DE102004038571A1

DE102004038571A1 - Verfahren zum Herstellen von Platten aus thermoplastisch extrudierten Kunststoffen

Info

Publication number: DE102004038571A1
Application number: DE102004038571A
Authority: DE
Inventors: Walter Breyer
Original assignee: Breyer GmbH Maschinenfabrik
Current assignee: Breyer GmbH Maschinenfabrik
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-02-23
Also published as: CN100562423C; JP2008509016A; US20080303182A1; CN101022937A; EP1773567A1; WO2006015643A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Platten aus thermoplastisch extrudierten Kunststoffen (3), insbesondere für TFT-Bildschirme, sollen die Platten (6) konisch extrudiert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Platten aus thermoplastisch extrudierten Kunststoffen, insbesondere für TFT-Bildschirme sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Beim thermoplastischen Extrudieren von Kunststoffen ist es bisher lediglich möglich homogene gleich dicke Platten, in sehr dünnen Bereichen herzustellen. Diese Platten sind von geringer Dicke und werden durch das Extrusionsverfahren hergestellt. Dabei wird Kunststoff extrudiert und über eine Extrusionsdüse einem Glättwerk zugeführt, und im Glättwerk wird dann die Platte auf die entsprechende Dicke vergleichmässigt, homogenisiert, abgekühlt und einer Rollbahn zugeführt und dann entsprechend auf eine gewünschte Länge abgeschnitten.
Bei der Herstellung von TFT-Monitoren werden Kunststoffplatten auch als Beleuchtungsträger verwendet, welche bei Notebooks konisch verjüngt ausgebildet sind. Diese werden durch Vergiessen von flüssigem Kunststoff in entsprechend ausgebildete Formen hergestellt. Eine derartige Herstellung ist sehr teuer, kostenaufwendig und gewährleistet nicht die entsprechenden, erforderlichen Oberflächengüten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu verbessern, welche die oben genannten Nachteile beseitigt, und mit welchem auf sehr einfache und kostengünstige Weise eine vielfältige Herstellung von unterschiedlichen Platten unterschiedlichster Art zulässt, die von hoher Oberflächengüte und Homogenität sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Merkmale der Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 18.

Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass zumindest eine der Walzen des Glättwerkes profiliert ausgebildet sind, um konische Platten bzw. konisch verlaufende bzw. verjüngt ausgebildete Platten durch Extrudieren von thermoplastischen Kunststoffen im kontinuierlichen Herstellungsverfahren herzustellen.

Damit eine Druckverteilung bzw. eine Verteilung des flüssigen, extrudierten thermoplastischen Kunststoffes möglich ist, werden vorzugsweise zwei konisch verjüngt ausgebildete Bereiche als Profilierung in zumindest einer Walze des Glättwerkes vorgesehen, wobei die konisch verjüngt ausgebildeten Bereiche nach aussen oder nach innen gerichtet ausgebildet sein können.

Um dann eine Platte mit einem einzigen konische verjüngten Bereich zu erhalten, wird dann die Platte mit zwei konisch verjüngt ausgebildeten Bereichen vorzugsweise mittig getrennt. Zwei einzelne Platten entstehen somit.

Ein Extrudieren von konischen Platten ist nicht ohne weiteres möglich. Hierzu müssen verschiedene Parameter zusätzlich berücksichtigt werden, um eine konisch verjüngt ausgebildete Platte zu erhalten, die sich nicht wölbt, die von hoher Oberflächengüte ist und welche ein homogenes spannungsarmes Gefüge aufweist.

Dabei hat sich bei der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, mehrere profilierte Bereiche in ein oder mehreren Walzen des Glättwerkes vorzusehen. Dabei können auch die letzten Walzen des Glättwerkes entsprechend profiliert ausgebildet sein. Gleiches gilt dann auch für die entsprechende Rollbahn, die ebenfalls profiliert ausgebildete Walzen aufweist, um die profilierten Platten zu übernehmen bzw. einer Ablängeinrichtung zuzuführen.

Ferner hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass ein Austrittsquerschnitt einer Extrusionsdüse auf ein querschnittlich profiliertes bzw. konisch ausgebildetes Profil von Platten angepasst wird. Ferner wird über entsprechenden unterschiedliche Temperierung. der Extrusionsdüse bzw. des Extrusionsdüsenkörpers in unterschiedlichen Bereichen ebenfalls Einfluss auf ein sich ändernden Querschnitt genommen. Insbesondere in querschnittlich dickeren Bereichen der Platte wird eine zusätzliche Erhitzung des Materials im Düsenkörper erfolgen, als in den verjüngt ausgebildeten dünneren Bereichen.

Ähnliches geschieht beim Abkühlen im Glättwerk, wobei in den dickeren Bereichen der Platten eine Abkühlung entsprechend stärker erfolgt, als in den verjüngt ausgebildeten konischen Bereichen.

Bei der vorliegenden Erfindung hat sich sogar als vorteilhaft erwiesen, die konisch verjüngt ausgebildeten Bereiche ggf. nachzuheizen, so dass über den vollständigen Plattenquerschnitt eine homogene Abkühlung erfolgt. Diese Vorteile führen dazu, dass konische Platten im Extrusionsverfahren hergestellt werden können, die bspw. als Beleuchtungsträger für TFT-Monitore für Notebooks verwendet bzw. eingesetzt werden können.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
1 eine schematisch dargestellte Seitenansicht auf ein Drei-Walzen-Glättwerk zum Extrudieren von thermoplastischen Kunststoffen mit anschliessender Rollbahn;
2a und 2b einen schematisch dargestellten Querschnitt durch eine konisch verlaufende Platte aus thermoplastisch extrudiertem Kunststoff, insbesondere für die Verwendung von TFT-Bildschirmen als Beleuchtungsträger, insbesondere für Notebooks;
3a eine schematisch dargestellte Draufsicht einer möglichen Ausbildung und Anordnung von zwei benachbarten Walzen eines Walzenglättwerkes zum thermoplastischen Extrudieren von Kunststoff;
3b einen schematisch dargestellten Querschnitt durch eine Kunststoffplatte mit zwei konisch auslaufenden Endbereichen;
4a eine schematisch dargestellte Draufsicht auf zwei Walzen eines Walzenglättwerkes zum Extrudieren von thermoplastischen Kunststoffen zur Bildung von konisch verlaufenden Platten;
4b einen schematisch dargestellten Querschnitt durch eine thermoplastisch extrudierte Platte mit zwei konisch zueinander verlaufenden Bereichen;
5a eine schematisch dargestellte Draufsicht auf zwei profilierte Walzen zum Extrudieren von thermoplastischen Platten mit zwei konisch verjüngten Endbereichen;
5b eine Platte aus thermoplastisch extrudiertem Kunststoff mit zwei jeweils nach aussen verjüngt konischen verlaufenden Bereichen;
6a eine schematisch dargestellte Draufsicht auf zwei benachbarten profilierte Walzen zum Herstellen von mehreren nebeneinander axial angeordneter Platten aus thermoplastisch extrudierten Kunststoffen, welche jeweils konisch verjüngt ausgebildete Bereiche aufweisen;
6b schematisch dargestellte Querschnitte durch zwei Platten mit jeweils konisch verjüngt ausgebildeten Endbereichen.
Gemäss 1 weist eine Vorrichtung R zum thermoplastischen Extrudieren von Kunststoffen 3, insbesondere von Platten 6 ein hier nur schematisch dargestelltes Glättwerk 1 auf, welches im bevorzugten Ausführungsbeispiel als Drei-Walzen-Glättwerk, mit den Walzen W₁, W₂ und W₃ ausgebildet ist. Zwischen die Walzen W₁ und W₂ wird über eine Extrusionsdüse 2 extrudierter thermoplastischer Kunststoff 3 eingebracht. Der Kunststoff 3 umschlingt die Walze W₂ und wird um eine weitere Walze W₃ auf eine hier nur angedeutete Rollbahn 4 mit Walzen 5 kontinuierlich ausgebracht.
Das Glättwerk 1 dient im wesentlichen zur Einstellung einer Plattendicke, zur Homogenisierung des Kunststoffes, zum Abkühlen und zur Vergütung der Oberflächen des zu länglichen Platten 6 extrudierten Kunststoffes 3.
In gewissen Bereichen, insbesondere bei der Herstellung von TFT-Monitoren, insbesondere für Notebooks sind konisch verlaufende Kunststoffplatten als Beleuchtungsträger erforderlich, da im dickeren Bereich der konisch verlaufenden Platte die eigentliche einseitige Beleuchtung erfolgt.
Bisher ist es nicht möglich gewesen, thermoplastisch extrudierter Kunststoff als konische dünn verlaufende Platte auszubilden.
In den 2a und 2b sind querschnittlich zwei konisch verlaufende Platten 6 aufgezeigt, die bspw. zur Herstellung von Beleuchtungsträgern für TFT-Notebook-Monitore verwendet werden können. Im seitlichen dickeren Bereich sitzt dann das entsprechende, hier nicht näher dargestellte Beleuchtungsmittel für den Beleuchtungsträger.
Um diese Platten aus thermoplastisch extrudierten Kunststoffen herzustellen hat sich als besonders vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung erwiesen, wie es insbesondere in 3a dargestellt ist, zumindest eine Walze W₁ und/oder W₂ des hier nur teilweise angedeuteten Glättwerkes 1 entsprechend zu profilieren, so dass eine Platte 6 gebildet wird, wie sie in 3b querschnittlich dargestellt ist, die jeweils zwei endseitig konisch verlaufende Bereiche 7.1, 7.2 aufweist. Um dann entsprechende, gemäss den 2a dargestellte Platten 6 zu erhalten, werden diese nach dem Herstellen in der dargestellten Schnittlinie S in zwei Platten 6 mit jeweils endseitig konisch verjüngt zulaufenden Bereichen 7.1 und 7.2 durchtrennt.
Auf diese Weise wird gewährleistet, dass überhaupt ein konisches Extrudieren möglich ist, da das flüssige, thermoplastische Material, bedingt durch die entsprechende Profilierung der Walzen W₁, W₂, die um jeweils die Mittelachsen M rotieren, überhaupt möglich ist, da das flüssige thermoplastische Material nicht seitlich austreten kann.
In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss 4a ist die Profilierung entsprechend derart ausgebildet, dass in einem mittleren Bereich der Walze W₁, W₂ die konische Verjüngung bzw. Profilierung endet, und wie es insbesondere in 4b dargestellt ist, der konischen Bereiche 7.1, 7.2 der Platte 6 innenliegend ausgerichtet sind.
Entsprechend der Profilierung der Walze W₁ und/oder W₂ kann dann auch entsprechend die Profilierung der hier nicht dargestellten Walze W₃, siehe 1, ausgebildet sein.
Damit die extrudierten und konisch verjüngt ausgebildeten Platten 6, die auf die Rollbahn 4 übertragen werden, dort ebenfalls gut transportiert werden können, können auch die entsprechenden Walzen 5 der Rollbahn 4 entsprechend dem Profil der Platten 6 profiliert ausgebildet sein.
Um bspw. konisch verlaufende Platten 6 zu extrudieren, wie sie in 2b dargestellt sind, lassen sich die Walzen W₁ und W₂, gemäss 5a, jeweils profilieren, so dass die verjüngt konisch auslaufenden Bereiche 7.1, 7.2 im endseitigen Bereich, siehe 5b, liegen. Dabei entstehen Platten 6, die beidseitig an Oberseite und Unterseite profiliert ausgebildet sind. Die Winkel α, welche die Platten 6, siehe 2a und 2b einschliessen, können nur wenige Grad, wie bspw. α = 0,05 Grad betragen.
Im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss 6 sind in axialer Richtung der Walzen 5 mehrere Profilierungen an den Walzen W₁ und/oder W₂ gegenüberliegend vorgesehen, um mehrere Platten 6, wie sie auch näher in 5b und 6b dargestellt sind, gleichzeitig parallel herzustellen. Die Walzen W₁ und/oder W₂ können jedoch auch die vorbeschriebenen Profilierungen, gemäss 3a, 4a und 5a aufweisen. Hierauf sei die Erfindung nicht beschränkt.
Ferner ist wichtig bei der vorliegenden Erfindung, wie es nicht näher dargestellt ist, dass auch die Extrusionsdüse 2, siehe 1, einen hier nicht näher dargestellten Austrittsquerschnitt aufweist, welcher dem Querschnitt der Platten 6 bzw. der profilierten Walze W₁ und/oder W₂ entspricht. Auf diese Weise lässt sich auch ein Volumenstrom bzw. ein Austrittsvolumen des extrudierten thermoplastischen Kunststoffes 3 auf die Querschnittsform der Platten 6 anpassen. Dies ist insbesondere zur Vergleichmässigung der Strömungsgeschwindigkeiten des erhitzten thermoplastischen Kunststoffes 3 von Bedeutung.
Ferner hat sich als vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung erwiesen, dass im Düsenkörper der Extrusionsdüse 2 unterschiedliche Temperaturen eingestellt werden können, um die Fliessgeschwindigkeit des plastisch extrudierten Kunststoffes 3 zu beeinflussen. Dabei wird in dickeren Bereichen der Platte 6, im Düsenkörper dort der Bereich höher temperiert, als die bspw. dünnere konisch auslaufenden Bereiche. Auf diese Weise lässt sich beim Extrudieren die Austrittsgeschwindigkeit bzw. der Volumenstrom vergleichmässigen.
Hierdurch können auch innere Spannungen abgebaut bzw. vermieden werden, wobei auch eine Wölbung der Platten 6 reduziert bzw. verhindert wird.
Um ferner eine sehr hohe Oberlfächengüte zu erhalten, und zusätzlich innere Spannungen abzubauen, werden die Platten 6 bzw. wird der thermoplastisch extrudierte Kunststoff im Glättwerk 1 an den Walzen W₁ bis W₃ abgekühlt. Dabei kann die Abkühlung, insbesondere in den querschnittlich dicker ausgebildeten Bereichen der Platten 6 stärker erfolgen, als in den konisch verjüngten Bereichen 7.1, 7.2.
In den konisch verjüngt ausgebildeten Bereichen, unabhängig davon, ob sie innenliegend oder aussenliegend, sind, erfolgt die Kühlung bzw. Abkühlung schwächer bzw. es soll sogar daran gedacht sein, dass diese Bereiche nachtemperiert bzw. zusätzlich erwärmt werden, um eine Platte 6 über den vollständigen Querschnitt homogen und gleichmässig abzukühlen, um eine hohe Oberflächengüte bei geringen inneren Spannungen zu erhalten.
Positionszahlenliste

Claims

Verfahren zum Herstellen von Platten aus thermoplastisch extrudierten Kunststoffen (3), insbesondere für TFT-Bildschirme, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (6) konisch extrudiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (6) in einem Glättwerk (1), insbesondere in einem Drei-Walzen-Glättwerk konisch extrudiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass thermoplastisch extrudierter Kunststoff (3) aus einer Extrusionsdüse (2) zwischen einer ersten und einer zweiten Walze (W₁, W₂) zugeführt wird, wobei zumindest eine der beiden Walzen (W₁ und/oder W₂) bzw. deren Mantelflächen entsprechend der konisch zu extrudierenden Plattenform konisch profiliert ausgebildet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Walze (W₁ bis W₃) konisch profiliert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei konisch gegenüberliegende Platten (6) gleichzeitig, als eine oder zwei Platten (6) konisch extrudiert werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Extrusionsdüsenquerschnitt einer Extrusionsdüse (2) in etwa querschnittlich etwa dem Querschnitt der konisch zu extrudierenden Platten (6) entspricht.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Extrusionsdüsenquerschnitt der Extrusionsüdse (2) konisch ausgebildet ist, und auf zumindest ein konisch ausgebildetes Profil zumindest einer Walze (W₁ bis W₃) des Glättwerkes (1) ausgerichtet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Austritssquerschnitt der Extrusionsdüse (2) oder ein Austrittssvolumen der Extrusionsdüse (2) der konischen Form der zumindest einen Walze (W₁ und/oder W₂) des Glättwerkes (1) angepasst wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Düsenkörper der Extrusionsdüse (2) unterschiedliche Temperaturen in Abhängigkeit einer konischen Form der Walze (W₁ und/oder W₂) und/oder des Austritssquerschnittes eingestellt werden, um auf, bedingt durch die unterschiedlichen Austrittsquerschnitte resultierenden unterschiedlichen Fliessgeschwindigkeiten die gesamte Austrittsgeschwindigkeit zu homogenisieren.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die konisch extrudierten Platten (6) in unterschiedlichen Bereichen (7.1, 7.2) unterschiedlich temperiert werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die konisch extrudierten Platten (6) stärker als in den dünneren Bereichen (/.1, 7.2) temperiert werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die konisch extrudierten Platten (6), in querschnittlich dickeren Bereichen im Glättwerk (1) zusätzlich gekühlt werden.
Verfahren nach wenigstens einem Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die konisch extrudierten Platten (6) in querschnittlich dünneren Bereichen (7.1, 7.2) einer geringen Kühlung im Glättwerk (1) unterliegen und ggf. in diesen Bereichen erhitzt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewährleistung einer homogenen Abkühlung einer konisch extrudierten Platte (6) zum Abbau innerer Spannungen, sowie zur Vermeidung von Wölbungen und Gewährleistung einer hohen Oberflächengüte durch querschnittlich unterschiedliche zusätzliche Kühlung in dickeren Bereichen und ggf. geringere Kühlung oder durch Nachheitzen im Glättwerk (1) insgesamt querschnittlich die konisch extrudierte Platte (6) homogen abgekühlt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Glättwerk (1) konisch austretenden Platten (6) auf eine Rollbahn (4) geführt werden, welche entsprechend der querschnittlichen Form der Platte (6) profiliert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Walzen (5) der Rollbahn (4) entsprechend der konisch ausgebildeten Platten (6) profiliert werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwei konisch verlaufende Platten gemeinsam in einer Platte (6) extrudiert werden, wobei die jeweils konisch auslaufenden Bereiche gegenüberliegend ausgerichtet sind, und nach dem Herstellen der Platte (6) mit zwei konisch verlaufenden Bereichen (7.1, 7.2) die Platten im Bereich einer Schnittstelle (S) geteilt werden.
Vorrichtung zum Extrudieren von Platten aus thermoplastisch extrudierten Kunststoffen (3), insbesondere für TFT-Bildschirme, mit einer Extrusionsdüse (2) und einem an die Extrusionsdüse (2) anschliessenden Glättwerk (1), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Walze (W₁ bis W₃) des Glättwerkes (1) zum Extrudieren einer konischen Platte (6) profiliert ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine profiliert ausgebildete Bereich der einen Walze (W₁ bis W₃) des Glättwerkes (1) zwei konisch auslaufende Bereiche (7.1, 7.2) aufweist, die in der äusseren Mantelfläche der Walzen (W₁ bis W₃) gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei gegenüberliegenden Walzen (5) des Glättwerkes (1) entsprechende, zueinander fluchtende Profilierungen vorgesehen sind, wobei in jeder Profilierung nach aussen fluchtende konische Bereiche (7.1, 7.2) gebildet sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Austrittsquerschnitt der Extrusionsdüse (2) in etwa dem Querschnitt der Profilierung der zumindest einen Walze (W₁ bis W₃) oder der Profilierungen zweier benachbarter Walzen (W₁ und W₂ bzw. W₂ und W₃) in etwa nachgebildet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass im Düsenkörper der Extrusionsdüse (2) in der Abhängigkeit der Dicke der Profilierung der zumindest einen Walze (W₁ bis W₃) bzw. des konischen Bereiches (7.1, 7.2) entsprechende Heizeinrichtungen zum unterschiedlichen Temperieren unterschiedlich dicker Bereiche vorgesehen sind, wobei in dickeren Bereichen eine Austrittstemperatur höher als in dünneren Bereichen einstellbar und regelbar ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Austritt der konisch extrudierten Platte (6) aus der Extrusionsdüse (2) im Glättwerk (1) in querschnittlich dickeren Bereichen eine stärkere oder ggf. zusätzliche Kühlung des extrudierten Kunststoffes (3) erfolgt, als in dünneren Bereichen, wobei ggf. in dünneren Bereichen ein Nachheizen bzw. zusätzliches Erwärmen erfolgt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an das Glättwerk (1) eine Rollbahn (4) anschliesst, deren Walzen (5) entsprechend der konischen Platte (6) bzw. der profilierten Form der Platte (6) nachgebildet sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, das auf einer oder zwei benachbarten Walzen (W₁ und/oder W₂) eine Mehrzahl von in Axialrichtung hintereinander konisch ausgebildeten Bereichen zur Herstellung mehrerer Platten (6) nebeneinander vorgesehen sind.