DE102008061286A1

DE102008061286A1 - Extrusionsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung von schlauchförmigen Hohlkörpern oder Ummantelungen

Info

Publication number: DE102008061286A1
Application number: DE102008061286A
Authority: DE
Inventors: Wieland Hoffmann; Frank Dipl.-Ing. Reineke
Original assignee: Troester GmbH and Co KG
Current assignee: Troester GmbH and Co KG
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine einen Spritzkopf, insbesondere Querspritzkopf, aufweisende Extrusionsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung von schlauchförmigen Hohlkörpern oder Ummantelungen aus polymeren Werkstoffen. Die Extrusionsvorrichtung hat ein Gehäuse mit einem Einlass für die Zufuhr des polymeren Werkstoffs zu einer Extruderdüse, die mit einer verstellbar angeordneten Pinole (5) verbunden ist. Um den Ringspalt zwischen dem Gehäuse und der Extruderdüse einstellen zu können, hat die Extrusionsvorrichtung zwei Stellglieder (13, 14), die jeweils durch einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder (15, 16) realisiert sind. Der erste Hydraulikzylinder (15) hat eine Kolbenstange (17), die mittels eines Lagers (18) mit der Pinole (5) verbunden ist. Ein zu diesem Lager (18) um ca. 90° versetzt angeordneter, gegenüber der Pinole unbeweglicher Vorprung (19) ist mittels eines ersten Schwenklagers (20) mit einem Winkelstück (21) verbunden, welches seinerseits um ein ortsfestes weiteres Schwenklager (22) beweglich ist. Eine Kolbenstange (23) des zweiten Hydraulikzylinders (16) ist mittels eines Lagers (24) mit dem freien Arm des Winkelstücks (21) verbunden, sodass das erste Schwenklager (20) auf einer Kreisbogenbahn um das Schwenklager (22) mit einer im Wesentlichen vertikalen Komponente beweglich ist. In überraschend einfacher Weise wird durch die Beschränkung der Freiheitsgrade eine definierte Bewegungsbahn bei der Verwendung von lediglich zwei Stellgliedern (13, 14) ...

Description

Die Erfindung betrifft eine einen insbesondere einschichtigen Spritzkopf aufweisende Extrusionsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung von schlauchförmigen Hohlkörpern oder Ummantelungen aus polymeren Werkstoffen umfassend ein Gehäuse mit einem Einlass für die Zufuhr des polymeren Werkstoffs und eine an einer Pinole angeordnete Extruderdüse, die über einen gehäuseinneren Hohlraum miteinander in Verbindung stehen, wobei ein Ringspalt zwischen dem Gehäuse und der Extruderdüse mittels eines Stellglieds eingestellt wird.
Derartige Extrusionsvorrichtungen werden seit langem zur Formung von schlauchförmigen Hohlkörpern wie Rohren, Schläuchen, Ummantelungen von Stäben, elektrischen metallischen Leitungen oder auch beliebigen anderen Gebilden, beispielsweise Drahtgebilden, eingesetzt. Immer dann, wenn beliebig lange Körper oder beliebig lange schlauchförmige Hohlkörper im Sinne der vorangehend aufgeführten Beispiele hergestellt werden sollen, ist ein derartiges Extrusionswerkzeug erforderlich. Dabei wird über den Einlass unter voreingestelltem Druck und voreingestellter Temperatur befindlicher polymerer Werkstoff dem Extrusionswerkzeug zugeführt.
Aufgrund der Druckdifferenz zwischen Einlass und Austritt des polymeren Werkstoffs in das Extrusionswerkzeug erfolgt eine laminare Strömung des polymeren Werkstoffs in axialer Richtung, der dann durch eine geeignete, in der Form vorbestimmbare Extrusionsdüse das Extrusionswerkzeug verlässt. Ein besonderes Problem bei derartigen Extrusionswerkzeugen ist, dass, beispielsweise zur Ummantelung eines elektrischen Leiters oder auch zur Herstellung eines schlauchförmigen Hohlkörpers, eine gleichmäßige Schichtdicke erforderlich ist.
Die Einstellbarkeit des Ringspalts zwischen dem Gehäuse und der Extruderdüse dient der Zentrierung des Ringspalts zur Erzielung einer einheitlichen Schichtdicke des aus dem Spritzkopf austretenden Schlauches über den gesamten Umfang. Die Zentrierung erfolgt dabei zur Vermeidung unerwünschter Stillstandszeiten während des Extrusionsvorgangs, wobei jedoch vergleichsweise hohe Kräfte auf das Stellglied wirken.
Das Stellglied ist bei einer einfachen Ausführungsform durch mehrere, beispielsweise vier am Umfang des Mundstücks gleichverteilt angeordnete Gewindespindeln oder Schrauben gebildet, die zwischen sich das Mundstück fixieren.
Es ist auch bereits bekannt, ein solches Stellglied mit einem Hydraulikzylinder auszustatten, um so eine automatisierte Zentrierung aufgrund erfasster Abweichungen durchführen zu können. Solche Hydraulikzylinder gestatten die Übertragung hoher Kräfte.
Neben den Einlagen- oder Einfachspritzköpfen, mittels derer ein einlagiger Schlauch hergestellt wird, sind auch bereits Mehrlagen- oder Mehrfachspritzköpfe bekannt, mit denen ein Schlauch mit mehreren konzentrischen Lagen hergestellt werden kann. Jede dieser Lagen erfordert somit unabhängige Stellglieder, wobei es bereits bekannt ist, eine Verstellmöglichkeit durch eine einstellbare Lagerung der Pinole zu realisieren.
Die Pinole hat hierzu einen kalottenförmigen, der Auslassöffnung zugewandten Bereich, welcher in seiner entsprechenden Aufnahme nach Art eines Kugelgelenks beweglich ist. Die Einstellung erfolgt dabei mittels mechanischer Gewinde, welche an einem der Aufnahme abgewandten Bereich umfangsseitig gegen die Pinole anliegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spritzkopf, insbesondere einen Einlagen- oder Einfachspritzkopf der eingangs genannten Art wesentlich zu verbessern. Insbesondere soll eine automatisierte Zentrierung ermöglicht werden. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein besonders vorteilhaftes Verfahren zu schaffen.
Die erstgenannte 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 vorgesehen, bei der die Extruderdüse einen sphärischen und/oder kalottenförmigen, als Lagerung wirkenden Bereich aufweist und der Ringspalt mittels eines automatisierbaren Stellglieds, welches gegen einen der Lagerung abgewandten Bereich umfangsseitig anliegt, verstellbar ist. Durch die erfindungsgemäße Kombination eines automatisierbaren Stellglieds mit einer sphärischen oder kalottenförmigen Lagerung wird in überraschend einfacher Weise der Aufbau eines zuverlässigen Regelkreises mit dem Ergebnis einer wesentlich verbesserten Produktqualität realisierbar. Die Extruderdüse ist hierzu an einer Pinole angeordnet, gegen deren der Extruderdüse abgewandten Endbereich das Stellglied vorzugsweise anliegt, sodass aufgrund der Hebelverhältnisse vergleichsweise geringe Betätigungskräfte erforderlich sind und zugleich eine hohe Positioniergenauigkeit erreicht wird.
Das Stellglied kann beispielsweise einen elektromotorischen Antrieb, etwa eine elektrisch antreibbare Gewindespindel aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn zumindest ein Stellglied einen Hydraulikzylinder aufweist.
Außerdem ist es in der Praxis von Vorteil, wenn die Vorrichtung zusätzlich zu dem ersten, der Extruderdüse zugeordneten Stellglied ein weiteres, einem in dem Gehäuse einstellbar positionierten Mundstück zugeordnetes Stellglied aufweist, um so zusätzlich zu einer grundsätzlich redundanten Einstellbarkeit und damit einer Ausfallsicherung auch die Möglichkeit einer exzentrischen Positionierung der Extruderdüse zu bieten, mit dem Ziel, systematischen Wanddickenunterschieden aufgrund ungleichmäßiger Materialverteilung entgegen zu wirken. Zugleich wird dadurch in Verbindung mit einer automatisierten Einstellbarkeit grundsätzlich auch eine partiell unterschiedliche Wanddicke ermöglicht.
Mehrere Stellglieder könnten jeweils paarweise einander gegenüberliegend am Umfang gleichverteilt angeordnet sein. Besonders praxisgerecht ist es hingegen, wenn das Stellglied zur Übertragung von Zug- und Druckkräften ausgeführt ist, insbesondere also mittels doppeltwirkender Hydraulikzylinder und/oder Antriebe auslenkbar ist, sodass die Vorrichtung mit lediglich zwei Stellgliedern realisiert werden kann.
Dabei kann die Positioniergenauigkeit bei der Einstellung des Ringspalts dadurch weiter verbessert werden, dass die die Extruderdüse tragende Pinole zusätzlich zu einer möglichen axialen Beweglichkeit genau zwei zusätzliche Freiheitsgrade aufweist. In überraschend einfacher Weise wird dadurch die Beschränkung der Freiheitsgrade auf eine vorbestimmte Bewegungsbahn erreicht, welche die Positioniergenauigkeit deutlich erhöht.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die die Extruderdüse tragende Pinole zusätzlich zu einer möglichen axialen Beweglichkeit mit einem durch eine Schwenkbeweglichkeit realisierten ersten Freiheitsgrad und einem durch eine Schwenkbeweglichkeit oder eine insbesondere radiale Verschiebbarkeit realisierten zweiten Freiheitsgrad beweglich angeordnet ist. Mit anderen Worten wird also die Pinole mittels des ersten Stellglieds um eine Schwenkachse verschwenkt, wobei die Schwenkachse ihrerseits mittels des zweiten Stellglieds linear verfahren werden kann oder aber um eine zweite Schwenkachse verschwenkbar ist, die selbstverständlich nicht mit der ersten Schwenkachse übereinstimmt.
Aufgrund der auftretenden Kräfte ist es jedoch von Vorteil, wenn die die Extruderdüse tragende Pinole zusätzlich zu einer möglichen axialen Beweglichkeit mit genau zwei durch eine Schwenkbeweglichkeit realisierten Freiheitsgraden beweglich angeordnet ist, also zwei überlagerte Schwenkbewegungen realisiert werden.
Eine andere, ebenfalls mit lediglich zwei Stellgliedern realisierbare Verstellmöglichkeit wird dadurch erreicht, dass das Stellglied zwei Exzenterringe aufweist, deren relative Winkelstellung einstellbar ist, wobei durch die beiden Exzenterringe sowohl die Winkellage als auch der Betrag der Exzentrizität einstellbar ist. Es versteht sich von selbst, dass auch die Mittellage ohne jede exzentrische Auslenkung der Pinole einstellbar ist.
Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung von schlauchförmigen Hohlkörpern oder Ummantelungen dadurch gelöst, dass die Pinole zur Einstellung des Ringspalts um einen sphärischen und/oder kalottenförmigen, als Lagerung wirkenden Bereich mittels zumindest eines einen Antrieb aufweisenden, automatisierten Stellglieds, welches gegen einen der Extruderdüse abgewandten Bereich der Pinole umfangsseitig anliegt, verschwenkt wird, um so mit geringem Aufwand die gewünschte Positioniergenauigkeit zu erreichen. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Pinole um eine Achse verschwenkt wird, die ihrerseits auf eine Kreis- oder Kurvenbahn verschwenkt oder auf einer beliebigen Bahn verfahren wird.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Extrusionsvorrichtung;
2 eine Anordnung mit zwei Stellgliedern der in einer Seitenansicht gezeigten Extrusionsvorrichtung gemäß 1;
3 eine weitere Anordnung mit zwei parallel angeordneten Stellgliedern;
4 eine weitere Anordnung mit zwei Stellgliedern und einer Linearführung;
5 ein mit zwei Exzenterringen ausgestattetes Stellglied.
In den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Extrusionsvorrichtung 1 zur Herstellung von schlauchförmigen Hohlkörpern oder Ummantelungen aus polymeren Werkstoffen dargestellt. Die Extrusionsvorrichtung 1 hat ein Gehäuse 2 mit einem Einlass 3 für die Zufuhr des polymeren Werkstoffs zu einer Extruderdüse 4 am Ende einer Pinole 5, die einen als Lagerung dienenden, sphärischen Bereich 6 aufweist. Mittels eines automatisierbaren Stellglieds, welches zwei gegen einen der Lagerung abgewandten Bereich umfangsseitig anliegende Hydraulikzylinder 7, 8 aufweist, ist ein Ringspalt 9 zwischen dem Gehäuse 2 und der Extruderdüse 4 einstellbar. Hierdurch hat die Pinole 5 einen ersten Freiheitsgrad, der durch eine Schwenkbeweglichkeit mittels des ersten Hydraulikzylinders 7 um ein erstes Schwenklager 10, und einen zweiten Freiheitsgrad, der durch eine Schwenkbeweglichkeit des ersten Schwenklagers 10 um ein weiteres, ortsfestes Schwenklager 11 mittels des zweiten Hydraulikzylinders 8 realisiert ist, wobei das erste Schwenklager 10 durch ein einstellbares Verbindungselement 12 mit dem ortsfesten Schwenklager 11 verbunden ist. Durch die Beschränkung der Freiheitsgrade auf eine vorbestimmte Bewegungsbahn wird in einfacher Weise die gewünschte Positioniergenauigkeit der Pinole 5 erreicht.
In 3 ist in einer Prinzipdarstellung eine Anordnung mit zwei parallel angeordneten Stellgliedern 13, 14 gezeigt, die jeweils durch einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 15, 16 realisiert sind. Der erste Hydraulikzylinder 15 hat eine Kolbenstange 17, die mittels eines Lagers 18 mit der Pinole 5 verbunden ist. Ein zu diesem Lager 18 um ca. 90° versetzt angeordneter, gegenüber der Pinole unbeweglicher Vorsprung 19 ist mittels eines ersten Schwenklagers 20 mit einem Winkelstück 21 verbunden, welches seinerseits um ein ortsfestes weiteres Schwenklager 22 beweglich ist. Eine Kolbenstange 23 des zweiten Hydraulikzylinders 16 ist mittels eines Lagers 24 mit dem freien Arm des Winkelstücks 21 verbunden, sodass das erste Schwenklager 20 problemlos auf einer Kreisbogenbahn um das Schwenklager 22 mit einer im Wesentlichen vertikalen Komponente bewegt werden kann.
Dasselbe Funktionsprinzip liegt auch der in 4 ebenfalls in einer Prinzipdarstellung gezeigten weiteren Anordnung zugrunde, bei der die beiden Stellglieder 13, 14 mit ihren doppeltwirkenden Hydraulikzylindern 15, 16 senkrecht zueinander angeordnet sind. Die beiden Hydraulikzylinder 15, 16 entsprechen jeweils den in 3 gezeigten Hydraulikzylindern 15, 16, sind jedoch zueinander um 90° versetzt angeordnet, wodurch sich eine Auslenkung in Richtung der X-Achse und der Y-Achse ergibt. Dem in Richtung der Y-Achse wirkenden vertikalen Hydraulikzylinder gegenüberliegend ist eine Axialführung 25 für den an der Pinole 5 unbeweglich fixierten Vorsprung 19 angeordnet, um so die Freiheitsgrade zu beschränken. Die Axialführung 25 ist dabei ihrerseits mittels eines ortsfesten Schwenklagers 26 beweglich.
Eine weitere erfindungsgemäße Anordnung zur Verstellung der Pinole 5 an ihrem gegenüber dem in 1 gezeigten sphärischen Bereich 6 abgewandten Endbereich zeigt 5. Bei dieser Ausführung hat ein Stellglied 27 zwei Exzenterringe 28, 29, die jeweils in Pfeilrichtung 30, 31 mittels Rollenlagern 33 schwenkbeweglich angeordnet sind. Ausgehend von der dargestellten neutralen Position, in welcher die Mittelpunkte 32 der Pinole 5 und der äußeren Lagerschale 34 übereinstimmen, wird eine Auslenkung der Pinole 5 durch eine Änderung der relativen Winkelstellung der Exzenterringe 28, 29 eingestellt. Dabei bestimmt diese relative Winkelstellung den Betrag der Auslenkung und die Winkelstellung der Exzenterringe 28, 29 gegenüber der äußeren Lagerschale 34. Hierdurch wird die Einstellung der Pinole 5 wesentlich vereinfacht.

Claims

Eine einen insbesondere einschichtigen Spritzkopf aufweisende Extrusionsvorrichtung (1) zur Herstellung von schlauchförmigen Hohlkörpern oder Ummantelungen aus polymeren Werkstoffen, umfassend ein Gehäuse (2) mit einem Einlass (3) für die Zufuhr des polymeren Werkstoffs und eine an einer Pinole (5) angeordnete Extruderdüse (4), wobei ein Ringspalt (9) zwischen einem an dem Gehäuse (2) angeordneten Mundstück (35) und der Extruderdüse (4) mittels eines Stellglieds (13, 14, 27) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pinole (5) einen sphärischen und/oder kalottenförmigen, als Lagerung wirkenden Bereich (6) aufweist und der Ringspalt (9) mittels zumindest eines einen Antrieb aufweisenden, automatisierten Stellglieds (13, 14, 27), welches gegen einen der Extruderdüse (4) abgewandten Bereich der Pinole (5) umfangsseitig anliegt, verstellbar ist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzkopf als ein Querspritzkopf ausgeführt ist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Stellglied (13, 14, 27) einen hydraulischen und/oder einen elektromotorischen Antrieb aufweist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusionsvorrichtung (1) zusätzlich zu dem zumindest einen der Pinole (5) zugeordneten Stellglied (13, 14, 27) zumindest ein weiteres, einem in dem Gehäuse (2) einstellbar positionierten Mundstück (35) zugeordnetes Stellglied aufweist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (13, 14) zur Übertragung von Zug- und Druckkräften ausgeführt ist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Extruderdüse (4) tragende Pinole (5) zusätzlich zu einer möglichen axialen Beweglichkeit genau zwei zusätzliche Freiheitsgrade aufweist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Extruderdüse (4) tragende Pinole (5) zusätzlich zu einer möglichen axialen Beweglichkeit mit einem durch eine Schwenkbeweglichkeit realisierten ersten Freiheitsgrad und einem durch eine Schwenkbeweglichkeit oder eine insbesondere radiale Verschiebbarkeit realisierten zweiten Freiheitsgrad beweglich angeordnet ist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Extruderdüse (4) tragende Pinole (5) zusätzlich zu einer möglichen axialen Beweglichkeit mit genau zwei durch eine Schwenkbeweglichkeit realisierten Freiheitsgraden beweglich angeordnet ist.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (27) zwei Exzenterringe (28, 29) aufweist, deren relative Winkelstellung einstellbar ist.
Verfahren zur Herstellung von schlauchförmigen Hohlkörpern oder Ummantelungen aus polymeren Werkstoffen mittels einer einen Spritzkopf aufweisende Extrusionsvorrichtung (1) umfassend ein Gehäuse (2) mit einem Einlass (3) für die Zufuhr des polymeren Werkstoffs und eine an einer Pinole (5) angeordnete Extruderdüse (4), wobei ein Ringspalt (9) zwischen einem an dem Gehäuse (2) angeordneten Mundstück (35) und der Extruderdüse (4) mittels eines Stellglieds (13, 14, 27) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pinole (5) zur Einstellung des Ringspalts (9) um einen sphärischen und/oder kalottenförmigen, als Lagerung wirkenden Bereich (6) mittels zumindest eines einen Antrieb aufweisenden, automatisierten Stellglieds (13, 14, 27), welches gegen einen der Extruderdüse (4) abgewandten Bereich der Pinole (5) umfangsseitig anliegt, verschwenkt wird
Extrusionsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die Extruderdüse (4) tragende Pinole (5) um zwei verschiedene Achsen verschwenkt wird.
Extrusionsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die Extruderdüse (4) tragende Pinole (5) um eine Achse verschwenkt wird, die ihrerseits radial verfahren wird.
Extrusionsvorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (27) zwei Exzenterringe (28, 29) aufweist, die relativ zueinander und relativ zu der Pinole (5) verschwenkt werden.