DE102004012679B4

DE102004012679B4 - Extrusionskopf zur Herstellung von schlauch- und rohrförmigen Schmelzesträngen aus thermoplastischem Kunststoff

Info

Publication number: DE102004012679B4
Application number: DE102004012679A
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Ing. Holbach; Jürgen Dipl.-Ing. Wichert
Original assignee: DR REINOLD HAGEN STIFTUNG; REINOLD HAGEN STIFTUNG DR
Current assignee: DR REINOLD HAGEN STIFTUNG; REINOLD HAGEN STIFTUNG DR
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: DE102004012679A1

Abstract

Extrusionskopf zur Herstellung von schlauch- und rohrförmigen Schmelzesträngen aus thermoplastischem Kunststoff, mit einem Dorn (1) und einem Düsenring (2), deren kegelförmige und konische Flächen einen ringförmigen Düsenspalt (3) für einen Schmelzestrom aus thermoplastischem Kunststoff bilden,
wobei zumindest eine der den Düsenspalt (3) begrenzenden Flächen sich aus einem einlaufseitigen Kragen (4) mit fest vorgegebener Geometrie und einem in Fließrichtung hieran anschließenden, im Durchmesser veränderbaren Abschnitt (5) zusammensetzt und
wobei der im Durchmesser veränderbare Abschnitt (5) Segmente aufweist, die jeweils um eine zum Kragen (4) benachbarte Achse (7) radial verschwenkbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (6, 6',6'') eine Wandfläche aufweisen, die mit dem Schmelzestrom in Kontakt ist und einen um die Schwenkachse (7) des Segmentes (6) kreisbogenförmig gekrümmten Abschnitt (9) hat, dass der Kragen (4) bei einer Schwenkbewegung der Segmente (6, 6', 6'') stets spaltfrei an dem kreisbogenförmigen Abschnitt (9) der Segmente anliegt und dass die Segmente...

Description

Die Erfindung betrifft einen Extrusionskopf zur Herstellung von schlauch- und rohrförmigen Schmelzesträngen aus thermoplastischem Kunststoff. Der Extrusionskopf weist einen Dorn und einen Düsenring auf, deren kegelförmige und konische Flächen einen ringförmigen Düsenspalt für einen Schmelzestrom aus thermoplastischem Kunststoff bilden,
wobei zumindest eine der den Düsenspalt begrenzenden Flächen sich aus einem einlaufseitigen Kragen mit fest vorgegebener Geometrie und einem in Fließrichtung hieran anschließenden, im Durchmesser veränderbaren Abschnitt zusammensetzt und
wobei der im Durchmesser veränderbare Abschnitt Segmente aufweist, die jeweils um eine zum Kragen benachbarte Achse radial verschwenkbar sind.
Unter den Begriff "Extrusionskopf" sollen im Rahmen der Erfindung einerseits Vorrichtungen für Blasformanlagen fallen, mit denen in einem kontinuierlichen Betrieb oder in einem diskontinuierlichen Speicherkopfbetrieb schlauchförmige Vorformlinge hergestellt werden, die nach dem Austritt aus der Vorrichtung in einer Blasform zu Hohlkörpern aufgeweitet werden. Der Begriff "Extrusionskopf" soll andererseits auch Vorrichtungen zur Herstellung von Kunststoffrohren einschließen. Die kegelförmigen und konischen Flächen des Dorns und Düsenrings können sich zum Düsenaustritt hin erweitern oder verjüngen. In Blasformanlagen kommen überwiegend Düsen/Dorneinheiten zur Anwendung, deren kegelförmige und konische Flächen sich zum Düsenaustritt hin erweitern. Die andere Bauform kommt dann zum Einsatz, wenn der Durchmesser des schlauch- oder rohrförmigen Schmelzestrangs klein sein muss.
Gegenstand der Erfindung ist ein Extrusionskopf, der eine Änderung des Außendurchmessers und/oder Innendurchmessers des austretenden Schmelzestrangs ohne Unterbrechung des Extrusionsbetriebes ermöglicht. Für einen Extrusionskopf, dessen Düsenaustrittsdurchmesser ohne Unterbrechung des Extrusionsbetriebes veränderbar ist, erschließen sich interessante Anwendungen sowohl in der Blasformtechnik als auch in der Extrusionstechnik. In der Blasformtechnik kann durch eine Düsenverstellung während des Extrusionsvorganges der Außendurchmesser des Vorformlings über seine Länge an die Kontur des in der Blasform aufgeweiteten Rohkörpers angepasst werden, was sich günstig auf den Blasformprozess bei der Herstellung von Blasformteilen mit großen Durchmesserunterschieden sowie auch auf die Qualität der hergestellten Blasformteile auswirkt. Bei Extrusion von Kunststoffrohren erlaubt ein Extrusionskopf, dessen Düsenaustrittsdurchmesser während der Produktion veränderbar ist, einen Dimensionswechsel ohne Unterbrechung der Fertigung. Umrüstzeiten, die mit einem Dimensionswechsel verbunden sind, entfallen oder können zumindest deutlich verkürzt werden.

Ein Extrusionskopf für Blasformanlagen mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus US 4 124 351 bekannt. Im Düsenring des bekannten Extrusionskopfes sind schwenkbewegliche Segmente angeordnet, die jedoch der Kunststoffschmelze nicht ausgesetzt sind. In dem Düsenspalt ist eine flexible Manschette angeordnet, welche Spalträume zwischen den schwenkbeweglichen Segmenten und festen Teilen des Düsenringes abdichtet. Durch Schwenkbewegungen der Segmente ist die Form der den Düsenspalt begrenzenden Manschette veränderbar. Eine Erweiterung des Außendurchmessers ist nicht oder nur unzureichend möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Extrusionskopf anzugeben, mit dem der Außendurchmesser und/oder Innendurchmesser des aus dem Extrusionskopf austretenden Kunststoffschmelzestrangs signifikant veränderbar ist. Angestrebt wird eine Durchmesserveränderung von mindestens 5 %.

Ausgehend von einem Extrusionskopf des eingangs beschriebenen Aufbaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Segmente eine Wandfläche aufweisen, die mit dem Schmelzestrom in Kontakt ist und einen um die Schwenkachse des Segmentes kreisbogenförmig gekrümmten Abschnitt hat, dass der Kragen bei einer Schwenkbewegung der Segmente stets spaltfrei an dem kreisbogenförmigen Abschnitt der Segmente anliegt und dass die Segmente seitliche Randbereiche aufweisen, die sich überlappen und an Kontaktflächen in den überlappenden Randbereichen berühren. Die Segmente sind dem Schmelzestrom unmittelbar ausgesetzt und weisen lamellenförmige Wandflächen auf, die sich überlappen und in den Überlappungsbereichen dicht aufeinander liegen. Die Überlappungsbereiche sind so bemessen, dass sich bei einer Schwenkbewegung der Segmente kein Spalt zwischen den Segmenten öffnet. Auch der Übergangsbereich zwischen dem einlaufseitigen Kragen und den verschwenkbaren Segmenten ist erfindungsgemäß so ausgebildet, dass sich bei einer Schwenkbewegung der Segmente hier kein Spalt bildet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung überlappen sich die Segmente fächerförmig. Insbesondere bei einer fächerförmigen Anordnung können sich keine Zwischenräume bilden, in denen sich Kunststoffschmelze festsetzen kann. Die Verschwenkung eines Segmentes hat aufgrund der fächerförmigen Anordnung eine annähernd synchrone Bewegung aller übrigen Segmente zur Folge. Vorteilhaft ist ferner, dass die den Düsenspalt begrenzende Wandfläche aus identischen Segmenten aufgebaut werden kann. Schließlich kann die lamellenförmige Wandfläche der Segmente hinsichtlich der seitlichen Konturen beliebig festgelegt werden. Dabei ist auch eine Kontur denkbar dergestalt, dass die Kontaktfläche zwischen den Lamellen bei allen Winkelstellungen der Segmente zumindest annähernd gleich breit ist.

Wenngleich die fächerförmige Anordnung der Segmente bevorzugt ist, liegt es im Rahmen der Erfindung auch, dass innenliegende und außenliegende Segmente im Wechsel angeordnet werden.

Sowohl bei einer fächerförmigen Anordnung der Segmente als auch bei der zuvor beschriebenen Anordnung der Segmente ist eine gute Abdichtung zwischen den Segmenten dadurch erreichbar, dass die Kontaktflächen vorzugsweise als ebene Keilflächen ausgebildet werden, die sich ganz oder über einen Teil der Wanddicke der Segmente erstrecken. Die im Düsenspalt sichtbaren Seitenkanten der Segmente sind dabei zweckmäßig als dünnwandige Schneiden ausgebildet, die unter den im Düsenspalt herrschenden Betriebsdruck verformbar sind und sich unter der Wirkung des Betriebsdruckes an dem formstabil ausgebildeten Überlappungsbereich des benachbarten Segments abstützen. Vorzugsweise sind die Segmente als Metallkörper ausgebildet, die infolge der Werkstoffelastizität unter den im Düsenspalt herrschenden Drücken dicht aufeinanderliegen. Auch können die metallischen Segmente hohen Verarbeitungstemperaturen im Düsenspalt ausgesetzt werden, ohne dass Funktionsbeeinträchtigungen zu befürchten sind.

Die Segmente sind zweckmäßig an Achsen gelagert, die Lagerbohrungen in Versteifungsrippen an der Rückseite des kreisbogenförmigen Abschnittes der Segmente durchfassen.

In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, dass an die Segmente eine Stelleinrichtung angeschlossen ist, die den im Düsenspalt auf die Segmente wirkenden Druck aufnimmt und mit Stellbewegungen eine Schwenkbewegung der Segmente bewirkt. Je nach Platzverhältnissen können Stelleinrichtungen verwendet werden, die axiale oder radiale Stellbewegungen ausführen. Sofern eine axiale Stelleinrichtung eingesetzt wird, sind an der Rückseite der Segmente zweckmäßig Hebel angeformt oder befestigt, die an einem ringförmigen Betätigungselement der Stelleinrichtung anliegen. Eine Stellbewegung des ringförmigen Betätigungselementes löst über die Hebelanordnungen Schwenkbewegungen der Segmente aus. Durch Verteilung der Stellbewegung auf die Hebel ist eine gleichmäßige Position sämtlicher Segmente gewährleistet.

Die Stelleinrichtung, welche Schwenkbewegungen der Segmente auslöst, kann an eine Programmsteuerung angeschlossen werden und führt dann rechnergesteuerte Bewegungen während einer Extrusion der Kunststoffschmelze aus.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, dass die konische Wandfläche des Düsenrings oder die kegelförmige Wandfläche des Düsendorns entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre durchmesserverstellbar ausgebildet wird. Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Düsenring kann z. B. mit einem festen Dorn kombiniert werden. Unter die erfindungsgemäße Lehre sollen ferner Anordnungen fallen, die einen erfindungsgemäß ausgebildeten, durchmesserverstellbaren Dorn und einen unverstellbaren Düsenring oder einen Düsenring mit Stelleinrichtungen nach dem Stand der Technik aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die schwenkbeweglichen Segmente und der ihnen zugeordnete Kragen am Düsenring angeordnet und weist der Dorn ebenfalls eine Vorrichtung zur betriebsmäßigen Veränderung des Dorndurchmessers auf. Die Dornverstellung kann entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre oder durch eine andere Verstelleinrichtung realisiert werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch:
1 den Austrittsbereich eines Extrusionskopfes mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Düsenring,
2 eine unterseitige Ansicht des Düsenringes in zwei Funktionsstellungen,
3 eine andere Ausführung des Düsenrings, ebenfalls in einer unterseitigen Ansicht,
4 den Austrittsbereich eines Extrusionskopfes mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Dorn.
Der in 1 dargestellte Extrusionskopf dient der Herstellung von schlauch- und rohrförmigen Schmelzesträngen aus thermoplastischem Kunststoff und weist einen Dorn 1 sowie einen Düsenring 2 auf, deren kegelförmige Flächen bzw. konische Flächen einen ringförmigen Düsenspalt 3 für einen Schmelzestrom aus thermoplastischem Kunststoff bildet. Im Ausführungsbeispiel der 1 setzt sich die den Düsenspalt begrenzende konische Fläche des Düsenrings 2 aus einem einlaufseitigen Kragen 4 mit fest vorgegebener Geometrie und einem in Fließrichtung hieran anschließenden, im Durchmesser veränderbaren Abschnitt 5 zusammen. Der im Durchmesser veränderbare Abschnitt besteht aus Segmenten 6, die jeweils um eine zum Kragen 4 benachbarte Achse 7 radial verschwenkbar wird. Die Segmente 6 weisen eine lamellenförmig gestaltete Wandfläche 8 auf, die mit dem Schmelzestrom in Kontakt ist. Der 1 entnimmt man, dass die lamellenförmige Wandfläche 8 einen um die Schwenkachse 7 der Segmente 6 kreisbogenförmig gekrümmten Abschnitt 9 aufweisen und dass der Kragen 4 bei einer Schwenkbewegung der Segmente 6 stets spaltfrei an dem kreisbogenförmigen Abschnitt 9 anliegt.
Die 2 zeigt eine unterseitige Ansicht auf den Düsenring 2 in zwei Funktionsstellungen. In der links dargestellten Funktionsstellung hat der Düsenring 2 den kleinsten Durchmesser D_min und in der rechten Funktionsdarstellung den größten D_max eingenommen. Aus einer vergleichenden Betrachtung der 1 und 2 wird deutlich, dass die Segmente 6 seitliche Randbereiche aufweisen, die sich überlappen und an Kontaktflächen 10 in den überlappenden Randbereichen berühren. Im Ausführungsbeispiel sind die Segmente 6 fächerförmig angeordnet, wobei die Kontaktflächen 10 als ebene Keilflächen ausgebildet sind, die sich über einen Teil der Wanddicke der Segmente 6 erstrecken. Die im Düsenspalt sichtbaren Seitenkanten der Segmente sind dabei als dünnwandige Schneiden 11 ausgebildet, die unter dem im Düsenspalt herrschenden Betriebsdruck verformbar sind und sich unter der Wirkung des Betriebsdruckes an dem formstabil ausgebildeten Überlappungsbereich 12 des benachbarten Segments abstützen. Vorzugsweise bestehen die Segmente 6 aus Metall.
3 zeigt eine alternative Anordnung der Segmente. Bei der in 3 dargestellten Anordnung sind innenliegende und außenliegende Segmente 6', 6'' im Wechsel angeordnet.
Der Schnittdarstellung in 1 entnimmt man, dass die Segmente 6 an Achsen 7 gelagert sind, die Lagerbohrungen in Versteifungsrippen 13 an der Rückseite der kreisbogenförmigen Abschnitte 9 der Segmente durchfassen. Ferner sind an der Rückseite der Segmente 6 Hebel 14 angeformt oder befestigt, die an einem ringförmigen Betätigungselement 15 einer axialen Stelleinrichtung 16 anliegen. Auch andere Anordnungen der Stelleinrichtungen 16 sind möglich. Wesentlich ist, dass die Segmente 6 an eine Stelleinrichtung 16 angeschlossen werden können, die den im Düsenspalt 3 auf die Segmente 6 wirkenden Druck aufnimmt und mit einer Stellbewegung eine Schwenkbewegung der Segmente 6 bewirkt. Die Stelleinrichtung 16 kann an eine Programmsteuerung ange schlossen werden und entsprechend gesteuerte Stellbewegungen während einer Extrusion der Kunststoffschmelze ausführen. Der Dorn 1 der in 1 dargestellten Anordnung kann ebenfalls eine Vorrichtung zur betriebsmäßigen Veränderung des Dorndurchmessers aufweisen.
Die 4 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung an einem Dorn 1. Die Anordnung umfasst einen einlaufseitigen Kragen 4 mit fest vorgegebener Geometrie und einen in Fließrichtung hieran anschließenden, im Durchmesser veränderbaren Abschnitt 5 aus schwenkbeweglich angeordneten Segmenten 6 mit den zuvor beschriebenen Merkmalen.

Claims

Extrusionskopf zur Herstellung von schlauch- und rohrförmigen Schmelzesträngen aus thermoplastischem Kunststoff, mit einem Dorn (1) und einem Düsenring (2), deren kegelförmige und konische Flächen einen ringförmigen Düsenspalt (3) für einen Schmelzestrom aus thermoplastischem Kunststoff bilden, wobei zumindest eine der den Düsenspalt (3) begrenzenden Flächen sich aus einem einlaufseitigen Kragen (4) mit fest vorgegebener Geometrie und einem in Fließrichtung hieran anschließenden, im Durchmesser veränderbaren Abschnitt (5) zusammensetzt und wobei der im Durchmesser veränderbare Abschnitt (5) Segmente aufweist, die jeweils um eine zum Kragen (4) benachbarte Achse (7) radial verschwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (6, 6',6'') eine Wandfläche aufweisen, die mit dem Schmelzestrom in Kontakt ist und einen um die Schwenkachse (7) des Segmentes (6) kreisbogenförmig gekrümmten Abschnitt (9) hat, dass der Kragen (4) bei einer Schwenkbewegung der Segmente (6, 6', 6'') stets spaltfrei an dem kreisbogenförmigen Abschnitt (9) der Segmente anliegt und dass die Segmente (6, 6', 6'') seitliche Randbereiche aufweisen, die sich überlappen und an Kontaktflächen (10) in den überlappenden Randbereichen berühren.
Extrusionskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (6) sich fächerförmig überlappen.
Extrusionskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innenliegende und außenliegende Segmente (6', 6'') im Wechsel angeordnet sind.
Extrusionskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (10) als Keilflächen ausgebildet sind, die sich ganz oder über einen Teil der Wanddicke der Segmente (6, 6', 6'') erstrecken.
Extrusionskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Düsenspalt sichtbaren Seitenkanten der Segmente als dünnwandige Schneiden (11) ausgebildet sind, die unter dem im Düsenspalt herrschenden Betriebsdruck verformbar sind und sich unter der Wirkung des Betriebsdruckes an dem formstabil ausgebildeten Überlappungsbereich (12) des benachbarten Segments abstützen.
Extrusionskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (6, 6', 6'') als Metallkörper ausgebildet sind.
Extrusionskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (6, 6', 6'') an Achsen gelagert sind, die Lagerbohrungen in Versteifungsrippen (13) an der Rückseite des kreisbogenförmigen Abschnittes (9) der Segmente durchfassen.
Extrusionskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an die Segmente (6, 6', 6'') eine Stelleinrichtung angeschlossen ist, die den im Düsenspalt auf die Segmente wirkenden Druck aufnimmt und mit einer Stellbewegung eine Schwenkbewegung der Segmente bewirkt.
Extrusionskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rückseite der Segmente (6, 6', 6'') Hebel (14) angeformt oder befestigt sind, die an einem ringförmigen Betätigungselement (15) einer axialen Stelleinrichtung (16) anliegen.
Extrusionskopf nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (16) an eine Programmsteuerung anschließbar ist und rechnergesteuerte Stellbewegungen während einer Extrusion der Kunststoffschmelze ausführt.
Extrusionskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die schwenkbeweglichen Segmente und der ihnen zugeordnete Kragen (4) am Düsenring (2) angeordnet sind und dass der Dorn (1) ebenfalls eine Vorrichtung zur betriebsmäßigen Veränderung des Dorndurchmessers aufweist.