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Die Erfindung betrifft einen Extruder, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Derartige Extruder mit Düsenwechseleinrichtungen sind seit langem bekannt.
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Über Verschraubungen oder auch über mechanische Verbindungen wie Schraubverbindungen lassen sich Düsen für Extruder wechseln, um eine Anpassung des Düsenmundstücks an die Erfordernisse zu ermöglichen.
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Ein Beispiel für eine entsprechende Düsenwechseleinrichtung ist der
DE 82 32 759 U1 zu entnehmen. Bei dieser Lösung wird über eine Schwenkplatte die je erwünschte Düse vor den Extruder in Stellung gebracht, wobei auch eine Vorheizung der Düse möglich ist.
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Nach dem Erreichen der Arbeitsstellung wird die betreffende Düse verschraubt und arretiert, während in der Vorratsposition bei Bedarf eine weitere Düse eingesetzt werden kann.
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Bei dieser Lösung ist es vorgesehen, den Extruder durchlaufen zu lassen, so dass permanent Material austritt, während die Düse gewechselt wird.
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Beim Einsetzen der neuen Düse muss praktisch der austretende Extrudat-Strang abgequetscht werden, was zu erheblichen großflächigen Verschmutzungen führt. Das dort befindliche Material altert stark und brennt ggf. sogar ein, was mit einer erheblichen Geruchsbelästigung verbunden ist, gerade, wenn beispielsweise Hart-PVC extrudiert wird.
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Der Düsenwechsel kann nicht durch eine Schwenkbewegung, sondern auch durch eine Schiebebewegung vorgenommen werden, wozu beispielhaft auf die
DE 28 36 847 A1 zu verweisen ist. Bei dieser hydraulischen Lösung soll der Kassettenwechsel innerhalb von 1,5 Sekunden stattfinden, so dass dort nur eine geringe Menge an Extrudat austreten soll.
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Selbstverständlich ist es ebenfalls bereits bekannt geworden, den Extruder kurzzeitig abzuschalten, um den Düsenwechsel vorzunehmen.
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Eine Schwenkverlagerung einer Spannvorrichtung für ein Düsenformstück ist beispielsweise aus der
US 4 124 346 A bekannt. Bei dieser Lösung, die für die Extrusion von Kautschuk oder kautschukähnlichen Massen für die Reifenherstellung bestimmt ist, wird der Extruder für den Düsenwechsel abgeschaltet und nachdem die Verschraubung des angeschwenkten Düsenformstücks erfolgt ist, kann die Extrusion mit dem neuen Formstück fortgesetzt werden.
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Andererseits ist es gerade bei Unterbrechung der Extrusion, also einem Anhalten der Extruderschnecke, wichtig, dass der Düsenwechsel rasch vonstatten geht. Die zu extrudierende Masse, gerade bei Verwendung von Kautschukmischungen, kann leicht beschädigt werden, wenn sie zu lange im heißen Extruder verbleibt, auch wenn dieser ausgeschaltet ist.
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Zwar ist es bereits vorgeschlagen worden, vor dem Düsenwechsel die Heizung herunterzufahren oder auszuschalten. Problem hierbei ist jedoch, dass dann ggf. das Extrudat, das noch nach Abschaltung der Heizung extrudiert wird, von minderer Qualtität ist, so dass Verluste entstehen.
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Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Extruder mit einer wechselbaren Extruderdüse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, die einen Düsenwechsel erlaubt, ohne das nennenswerte Verschmutzungen zu befürchten sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, den Düsenwechsel vorzunehmen, ohne dass die Betätigung von Schrauben erforderlich wäre, aber auch, ohne dass eine Hydraulik erforderlich wäre. Überraschend lässt sich mit der Ausbildung einer Dichtfläche an einer geeigneten Stelle die Druckreduktion bei Abschaltung des Extruders ausnutzen, um den Düsenwechsel vornehmen zu können. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese Dichtfläche sich mit ihrer Normalen parallel zur Extrusionsrichtung erstreckt. Die Dichtfläche kann beispielsweise zwischen der Stirnfläche eines Einsatzes und dem Düsenformstück oder der Düse gebildet sein, wobei dort eine kraftschlüssige Verbindung gebildet ist, die hinterschneidungsfrei ein Verschieben ermöglicht. Das für den Einsatz – oder das Düsenformstück – erforderliche Spiel ist minimal, und insbesondere ist es – insofern im Gegensatz zu der Lösung gemäß der
DE 82 32 759 U1 – nicht erforderlich, eine Bewegung eines Formstücks in Extrusionsrichtung vorzunehmen; vielmehr kann nach Abschaltung des Extruders sofort das Düsenformstück mit der Düse seitlich verschoben werden und bei entsprechender Ausgestaltung eines Halteflansches lässt sich dann in einem Zug die neue Düse einschieben.
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Bevorzugt ist insofern eine horizontale Schiebemuffe vorgesehen, die ein entsprechendes Düsenformstück mit der Düse trägt, und die eine Dichtfläche aufweist, die der entsprechenden Stirnfläche eines Einsatzes gegenüberliegt.
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Der Einsatz hat bevorzugt ein ganz geringes axiales Spiel. Überraschend ergibt sich die Dichtfunktion durch den Strömungswiderstand des Einsatzes. Das Extrudat nimmt über den Verlauf des Einsatzes betrachtet hinsichtlich seines Innendruck ab, so dass eingangsseitig des Einsatzes ein größerer Innendruck als ausgangsseitig besteht. Diese Druckdifferenz baut den entsprechenden axialen Druck, also einen Druck in stromabwärtiger Richtung des Extrudats, auf, der überraschend für die Dichtung mit den erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtflächen ausreicht.
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Es versteht sich, dass bevorzugt eine Ringfläche als Dichtfläche vorgesehen ist, die recht schmal ist, so dass ein entsprechend hoher Flächendruck zur Verfügung steht. Die Dichtfläche kann in geeigneter Weise an die Form des Einsatzes bzw. des Düsenformstücks angepasst werden. Beispielsweise ist sie rechteckig mit abgerundeten Ecken oder aber bevorzugt kreisförmig.
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Es versteht sich, dass das Axialspiel des Einsatzes sehr gering sein kann, beispielsweise 0,2 mm, wobei aber auch ein Spiel von beispielsweise 5 mm im Einzelfall möglich ist.
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Ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Extruders liegt darin, dass durch die Realisierung der Schiebemuffe auch gleich der Einsatz bei Bedarf gewechselt werden kann.
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Beispielsweise kann eine Lochscheibe oder aber auch eine Zulaufscheibe eingesetzt werden, wobei je der Außendurchmesser an den dortigen Düsen-Lagerblock angepasst ist.
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Erfindungsgemäß besonders günstig ist es, dass sich die ohnehin erforderliche Verminderung des Innendrucks erfindungsgemäß für die Abdichtung ausnutzen lässt, ohne dass weitere Maßnahmen erforderlich wären.
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Die Abdichtung erfolgt insofern gleichsam automatisch, und der Wechsel der Düse kann ausgesprochen rasch vonstatten gehen, nachdem keine Schraube gelöst werden muss und keine Hydraulik betätigt werden muss, sondern lediglich die erwünschte Verschiebung des Schiebeflansches mit dem vorbereiteten Düsenformstück oder der neuen Düse vorgenommen werden muss. Die Düsenwechselzeit kann insofern auch im Bereich von beispielsweise 0,5 Sekunden liegen, so dass eine Beschädigung des Kautschuk praktisch ausgeschlossen ist.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, den Extruder nicht vollständig zu stoppen, sondern lediglich die Drehzahl zu reduzieren, so dass die Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang des Einsatzes sich deutlich, beispielsweise auf ein Viertel, vermindert. In diesem Zustand lässt sich die Schiebemuffe unter Überwindung eines Widerstandes bereits seitlich verschieben, so dass der Düsenwechsel eine noch geringere Prokutionsunterbrechung in Anspruch nimmt.
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Demgegenüber ist jedoch die vollständige Abschaltung an sich bevorzugt, nachdem bei dieser Lösung praktisch keine Verschmutzung entsteht.
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Während es sich versteht, dass erfindungsgemäß die Schiebemuffe eine Vorratsposition und eine Arbeitsposition für die Düse aufweist, ist es auch möglich, zwei Vorratspositionen vorzusehen, die sich je seitlich der Arbeitsposition befinden. Diese Lösung ist bevorzugt, wenn beispielsweise regelmäßig zwischen drei Düsenformen gewechselt werden muss, da dann lediglich die Schiebebewegung der Schiebemuffe für den Wechsel erforderlich ist.
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Es versteht sich, dass bei Bedarf auch eine Mehrzahl von beispielsweise bis zu 10 Düsen in einer Reihe aufgebaut werden kann.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
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Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Extruders, unter Darstellung des Düsen-Lagerblocks;
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2 der Extruder in der Ausführungsform gemäß 1, wobei ein anderer Einsatz vorgesehen ist;
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3 eine Draufsicht auf die Ausführungsform gemäß 1.
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Der in 1 schematisch dargestellte Extruder 10 weist einen Düsen-Lagerblock 12 auf, der erfindungsgemäß ausgebildet ist. Der Düsen-Lagerblock 12 weist einen Einsatz 14 auf, der in dem Düsen-Lagerblock 12 schiebebeweglich gelagert ist. Das Spiel ist in Extrusionsrichtung vorgesehen, wobei in 1 die Achse 16 dargestellt ist, die der Extrusionsrichtung entspricht. In der Ansicht gemäß 1 weist der Einsatz 14 seine vorderste Position auf, so dass im rückwärtigen Bereich Spiel 18 vorhanden ist, das etwa 1 mm beträgt. Der Einsatz 14 weist an seiner vorderen Stirnfläche 20 eine Dichtfläche 22 auf, die kreisringförmig ausgebildet ist.
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Der Einsatz 14 weist ferner in der Ausführungsform gemäß 1 eine Konusfläche 26 auf, die sich vom Außenumgang ausgehend einwärts erstreckt und den Strömungsquerschnitt deutlich reduziert. Die Engstelle wirkt dort praktisch als Strömungswiderstand und wirkt insofern dem Extrusionsdruck, der durch die Extruderschnecke erzeugt wird, entgegen. Hierdurch entsteht ein axialer Druck auf den Einsatz 14 in Richtung der Dichtfläche 22.
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Die Dichtfläche 22 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer Gegendichtfläche 28 abgestützt, die an einem Düsenformstück 30 ausgebildet ist. Das Düsenformstück 30 dient der Strömungsformung zur Anpassung der Strömung an die Düse 32, die weiter stromab in der Achse 16 angeordnet ist. Das Düsenformstück 30 stützt sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Düse 32 ab, die ihrerseits in der Schiebemuffe 34 abgestützt und gehalten ist. Die Schiebemuffe 34 ist horizontal beweglich in einer im Wesentlichen T-förmigen Nut an der Vorderseite des Düsen-Lagerblocks 12.
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Wenn der Druck auf die Dichtfläche 22 abnimmt, reduziert sich hierdurch der Druck des Düsenformstücks auf die Düse 32, der der Düse 32 auf die Schiebemuffe 34 und damit der Anlagedruck zwischen der Schiebemuffe und dem Düsen-Lagerblock 12.
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Durch diese Druckreduktion wird auch die Reibung an den T-Flanschen des Düsen-Lagerblocks 12 deutlich reduziert, so dass sich die Schiebemuffe 34 in dem Düsenlagerblock 12 leicht verschieben lässt. Wenn umgekehrt Druck über die Dichtfläche 22 aufgebaut wird, dichten die betreffenden Anlageflächen je gegeneinander ab und arretieren aufgrund der dort bestehenden Reibung. Zugleich entsteht auch eine sichere Kreisringdichtung zwischen der Gegendichtfläche 28 und der Dichtfläche 22.
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Aus 2 ist ersichtlich, in welcher Weise der Einsatz 14 anstelle der Darstellung gemäß 1 ausgebildet sein kann. Bei dieser Lösung ist der Einsatz 14 als Siebscheibe 40 ausgebildet, die eine Vielzahl von Durchtrittsausnehmungen aufweist, die neben- und übereinander – bezogen auf die Zeichnungsebene – angeordnet sind und für eine noch bessere Durchmischung des Extrudats sorgen.
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Zugleich wird durch Stege 42 zwischen den Durchtrittsausnehmungen ein Strömungswiderstand aufgebaut, der den Druck des Einsatzes 14 auf die Gegendichtfläche 28 erhöht und die Abdichtung unterstützt.
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Es versteht sich, dass in beiden Fällen der betreffende Druck nur dann auftritt, wenn der Extruder in Betrieb ist. Wenn die Extruderschnecke angehalten ist, besteht kein oder kein nennenswerter Innendruck im Extruder, so dass auch keine Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang des Einsatzes 14 besteht. In diesem Fall ist die Anlage zwischen Gegendichtfläche 28 und Dichtfläche 22 kraftfrei, so dass sich die Schiebemuffe 34 leicht bewegen lässt.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, weist auch die Schiebemuffe 34 in ihrer Führung in dem Düsenlagerblock 12 ein gewisses Spiel auf, das die Verschiebung erleichtert.
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Aus 3 ist ersichtlich, wie eine erfindungsgemäße Schiebemuffe realisiert sein kann. Dort sind zwei Schiebemuffen 34 vorgesehen, wobei die in der Arbeitsposition 50 befindliche Schiebemuffe 34 eine Keil-Schlitzdüse 52 als Düse 32 beträgt. Die Schiebeführung wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch aufgeschraubte Halteplatten 56, 58 und 60 an dem Düsen-Lagerblock 12 gewährleistet. In der Arbeitsposition 50 ist die dortige Schiebemuffe 34 zwei- oder dreiseitig von den Halteplatten umgeben und wird dort sicher festgehalten. Demgegenüber ist in der Vorratsposition 62 oben keine Halteplatte vorgesehen, so dass sich die Schiebemuffe 34 an dieser Stelle leicht entnehmen lässt. Die Schiebemuffe 34 weist eine kreisrunde Ausnehmung für die Aufnahme auf. Während die Schiebemuffe 34 mit der Keil-Schlitzdüse 52 sich in der Arbeitsposition 50 befindet, kann die Schiebemuffe 34 in der Vorratsposition 62 leicht gewechselt werden und mit einer gewünschten beliebigen anderen Düse bestückt werden.
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Für das Wechseln der Düsen wird bei dieser Position der Extruder angehalten, die Schiebemuffe 34 aus der Arbeitsposition 50 in die Vorratsposition 62 überführt, nachdem die Schiebemuffe 34, die zuvor in der Vorratsposition 62 war, entnommen wurde, woraufhin der gewünschte Wechsel erfolgt.
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Wenn ein rascherer Wechsel gewünscht ist, ist es auch möglich, die Schiebemuffe 34, die in der Arbeitsposition 50 ist, zusammen mit der Schiebemuffe 34 aus der Vorratsposition 62 nach rechts zu schieben, wobei die Vorratspositions-Schiebemuffe dann natürlich entsprechend vorbereitet sein muss. Eine Entnahme nach rechts ist lediglich dann möglich, wenn die Schraubbolzen 64 der dortigen Halteplatte 58 gegenüber der Schiebemuffe 34 zurückspringen, so dass eine Entnahme möglich ist. Für diese Lösung ist ein Stützblech 70 vorgesehen, das die Schiebemuffe 34 dort aufnimmt.
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Bei dieser Lösung erfolgt die ”Befüllung” dann je von links, so dass die Vorratspositions-Schiebemuffe 34 mit der neuen Düse bestückt wird und dann der Wechsel in einem Zug erfolgen kann. Dies lässt sich sehr rasch bewerkstelligen, beispielsweise in einer Zeit von weniger als einer Sekunde.
