DE10120665A1 - Tandemextrusionswerkzeug und Verfahren zum Herstellen eines solchen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Tandemextrusionsmaßwerkzeug für Kunststoffe und auf ein Herstellungsverfahren eines solchen Werkzeuges. Das Werkzeug umfaßt eine Einlaßplatte, Mittelplatten und eine Auslaßplatte, die miteinander mittels eines säulenförmigen Stiftes in Reihe verbunden sind. Seitenelemente sind vorgesehen, um diese auf einem Sockel mit Hilfe von Bolzen oder Schrauben zu befestigen. Bei dem Herstellungsverfahren werden eine rechteckige Einlaßplatte, Mittelplatten und eine Außenplatte, die einen Hohlraum von unterschiedlicher Formgebung bilden, in einer aufrechten Form positioniert und nachfolgend in Reihe miteinander verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Formwerkzeug zur Herstellung von Profilen, insbesondere auf ein Tandemextrusionswerkzeug für Kunststoffe und auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Werkzeugs, durch das die hohe Qualität der extrudierten Profile sicher gestellt wird und bei dem die Design- und Herstelldauer effektiv und zuverlässig ver­ mindert wird.

Ein bekanntes Extrusionsmaßformwerkzeug gemäß dem Stand der Technik für eine Teilbe­ reichsextrusion (subsection extrusion), das in Fig. 1 in einer Querschnittsdarstellung gezeigt ist, ist aus einem bis sechs einzelnen Werkzeugelementen (sizer) hergestellt, die in einem isometrischen Abstand auf einer Basis angeordnet sind, die durch eine Basisplattenaufnahme 1 und eine Basisplatte 2 gebildet wird. Der Formhohlraum 13 ist von einer oberen Platte 10, einem Seitenelement bzw. Seiten-Baffle 9, einem Seitenelement bzw. -Baffle 8, einem Sei­ tenelement bzw. -Baffle 6 und einer unteren Platte 4 umgeben. Die obere Abdeckung, die durch eine obere Platte 10 und einer untere Abdeckplatte gebildet wird, kann um die Gelenk­ achse 18 geschwenkt und nach oben bewegt und dadurch geöffnet werden, wobei der Griff 12 als Bedien- bzw. Betätigungselement dient. Bei dem gesamten Hohlraum handelt es sich um einen "offenen" Hohlraum (cavity of open type). Die Trennfläche (parting face) verläuft parallel zur Extrusionsrichtung, die Auswahl der Trennfläche hängt von der Komplexität des Hohlraums ab. Üblicherweise ist der Hohlraum in unterschiedliche offene Bereiche unterteilt, die an Übergangspunkten von einer Platte, einer Matrize bzw. einem Aufnahmeformhohlraum (female die cavity) der nicht einfach herzustellen ist, und einspringenden Ecken bzw. Winkeln gebildet ist, so daß jedes Teil einfach abgetragen bzw. ausgehoben, gefräst und geschliffen werden kann. Für die Teile, die in ihrer Formgebung komplexer ausgestaltet sind und sehr schwierig herzustellen sind, wie z. B. das Seitenelement bzw. Seiten-Baffle 8, wird häufig eine elektro-erosive Bearbeitung bzw. eine Funkenerosion (line cutting electric spark process) eingesetzt. Danach werden alle Teile zusammengesetzt, um den Formhohlraum zu erzeugen. Der Gasschlitz 14 ist an der inneren Fläche des Hohlraumkanals eingebracht, und ein Gas­ pfadsystem wird durch den Gasschlitz 14, das Gasloch 15, die Gaskammer 16 und eine Gasextraktions- bzw. Gasabsaugdüse 17 gebildet. Der Gasschlitz 14 ist mit dem Gasloch 15 und dann mit der Gaskammer 16 verbunden, und die Gasdüse 17 und die Gaskammer 16 sind ebenfalls miteinander verbunden. Der Querschnittsbereich des Durchlasses zwischen dem Gasloch 15 und dem Gasschlitz 14 ist zu klein, d. h. der effektive Querschnitt für die Gasab­ saugung ist zu klein, was unvermeidlich dazu führt, daß das Vakuum in dem Hohlraum nur mit Schwierigkeiten erzeugt werden kann, was der Formgebung des Profils entgegenwirkt. Ein Wasserloch 20 ist um den Hohlraum herum vorgesehen, wobei das Wasserloch 20 einen bestimmten Abstand von dem Gasschlitz 14 aufweist, um ein Wasserleck bzw. eine undichte Stelle zu verhindern, die durch eine Verbindung zwischen ihnen hervorgerufen werden würde. Nicht nur diese Konstruktion sondern auch die Anordnung und Verbindung des Wasserlochs 20 ist sehr kompliziert. Weil das Wasserloch durch die Trennfläche der Platte verläuft, wird die O-förmige Dichtung 7 dazu verwendet, den Abstand zwischen ihnen abzudichten, und das Verfahrensloch sollte durch einen Aluminiumbolzen 5 abgeschlossen werden, da das Was­ serloch durch das Seitenelement bzw. Seiten-Baffle 6 verläuft. Alle Wasserlöcher sind Löcher mit einer Tiefe, die mehr als 20 mal größer ist als ihr Durchmesser, und sind längs der Längs­ ausrichtung jedes Formgebungswerkzeuges (sizer) eingebracht, so daß die Wasserlöcher we­ sentlich weiter von den Gasschlitzen (d. h. von dem Hohlraum) entfernt angeordnet werden müssen, um sicherzustellen, daß kein Wasserleck auftritt, was dazu führt, daß lediglich eine schlechte Kühlwirkung für das Herstellungsverfahren in dem Hohlraum zur Verfügung ge­ stellt wird, was sich nachteilig auswirkt. Um eine vollständige Kühlung und Formgebung der Herstellung in der Kavität bzw. dem Hohlraum sicherzustellen, wird ein konventionelles Formwerkzeug (sizer mould) aus unterschiedlichen Abschnitten der Formwerkzeuge herge­ stellt, die axial mit einem isometrischen Abstand auf der Basisplatte angeordnet sind. Die An­ zahl der Abschnitte beträgt normalerweise eins bis sechs, es ist jedoch immer wenigstens ein Abschnitt vorhanden. Die Länge jedes Abschnitts liegt bei etwa 200 mm bis 600 mm. Der Nachteil eines solchen Formwerkzeuges, das aus einzelnen Teilen zusammengesetzt ist, ist, daß das geometrische Zentrum des Hohlraums nicht einfach in ein und derselben Linie ge­ halten werden kann, das bedeutet, daß es schwierig ist, die koaxiale Ausrichtung der Ab­ schnitte sicherzustellen. Zusammenfassend weist ein solches Formwerkzeug mit einem Hohl­ raum der "offenen Art" (open type) einen komplexen Aufbau auf, das Herstellungsverfahren muß mittels unterschiedlicher Maschinen durchgeführt werden, wie z. B. einem Hobel (bull planer), einem Mehrfunktionsfräser, durch einen elektro-erosiven Bearbeitungsvorgang, mit­ tels Multifunktions-Fräswerkzeugen und Multifunktions-Schleifwerkzeugen etc., wobei mehrere komplexe Arbeitsschritte durchlaufen werden müssen, so daß es schwierig wird, ei­ nen sich aufsummierenden Fehler zu vermeiden und die Präzision der Hohlraumdimension herzustellen. Insbesondere die Ausrichtung spezieller Teile des Hohlraums kann nicht erfüllt werden. Für die Herstellung unterschiedlicher Profile bzw. in unterschiedlichen Produktionen ist die Trennfläche unterschiedlich, ferner ist die Verbindung zwischen dem Formwerkzeug und Gas und Wasser unterschiedlich, so daß es schwierig wird, für den externen Anschluß eine bestimmte Standardisierung zu erfüllen. Ferner sind die Positionen und die Anzahlen der Gasdüsen 17 und der Wasserdüsen 19 bei unterschiedlichen Trennfläche und bei einer unter­ schiedlichen Anordnung von Abschnitten unterschiedlich. Sollte das Profil festliegen bzw. eine Verstopfung auftreten, kann lediglich eine manuelle Demontage vorgenommen werden, was nachteiligerweise viel Arbeitszeit erfordert, die Installations- bzw. Montagepräzision mindert und unvermeidbar die Gefahr von Fehlern beim erneuten Zusammensetzen hervor­ ruft. Die meisten Firmen arbeiten nach dem oben beschriebenen konventionellen Verfahren. Da jedoch mit diesem Verfahren ein Großteil von Nachteilen und Einschränkungen verbun­ den sind, sind die Erfinder von dem konventionellen Gedankengang abgekommen, was zu der vorliegenden Erfindung geführt hat.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des oben beschriebenen kon­ ventionellen Extrusionsmaßformwerkzeugs zu überwinden und ein neues Kunststofftan­ demextrusionsmaßformwerkzeug zur Verfügung zu stellen. Das Maßformwerkzeug (Form­ werkzeug) der vorliegenden Erfindung überwindet die Einschränkungen und Nachteile des Aufteilens des Hohlraums, des Einbringens tiefer Löcher, des Schneidens von Gasschlitzen sowie der trivialen Konstruktion und der schlechten bzw. unzureichenden Präzision und folgt einem neuen Gedankengang, wobei die neuartigen Formwerkzeuge eine einfache und neue Konstruktion sowie eine zuverlässige Leistungsfähigkeit aufweisen und einfach hergestellt werden können.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen des oben genannten Tandemextrusionsmaßwerkzeugs für Kunststoffe zur Verfügung zu stellen. Das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung basiert auf einer standardisierten Her­ stellung für das Herstellungsverfahren der zentralen Teile, aus denen das Kunststofftan­ demextrusionsmaßwerkzeug aufgebaut ist. Vorgefertigte Teile bzw. Halberzeugnisse werden vorab hergestellt, so daß der Zeitraum für das Produktionsdesign verkürzt wird, der technolo­ gische Herstellungsprozeß wird einfach, die Herstellungseffizienz wird verbessert, die Her­ stellungsgenauigkeit wird erhöht und die Funktionsfähigkeit der Herstellung wird zuverlässig verbessert.

Diese Aufgaben werden durch ein Maßformwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung und durch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Formwerkzeuges gelöst. Ein Tandemextru­ sionformwerkzeug für Kunststoffe gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt Platten, einen Hohlraum, Wasserlöcher, Gaslöcher und Gasschlitze und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Einlaßplatte, mittlere Platten (Mittelplatte) und eine Auslaßplatte in Reihe mittels einem säulenförmigen Stift miteinander verbunden sind und daß dann Seitenelemente bzw. Seiten- Baffles hinzugefügt werden, um diese mit Hilfe von Bolzen oder Schrauben auf einer Basis zu befestigen, und dadurch, daß ein geschlossener Hohlraum im Zentrum der Einlaßplatte, der Mittelplatten und der Auslaßplatte ausgebildet ist, keine Verbindungen um den Hohlraum herum vorhanden sind, und dadurch, daß die Kavität keine Trennbereiche (parting sections) aufweist. Es sind Wasserlöcher und Gaslöcher an dem Umfang der Kavität vorgesehen, eine Gummidichtung, die die Wasserlöcher verbindet und die Gasschlitze separiert, ist zwischen den entsprechenden Wasserlöchern zweier Platten angeordnet. Der Hohlraum bzw. die Kavi­ tät, die Gasschlitze, die Gaslöcher und die Gasdüsen stehen miteinander in Verbindung, eine Wasserdüse, die an der Einlaßplatte montiert ist, steht mit dem Wasserloch in Verbindung, und eine Gasdüse ist an einer ausgewählten mittleren Platte montiert.

Die Einlaßplatte, einige Mittelplatten und die Auslaßplatte der gleichen Dicke sind in einer aufrechten Position positioniert und longitudinal in Reihe angeordnet.

Ein konkaves Stützelement (concave stand) ist an einer Endseite der Einlaßplatte und der Mittelplatte eingefräst. An den vier Ecken des konkaven Stützelements sind Gaslöcher ge­ bohrt. Die Gasschlitze werden durch die Kombination der Platten und des konkaven Stütze­ lements gebildet, und die Gasschlitze sind über die Gaslöcher an den vier Ecken in Reihe mit­ einander verbunden. Gas wird von den Gasdüsen an der ausgewählten mittleren Platte aus den Teilabschnitten abgezogen, wobei die Gaslöcher miteinander in Verbindung stehen. Jeder Gasschlitz trägt zu der parallelen Verbindung zwischen den Abschnitten bei.

An der Einlaßplatte und der letzten Mittelplatte sind keine Gaslöcher ausgebildet, der Hohl­ raum bzw. die Kavität an der Auslaßplatte ist eine rechteckige Kavität zum Abdecken der Kavität an der Mittelplatte.

Eine ringförmige Wasserrinne umgibt den Hohlraum an dem Einlaßende der Einlaßplatte, an dem Auslaßende ist ein Wasserdurchlaßloch in die ringförmige Wasserrinne, die den Hohl­ raum umgibt, gebohrt, die Wasserdurchlaßlöcher weisen die gleiche Größe auf und sind gleichmäßig verteilt. Diese Wasserlöcher sind mit den Wasserlöchern, die den Hohlraum an der Mittelplatte umgeben, verbunden, eine Wasserdüse, die mit der ringförmigen Wasserrinne verbunden ist, ist an der Einlaßplatte montiert, und die ringförmige Wasserrinne ist auf der Innenseite der Einlaßplatte durch eine Wasserdichtungsplatte abgeschlossen.

Die gesamte Tiefe jedes der Wasserlöcher in einem Umfangsbereich des Hohlraums ist ma­ ximal zehnmal so groß wie der Lochdurchmesser oder aber weist eine Tiefe auf, die geringer ist als der zehnfache Lochdurchmesser. Die Wasserlöcher sind an der Seite des Hohlraums eingebracht.

Die Demontagelöcher sind an der Einlaßplatte und der Mittelplatte angebracht.

Die V-förmige Ausrichtungsnut ist an den unteren Enden der Einlaßplatte und der Auslaß­ platte vorgesehen.

Die Basis wird durch die Basisplattenaufnahme, die Basisplatte und zwei Führungsrinnen gebildet, die fest an der Basisplatte angeordnet sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind mit Ausnahme des Hohlraums und der Wasserlöcher, die bei unterschiedlichen Konfigurationen und bei unterschiedlichen Konstruktionen vonein­ ander variieren können, alle Teile des Tandemmaßformwerkzeuges der vorliegenden Erfin­ dung so ausgelegt, daß sie in ihrer Konstruktion bzw. Konfiguration standardisiert sein kön­ nen. Gemäß dem Herstellungsverfahren des Formwerkzeuges, das die vorliegende Erfindung betrifft, kann daher eine Vielzahl der Teile und Elemente des Formwerkzeuges in Standard­ herstellungsverfahren hergestellt werden, wodurch der Arbeitsfluß und die Arbeitsverfahren in hohem Maße vereinfacht werden können, die Arbeitszeit bzw. die Arbeitsstunden des Per­ sonals vermindert werden können, so daß die Arbeitszeiten und dadurch die Herstellungsko­ sten gesenkt werden können.

Das Herstellungsverfahren des Kunststofftandemextrusionsmaßwerkzeuges der vorliegenden Erfindung ist durch folgende Schritte charakterisiert:

• 1. Die Einlaßplatte, die Mittelplatten und die Auslaßplatte werden mittels Schmieden und Tempern bzw. Glühen nach der Auswahl des Materials behandelt, dann gehobelt und ge­ fräst, um die grundlegende Form zu erzielen, nach dem Vergüten (quenching and tempe­ ring) werden die Platten in ihre Form geschliffen, und das konkave Stützelement und die Gasschlitze werden gefräst, Kanten, Abschrägungen und/oder Rinnen bzw. Nuten werden eingebracht, woraufhin die Herstellung der standardisierten vorbearbeiteten Werkstücke abgeschlossen ist;
• 2. die standardisierten vorbearbeiteten Werkstücke der Einlaßplatte, der Mittelplatten und der Auslaßplatte werden in dem mit numerischer Steuerung arbeitenden Herstel­ lungscenter hergestellt, so daß in diese ein Führungstiftloch, ein Gasloch, ein Bolzen- bzw. Schraubenloch, versenkte bzw. eingebettete Löcher, ein mit einem Schraubenge­ winde versehenes Loch und ein Demontageloch eingebracht wird, wobei nach diesen Schritten die standardisierten vorbearbeiteten Werkstücke als Halbwerkzeugen fertigge­ stellt worden sind;
• 3. die als Halbwerkzeug ausgebildete Einlaßplatte und die als Halbwerkzeug ausgebildete Auslaßplatte werden durch einen säulenförmigen Stift aneinander befestigt und mit Hilfe eines Schneidprozesses werden zwei v-förmige Ausrichtungsnuten zu gleicher Zeit in untere Bereiche der oben genannten beiden Platten eingebracht, wobei die Mittellinien der beiden Nuten koaxial ausgerichtet sein müssen;
• 4. die Auslaßplatte mit einer v-förmigen Ausrichtungsnut ist über ein Loch für ein Aus­ richtungsstift fixiert, und ein zentrales rechteckiges Loch wird mittels einem Schneidpro­ zeß eingebracht, woraufhin die Herstellung der gekennzeichneten Auslaßplatte als Stan­ dardauslaßplatte abgeschlossen ist;
• 5. die Einlaßplatte mit einer v-förmigen Ausrichtungsnut und die Mittelplatten, die als Halbwerkzeuge fertiggestellt worden sind, werden alle gekennzeichnet und als vorgefer­ tigte Standardeinlaßplatte und vorgefertigte Standardauslaßplatte fertiggestellt;
• 6. die Basisplatte, die Basisplattenaufnahme und die Seiten-Elemente bzw. Seiten-Baffles sind rostfreie Gußerzeugnisse, innere Spannungen werden durch eine Temper-Behandlung abgebaut, dann werden sie gehobelt, gefräst und geschliffen und als vorge­ fertigte Halbwerkzeuge fertiggestellt;
• 7. die Oberflächen der Führungsspuren, die auf den Oberflächen der vorgefertigten Halb­ werkzeugbasisplatte auftreten, werden mittels Hochfrequenz gequericht und geschliffen, wodurch die Härte, die Widerstandsfähigkeit und die Linearität verbessert werden;
• 8. die Basisplatten, die mittels Hochfrequenz gequericht worden sind, und die Basisplatten­ aufnahme und die Seiten-Baffles, die als Halbwerkzeuge fertiggestellt worden sind, wer­ den gebohrt und mit Gewinde versehen, so daß Standardteile erzeugt werden;
• 9. die Säulenausrichtungsblöcke werden gedreht und gequericht und als Standardsäulenaus­ richtungsblöcke fertiggestellt, die Gummidichtungen, die Gasdüsen und die Wasserdüsen sind von außen beziehbare Teile;
• 10. bei der vorgefertigten Standardeinlaßplatte wird die ringförmige Wasserrinne, die auf der Innenseite des Einlaßendes vorgesehen ist, von dem Herstellungszentrum gemäß den An­ forderungen der Konstruktion eingebracht, die Wasserauslaßlöcher werden mit der ring­ förmigen Wasserrinne verbunden und versenkte Löcher bzw. Vertiefungen für die Gum­ midichtungen werden an dem Auslaßende eingebracht, die Öffnungen der ringförmigen Wasserrinne werden von den ringförmigen Wasserdichtungsplatten abgeschlossen und mittels Schweißen versiegelt, Kühlwasser fließt von dem Wassereinlaßloch der ringför­ migen Wasserrinne in die ringförmige Wasserrinne und wird in dem ringförmigen Was­ serpfad verteilt und von dem Wasserauslaßloch ausgestoßen, so daß es die Einlaßplatte verläßt;
• 11. bei den vorgefertigten Standardmittelplatten werden Wasserauslaßlöcher und versenkte Löcher für die Gummidichtungen durch das Herstellungszentrum gemäß den Anforde­ rungen an die Konstruktion hergestellt;
• 12. die Einlaßplatte mit der ringförmigen Wasserrinne und die Mittelplatten mit den Wasser­ auslaßlöchern werden mittels einem numerisch gesteuerten elektro-erosiven Schneidbe­ arbeitungsverfahren hergestellt, so daß der Hohlraum gemäß den Anforderungen der Konstruktion gebildet werden kann, die Präzisionsabmessungen des Hohlraums und die Ausrichtung der speziellen Positionen werden durch die numerische Steuerungstechnik sichergestellt, die Ausrichtungsfixpunkte des Hohlraums sind dabei in Übereinstimmung mit der Ausrichtung des standardisierten Stiftloches;
• 13. nach dem Ausformen des Hohlraumes, der mittels numerischer Steuerungstechnik herge­ stellt worden ist, werden die Standardeinlaßplatte und die Standardmittelplatten poliert, um die Konstruktionsanforderungen zu erfüllen, woraufhin sie für den Zusammenbau fertiggestellt sind;
• 14. die Grundplattenaufnahme wird mittels Bolzen bzw. Schrauben auf der Grundplatte befe­ stigt, um eine Basis bzw. einen Sockel zu bilden, Gummidichtungen werden in den ver­ senkten Löcher der Wasserlöcher der Mittelplatten positioniert, säulenförmige Stifte wer­ den in die entsprechenden Löcher für die Stifte in jeder Platte eingesetzt, die Standar­ deinlaßplatte, die Mittelplatten und die Auslaßplatte werden in einer aufrechten Position angeordnet und nachfolgend und in Reihe miteinander in Verbindung gebracht, die Mit­ telplatten werden in einer aufrechten Position auf den Führungsspuren der Grundplatte angeordnet, und die Einlaßplatte und die Auslaßplatte werden an zwei Enden positioniert, die Seitenelemente bzw. Seiten-Baffles werden zwischen ihnen angeordnet, eine auf der rechten, das andere auf der linken Seite, die Bolzen bzw. Schrauben werden an den En­ den befestigt, um die Einlaßplatte, die Mittelplatten und die Auslaßplatte und die beiden Seitenelemente miteinander zu befestigen, um ein Hohlraumeinheit zu bilden, und dann werden die Bolzen bzw. Schrauben an den beiden Seiten-Baffles befestigt, um die Hohl­ raumeinheit auf dem Sockel zu montieren, abschließend werden die säulenförmigen Aus­ richtungsblöcke an den beiden Enden der Basisplatte gegen die entsprechenden V-förmigen Ausrichtungsnuten angelehnt und in dieser Position verriegelt, woraufhin der Zusammenbau der Tandemmaßformvorrichtung abgeschlossen ist.

Verglichen mit dem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile:
Der Hohlraum der konventionellen Maßformwerkzeuge, welcher ein Trennhohlraum ist, wird durch mehrere Plattenteile gebildet, die über und untereinander zusammengestellt werden. Die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil und überwindet ferner auch die Be­ schränkungen bzgl. der Herstellung der tiefen Löchern, dem Schneiden von Gasschlitzen, einer trivialen Konstruktion, eines komplexen Herstellungsverfahrens und einer schlechten bzw. unzureichenden Präzision. Der Hohlraum der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist als ein integraler Hohlraum ausgebildet und muß nicht erneut hergestellt werden, die Platten wer­ den längs einer longitudinalen Richtung in Reihe miteinander verbunden und die Löcher wer­ den einfach in die Platten gebohrt und die Gasschlitze werden als gefräste Teile bereitgestellt. Dies alles begründet die neue Konstruktion der vorliegenden Erfindung. Der Herstellungspro­ zeß wird verkürzt und mit Hilfe der numerischen Steuertechnik werden die Größenpräzision des Formwerkzeuges, die Ausrichtung der speziellen Positionen und die Anordnung der Was­ serlöcher genau gesteuert und überwacht. Die Herstellung von anderen Teilen und die äußeren Gas- und Wasserverbindungen sind alle standardisiert, so daß der Konstruktions- und Her­ stellungszeitraum einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung stark reduziert wer­ den kann. Das Formwerkzeug der Erfindung kann mechanisch einfach demontiert werden, so daß auch die Herstellungsgeschwindigkeit effektiv verbessert werden kann.

Die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen dient der Erläuterung der Erfindung in weiteren Details:

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Formwerkzeugs für Teilbereichsextrusion gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt schematisch den gesamten Aufbau des Tandemextrusionswerkzeuges für Kunststoffe gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A aus Fig. 2.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie B-B aus Fig. 3.

Fig. 5 ist eine Ansicht eines Einlasses des Tandemformwerkzeuges.

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C aus Fig. 5.

Fig. 7 ist eine vergrößerte Darstellung des Bereichs A aus Fig. 6.

Fig. 8 ist eine Draufsicht auf die Basis des Tandemformwerkzeuges.

In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 21 die Einlaßplatte, das Bezugszeichen 22 be­ zeichnet eine Wasserdüse, das Bezugszeichen 23 bezeichnet eine Gasdüse, das Bezugszeichen 24 bezeichnet feststehende Ringe, das Bezugszeichen 25 bezeichnet eine Mittelplatte, das Bezugszeichen 26 bezeichnet ein Demontageloch, das Bezugszeichen 27 bezeichnet ein Sei­ tenelement bzw. ein Seiten-Baffle, das Bezugszeichen 28 bezeichnet eine Auslaßplatte, das Bezugszeichen 29 bezeichnet eine Basis, das Bezugszeichen 30 bezeichnet eine Basisplatten­ aufnahme, das Bezugszeichen 31 einen säulenförmigen Stift, das Bezugszeichen 33 eine Schraube mit einem Innen-Sechskantkopf, das Bezugszeichen 34 bezeichnet einen ringförmi­ gen Wasserdurchlaß, 35 bezeichnet einen Hohlraum, 36 ein Wasserloch, 37 ein Gasloch, das Bezugszeichen 38 bezeichnet eine Dichtungsplatte für Wasser, 39 einen Ausrichtungsblock, 40 eine Dichtung, 41 eine Führungsspur, das Bezugszeichen 42 bezeichnet ein mit einem Ge­ winde für eine Schraube versehenes Loch, 43 ein Schlitzloch (slot whole), 44 einen Gas­ schlitz, 45 eine V-förmige Ausrichtungsnut und das Bezugszeichen 46 bezeichnet ein konka­ ves Stützelement.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weisen die Einlaßplatte 21, die Mittelplatten 25 und die Auslaß­ platte 28 die gleiche Dicke auf und sind aufrecht und longitudinal in Reihe in dem Tan­ demextrusionswerkzeug für Kunststoffe gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet. Diese säulenförmigen Stifte 31 werden verwendet, um diese Platten miteinander zu verbinden. Dann sind die 2 O-förmigen Seitenelemente bzw. Seiten-Baffles 27 zwischen der Einlaßplatte 21 und der Auslaßplatte 28 in Sandwichform angeordnet, und Schrauben 33 mit einem Innen- Sechskantkopf werden verwendet, um diese von beiden Seiten zu befestigen, so daß dement­ sprechend die Einlaßplatte 21, die Mittelplatten 25 und die Auslaßplatte 28 so zusammenge­ spannt werden, daß sie eine integrale Hohlraumeinheit bilden. Dann kann die Hohlraumein­ heit mittels einem Verschrauben von drei Paar Schrauben in Schraubenlöcher, die in den Sei­ tenelementen (Seiten-Baffles) ausgebildet sind, wobei jedes Seitenelement in seitlicher Rich­ tung drei Löcher aufweist, auf einem Sockel befestigt werden, der durch die Basisplatte 29 und die Basisplattenaufnahme 30 gebildet wird. Der Hohlraum 35 ist in der Mitte der Einlaß­ platte 21, der Mittelplatten 25 und der Auslaßplatte 28 gebildet, wobei um den Hohlraum 35 weder Verbindungen noch Trennbereiche vorhanden sind. Es existieren aber ein Wasserloch 36 und ein Gasloch 37 im Umfangsbereich des Hohlraums 35, wobei die Gummidichtung 40, die die Wasserlöcher 36 und den separaten Gasschlitz 44 verbindet, zwischen entsprechenden Wasserlöchern 36 zweier Platten angeordnet ist. Wie in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigt ist, sind der Hohlraum 35, der Gasschlitz 44, das Gasloch 37 und die Gasdüse 23 miteinander verbunden. Die Wasserdüse 22, die an der Einlaßplatte 21 angeordnet ist, steht mit dem Was­ serloch 36 in Verbindung, und die Gasdüse 23 ist an einer ausgewählten mittleren Platte 25 angeordnet. Die mittleren Platten 25 werden aus mehreren Teilen hergestellt, um Kühleffekte zu erzielen.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, ist das konkave Stützelement 46 an der linken Seite der Mittelplatte 25 und der Einlaßplatte 21 gefräst. An den vier Ecken des konkaven Stütz­ elements 46 sind Gaslöcher 37 mittels Bohren eingebracht. Die Gasschlitze 44 werden durch die Kombination von Platten gebildet, und die Gasschlitze 44 sind über die Gaslöcher (37) an vier Ecken miteinander in Reihe verbunden, wobei Gas in Teilabschnitten durch die Gaslö­ cher 37 entnommen wird, die miteinander in Verbindung stehen, und wobei jeder Gasschlitz 44 zu der parallelen Verbindung zwischen den Abschnitten beiträgt. Der Gaspfad bzw. Gas­ weg einer alternativen parallelen Verbindung in Reihe verbessert den effektiven Querschnitt für die Gasextraktion bzw. Gasentnahme auf ein Maximum und stellt ferner sicher, daß ge­ eignete Vakuumbedingungen an den Kanälen des gesamten Hohlraums 35 erzeugt werden, wobei alle Gaslöcher 37 und alle Gasschlitze 44 miteinander verbunden sind. An der Einlaß­ platte 21 und der letzten mittleren Platte 25 sind keine Gaslöcher 37 ausgebildet. Der Hohl­ raum 35 an der Auslaßplatte 28 ist ein rechteckiger Hohlraum zur Abdeckung des Hohlraums 35 an den mittleren Platten 25.

Wie in den Fig. 5 bis 8 gezeigt ist, umgibt der ringförmige Wasserdurchlaß bzw. die Was­ serrinne 34 den Hohlraum 35 an dem Einlaßende der Einlaßplatte 21. An dem Auslaßende ist das Wasserdurchlaßloch 36 in die ringförmige Wasserrinne 34, die den Hohlraum umgibt, gebohrt, wobei das Wasserdurchlaßloch 36 mit dem Wasserloch 36, das den Hohlraum 35 an der Mittelplatte 25 umgibt, verbunden ist. Die Wasserdüse 22, die mit der ringförmigen Was­ serrinne 34 verbunden ist, ist an der Einlaßplatte 21 montiert. Die ringförmige Wasserrinne 34 ist durch die Wasserabdichtplatte 38 auf der Innenseite der Einlaßplatte 21 blockiert bzw. abgeschlossen.

Alle Lochtiefen der Wasserlöcher 36 an dem Umfang des Hohlraums 35 sind bis zu 10 mal so groß wie der Lochdurchmesser oder weisen eine Tiefe auf, die kleiner ist als der zehnfache Lochdurchmesser. Verglichen mit konventionellen Extrusionsmaßwerkzeugen ist die Lochtie­ fe um das 4- bis 12-fache verringert, das technologische Verfahren zum Herstellen des Lochs wird einfacher, die Genauigkeit bzw. Präzision des Lochs wird verbessert und es ist einfacher, die Wasserlöcher 36 in der Nähe des Umfangs des Hohlraums 35 anzubringen, so daß die Effektivität der Kühlung deutlich verbessert wird.

Vier Wasserdüsen 22 und acht Gasdüsen 23 sind an dem linken Ende, dem rechten Ende und dem oberen Ende der Einlaßplatte 21 und dem oberen Ende der Mittelplatte 25 montiert, die für eine Wasserkühlung und ein Formen sowie für das Herstellen des Vakuums verwendet werden, um die Qualität der Profile sicherzustellen.

Die Demontagelöcher (disassembly holes) 25, die an der Einlaßplatte 21 und den Mittelplat­ ten 25 montiert sind, werden für die mechanische Demontage bzw. den Ausbau verwendet.

Die Ausrichtungsnuten 45, die an den unteren Enden der Einlaßplatte 21 unter der Auslaß­ platte 28 eingebracht sind, stehen mit dem Ausrichtungsblock 39 in Eingriff, um die korrekte Positionierung des Hohlraums 35 nach der Demontage wieder sicherzustellen.

Der Sockel bzw. die Basis umfaßt eine Basisplattenaufnahme 30 mit Schlitzlöchern 43, einer Basisplatte 29, die an der Basisplattenaufnahme 30 mittels mit Gewinde für Schrauben verse­ hener Löcher 42 befestigt ist, und zwei Führungsspuren 41, die fest an der Basisplatte 29 an­ geordnet sind.

Bei einem konventionellen Maßformwerkzeug, das auf konventionelle Weise konstruiert und hergestellt worden ist, muß der Hohlraum in unterschiedliche Teile unterteilt werden und die Kühlwasserlöcher und die Gasschlitze müssen in der Nähe des Hohlraums sein. Ferner müs­ sen die Herstellung und der Zusammenbau in mehreren Stufen abgeschlossen werden, was die Herstellung des Hohlraums, der Wasserlöcher und der Gaslöcher erschwert und ferner Schwierigkeiten für den Gesamtzusammenbau und die koaxiale Ausrichtung der einzelnen Abschnitte hervorruft. Die in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Lösung ist daher, das konventionelle Herstellungsverfahren nicht mehr anzuwenden und statt dessen neue nu­ merische Steuerungstechniken soweit wie möglich zu verwenden, wobei die realisierte Maß­ nahme, die in konstruktions-technischen Lösungen dargestellt ist, die Maßnahme umfaßt, die mehreren dünnen Platten, die in Reihe einfach hergestellt werden können, miteinander zu verbinden.

Das in den Figuren dargestellt Werkzeug ist lediglich eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und schränkt die vorliegenden Erfindung nicht auf die in dieser Ausführungsform dargestellte Realisierung ein.

Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfin­ dung wesentlich sein.

Claims (10)

1. Tandemextrusionsmaßformwerkzeug für Kunststoffe, das Platten, einen Hohlraum, Was­ serlöcher, Gaslöcher und Gasschlitze umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einlaß­ platte (22), Mittelplatten (25) und eine Auslaßplatte (28) durch einen säulenförmigen Stift in Reihe miteinander verbunden sind und daß Seitenelemente (27) vorgesehen sind, um diese mit Hilfe von Schrauben oder Bolzen auf einen Sockel (29) zu befestigen, wobei ein geschlossener Hohlraum (35) im Inneren der Einlaßplatte (21), der Mittelplatten (25) und der Auslaßplatte (28) ausgebildet ist, der Hohlraum (35) ohne um ihn herum ange­ ordnete Verbindungen ausgebildet ist und keine Trennbereiche aufweist; wobei ferner Wasserlöcher (36) und Gaslöcher (37) an dem Umfang des Hohlraums (35) vorgesehen sind und, eine Gummidichtung, die die Wasserlöcher (36) verbindet und die Gasschlitze (44) separiert, zwischen den entsprechenden Wasserlöchern (36) von zwei Platten (25) angeordnet ist; wobei ferner der Hohlraum (35), die Gasschlitze (44), die Gaslöcher (37) und Gasdüsen (23) miteinander in Verbindung stehen, wobei eine Wasserdüse (22) an der Einlaßplatte (21) mit einem Wasserloch (36) in Verbindung steht und eine Gasdüse (23) an einer ausgewählten Mittelplatte (25) montiert ist.

2. Tandemextrusionsmaßformwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßplatte (21), mindestens eine der Mittelplatten (25) und die Auslaßplatte (28) die gleiche Dicke aufweisen und in einer aufrechten Position und in longitudinaler Richtung in Reihe angeordnet sind.

3. Tandemextrusionsmaßformwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein konkaves Stützelement (46) an einer Endfläche der Einlaßplatte (21) und einer Mittelplatte (25) eingefräst ist, an den vier Ecken des konkaven Stützelements (46) die Gaslöcher (37) gebohrt sind, wobei die Gasschlitze (44) durch eine Kombination der Platten und des konkaven Stützelements (46) gebildet werden und wobei ferner die Gas­ schlitze (44) über die Gaslöcher (38) in den vier Ecken in Reihe miteinander in Verbin­ dung stehen, wobei Gas aus den Teilabschnitten von den Gasdüsen (23) an einer ausge­ wählten mittleren Platte (25) abgezogen wird und die Gaslöcher (37) miteinander ver­ bunden sind und wobei jeder Gasschlitz (44) zu der parallelen Verbindung zwischen den Abschnitten beiträgt.

4. Tandemextrusionsmaßformwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einlaßplatte (21) und die letzte Mittelplatte (25) gaslochlos ausgebildet sind, wobei der Hohlraum (35) an der Auslaßplatte (28) ein rechteckiger Hohlraum zum Abdecken des Hohlraums der Mittelplatte (25) ist.

5. Tandemextrusionsmaßformwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Wasserrinne (34) den Hohlraum (35) an dem Einlaßende der Einlaßplatte (21) umgibt, an dem Auslaßende ein Wasserdurchführungs­ loch in die ringförmige Wasserrinne (34), die den Hohlraum (35) umgibt, gebohrt ist, wobei die Wasserdurchlaßlöcher die gleichen Abmessungen aufweisen und gleichmäßig verteilt sind und wobei die Wasserlöcher mit den Wasserlöchern, die den Hohlraum (35) an den Mittelplatten (25) umgeben, verbunden sind, wobei ferner eine Wasserdüse (22), die mit der ringförmigen Wasserrinne (34) in Verbindung steht, auf der Einlaßplatte (21) montiert ist und wobei die ringförmige Wasserrinne (34) durch eine Wasserdichtungs­ platte auf der Innenseite der Einlaßplatte (21) abgeschlossen ist.

6. Tandemextrusionsmaßformwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochtiefe aller Wasserlöcher (36) an dem Umfang des Hohlraums eine Tiefe bis zu dem Zehnfachen des Lochdurchmessers aufweisen oder eine Tiefe, die geringer ist als das Zehnfache des Lochdurchmessers, und daß die Wasserlöcher (36) neben dem Hohlraum (35) vorgesehen sind.

7. Tandemextrusionsmaßformwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß Demontagelöcher (26) an der Einlaßplatte (21) und minde­ stens einer der Mittelplatten (25) vorgesehen sind.

8. Tandemextrusionsmaßformwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß V-förmige Ausrichtungsnuten (45) an den unteren Enden der Einlaßplatte (21) und der Auslaßplatte (28) vorgesehen sind.

9. Tandemextrusionsmaßformwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sockel (29) eine Basisplattenaufnahme (30), eine Basis­ platte und zwei Führungsspuren (41) umfaßt, die fest an der Basisplatte angeordnet sind.

10. Verfahren zur Herstellung eines Tandemextrusionsmaßformwerkzeuges für Kunststoffe, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• 1. Die Einlaßplatte (22), die Mittelplatten (25) und die Auslaßplatte (28) werden mittels Schmieden und Tempern bzw. Glühen nach der Auswahl des Materials behandelt, dann gehobelt und gefräst, um die grundlegende Form zu erzielen, nach dem Vergü­ ten (quenching and tempering) werden die Platten in ihre Form geschliffen, und das konkave Stützelement (46) und die Gasschlitze (44) werden gefräst, Kanten, Ab­ schrägungen und/oder Rinnen bzw. Nuten werden eingebracht, woraufhin die Her­ stellung der standardisierten vorbearbeiteten Werkstücke abgeschlossen ist;
• 2. die standardisierten vorbearbeiteten Werkstücke der Einlaßplatte (22), der Mittel­ platten (25) und der Auslaßplatte (28) werden in dem mit numerischer Steuerung ar­ beitenden Herstellungscenter hergestellt, so daß in diese ein Führungstiftloch, ein Gasloch, ein Bolzen- bzw. Schraubenloch, versenkte bzw. eingebettete Löcher, ein mit einem Schraubengewinde versehenes Loch und ein Demontageloch eingebracht wird, wobei nach diesen Schritten die standardisierten vorbearbeiteten Werkstücke als Halbwerkzeugen fertiggestellt worden sind;
• 3. die als Halbwerkzeug ausgebildete Einlaßplatte (22) und die als Halbwerkzeug aus­ gebildete Auslaßplatte (28) werden durch einen säulenförmigen Stift aneinander be­ festigt und mit Hilfe eines Schneidprozesses werden zwei v-förmige Ausrichtungs­ nuten (45) zu gleicher Zeit in untere Bereiche der oben genannten beiden Platten ein­ gebracht, wobei die Mittellinien der beiden Nuten koaxial ausgerichtet sein müssen;
• 4. die Auslaßplatte (28) mit einer v-förmigen Ausrichtungsnut (45) ist über ein Loch für ein Ausrichtungsstift fixiert, und ein zentrales rechteckiges Loch wird mittels einem Schneidprozeß eingebracht, woraufhin die Herstellung der gekennzeichneten Aus­ laßplatte als Standardauslaßplatte (28) abgeschlossen ist;
• 5. die Einlaßplatte (21) mit einer v-förmigen Ausrichtungsnut (45) und die Mittelplatten (25), die als Halbwerkzeuge fertiggestellt worden sind, werden alle gekennzeichnet und als vorgefertigte Standardeinlassplatte (21) und vorgefertigte Standardauslaß­ platte (28) fertiggestellt;
• 6. die Basisplatte, die Basisplattenaufnahme (30) und die Seiten-Elemente bzw. Seiten- Baffles (27) sind rostfreie Gußerzeugnisse, innere Spannungen werden durch eine Temper-Behandlung abgebaut, dann werden sie gehobelt, gefräst und geschliffen und als vorgefertigte Halbwerkzeuge fertiggestellt;
• 7. die Oberflächen der Führungsspuren, die auf den Oberflächen der vorgefertigten Halbwerkzeugbasisplatte auftreten, werden mittels Hochfrequenz gequericht und ge­ schliffen, wodurch die Härte, die Widerstandsfähigkeit und die Linearität verbessert werden;
• 8. die Basisplatten, die mittels Hochfrequenz gequericht worden sind, und die Basis­ plattenaufnahme (30) und die Seiten-Baffles (27), die als Halbwerkzeuge fertigge­ stellt worden sind, werden gebohrt und mit Gewinde versehen, so daß Standardteile erzeugt werden;
• 9. die Säulenausrichtungsblöcke werden gedreht und gequericht und als Standardsäu­ lenausrichtungsblöcke fertiggestellt, die Gummidichtungen, die Gasdüsen (23) und die Wasserdüsen (22) sind von außen beziehbare Teile;
• 10. bei der vorgefertigten Standardeinlassplatte (21) wird die ringförmige Wasserrinne (34), die auf der Innenseite des Einlaßendes vorgesehen ist, von dem Herstellungs­ zentrum gemäß den Anforderungen der Konstruktion eingebracht, die Wasseraus­ laßlöcher werden mit der ringförmigen Wasserrinne verbunden und versenkte Löcher bzw. Vertiefungen für die Gummidichtungen werden an dem Auslaßende einge­ bracht, die Öffnungen der ringförmigen Wasserrinne (34) werden von den ringförmi­ gen Wasserdichtungsplatten abgeschlossen und mittels Schweißen versiegelt, Kühl­ wasser fließt von dem Wassereinlaßloch der ringförmigen Wasserrinne (34) in die ringförmige Wasserrinne (34) und wird in dem ringförmigen Wasserpfad verteilt und von dem Wasserauslaßloch ausgestoßen, so daß es die Einlaßplatte (21) verläßt;
• 11. bei den vorgefertigten Standardmittelplatten (25) werden Wasserauslaßlöcher und versenkte Löcher für die Gummidichtungen durch das Herstellungszentrum gemäß den Anforderungen an die Konstruktion hergestellt;
• 12. die Einlaßplatte (21) mit der ringförmigen Wasserrinne (34) und die Mittelplatten (25) mit den Wasserauslaßlöchern werden mittels einem numerisch gesteuerten elektro-erosiven Schneidbearbeitungsverfahren hergestellt, so daß der Hohlraum ge­ mäß den Anforderungen der Konstruktion gebildet werden kann, die Präzisionsab­ messungen des Hohlraums (35) und die Ausrichtung der speziellen Positionen wer­ den durch die numerische Steuerungstechnik sichergestellt, die Ausrichtungsfix­ punkte des Hohlraums (35) sind dabei in Übereinstimmung mit der Ausrichtung des standardisierten Stiftloches;
• 13. nach dem Ausformen des Hohlraumes, der mittels numerischer Steuerungstechnik hergestellt worden ist, werden die Standardeinlaßplatte (21) und die Standardmittel­ platten (25) poliert, um die Konstruktionsanforderungen zu erfüllen, woraufhin sie für den Zusammenbau fertiggestellt sind;
• 14. die Grundplattenaufnahme (30) wird mittels Bolzen bzw. Schrauben auf der Grund­ platte befestigt, um eine Basis bzw. einen Sockel (29) zu bilden, Gummidichtungen werden in den versenkten Löcher der Wasserlöcher der Mittelplatten positioniert, säulenförmige Stifte werden in die entsprechenden Löcher für die Stifte in jeder Platte eingesetzt, die Standardeinlaßplatte (21), die Mittelplatten (25) und die Aus­ laßplatte (28) werden in einer aufrechten Position angeordnet und nachfolgend und in Reihe miteinander in Verbindung gebracht, die Mittelplatten (25) werden in einer aufrechten Position auf den Führungsspuren der Grundplatte angeordnet, und die Einlaßplatte (21) und die Auslaßplatte (28) werden an zwei Enden positioniert, die Seitenelemente bzw. Seiten-Baffles (27) werden zwischen ihnen angeordnet, eine auf der rechten, das andere auf der linken Seite, die Bolzen bzw. Schrauben werden an den Enden befestigt, um die Einlaßplatte (21), die Mittelplatten (25) und die Auslaß­ platte (28) und die beiden Seitenelemente miteinander zu befestigen, um ein Hohl­ raumeinheit zu bilden, und dann werden die Bolzen bzw. Schrauben an den beiden Seiten-Baffles (27) befestigt, um die Hohlraumeinheit auf dem Sockel (29) zu montieren, abschließend werden die säulenförmigen Ausrichtungsblöcke an den bei­ den Enden der Basisplatte gegen die entsprechenden V-förmigen Ausrichtungsnuten (45) angelehnt und in dieser Position verriegelt, woraufhin der Zusammenbau der Tandemmaßformvorrichtung abgeschlossen ist.