DE102008016341A1

DE102008016341A1 - Vorrichtung zur Herstellung eines ein- oder mehrschichtigen Aufbaus aus thermoplastischen Werkstoffen

Info

Publication number: DE102008016341A1
Application number: DE102008016341A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Pielsticker; Raul Dipl.-Ing. Friedrich
Original assignee: Troester GmbH and Co KG
Current assignee: Troester GmbH and Co KG
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Herstellung eines ein- oder mehrschichtigen Aufbaus aus einem oder mehreren thermoplastischen Werkstoffen, wie dies bei der Herstellung von elektrisch isolierten Leitern mit einer mehrschichtigen Ummantelung erforderlich ist. Die Vorrichtung (1) hat zwei Schneckenextruder (2), die mittels eines Leitungselementes (3) mit jeweils einer dem jeweiligen Schneckenextruder (2) zugeordneten Einlassöffnung (4) verbunden sind. Um eine Homogenisierung der Werkstoffströme mit der Folge einer optimierten Grenzschichtbildung ohne hohen Steuerungsaufwand zu erreichen und dabei beide Schneckenextruder (2) in einem übereinstimmenden Betriebspunkt betreiben zu können, ist in einem gemeinsamen Leitungsstrang (5) des Leitungselementes (3) eine mit einer Lochplatte (6) ausgestattete Filtereinrichtung (7) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines ein- oder mehrschichtigen Aufbaus aus einem oder mehreren thermoplastischen Werkstoffen, insbesondere zur Herstellung von elektrisch isolierten Leitern mit einer ein- oder mehrschichtigen Ummantelung, wobei die Vorrichtung einen mehreren Schneckenextrudern zugeordneten Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf und ein Leitungselement mit mehreren dem jeweiligen Schneckenextruder zugeordneten Einlassöffnungen sowie mit einer einem gemeinsamen Leitungsstrang zugeordneten Auslassöffnung für den Werkstoff aufweist, wobei an dem Leitungselement eine insbesondere eine Lochplatte und ein Sieb umfassende Filtereinrichtung angeordnet ist.
Eine derartige Vorrichtung zur Verarbeitung thermoplastischer Werkstoffe mit einer Filtereinrichtung ist allgemein bekannt. Die Filtereinrichtung dient dabei dem Reinigen der Schmelzen mit einem Filtergehäuse, das einen Strömungskanal mit einer Eintrittsöffnung und einer Eintrittsöffnung für den Schmelzestrom aufweist.
Die DE 196 02 091 A1 offenbart bereits einen Extruder zum Plastifizieren und Extrudieren einer in Form zweier kalter Materialstreifen zugeführten Kautschukmischung, welcher eine Zahnradpumpe mit zwei in einem Gehäuse angeordneten, miteinander kämmenden Zahnrädern, zwei Einlässe für die Materialstreifen und einen gemeinsamen Auslass in der Mantelfläche des Gehäuses hat. Die Drehrichtung der Zahnräder ist dabei derart gewählt, dass die Materialstreifen jeweils zwischen einem Zahnrad und dem Gehäuse zu dem Auslass gefördert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Auslass durch einen schlitzförmigen Auslasskanal gebildet sein, welcher in einen erweiternden Auslasskegel mündet, in dem vor einer Extruderdüse ein Sieb und eine Lochplatte angeordnet sind. Um das Material mit möglichst geringem Energiebedarf gleichmäßig zu erwärmen, erstreckt sich der Auslass über die volle Breite der Zahnräder und die Zähne.
Die DE 199 37 732 B4 bezieht sich auf eine Lochplatte bzw. eine Stützlochplatte zur Unterstützung eines Siebes bzw. eines Siebpaketes für Thermoplast-Extruder, wobei die Lochplatte gekrümmt ist und entgegen der Extrusionsrichtung des thermoplastischen Werkstoffes konvex in den Extruder einsetzbar ist. Die Lochplatte ist als Kugelabschnitt bzw. Kalotte ausgebildet und weist auf ihrer konkaven Seite ein Verdrängerteil auf.
Die DE 38 32 006 A1 betrifft einen Extruder zum Granulieren einer unter Schwerkraft nicht fließfähigen, plastischen Formmasse, mit einem Granulierkopf, der einen außen angeordneten, Lochscheiben tragenden Düsenplättchenträger, einen dahinter angeordneten Verdrängerkegel und einen zwischen Düsenplättchenträger und Verdrängerkegel angeordneten, als Lochplatte ausgebildeten Vorverteiler aufweist.
Die DE 870 11 10 U offenbart auch bereits eine Stützlochplatte zum Einbau zwischen Zylinder und Werkzeug bei Thermoplast-Extrudern zur Unterstützung eines Siebes bzw. Siebpaketes, die während des Extruder-Betriebes auf der Lochplatte aufliegen, sowie als isolierte Lochscheibe ohne Siebe. Die Lochplatte stellt einen Ausschnitt aus einem Kugel- oder Zylindermantel dar.
Ferner bezieht sich die DE 880 22 24 U auf einen Extruder zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe mit einer in der Austragzone angeordneten Lochplatte.
Bei einer Siebwechselvorrichtung für Extruder gemäß der DE 823 20 97 U zur Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen, bestehend aus einem zwischen Extruder und Formwerkzeug anzuordnenden Gehäuse, ist eine von einem Sieb abgedeckten Lochplatte senkrecht zur Strömungsrichtung der Kunststoffschmelze bewegbar geführt. Das Gehäuse ist im Bereich des Schiebers senkrecht zur Strömungsrichtung der Kunststoffschmelze geteilt ausgeführt und an den Teilflächen mit ringförmigen, den Umfang der Lochplatte umfassenden Dichtflächen versehen.
Als nachteilig erweist sich bei dem Stand der Technik der vergleichsweise große Aufwand zur Anpassung der Vorrichtung an unterschiedliche Leistungsanforderungen. So führt beispielsweise ein erhöhter Volumenstrom der beiden Schneckenextruder insbesondere bei verschiedenen Werkstoffen zu einer unterschiedlichen Druckdifferenz, die in der Praxis eine separate Regelung der beiden Schneckenextruder erfordert. Insbesondere müssen hierzu die wesentlichen Betriebsparameter eines Schneckenextruders erfasst und auf dieser Basis die Steuergrößen der übrigen Schneckenextruder bestimmt werden.
Weiterhin erfordert die Verarbeitung mehrerer thermoplastischer Werkstoffe in dem ein- oder mehrschichtigen Aufbau eine Anpassung der Temperaturniveaus der einzelnen Werkstoffe.
Ein anderer sich in der Praxis prinzipiell bei einem mehrschichtigen Aufbau ergebender Nachteil sind die besonderen Eigenschaften im Bereich der Grenzschicht zwischen den Werkstoffschichten. Diese Grenzschicht kann zu nachteiligen Produkteigenschaften führen.
Diese Einflussfaktoren führen oftmals insbesondere bei Schneckenextrudern mit abweichender Geometrie, insbesondere abweichenden Durchmessern, zu einem erheblichen Mess- und Regelungsaufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die Vorrichtung derart ausführen, dass der Aufwand beim Betrieb wesentlich verringert ist. Insbesondere soll der Mess- und Regelungsaufwand minimiert und eine einfache Anpassung an unterschiedliche Prozessparameter ebenso wie an Störeinflüsse ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung zur Herstellung eines ein- oder mehrschichtigen Aufbaus vorgesehen, bei der die Filtereinrichtung in dem gemeinsamen Leitungsstrang angeordnet ist. In überraschend einfacher Weise kann durch die Position der Filtereinrichtung in dem gemeinsamen Leitungsstrang nach der Zusammenführung alle Werkstoffströme eine Vielzahl vorteilhafter und in dieser Form nicht zu erwartender Effekte genutzt werden. So kommt es aufgrund des Druckabfalls der vereinigten Werkstoffströme an der Filtereinrichtung zu einer thermischen ebenso wie zu einer stofflichen Homogenisierung, die nach bisherigen Erkenntnissen nicht lediglich auf Durchmischungseffekten sondern vielmehr auf Reaktionen der Werkstoffe auf der molekularen Ebene zurückzuführen sind. Nur so ist zu erklären, dass sich erfindungsgemäß nicht etwa eine gleichmäßige Verteilung der Werkstoffströme über den Querschnitt der Auslassöffnung ergibt, sondern vielmehr die Materialeigenschaften der benachbarten Werkstoffströme jeweils ausstrahlen und so eine Grenzschicht mit indifferenten Eigenschaften bildet. Mit anderen Worten ermöglicht erst diese unscharfe Grenzschicht einen bestimmten, bisher nicht für realisierbar gehaltenen ein- oder mehrschichtigen Aufbau, welcher andererseits ausgeschlossen oder zumindest mit erheblichen Einschränkungen verbunden wäre. Die so zugleich erzielbare thermische Homogenisierung schafft zudem die Grundlage für den Einsatz unterschiedlicher Werkstoffmassenströme, die auch mit unterschiedlichen Temperaturen in das Leitungselement eintreten. Die Schneckenextruder können so in einem übereinstimmenden Betriebspunkt, insbesondere hinsichtlich einer Übereinstimmung bei dem Druck, der Drehzahl und dem Volumen- oder Massenstrom des jeweiligen Schneckenextruders, betrieben werden, ohne dass hierzu eine aufwendige Messwerterfassung sowie Regelung erforderlich werden. Selbst der Ausfall eines Schneckenextruders führt dabei nicht zwangsläufig zu einem Stillstand der Vorrichtung.
Die Filtereinrichtung könnte alle Einlassöffnungen abdeckend an dem Leitungselement angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist hingegen eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Filtereinrichtung die Auslassöffnung abdeckend an dem Leitungselement angeordnet ist. Hierdurch wird eine einfache Bauform der Filtereinrichtung ermöglicht, die insbesondere eine flache Geometrie erlaubt. Die Vereinigung der Werkstoffströme erfolgt somit bereits vor dem Eintritt in die Filtereinrichtung, wobei die Materialflussrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der Filtereinrichtung erfolgen kann.
Weiterhin erweist es sich als besonders praxisgerecht, wenn die Filtereinrichtung an dem Leitungselement zwischen der Auslassöffnung und dem Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf angeordnet ist. Hierdurch wird eine schnelle und im Betrieb vergleichsweise einfache Zugänglichkeit der Filtereinrichtung realisiert, welche nach dem Trennen des Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopfes von dem Leitungselement in optimaler Weise zugänglich ist. Eine Trennung der Schneckenextruder von dem Leitungselement ist hingegen nicht erforderlich.
Hierzu ist es auch besonders zweckmäßig, wenn der Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf mittels einer Fixierung, insbesondere Klemmfixierung, den Filter einschließend an dem Leitungselement lösbar festlegbar ist. Die zur Trennung erforderliche Fixierung kann so vergleichsweise einfach gestaltet werden, sodass eine fehlerhafte Bedienung weitgehend ausgeschlossen werden kann.
Nach dem Lösen des Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopfs von dem Leitungselement können beide Elemente in entgegen gesetzte Richtungen verfahren werden. Besonders einfach ist hingegen eine konstruktive Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf relativ zu dem Leitungselement an der Vorrichtung beweglich, insbesondere verfahrbar angeordnet ist. Hierdurch wird erstmals ein Verfahren des Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopfs ermöglicht, durch das eine wesentlich verbesserte Zugänglichkeit erreicht wird. Zugleich kann auf diese Weise der Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf problemlos ausgetauscht werden.
Ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau wird dann erreicht, wenn die Schneckenextruder auf derselben Seite in Bezug auf den Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf an der Vorrichtung angeordnet sind, sodass der Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf einerseits und die Schneckenextruder andererseits jeweils einem separaten Bereich in Bezug auf die Trennebene zugeordnet sind.
Die Schneckenextruder könnten parallel zueinander verlaufend angeordnet sein, sodass mittels des Leitungselementes die erforderliche Ablenkung der Werkstoffströme erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn die Schneckenextruder einen Winkel zwischen 0° und 70°, insbesondere zwischen 20° und 60°, einschließen, sodass sich die Mittelachsen der Schneckenextruder beispielsweise in der Ebene der Auslassöffnung schneiden. Eine Umlenkung der Werkstoffströme ist dabei auf ein Minimum beschränkt.
Weiterhin erweist sich eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als besonders gewinnbringend, bei welcher die Schneckenextruder eine unterschiedliche Geometrie, insbesondere unterschiedliche Durchmesser aufweisen, die aufgrund der Filtereinrichtung eine Homogenisierung der Werkstoffströme und damit einen problemlosen Verarbeitungsprozess ermöglichen.
Weiterhin zeigt es sich als besonders sinnvoll, wenn der Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf als ein Quer-Spritzkopf ausgeführt ist, bei dem die Werkstoffzuführung insbesondere quer zu einer Haupterstreckung des ein- oder mehrschichtigen Aufbaus erfolgt.
Grundsätzlich kann die Filtereinrichtung in dem gemeinsamen Leitungsstrang eine nach dem Stand der Technik üblicherweise jedem Schneckenextruder zugeordnete Filtereinrichtung ersetzen oder aber ergänzend vorgesehen sein.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips wird eine davon nachfolgend anhand einer Prinzipdarstellung beschrieben. Diese zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Herstellung eines nicht dargestellten ein- oder mehrschichtigen Aufbaus aus einem oder mehreren thermoplastischen Werkstoffen, wie dies bei der Herstellung von elektrisch isolierten Leitern mit einer ein- oder mehrschichtigen Ummantelung erforderlich ist. Die Vorrichtung 1 hat zwei Schneckenextruder 2, die mittels eines Leitungselementes 3 mit jeweils einer dem jeweiligen Schneckenextruder 2 zugeordneten Einlassöffnung 4 verbunden sind. In einem gemeinsamen Leitungsstrang 5 des Leitungselementes 3 ist eine mit einer Lochplatte 6 ausgestattete Filtereinrichtung 7 angeordnet, welche eine Auslassöffnung 8 des Leitungselementes 3 abdeckend an diesem angeordnet ist. Die Filtereinrichtung 7 ist somit an dem Leitungselement 3 zwischen der Auslassöffnung 8 und einem lediglich andeutungsweise erkennbaren Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf 9 nach dem Verfahren des Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf 9 in Pfeilrichtung 10 frei zugänglich. Aufgrund der Vereinigung der Werkstoffströme unmittelbar vor der Filtereinrichtung 7 kommt es zu einer thermischen Homogenisierung und zu einem Materialaustausch zwischen den Werkstoffströmen mit der Folge einer wesentlich verbesserten Grenzschichtbildung. Beide Schneckenextruder 2 lassen sich so mit geringem Aufwand in einem übereinstimmenden Betriebspunkt betreiben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19602091 A1 [0003]
- DE 19937732 B4 [0004]
- DE 3832006 A [0005]
- DE 8701110 U [0006]
- DE 8802224 U [0007]
- DE 8232097 U [0008]

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung eines ein- oder mehrschichtigen Aufbaus aus einem oder mehreren thermoplastischen Werkstoffen, insbesondere zur Herstellung von elektrisch isolierten Leitern mit einer ein- oder mehrschichtigen Ummantelung, wobei die Vorrichtung (1) einen mehreren Schneckenextrudern (2) zugeordneten Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf (9) und ein Leitungselement (3) mit mehreren dem jeweiligen Schneckenextruder (2) zugeordneten Einlassöffnungen (4) sowie mit einer einem gemeinsamen Leitungsstrang (5) zugeordneten Auslassöffnung (8) für den Werkstoff aufweist, wobei an dem Leitungselement (3) eine insbesondere eine Lochplatte (6) und ein Sieb umfassende Filtereinrichtung (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (7) in dem gemeinsamen Leitungsstrang (5) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (7) die Auslassöffnung (8) abdeckend an dem Leitungselement (3) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (7) an dem Leitungselement (3) zwischen der Auslassöffnung (8) und dem Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf (9) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf (9) mittels einer Fixierung, insbesondere Klemmfixierung, die Filtereinrichtung (7) einschließend an dem Leitungselement (3) lösbar festlegbar ist.
Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf (9) relativ zu dem Leitungselement (3) an der Vorrichtung (1) beweglich, insbesondere verfahrbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenextruder (2) auf derselben Seite in Bezug auf den Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf (9) an der Vorrichtung (1) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenextruder (2) einen Winkel zwischen 0° und 70°, insbesondere zwischen 20° und 60°, einschließen.
Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenextruder (2) eine unterschiedliche Geometrie, insbesondere unterschiedliche Durchmesser, aufweisen.
Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein- oder Mehrlagen-Spritzkopf (9) als ein Quer-Spritzkopf ausgeführt ist.