DE102004028100A1

DE102004028100A1 - Extrusionsblaskopf

Info

Publication number: DE102004028100A1
Application number: DE102004028100A
Authority: DE
Inventors: Claus-Dieter Koetke; Matthias Schindler
Original assignee: THERMO-TECHNIK-SYSTEME GmbH; Thermo Technik Systeme GmbH
Current assignee: THERMO-TECHNIK-SYSTEME GmbH; Thermo Technik Systeme GmbH
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: DE102004028100B4; EP1604801A2; EP1604801A3; CA2509434A1; US20050276876A1; US7278844B2; EP1604801B1; CA2509434C

Abstract

Ein Blaskopf zum Extrudieren eines schlauchförmigen Kunststoffvorformlings aus einem Austrittsspalt zwischen einem feststehenden Düsenkern (2) und einem Düsenkörper (10) ermöglicht eine umfangsabhängige Veränderung der Weite des Austrittsspaltes mit leichten und kleinen Betätigungsvorrichtungen, z. B. Einschraubzylindern (21, 23), wenn der Düsenkörper (10) mit seinem dem Austrittsspalt abgewandten, oberen Ende in dem Blaskopf schwenkbar gelagert und nahe dem Austrittsspalt ein Druckring (12) angeordnet ist, auf welchen die Betätigungsvorrichtungen (21, 23) wirken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Extrusionsblaskopf zur Erzeugung eines schlauchförmigen Vorformlings aus Kunststoff, mit einem Austrittsspalt zwischen einem feststehenden Düsenkern und einem Düsenkörper, der mittels eines Druckringes und an diesem angreifenden Stellvorrichtungen zur umfangsabhängigen Veränderung der Weite des Austrittsspaltes verstellbar ist.
Der Austrittsspalt zwischen dem Düsenkern und dem Düsenkörper bestimmt die Wandstärke des aus dem erzeugten, schlauchförmigen Vorformling anschließend in einer Blasform hergestellten Hohlkörpers. Wenn es sich bei dem Hohlkörper um ein technisches Formteil mit einer von einer Geraden abweichenden Längsachse handelt, das Formteil also mindestens eine Krümmung in Längsrichtung aufweist, führt ein mit über seinen Umfang konstanter Wandstärke extrudierter Vorformling dazu, dass das Formteil eine größere Wandstärke, also eine Materialanhäufung, im Bereich des kleineren Krümmungsradius und umgekehrt eine geringere Wandstärke im Bereich des größeren Krümmungsradius hat. Aus Festigkeitsgründen darf jedoch eine Mindestwandstärke an keiner Stelle des Hohlkörpers unterschritten werden. Die Folge ist ein Mehrverbrauch an Kunststoffmaterial und eine Erhöhung des Gewichtes des fertigen Hohlkörpers. Zudem kann es bei kleinen Krümmungsradien dazu kommen, dass der fertige Hohlkörper infolge der Materialanhäufung im Bereich des kleineren Krümmungsradius innenseitig Falten und außenseitig Quermarken hat, wodurch sowohl die technische Funktion, z.B. als Luftleitkanal, als auch das Aussehen des Artikels leiden.

Aus der DE-A-21 28 901 ist ein Extrusionsblaskopf der einleitend angegebenen Gattung bekannt, bei dem der Düsenkörper in einer zur Längsachse des Düsenkerns rechtwinkligen Ebene um geringe Beträge verschiebbar ist, allerdings nicht zur gezielten Einstellung einer umfangsabhängig unterschiedlichen Wandstärke des Vorformlings sondern im Gegenteil zur Erzielung eines geraden, gestreckten Austritts des Vorformlings aus dem Austrittsspalt mit über den Umfang konstanter Wandstärke. Zu diesem Zweck hat der Düsenkörper auf seiner dem Austrittsspalt abgewandten Seite einen Flanschring, der zwischen einem oberen und einem unteren Haltering des Blaskopfes querverschiebbar angeordnet und von einem Verschiebering umschlossen ist, der außerhalb des Extrusionsblaskopfes mit zwei um 90° versetzt zueinander angeordneten Augen versehen ist, an welchen zweiarmige Hebel angreifen, die über Spindelantriebe schwenkbar sind. Bei dieser Konstruktion sind zur Querverschiebung des Düsenkörpers relativ zu dem Düsenkern hohe Kräfte erforderlich, weil die Krafteinleitung am oberen Ende des Düsenkörpers, d.h. in einem Bereich, in dem die Kunststoffschmelze noch unter einem sehr hohen Druck steht, erfolgt. (Die Kunststoffschmelze tritt zwar aus dem Austrittsspalt praktisch drucklos aus, hat jedoch an der Eintrittsstelle in den Blaskopf bei heutigen Maschinen einen Druck von 400 bis 500 Bar.)

Aus der DE-C-195 37 132 ist ein Extrusionsblaskopf bekannt, dessen Düsenkörper in ähnlicher Weise, jedoch zur Erzielung einer umfangsabhängig unterschiedlichen Wandstärke des Vorformlings, mittels zweier exzentrisch gelagerter, den Düsenkörper umschließender Verschieberinge und an diesen angreifenden Hebeln in zwei zueinander orthogonalen Richtungen verschiebbar ist,d mit dem gleichen Nachteil der Einleitung der zur Verschiebung erforderlichen Kräfte in erheblichem Abstand von dem Austrittsspalt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Extrusionsblaskopf der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem die umfangsabhängige Veränderung der Weite des Austrittsspaltes im Vergleich zu den bekannten Konstruktionen erheblich geringere Kräfte und dementsprechend einfachere, kleinere und leichtere Betätigungsvorrichtungen erfordert.

Bei einem Blaskopf mit den einleitend angegebenen Merkmalen ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Düsenkörper in dem Blaskopf schwenkbar gelagert ist.

Im Vergleich zu einer translatorischen Verstellung des Düsenkörpers hat dies den Vorteil, dass erheblich weniger Kunststoffmasse verdrängt werden muss, also geringere Stellkräfte erforderlich sind. Daher sind die Stellvorrichtungen einfacher, kleiner und leichter. Ebenso können die die Kräfte aufnehmenden Teile des Blaskopfes mit geringeren Wandstärken ausgeführt werden. Der geringe Platzbedarf ermöglicht die Anwendung des vorliegenden Vorschlages auch bei Maschinen mit Mehrfachblaskopf.

Besonders gering sind die Stellkräfte, wenn gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Düsenkörper an seinem dem Austrittsspalt abgewandten oberen Ende in dem Blaskopf schwenkbar gelagert und der Druckring nahe dem Austrittsspalt angeordnet ist (Anspruch 2).

Vorzugsweise hat der Düsenkörper zu seiner schwenkbaren Lagerung eine kugelkalottenförmige Außenfläche, mit der er in einer komplementären Lagerschale in dem Blaskopf aufgenommen ist (Anspruch 3).

Zweckmäßig besteht der Düsenkörper aus einem Oberteil mit einer kugelkalottenförmigen Außenfläche und einem mit dem Oberteil auswechselbar verbundenen Unterteil (Anspruch 4).

Zum Umrüsten des Blaskopfs auf das Extrudieren eines Kunststoffvorformlings mit anderem Durchmesser und/oder anderer Wandstärke muss in diesem Fall nicht der komplette Düsenkörper sondern nur dessen Unterteil ausgewechselt werden.

Bei einer in montagetechnischer Hinsicht vorteilhaften Ausführungsform besteht die Lagerschale in dem Blaskopf aus einem Kugelpfannenoberteil und einem Kugelpfannenunterteil (Anspruch 5).

Die an dem Druckring angreifenden Stellvorrichtungen können insbesondere aus Hydraulikzylindern, im Minimum aus drei Hydraulikzylindern, die dann um 120° umfangsmäßig gegeneinander versetzt sind, vorzugsweise jedoch aus vier Hydraulikzylindern bestehen, von denen sich je zwei paarweise gegenüberliegen, wobei die zwei Paare gegeneinander um 90° versetzt sind (Anspruch 6).

Weil die zum Verschwenken des Düsenkörpers erforderlichen Kräfte vergleichsweise gering sind, können die Hydraulikzylinder aus in von dem Druckring beabstandeten Zylinderhaltern aufgenommenen Einschraubzylindern bestehen (Anspruch 7). Solche Einschraubzylindern bestehen im Wesentlichen nur aus einem das Einschraubgewinde tragenden Zylinderkörper mit stirnseitig offenem Arbeitsraum und einem Kolben, dessen herausgeführte Kolbenstange die Stellkraft auf den Druckring überträgt.

Dem Düsenkörper sind mindestens zwei umfangsmäßig um 90° gegeneinander versetzte Wegaufnehmer zugeordnet (Anspruch 8), mittels derer die Ist-Lage des Düsenkörpers bestimmt wird.

Jeder der Wegaufnehmer kann einen in Richtung auf den Druckring federbelasteten, in den Zylinderhaltern verschiebbar gelagerten Taststift umfassen (Anspruch 9).

Wie einleitend ausgeführt, richtet sich die Verteilung und Veränderung der Wandstärke, bezogen auf den Umfang des Vorformlings, nach der Geometrie des anschließend in der Blasform fertiggeblasenen Hohlkörpers und ändert sich deshalb im Regelfall über die Länge des extrudierten Vorformlings. Hierzu sind die Hydraulikzylinder mit der Hydraulikflüssigkeit über Ventile beaufschlagbar, die über einen Rechner gesteuert sind, der die Ausgangssignale der Wegaufnehmer erhält und die Hydraulikventile nach einem vorgegebenen Programm in Abhängigkeit von den Istwertsignalen der Wegaufnehmer steuert (Anspruch 10).

Der Rechner ist im Regelfall Bestandteil einer Maschinensteuerung, die u.a. die Wandstärke des Vorformlings in Abhängigkeit von dessen Länge während des Extrudierens nach einem vorgegebenen Programm verändern kann, uzw. durch umfangssymmetrische Änderung der Weite des Austrittsspaltes, d.h. durch Heben oder Senken des Düsenkörpers relativ zu dem konischen Düsenkern.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Extrusionsblaskopfes nach der Erfindung schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt,
2 den unteren Teil des Blaskopfes in 1 in vergrößertem Maßstab,
3 eine Ansicht des Düsenkopfes von unten,
4 einen Querschnitt längs der Linie A-A in 2,
5 einen Längsschnitt entsprechend 2, jedoch mit maximal nach rechts verstelltem Düsenkörper und
6 den entsprechenden Querschnitt längs der Linie A-A in 5.
1 zeigt schematisch einen Extrusionsblaskopf mit einem feststehenden Kopfteil 100, mit dem ein Kernträger 101 verbunden ist, der einen Kernhalter 1 trägt. Über ein Zwischenstück 102 und einen Kanal in dem Kopfteil 100 wird dem den Kernträger 101 umschließenden Raum die durch den Pfeil K symbolisierte Kunststoffschmelze aus einem üblichen Extruder unter einem Druck von einigen hundert Bar zugeführt. An den Kernträger 101 schließt sich nach unten eine Führungsring 103 an. Auf diesem sitzt eine Führungsbüchse 104, die mit einer Grundplatte 105 verbunden ist, die die im Folgenden näher beschriebenen weiteren Teile des Blaskopfes trägt. In an sich bekannter Weise ist die Grundplatte 105 über Führungsstangen 106 zur über den Umfang im Idealfall gleichmäßigen Ein- und Verstellung der Wandstärke des aus dem Blaskopf extrudierten schlauchförmigen Vorformlings heb- und senkbar.
2 zeigt in vergrößertem Maßstab, dass an der Grundplatte 105 über einen Zwischenring 6 ein Gehäuse 7 befestigt ist. Das Gehäuse 7 umschließt und haltert ein Kugelpfannenoberteil 8 und einen Kugelpfannenunterteil 9. Diese bilden zusammen eine ringförmig umlaufende Lagerschale für einen Düsenkörper 10, der aus einem Oberteil 10a mit in der Lagerschale 8, 9 aufgenommener, kugelkalottenförmiger Außenfläche und einem mit diesem auswechselbar verbundenen Unterteil 10b besteht. Der Düsenkörper 10 ist von einem Heizband 11 umgeben.
Das Düsenunterteil 10b umschließt einen mit dem Kernhalter 1 auswechselbar verbundenen Düsenkern 2. Zwischen dem Düsenkern 2 und dem Düsenköperunterteil 10b verbleibt ein Austrittsspalt S (vergleiche auch 3), dessen Weite umfangsunabhängig durch Heben oder Senken der Grundplatte 105 mittels der Stangen 106 veränderbar ist.
Zusätzlich ist die Weite des Spaltes S umfangsabhängig durch Schwenken des Düsenkörpers 10 in seiner durch die Teile 8 und 9 gebildeten Lagerschale veränderbar. Hierzu sitzt auf dem Düsenkörperunterteil 10b nahe dessen unterem Ende ein Druckring 12, der durch einen Sicherungsring 13 gehalten ist.
Die horizontal und bei den am häufigsten verwendeten Düsen mit Kreisquerschnitt dementsprechend radial gerichteten Verstellkräfte werden mittels kleiner, einfach wirkender Arbeitszylinder 21, 22, 23, 24 erzeugt, die gemäß den 3 und 4 um 90° versetzt um den Umfang des Druckringes 12 verteilt angeordnet sind, so dass sie sich jeweils paarweise gegenüberliegen. Jeder Arbeitszylinder besteht wie der Arbeitszylinder 21 aus einem Kolben 21a, dessen Kolbenstange mit ihrem freien Ende gegen den Druckring 12 anliegt. Der Kolben 21a sitzt in einem Zylindergehäuse 21b, das in einen Zylinderhalter wie 31 eingeschraubt ist. Jeder Zylinderhalter 31, 32, 33, 34 hat Anschlüsse und Bohrungen 31a, 32a, 33a, 34a zur Beaufschlagung der Kolben 21a mit einer Hydraulikflüssigkeit. Die Zylinderhalter 31 bis 34 sind an dem Gehäuse 7 mittels der angedeuteten Schrauben 35 befestigt.
Über Haltewinkel 40 sind an den Zylinderhaltern 31 und 32 um 90° zueinander versetzt zwei handelsübliche Wegaufnehmer 41, 42 befestigt. Jeder der Wegaufnehmer umfasst einen verschiebbaren Taster 41a, 42a, der gegen einen Taststift 51 bzw. 52 (s. 3) anliegt, der in dem Zylinderhalter geführt und mit seinem anderen Ende mittels einer Schraubendruckfeder wie 51a gegen den Mantel des Druckringes 12 gehalten ist.
Während die 1 bis 4 den Düsenkörper 10 in einer zu dem Düsenkern 2 konzentrischen Lage zeigen, veranschaulichen die 5 und 6 in einer den 2 und 4 entsprechenden Darstellung die sich aus einer maximalen Verstellung des Düsenkörpers 10 in Bezug auf den Düsenkern 2 ergebende, umfangsabhängig von nahezu Null auf einen Maximalwert und erneut auf nahezu Null abnehmende, umfangsabhängige Weite des Austrittsspaltes S. Zur Begrenzung des maximalen Verstellweges des Düsenkörpers 10 hat der Druckring 12 einen Ringwulst 12a (vgl. 5), mit dem er am Ende des Verstellweges gegen den betreffenden Zylinder, hier den Zylinder 23, anliegt um eine Beschädigung durch Anschlag des Düsenkörpers 10 gegen den Düsenkern 2 zu vermeiden.
Die Kolben der Zylinder 21 bis 24 werden zur Erzielung eines in Abhängigkeit vom Umfang sich ändernden Verlaufs der Weite des Austrittsspaltes S mit Hydraulikflüssigkeit über nicht dargestellte Ventile beaufschlagt, die über den Rechner der ebenfalls nicht dargestellten Maschinensteuerung betätigt werden. Die jeweilige Ist-Stellung wird mittels der Wegaufnehmer 41, 42 gemessen, die ihre Signale an die Maschinensteuerung liefern. Diese bzw. der Rechner vergleicht die Ist-Werte mit den in einem abgespeicherten Programm in Abhängigkeit von der jeweils extrudierten Länge des Vorformlings enthaltenen Soll-Werten und regelt durch Ansteuerung der Hydraulikventile die Stellung des Düsenkörpers 10 relativ zu dem Düsenkern 2 während des Extrudierens des Vorformlings aus dem Spalt S, so dass der Vorformling an jeder Stelle den vorgegebenen Verlauf der Wandstärke in Umfangsrichtung zusätzlich zu der bekannten globalen Wandstärkenbeeinflussung durch Heben oder Senken des Düsenkörpers 10 über die Stangen 106 hat.

Claims

Blaskopf zum Extrudieren eines schlauchförmigen Kunststoffvorformlings aus einem Austrittsspalt (S) zwischen einem feststehenden Düsenkern (2) und einem Düsenkörper (10), der mittels eines Druckringes (12) und an diesem angreifenden Stellvorrichtungen (21 bis 24) zur umfangsabhängigen Veränderung der Weite des Austrittsspaltes (S) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (10) in dem Blaskopf schwenkbar gelagert ist.
Extrusionsblaskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (10) an seinem dem Austrittsspalt (S) abgewandten oberen Ende in dem Blaskopf schwenkbar gelagert und der Druckring (12) nahe dem Austrittsspalt (S) angeordnet ist.
Extrusionsblaskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (10) zu seiner schwenkbaren Lagerung eine kugelkalottenförmige Außenfläche hat, mit der er in einer komplementären Lagerschale (8, 9) in dem Blaskopf aufgenommen ist.
Extrusionsblaskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (10) aus einem Oberteil (10a) mit einer kugelkalottenförmigen Außenfläche und einem mit dem Oberteil auswechselbar verbundenen Unterteil (10b) besteht.
Extrusionsblaskopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale in dem Blaskopf aus einem Kugelpfannenoberteil (8) und einem Kugelpfannenunterteil (9) besteht.
Extrusionsblaskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Druckring (12) angreifenden Stellvorrichtungen vier Hydraulikzylinder (21 bis 24) umfassen, von denen sich je zwei paarweise gegenüberliegen, wobei die zwei Paare gegeneinander um 90° versetzt sind.
Extrusionsblaskopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikzylinder aus in von dem Druckring (12) beabstandeten Zylinderhaltern (31 bis 34) aufgenommenen Einschraubzylindern (21 bis 24) bestehen.
Extrusionsblaskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Düsenkörper (10) mindestens zwei umfangmäßig um 90° gegeneinander versetzte Wegaufnehmer (41, 42) zugeordnet sind.
Extrusionsblaskopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wegaufnehmer (41, 42) einen in Richtung auf den Druckring federbelasteten, in dem Zylinderhalter verschiebbar gelagerten Taststift (51, 52) umfasst.
Extrusionsblaskopf nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikzylinder (21 bis 24) mit der Hydraulikflüssigkeit über Ventile beaufschlagbar sind, die über einen Rechner gesteuert sind, der die Ausgangssignale der Wegaufnehmer erhält und die Hydraulikventile nach einem vorgegebenen Programm in Abhängigkeit von den Istwertsignalen der Wegaufnehmer steuert.