DE102005060099B4

DE102005060099B4 - Verfahren zum Stützen einer Kunststoffschmelze

Info

Publication number: DE102005060099B4
Application number: DE102005060099.9A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dohmann
Original assignee: Battenfeld Cincinnati Germany GmbH
Current assignee: Battenfeld Cincinnati Germany GmbH
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2025-12-17
Also published as: DE102005060099A1

Abstract

Verfahren zum Stützen und/oder Führen einer Kunststoffschmelze (1), die in einem Extruder erzeugt wird, aus einem Werkzeug austritt und entlang einer theoretischen Extrusionsmittellinie (8) einer Kalibriervorrichtung (2) zugeführt wird, wobei die Schmelze (1) im Bereich zwischen dem Werkzeugaustritt (3) und dem Einführbereich eines Kalibrierwerkzeuges (4) mittels einer Stützvorrichtung (5) gestützt und/oder geführt wird, wobei die Schmelze (1) in einem zwischen Schmelzeaußenwand und Extrusionsmittellinie (8) gebildeten Winkel (α) in das Kalibrierwerkzeug (4) eingezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) in der Maschinensteuerung der gesamten Extrusionsanlage hinterlegt ist, und an die Stützvorrichtung (5) weitergegeben wird, die Stützvorrichtung verstellt wird, so dass der optimale Winkel (α) eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stützen und/oder Führen einer Kunststoffschmelze, die in einem Extruder erzeugt wird, aus einem Werkzeug austritt und entlang einer theoretischen Extrusionsmittellinie einer Kalibriervorrichtung zugeführt wird, wobei die Schmelze im Bereich zwischen dem Werkzeugaustritt und dem Einführbereich eines Kalibrierwerkzeuges mittels einer Stützvorrichtung gestützt und/oder geführt wird, wobei die Schmelze in einem zwischen Schmelzeaußenwand und Extrusionsmittellinie gebildeten Winkel in das Kalibrierwerkzeug eingezogen wird.
Beim Extrusionsprozess wird die extrudierte Kunststoffmasse über einen Rohrkopf mit angebrachter Extrusionsdüse in eine bestimmte Form gebracht, die im Anschluss in eine Kalibriervorrichtung auf ihre Endabmaße kalibriert wird. Hierzu ist es erforderlich, die vorgeformte pastöse Schmelze der Kalibriervorrichtung zuzuführen. Je nach gewähltem Material gibt es einen optimalen Winkel, in dem der Schmelzestrang in die Vorrichtung einzubringen ist. Es wird damit sichergestellt, dass ein qualitativ hochwertiges Endprodukt erreicht wird, bei dem die geringsten Spannungen oder Fließmarkierungen auf der Oberfläche entstehen. Um diese optimalen Einstellungen zu erreichen ist eine relativ lange Anlaufzeit erforderlich, da beispielsweise der Abstand zwischen Extrusionsdüsenausgang und Kalibriervorrichtungseingang experimentell optimiert wird. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass bei einem zu großen Abstand der Schmelzestrang eventuell bereits zu stark abgekühlt ist oder aufgrund eines zu starken Durchhanges nicht umlaufend an die Kalibriervorrichtung anbringbar ist und somit Leckagen im Vakuum entstehen können.
Gattungsgemäße Systeme sind im Stand der Technik bekannt, so beispielsweise die DE 198 43 339 A1 , bei der vorgeschlagen wird, zwischen dem Düsenausgang und der Kalibriervorrichtung eine Saugglocke anzuordnen, mittels der durch Variieren des anliegenden Vakuums der Schmelzestrang beispielsweise bei der Rohrextrusion aufgeweitet oder im Durchmesser gestaucht wird.
Eine Stützvorrichtung, die unterschiedliche Rohrdurchmesser in einer Kalibriereinrichtung stützen kann, offenbart zum Beispiel die DE 10 2004 052 973 A1 .
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die DE 20 200 40 19 566 U1 bekannt, in der eine Führungskammer mit Führungsscheiben als Anfahrhilfe offenbart wird.
Die DE 198 43 340 A1 offenbart Führungselemente in einer Kalibriereinrichtung, deren Durchmesser über einen weiten Bereich einstellbar ist.
Aus dem Magazin EXTRUSION vom Oktober 2004 Volume 10 ist ein Bericht bekannt, bei dem über den stufenlosen Dimensionswechsel zum Nachrüsten berichtet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren anzubieten, bei dem unter Beibehaltung des Abstandes zwischen Extrusionsdüse und Kalibriervorrichtung die Einlaufgeometrie des Schmelzestranges beeinflusst werden kann.
Die Lösung der Aufgabe ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel in der Maschinensteuerung der gesamten Extrusionsanlage hinterlegt ist, und an die Stützvorrichtung weitergegeben wird, die Stützvorrichtung verstellt wird, so dass der optimale Winkel eingestellt wird.
Es ist somit also möglich, den Schmelzestrang so zu leiten, dass sichergestellt ist, dass er umlaufend am Eingang der Kalibriervorrichtung anliegt und somit das anliegende Vakuum gewährleistet ist, aber auch weiterhin wird mittels des Verfahrens der Schmelzestrang so geleitet, dass dieser für die gegebenen Materialien im optimalen Winkel eingeführt wird.
Weiterbildungsgemäß ist vorgesehen, dass dieser Winkel, der sich zwischen Schmelzeaußenwand und Extrusionsmittellinie ergibt, in Abhängigkeit von für das extrudierte Kunststoffmaterial hinterlegten Prozessparametern gewählt wird. Wie eingangs erwähnt gibt es eine optimale Einzugsgeometrie für die Schmelze für jedes extrudierte Kunststoffmaterial. Diese Parameter, insbesondere dieser Winkel, kann beispielsweise in der Maschinensteuerung der gesamten Extrusionsanlage hinterlegt sein und dann an die Stützvorrichtung weitergegeben werden, damit diese den optimalen Winkel einstellt.
Vorteilhafterweise kann die gesamte Verstellung respektive das Verfahren der Veränderung der Kontur, die durch diese Stützvorrichtung erzeugt wird, während des Extrusionsprozesses der Kunststoffschmelze erfolgen. Es wird somit nicht nur der Einlaufprozess und Anfahrprozess wesentlich vereinfacht, sondern es können auch eventuell erforderliche Korrekturen während der Produktion vorgenommen werden.
Die Veränderungen der Kontur erfolgen fortbildungsgemäß durch Verdrehen von Gewindestangen. Dies kann einerseits manuell oder über einen zentralen Verstellmotor erfolgen. Alternativ können Zahnstangen oder auch ein Kniehebelmechanismus oder ähnliches zum Einsatz kommen. Hierbei ist auch denkbar, dass diese zentrale Verstellung mit der gesamten Maschinensteuerung in Verbindung steht und in Abhängigkeit von gemessenen Parametern die Verstellung automatisch vorgenommen wird.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Veränderung der Kontur dadurch erreicht wird, indem Elemente der Stützvorrichtung auf die theoretische Extrusionsmittellinie zu oder von ihr weg bewegt werden. In der Rohrextrusion wäre dies beispielsweise die Verkleinerung oder Vergrößerung eines Außendurchmessers des Schmelzestranges. Es muss jedoch nicht zwingend eine radiale Bewegung der Elemente auf den Mittelpunkt sein, es ist genauso denkbar, die Konturveränderungen durch Verschieben der Elemente entlang einer Kurvenbahn oder durch Verdrehen von exzentrischen Elementen zu erreichen.
Das Verfahren kann z.B. mit einer Stützvorrichtung zum Stützen und/oder Führen einer Kunststoffschmelze im Bereich zwischen einem Werkzeugaustritt eines Extruderrohrkopfes und einem Einführbereich eines Kalibrierwerkzeuges, wobei das Kalibrierwerkzeug Teil einer Kalibriervorrichtung aus mindestens einem Vakuumtank, dem Kalibrierwerkzeug und der Stützvorrichtung ist, wobei das Kalibrierwerkzeug im Vakuumtank angeordnet ist, wobei die Stützvorrichtung aus einzelnen Elementen mit einer Stützkontur aufgebaut ist, wobei die Stützkontur auf den Mittelpunkt der Stützvorrichtung zu oder von ihr weg bewegbar ist, ausgeführt werden.
Wie bereits oben erwähnt können also Elemente der Stützvorrichtung radial auf den Mittelpunkt der Stützvorrichtung zu bewegt werden oder von ihr weg, wodurch der Winkel im Einzugsbereich der Kalibriervorrichtung verändert wird.
In einer Variante werden somit die Elemente radial zum Mittelpunkt zu oder weg geschwenkt, was beispielsweise durch das Verdrehen von in den Elementen aufgenommenen Gewindestangen erreicht wird, wobei am Ende der Gewindestangen ein Radiuselement angeordnet ist, in dem die erforderliche Stützkontur abgebildet ist, welche am Schmelzestrang anliegt.
Eine alternative Ausführung ist es, die Stützkontur über eine Kurvenbahn oder Drehachse zu verschwenken. Hierbei ist daran gedacht, das Element mit dem Kurvenradius und der Stützkontur nicht radial auf den Mittelpunkt zu verschwenken, sondern anhand eines vorgegebenen Kurvenverlaufes zu verschwenken. Hiermit können unterschiedliche Steigungen und Winkel am Schmelzestrang erreicht werden, wodurch auch asymmetrische Konturen abbildbar sind. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die einzelnen Elemente nicht in einem Kreisring angeordnet sind, sondern versetzt zueinander. Es ist aber auch denkbar, auf einer beispielsweise senkrecht zur Extrusionslinie verlaufenden Drehachse exzentrische Scheiben anzuordnen oder mehrere Einzelscheiben, die durch Verdrehen dieser Drehachse ebenfalls die Stützkontur auf den Mittelpunkt der Stützvorrichtung zu schwenken und somit den gewünschten Stützbereich verändern.
Sind die einzelnen Stützelemente mehrfach nebeneinander angeordnet ist es von Vorteil, zum Bewegen der Elemente ein Getriebe anzuordnen, welches beispielsweise auch zentral über die Maschinensteuerung angesteuert werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die gesamte Stützvorrichtung direkt mit dem Vakuumtank verbunden ist, da somit kein separates Gestell erforderlich ist. Hierbei kann vorgesehen sein, die gesamte Stützvorrichtung über Verstellelemente im Abstand vom Vakuumtank zu variieren.
In den Zeichnungen ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben.
1 zeigt einen Schnitt durch die Kalibriervorrichtung und
2 die Stützvorrichtung in Extrusionsrichtung
In 1 ist ein Schnitt durch die Kalibriervorrichtung mit angeordneter Stützvorrichtung und angedeutetem Austritt aus dem Extrusionswerkzeug dargestellt. Vom Werkzeugaustritt 3 gelangt eine Schmelze 1 in Form eines Schmelzestranges in die Kalibriervorrichtung 2. Mittels des verstellbaren Kalibrierwerkzeuges 4 wird der Schmelzestrang geformt und entlang der theoretischen Extrusionsmittellinie 8 abgezogen. Das verstellbare Kalibrierwerkzeug 4 ist in einem Vakuumtank 9 angeordnet. Um den gewünschten Winkel α zwischen Extrusionsmittellinie und somit der Innenwandung des Kalibrierwerkzeuges 4 zu erreichen ist eine Stützvorrichtung 5 am Vakuumtank 9 angebracht. Die Stützvorrichtung ist in ihrer Stützkontur veränderbar, was durch die beiden Doppelpfeile verdeutlicht wird. Insgesamt ist die gesamte Stützvorrichtung 5 auch um die theoretische Extrusionsmittellinie 8 drehbar. Der Abstand zwischen dem Werkzeugaustritt 3 und dem Vakuumtank 9 könnte somit beispielsweise konstant bleiben, da die flexible Stützvorrichtung 5 den erforderlichen Winkel α realisieren kann. Da die Stützvorrichtung 5 jedoch im Abstand zum Vakuumtank 9 veränderbar ist, kann der Winkel α auch durch Veränderung dieses Abstandes beeinflusst werden.
2 zeigt die Stützvorrichtung in einer Ausführungsvariante in Extrusionsrichtung betrachtet. Die gesamte Stützvorrichtung 5 besteht aus mehreren Teilelementen 7 und ist hier beispielsweise in Form von 8 Teilelementen dargestellt. Jedes der Elemente 7 besteht aus einem Radiuselement 12 mit einer Gewindestange 11. Jedes der Radiuselemente 12 weist eine Stützkontur 6 auf, die am Schmelzestrang anliegt. Mit Hilfe der Gewindestange 11 kann das Radiuselement 12 mit der Stützkontur 6 auf den Mittelpunkt 10 der Stützvorrichtung 5 zu oder von ihr weg bewegt werden, was durch die jeweiligen Doppelpfeile dargestellt ist. Die Gewindeverbindung ist dabei so gewählt, dass zwar das Radiuselement 12 auf den Mittelpunkt 10 zu oder weg bewegt wird, jedoch das Radiuselement 12 selbst möglichst nicht verdreht wird, was beispielsweise durch eine Doppelgewindekonstruktion ähnlich einer Spindelmutter möglich ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist es somit möglich, einen extrudierten Schmelzestrang in seiner Geometrie und Ausprägung derart zu verändern, dass er unter optimalen Bedingungen dem Einzugsbereich eines Kalibrierwerkzeuges 4 zugeführt werden kann.
Die Stützvorrichtung 5 ist also geeignet, einen im Umfang größeren Schmelzestrang zu beeinflussen, dies bedeutet aber nicht, dass sie nur eingesetzt werden kann, wenn der aus der Werkzeugdüse austretende Strang auch größer ist. Ist diese kleiner, kann der Strang durch Anlegen eines Unterdruckes im Umfang größer gezogen oder durch einen Überdruck im Inneren des Schmelzestranges aufgeweitet werden. In beiden Fällen kommt dann die erfindungsgemäße Stützvorrichtung zum Einsatz, um den Strang optimal dem Einzugsbereich eines Kalibrierwerkzeuges 4 zuzuführen.
Bezugszeichenliste

1: Schmelze
2: Kalibriervorrichtung
3: Werkzeugaustritt
4: Kalibrierwerkzeug
5: Stützvorrichtung
6: Stützkontur von 7
7: Element von 5
8: theoretische Extrusionsmittelline
9: Vakuumtank
10: Mittelpunkt von 5
11: Gewindestange von 7
12: Radiuselement von 7
α: Winkel von 1 zu 8

Claims

Verfahren zum Stützen und/oder Führen einer Kunststoffschmelze (1), die in einem Extruder erzeugt wird, aus einem Werkzeug austritt und entlang einer theoretischen Extrusionsmittellinie (8) einer Kalibriervorrichtung (2) zugeführt wird, wobei die Schmelze (1) im Bereich zwischen dem Werkzeugaustritt (3) und dem Einführbereich eines Kalibrierwerkzeuges (4) mittels einer Stützvorrichtung (5) gestützt und/oder geführt wird, wobei die Schmelze (1) in einem zwischen Schmelzeaußenwand und Extrusionsmittellinie (8) gebildeten Winkel (α) in das Kalibrierwerkzeug (4) eingezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) in der Maschinensteuerung der gesamten Extrusionsanlage hinterlegt ist, und an die Stützvorrichtung (5) weitergegeben wird, die Stützvorrichtung verstellt wird, so dass der optimale Winkel (α) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) in Abhängigkeit von für das extrudierte Kunststoffmaterial hinterlegten Prozessparametern gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Veränderung der Kontur der Schmelze, die durch die Stützvorrichtung (5) erzeugt wird, während der Extrusion der Kunststoffschmelze (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Veränderung der Kontur der Schmelze dadurch erreicht wird, indem Elemente (7) der Stützvorrichtung (5) mit einer Stützkontur (6) auf die theoretische Extrusionsmittellinie (8) zu oder von ihr weg bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Kontur der Schmelze durch Verdrehen von Gewindestangen (11) erreicht wird.