横截面上热学地和机械地均质化

·在工具中冷却熔体

·短的停留时间谱(短的颜色变化时间)

·适度的压力积聚

附图标记列表

1 挤出机

2 挤出工具

3 校准和冷却罐

4 牵拉装置

5 分隔装置

6 型材

7 挤出轴线

8 2的构件

9 8中的冷却通道

10 9中的冷却介质的进入口

11 9中的冷却介质的排出口

12 连接法兰

13 芯轴

14 熔体入口

15 13的固定件

16 混合和冷却结构

17 熔体通道

18 从14开始的第一部分熔体通道

19 靠近20的第二部分熔体通道

20 熔体出口

21 16的肋

22 16的第一区域

23 16的第二区域

24 21中的空腔

25 16中的分隔壁

26 挤出方向

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.挤出生产线的构件、尤其是工具(2)或所述工具的一部分，所述构件(8)尤其是设置用于冷却熔体和/或用于均质化熔体和/或用于分配熔体，所述构件(8)复杂地构造并且包括多个零件，其特征在于，所述构件(8)计算机辅助地设计，对于构件(8)计算机辅助的制造数据占主导，并且构件(8)基于所述数据而增材制造，其中，这样制造的构件(8)满足以下功能中的至少一个功能：将熔体均匀地分配到周边上；使熔体在周边上热均质化；使熔体在周边上机械均质化；在周边上冷却熔体；保持用于内部挤压熔体的支撑元件，其中，所述构件是筛篮或熔体冷却器或螺旋分配器的一部分。

2.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，所述构件是筛篮与熔体冷却器的组合。

3.根据上述权利要求中任一项所述的构件，其特征在于，所述构件是筛篮与螺旋分配器的组合或熔体冷却器与螺旋分配器的组合或筛篮与螺旋分配器的组合。

4.根据上述权利要求中任一项所述的构件，其特征在于，构件包括本身扭转的肋(21)，所述肋(21)均匀地分配到所述构件的周边上，所述肋设置在至少两个区域(22、23)中并且在第一区域(22)中的肋(21)相对于在第二区域(23)中的肋(21)扭转。

5.根据权利要求4所述的构件，其特征在于，所述肋(21)构造为具有空腔(24)的空心体。

6.用于制造用于挤出生产线的构件(8)的方法，计算机辅助地设计所述构件(8)并且由此产生计算机辅助的制造数据，以便基于所述数据来增材制造所述构件(8)，其中，这样制造的构件(8)满足以下功能中的至少一个功能：将熔体均匀地分配到周边上；使熔体在周边上热均质化；在周边上机械均质化；在周边上冷却熔体。

7.根据权利要求6所述的用于制造用于挤出生产线的构件(8)的方法，其特征在于，在产生计算机辅助的制造数据之前，通过计算机辅助的模拟在结构上改变构件(8)，直至挤出过程被优化。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述模拟中研究熔体的流动特性和/或熔体的均质化程度和/或熔体在构件(8)的角区域中的停留时间。

9.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，本身扭转的肋(21)影响熔体的流动并且所述肋(21)具有空腔(24)，所述空腔被冷却介质穿流，其中，流向肋(21)的空腔(24)的流入口中的流量受机构影响，由此在整个构件(8)之内的冷却强度能够不同。

Claims

1.挤出生产线的构件、尤其是工具(2)或所述工具的一部分，所述构件(8)尤其是设置用于冷却熔体和/或用于均质化熔体和/或用于分配熔体，所述构件(8)复杂地构造并且包括多个零件，其特征在于，所述构件(8)计算机辅助地设计，对于构件(8)计算机辅助的制造数据占主导，并且所述构件(8)基于所述数据而增材制造，其中，这样制造的构件(8)满足以下功能中的至少一个功能：

·将熔体均匀地分配到周边上

·使熔体在周边上热均质化

·使熔体在周边上机械均质化

·在周边上冷却熔体

·保持用于内部挤压熔体的支撑元件。

2.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，所述构件是筛篮或熔体冷却器或螺旋分配器的一部分。

3.根据权利要求1或2所述的构件，其特征在于，所述构件是筛篮与熔体冷却器的组合。

4.根据上述权利要求中任一项所述的构件，其特征在于，所述构件是筛篮与螺旋分配器的组合或熔体冷却器与螺旋分配器的组合或筛篮和螺旋分配器的组合。

5.根据上述权利要求中任一项所述的构件，其特征在于，构件包括本身扭转的肋(21)，所述肋(21)均匀地分配到所述构件的周边上，所述肋设置在至少两个区域(22、23)中并且在第一区域(22)中的肋(21)相对于在第二区域(23)中的肋(21)扭转。

6.根据权利要求5所述的构件，其特征在于，所述肋(21)构造为具有空腔(24)的空心体。

7.用于制造用于挤出生产线的构件(8)的方法，

计算机辅助地设计所述构件(8)并且由此产生计算机辅助的制造数据，以便基于所述数据来增材制造所述构件(8)，

其中，这样制造的构件(8)满足以下功能中的至少一个功能：

·将熔体均匀地分配到周边上

·使熔体在周边上热均质化

·在周边上机械均质化

·在周边上冷却熔体。

8.根据权利要求7所述的用于制造用于挤出生产线的构件(8)的方法，其特征在于，在产生计算机辅助的制造数据之前，通过计算机辅助模拟在结构上改变所述构件(8)，直至挤出过程被优化。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述模拟中研究熔体的流动特性和/或熔体的均质化程度和/或熔体在构件(8)的角区域中的停留时间。

10.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，本身扭转的肋21影响熔体的流动并且所述肋21具有空腔24，所述空腔被冷却介质穿流，其中，流向肋21的空腔24的流入口中的流量受机构影响，由此在整个构件8之内的冷却强度能够不同。