DE102009058361B3

DE102009058361B3 - Düse

Info

Publication number: DE102009058361B3
Application number: DE102009058361A
Authority: DE
Inventors: Heinz Gross
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2029-12-16
Also published as: DE112010004815A5; EP2512773B1; WO2011072650A1; EP2512773A1

Abstract

Das Patent beschreibt eine Düse bestehend aus einem Kern (1) und einem mindestens zweigeteilten Gehäuse (2, 3), umfassend einen feststehenden Gehäusegrundkörper (2) und ein Endteil des Gehäuses (3), an dem die fließfähige Masse (12) die Düse verlässt, wobei das Gehäuse (2, 3) den Kern (1) so umschließt, dass zwischen Kern (1) und Gehäuse (2, 3) ein Fließkanal (4) vorhanden ist, durch den eine fließfähige Masse (12) ausgetragen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließkanal (4) im Bereich der Trennung zwischen dem Gehäusegrundkörper (2) und dem angrenzenden Endteil (3) mittels einer elastisch verformbaren Dichtung (5) abgedichtet wird, und das Endteil (3) auf dieser Dichtung (5) in beliebiger Richtung kippbar gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Düse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Düsen zum Austrag fließfähiger Massen werden gebaut, um am Ende der Düse die Masse mit einer genau definierten Geometrie und einer gewünschten Wanddicke bzw. Wanddickenverteilung austreten zu lassen. Wenn aus der Masse Hohlprofile, wie zum Beispiel Schläuche, Rohre oder Profile hergestellt werden sollen, benötigen die Düsen einen Kern und ein Gehäuse, das den Kern umschließt. Die Fließkanalgeometrie wird vorgegeben durch die Geometrie des Gehäuses und durch die Position, die das Gehäuse relativ zum Kern besitzt. Um beispielsweise bei einem Schlauch Ungleichmäßigkeiten in den örtlichen über dem Umfang vorhandenen lokalen Austrittsgeschwindigkeiten der Masse zu beseitigen, muss unter sonst konstanten Förderbedingungen die Geometrie des Fließkanalspalts verändert werden. Dies kann bei laufendem Prozess geschehen, wenn man die Position zumindest eines Teils des Gehäuses relativ zum Kern verändern kann.
Stand der Technik
Bei Runddüsen zur Herstellung von Rohren oder zum Austragen eines Vorformlings für das Extrusionsblasformen ist es Stand der Technik, beim Anfahren der Anlage die Düse durch Verschieben des Endes des Düsengehäuses mittels Zentrierschrauben, die über dem Umfang angeordnet sind, zu zentrieren (siehe W. Michaeli, Extrusionswerkzeuge für Kunststoffe und Kautschuk. Carl Hanser Verlag, München Wien, ISBN 3-446-15637-2, Seite 155, Bild 5.35 und Seite 166, Bild 5.48). Dabei wird das gesamte Düsenendteil mit Hilfe der Zentrierschrauben parallel zur Trennebene verschoben, so dass der Fließkanalspalt zwischen dem Kern und dem Düsenendteil auf der einen Seite kleiner und auf der gegenüberliegenden Seite größer wird. Auch in DE 29707060 U1 wird eine Düse für das Extrusionsblasformen beschrieben, bei der die Düsenaußenseite relativ zum Düsenkern in radialer Richtung verschoben wird. Nachteilig ist dabei, dass in der Trennebene des geteilten Gehäuses ein mehr oder weniger großer Sprung mit entsprechenden Totstellen im Fließkanal entsteht. Ebenfalls kritisch ist es, dass zum Verschieben große Radialkräfte erforderlich sind, da zum Abdichten der beiden Gehäuseteile eine hohe Axialkraft aufgebracht werden muss, und da zum Verschieben die aus den Axialkräften in der Zentrierebene resultierenden Reibkräfte überwunden werden müssen. Weiterhin ist es für viele Verfahren von Vorteil, wenn man zusätzlich auch noch das Düsenendteil in seinem Austrittsbereich deformieren kann, um so Einfluss auf lokale Bereiche der Wanddicke der Masse nehmen zu können.
Zur Wanddickenoptimierung eines schlauchförmigen Vorformlings wird beim Extrusionsblasformen für die Herstellung eines gekrümmten Schlauchs das Düsenendstück während des Austrags des Vorformlings in der Zentrierebene mittels großer Kräfte, die meist über Hydraulikkolben aufgebracht werden, verschoben ( DE 29707060 U1 ). Durch die zyklische Verschiebung der beiden Gehäuseteile in deren Trennebene, die aus Dichtungsgründen auch noch durch große Normalkräfte aufeinandergedrückt werden, entsteht ein nicht zu vermeidender Verschleiß. In DE 19537132 C2 , DE 10 2004 028 100 A1 , DE 10 2004 057 974 A sowie in DE 10 2005 026 726 A1 wird der Dichtbereich zwischen den beiden Gehäuseteilen mit Hilfe eines Kugelgelenks und einer kugelkalottenförmigen Lagerschale gebildet. Dabei handelt es sich allerdings um eine technisch sehr aufwendige und damit teure Lösung, bei der immer noch im Lagerbereich Verschleiß auftritt. Aufgabe der Erfindung war es nun, eine kostengünstigere Lösung für eine Zentrierung oder Relativverstellung des Düsenendstückes zu realisieren, bei der kein Verschleißproblem und auch keine Totstellen im Fließkanal mehr auftreten und bei der man zusätzlich auch noch den Austrittsbereich der Düse bei laufendem Prozess verformen kann, um den Anforderungen bezüglich der Wanddickenverteilung im Teil, das aus der Düse ausgetragen wird, gerecht zu werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine Düse verwendet wird, die aus einem Kern (1) und einem mindestens zweigeteilten Gehäuse (2, 3), umfassend einen feststehenden Gehäusegrundkörper (2) und ein Endteil des Gehäuses (3), an dem die fließfähige Masse (12) die Düse verlässt, wobei das Gehäuse (2, 3) den Kern (1) so umschließt, dass zwischen Kern (1) und Gehäuse (2, 3) ein Fließkanal (4) vorhanden ist, durch den eine fließfähige Masse (12) ausgetragen werden kann, wobei der Fließkanal (4) im Bereich der Trennung zwischen dem Gehäusegrundkörper (2) und dem angrenzenden Endteil (3) mittels einer elastisch verformbaren Dichtung (5) abgedichtet wird, und das Endteil (3) auf dieser Dichtung (5) in beliebiger Richtung kippbar gelagert ist.
Vorteilhaft ist eine solche Lösung bei Düsen, mit denen ein Schlauch oder ein Profil aus einer fließfähigen Kunststoffmasse ausgetragen wird. Ganz besonders interessant ist der Einsatz einer solchen Düse zum Austrag eines Vorformlings im Bereich des Extrusionsblasformens. Dabei muss die Dichtung gegenüber einem Massedruck von mehr als 1 N/mm², insbesondere sogar mehr als 5 N/mm², sicher abdichten. Zum Abdichten des Trennbereichs der beiden Gehäuseteile eignen sich nun beispielsweise elastische Dichtungsmaterialien, wie beispielsweise Gummis, insbesondere Perfluorelastomere, die idealerweise die Form einer Scheibe oder eines O- Rings besitzen, aber auch Federstähle in Form eines O-Rings, eines C-Rings oder auch in Form einer Tellerfeder.
Zum Kippen des Endteils des Gehäuses können im einfachsten Fall Stellschrauben vorhanden sein, mit denen die relative Position des Endteils des Gehäuses zum angrenzenden feststehenden Gehäusegrundkörper veränderbar ist. Soll die Düse beim laufenden Prozess dynamisch verstellt werden, dann können automatisch ansteuerbare Stellmittel, wie zum Beispiel Hydraulikkolben, Linearantriebe, Servomotoren, Schrittmotoren oder ähnliche Stellaggregate verwendet werden, mit denen die relative Position des Endteils des Gehäuses zum angrenzenden Teil des feststehenden Gehäusegrundkörpers bzw. zum feststehenden Kern während des Austrags der Masse verändert werden können. Die verfahrenstechnischen Möglichkeiten, die eine erfindungsgemäße Düse realisiert, werden noch entscheidend erweitert, wenn das Endteil des Düsengehäuses einen verformbaren Mundbereich besitzt, der über Stellschrauben oder insbesondere auch über automatisch ansteuerbare Stellmittel, wie zum Beispiel über Schrittmotoren, verstellbar ist. Damit lässt sich dann auch gezielt an einzelnen Stellen über dem Umfang des Schlauchs oder des Profils die Wanddicke verändern bzw. bei laufendem Prozess optimieren.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Düse lassen sich nun vorteilhafte Verfahren realisieren, bei denen zum Optimieren des Austrittsverhaltens der Masse oder zum Optimieren der Dickenverteilung eines Schlauchs oder eines Profils, unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Düse der Fließkanalspalt während des Optimierens durch Kippen des Endteils des Gehäuses und oder durch Verformen des verformbaren Mundbereichs des Endteils des Gehäuses mittels Stellmittel verändert wird. Besonders interessant sind Verfahren zum dynamischen Verändern der Wanddickenverteilung einer Masse, die aus einer Düse ausgetragen wird, wobei während des Austrags der Masse das Endteils des Gehäuses mittels automatischer Stellsysteme gekippt und oder wobei der Düsenmund des Endteils des Gehäuses verformt wird. Wirtschaftlich sind auch Verfahren, bei denen unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Düse die Wanddickenverteilung einer Masse, die aus der Düse ausgetragen wird, im laufenden Prozess kontinuierlich oder zumindest in kurzen Zeitintervallen mindestens an einer Stelle gemessen wird, und bei denen die ermittelten Messwerte in einem Regler mit dem Sollwert verglichen werden, und bei denen ein Regler Korrekturwerte ermittelt, mit denen das Endteil des Gehäuses der Düse mittels mindestens einem Stellmittel, das mit dem Regler verbunden ist, gezielt gekippt und oder verformt wird, um die Differenz zwischen dem Soll- und dem Istwert der Wanddicke der Masse zu verringern.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird an Hand der schematischen Zeichnung erläutert.
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse in einer Schnittdarstellung.
Die Düse besteht aus einem Kern (1) und einem mindestens zweigeteilten Gehäuse mit einem feststehenden Gehäusegrundkörper (2) und einem Gehäuseendteil (3). Der Fließkanal (4) wird im Bereich der Trennung zwischen dem feststehenden Gehäusegrundkörper (2) und dem Gehäuseendteil (3) mittels einer elastischen Dichtung (5) abgedichtet. Die dafür erforderliche Dichtkraft wird beispielsweise im einfachsten Fall über Schrauben (6), die über dem Umfang des Gehäuses angeordnet sind, aufgebracht. Über stärkeres oder weniger starkes Anziehen der Schrauben (6) kann die im Bereich der Dichtung (5) wirkende Dichtkraft gezielt verändert werden. Es können zum Erzeugen der Dichtkraft natürlich auch alle anderen bekannten Spannsysteme verwendet werden. Die Dichtung (5) besteht nun grundsätzlich aus einem elastischen Material, das bei weiterem Anziehen der Stellschrauben (6) elastisch nachgibt, wobei sich die Dichtkraft erhöht.
Als elastische Dichtmaterialien eigenen sich natürlich alle Materialien, die bei Erhöhung einer Kraft elastisch nachgeben. Insbesondere geeignet sind beispielsweise Gummis, die idealer Weise die Form einer Scheibe oder eines O-Rings besitzen. Für Düsen zum Verarbeiten von thermoplastischen Kunststoffen sind insbesondere Perfluorelastomere geeignet, die sowohl den Verarbeitungstemperaturen der meisten Thermoplaste standhalten, als auch eine gute Chemikalienbeständigkeit besitzen. Bei höheren Temperaturen können aber auch vorteilhaft Federstähle beispielsweise in Form von O- oder C-Ringen oder auch in Form von Tellerfedern verwendet werden.
Auf Grund der Elastizität der Dichtung (5) kann nun das Endteil (3) des Gehäuses in beliebigen Richtungen relativ zum Gehäusegrundköper (2) und zum Kern (1) gekippt werden. Dazu ist beispielsweise eine Montageplatte (7) fest mit dem feststehenden Gehäusegrundkörper (2) verbunden. In dieser Montageplatte (7) können im einfachsten Fall Stellschrauben integriert werden, die auf das Ende des Endteils (3) des Gehäuses drücken. In 1 ist nun auf der Montageplatte (7) eine Lineareinheit (8) montiert, deren Linearachse über eine Öse (9) fest mit dem kippfähigen Gehäuseendteil (3) verbunden ist. Die Öse (9) kann nun entweder direkter Bestandteil des Endteils (3) des Gehäuses oder aber, wie in 1 gezeigt, Bestandteil eines mit dem Endteil (3) des Gehäuses fest verbundenen weiteren Gehäuseteils (10) sein. Mit Hilfe der Lineareinheit (8) kann nun das Gehäuseendteil (3) mehr oder weniger gekippt werden. Prinzipiell können auch mehrere Lineareinheiten (8) über dem Umfang der Düse angeordnet werden. Beim Kippen des Gehäuseendteils (3) wird der Spalt des Fließkanals (4) auf einer Seite kleiner, während er genau gegenüberliegend um das gleiche Maß größer wird. Die elastische Dichtung (5) gibt dabei der durch das Kippen hervorgerufenen geringfügigen Veränderung der Geometrie des abzudichtenden Spalts zwischen den beiden Gehäuseteilen (2) und (3) nach. Um eine fluchtende Montage der beiden Gehäuseteile zu gewährleisten existiert im Bereich (14) eine enge Passung zwischen dem maximalen Außendurchmesser der konkaven Geometrie des Gehäuseendteils (3) und dem im Bereich (14) vorhandenen Innendurchmesser des Gehäusegrundkörpers (2). Montiert man nun Stellantriebe auf dem Gehäuseteil (10), die auf das Ende des verformbaren Mundbereichs (13) des Gehäuseendteils (3) wirken, dann lässt sich der Fließkanalspalt (4) im Düsenmundbereich (13) auch noch lokal über dem Umfang dynamisch verstellen. Natürlich kann man statt Stellantrieben auch Stellschrauben verwenden, um den Spalt des Fließkanals (4) im Düsenmundbereich (13) manuell zu verstellen bzw. zu optimieren.

Claims

Düse bestehend aus einem Kern (1) und einem mindestens zweigeteilten Gehäuse (2, 3), umfassend einen feststehenden Gehäusegrundkörper (2) und ein Endteil des Gehäuse (3), an dem eine fließfähige Masse (12) die Düse verlässt, wobei das Gehäuse (2, 3) den Kern (1) so umschließt, dass zwischen Kern (1) und Gehäuse (2, 3) ein Fließkanal (4) vorhanden ist, durch den die fließfähige Masse (12) ausgetragen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließkanal (4) im Bereich der Trennung zwischen dem Gehäusegrundkörper (2) und dem angrenzenden Endteil (3) mittels einer elastisch verformbaren Dichtung (5) abgedichtet wird, und das Endteil (3) auf dieser Dichtung (5) in beliebiger Richtung kippbar gelagert ist.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Düse um eine Schlauchdüse oder eine Profildüse handelt.
Düse nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die elastische Dichtung (5) ein Gummi, der Temperaturen oberhalb von 150 Grad aushält, insbesondere ein Perfluorelastomer, verwendet wird.
Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) die Form einer Scheibe oder eines O-Rings aufweist.
Düse nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die elastische Dichtung (5) ein Federstahl verwendet wird.
Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) die Form eines O-Rings oder eines C-Rings aufweist oder dass eine Tellerfeder verwendet wird.
Düse nach Anspruch 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Fließkanal (4) im Bereich der Dichtung (5) größer als 1 N/mm², vorzugsweise sogar größer als 5 N/mm² sein kann.
Düse nach Anspruch 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kippen des Endteils des Gehäuses (3) Stellschrauben vorhanden sind, mit denen die relative Position des Endteils (3) des Gehäuses zum angrenzenden Teil des Gehäusegrundkörpers (2) veränderbar ist.
Düse nach Anspruch 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kippen des Endteils des Gehäuses (3) automatisch ansteuerbare Stellmittel (8), insbesondere Schrittmotoren, vorhanden sind, mit denen die relative Position des Endteils des Gehäuses (3) zum angrenzenden Teil des Gehäusegrundkörpers (2) während des Austrags der Masse (12) veränderbar ist.
Düse nach Anspruch 1–9 dadurch gekennzeichnet, dass das Endteil des Gehäuses (3) einen verformbaren Mundbereich (13) besitzt, der über Stellschrauben oder über automatisch ansteuerbare Stellmittel (11), insbesondere über Schrittmotoren, verstellbar ist.