DE102010051732B4

DE102010051732B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Verteilen von plastischer Kunststoffmasse

Info

Publication number: DE102010051732B4
Application number: DE102010051732.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Seibel Stefan; Heinrich Dohmann
Original assignee: Battenfeld Cincinnati Germany GmbH
Current assignee: Battenfeld Cincinnati Germany GmbH
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2030-11-20
Also published as: DE102010051732A1

Abstract

Vorrichtung zum Verteilen von plastischer Kunststoffmasse in einem Extrusionswerkzeug (2), insbesondere Rohrextrusionswerkzeug, umfassend einen oder mehrere Fließkanäle (13) mit mindestens einem Schmelzeeingang (7) und einem Schmelzeausgang (8), wobei zwischen Schmelzeeingang (7) und Schmelzeausgang (8) mindestens ein Kühlelement (11) im Fließkanal (13) angeordnet ist, wobei das Kühlelement (11) von der Kunststoffmasse umströmbar ist, wobei im Fließkanal zur Feinverteilung der Schmelze ein Zwangsverteilelement (10) radial angeordnet ist, wobei das Kühlelement (11) im oder am Zwangsverteilelement (10) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verteilen von plastischer Kunststoffmasse in einem Extrusionswerkzeug, insbesondere Rohrextrusionswerkzeug, umfassend einen oder mehrere Fließkanäle mit mindestens einem Schmelzeeingang und einem Schmelzeausgang sowie ein diesbezügliches Verfahren.
Zur Herstellung von Rohren ist es erforderlich, den von einem Extruder erzeugten zylinderförmigen Kunststoffschmelzestrom mit Hilfe eines nachfolgenden Werkzeuges in einen kreisringspaltförmigen Schmelzestrom umzuformen. Hierfür ist es wichtig, dass der vom Extruder kommende Schmelzestrom im Werkzeug durch einen zentrisch angeordneten Dorn in die entsprechende Ringströmung überführt wird. Eine derartige Vorrichtung wird in der DE 103 15 906 A1 vorgeschlagen.
Heute werden oft kurze Extrusionslinien gefordert. Dies kann nur erreicht werden, wenn die Kühlung der extrudierten Profile optimiert wird. Bestenfalls wird die Schmelze bereits im Werkzeug soweit herunter gekühlt, dass sie zwar noch verformbar ist, aber die Schmelzetemperatur deutlich niedriger ist, als nach dem Verlassen des Extruders.
Die DE 10 2007 050 291 A1 schlägt hier eine Aufteilung der Schmelze im Werkzeug vor, die Einzelstränge werden gekühlt und anschließend wieder zusammengeführt.
Aus dem Stand der Technik ist auch aus der EP 0 593892 A1 ein Profilwerkzeug für Extruder mit einzeln ansteuerbaren, das Fließverhalten des Werkstoffes beeinflussenden Temperierelementen bekannt. Die Temperierelemente sind stromab von der Schnecke des Extruders und stromauf vom profilgebenden Bereich des Werkzeuges im Strömungskanal des Werkstoffes derart angeordnet, dass die Temperatur des extrudierten Werkstoffes in ausgewählen Zonen des Querschnittes erhöht werden kann. Damit ist es möglich, auch bei komplizierten Querschnitten und bei verschiedenen profilgebenden, nicht mit Temperierelementen bestückten Teilen die Wandstärke des Profils zu beeinflussen.
Aus der DE 103 15 906 A1 ist eine Vorrichtung zum Verteilen von plastischer Kunststoffmasse in einem Extrusionswerkzeug insbesondere Rohrextrusionswerkzeug, umfassend einen Schmelzeeingang und mindestens einen Schmelzeausgang bekannt, wobei zwischen Schmelzeeingang und Schmelzeausgang zunächst ein Vorverteilelement und anschließend ein Feinverteilelement angeordnet ist, wobei vorgesehen ist, dass das Vorverteilelement als Dorn ausgeführt ist und einen Hauptkanal umfasst, der mit mindestens einem Nebenkanal in fluidischer Verbindung steht, wobei der Nebenkanal schraubenförmig in der Umfangsfläche des Dornes ausläuft. bekannt.
Ein derartiges Werkzeug ist jedoch verfahrenstechnisch schwierig zu betreiben, da das Fleißverhalten der gekühlten Einzelstränge aufeinander abgestimmt werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren bereitzustellen, bei der/dem der Schmelze, aus dem Extruder kommend, Energie entzogen wird.
Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 wiedergegeben.
Durch diese Lösung wird der Kernströmung und somit der gesamten Kunststoffmasse effektiv Wärme entzogen. Das Kühlelement kann direkt im Fließkanal eingebunden sein oder in diesen eingeschwenkt oder anderweitig, je nach Anforderung, eingebracht oder durchgeführt werden.
Weiterbildungsgemäß ist vorgesehen, dass im Fließkanal ein Zwangsverteilelement angeordnet ist. Hierdurch wird eine weitere Homogenisierung der Schmelze erreicht. Gegebenenfalls ist das Zwangsverteilelement gleichzeitig das Kühlelement oder das Kühlelement ist im oder am Zwangsverteilelement angeordnet.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Kühlelement mindestens eine Wärmeträgerleitung beinhaltet. Da die Schmelze das Kühlelement umströmt, wird Energie an dieses übertragen. Diese Energie wird wiederum durch die Wärmeträgerleitung aus dem System abgeführt.
Hierbei wird weiterbildungsgemäß vorgeschlagen, dass das Kühlelement aus einer Vielzahl von Bohrungen/ Rohren besteht die mit Wärmeträgerleitungen in Verbindung stehen. Durch diese Ausführung wird die Schmelze nun an einer Vielzahl von gekühlten Bereichen vorbeigeführt, wodurch die Kontaktoberfläche zwischen Schmelze und Kühlelement erhöht wird. Hierdurch wird die Schmelze noch effektiver gekühlt.
Am praktischsten ist es wenn das Zwangsverteilelement ein Siebkorb, eine Siebplatte oder eine Filterplatte ist. Das Zwangsverteilelement kann zum Energietransport oder zu Reinigungszwecken sowohl axial als auch radial verschoben werden oder durch den Fließkanal durchgeführt werden.
Zur Steigerung der Vorkühlung kann auch das Vorverteilelement, durch Einbringung von Kühlelementen in das Vorverteilelement, gekühlt werden.
Die Lösung für das Verfahren ist in Verbildung mit dem Oberbegriff des Anspruches 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmasse zwischen Schmelzeeingang und Schmelzeausgang mindestens ein Kühlelement im Fließkanal umströmt. Es wird hiermit erreicht, dass die Kunststoffmasse bereits im Fließkanal gekühlte Bereiche umströmen muss, wodurch die Kunststoffmasse über den kompletten Strömungsquerschnitt gleichmäßig gekühlt wird. Hierdurch wird der schlechten Wärmeleitung der Kunststoffmassen entgegen gewirkt.
Weiterbildungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Kühlelement mit einem Wärmeträgermedium von außerhalb der Extrusionslinie gespeist wird oder das Wärmeträgermedium bereits durch die Extrusionslinie geführt wurde und/oder das Wärmeträgermedium bereits zur Kühlung des Produktes und/oder Teilen der Extrusionslinie genutzt wurde.
Als Wärmeträgermedium kommen z.B. Luft, gasförmige Medien, Öle, fluide Medien, Metalle oder feste Medien zum Einsatz. Darüber hinaus können Systeme wie beispielsweise die Heatpipe als Wärmeträgerleitung genutzt werden.
Durch diese Maßnahme kann die Gesamtlänge der Extrusionslinie verkürzt werden, da die Produktinnenseiten aktiv gekühlt werden und zusätzlich die Schmelze im Werkzeug vorgekühlt wird, wodurch weniger Energie über die äußere Oberfläche des Produktes in der Nachfolge entzogen werden muss.
Durch die gewonnene Kühlleistung kann die Durchsatzleistung der Anlage erhöht werden.
Das Wärmeträgermedium kann beispielsweise bereits durch den Dorn des Werkzeuges geleitet worden sein. Das Werkzeug weist eine Innenkühlung auf, deren Strömungsverteilung beeinflussbar ist, wobei im Inneren des Werkzeuges mindestens eine Abzweigung für ein Wärmeträgermedium angeordnet ist. Durch diese Abzweigung, die ähnlich eines Bypasses wirkt, wird erreicht, dass das Wärmeträgermedium gezielt beeinflusst werden kann und somit die Menge, die durch den Dorn geführt< wird, gesteuert wird. Anschließend wird das Wärmeträgermedium dem Kühlelement zugeführt.
In den Zeichnungen sind schematisch zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt.
1 zeigt eine Extrusionslinie,
2 zeigt das Werkzeug in einer Schnittdarstellung,
3 ein Zwangsverteilelement und
4 eine alternative Ausführung.
In 1 ist schematisch eine Extrusionslinie dargestellt, wobei der Extruder 1 am Extrusionswerkzeug 2 angeordnet ist. In Extrusionsrichtung 5 betrachtet schließt sich ans Werkzeug 2 die Kalibrierung 3 an. Daran schließen sich weitere Nachfolgeeinrichtungen wie Kühlung, Abzug und Trennvorrichtung an (nicht dargestellt). In der beispielhaft dargestellten Extrusionslinie wird ein Kunststoffrohr 6 gefertigt. Die Kalibrierung 3 kann einen Vakuumtank mit eingebauter Kalibrierhülse umfassen. An die Kalibrierung können sich auch noch weitere Kühlbäder anschließen. Die Extrusionsachse ist mit Positionsnummer 4 dargestellt. Extrusionsrichtung ist gleichzeitig Schmelzefließrichtung.
2 zeigt das Werkzeug in einer Schnittdarstellung. Zwischen dem Schmelzeeingang 7 und dem Schmelzeausgang 8 ist ein Vorverteilelement 9 in Form eines Wendelsverteilers dargestellt. Die Schmelze gelangt vom Extruder 1 in den Schmelzeleingang 7 und wird über die Fleißkanäle 13 in den Bereich des Wendelverteilers geführt und mit diesem gleichmäßig radial im Werkzeug 2 verteilt und passiert zur Feinverteilung und Homogenisierung das Zwangsverteilelement 10, bevor sie das Werkzeug 2 über den Schmelzeausgang 8 verlässt.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Zwangsverteilelement 10 bei dem das Kühlelement 11 im Zwangsverteilelement 10 angeordnet ist. Das Zwangsverteilelement 10 ist schematisch als Siebkorb dargestellt. Bereiche 12, die die Schmelze durchlassen, wechseln sich mit Bereichen 11 ab, die nicht schmelzedurchlässig sind. Die schmelzedurchlässigen Bereiche 12 sind nur angedeutet und umfassen kleine radiale Bohrungen. Die nicht schmelzedurchlässigen Bereiche, die als Kühlelement 11 fungieren, sind Bereiche mit größeren Bohrungen, die axial ausgerichtet sind, aber nicht zwingend parallel zur Extrusionsachse 4 verlaufen müssen. Das Zwangsverteilelement 10 ist im Werkzeug 2 und um die Extrusionsachse 4 angeordnet.
4 zeigt eine alternative Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei hier das Kühlelement 11, als Rohre ausgeführt, so angeordnet ist, dass die Schmelze, die vom Inneren des Zwangsverteilelementes 10 nach außen geführt wird, zunächst das Kühlelement 11 umströmt und dann durch den durchlässigen Bereich 12 nach außen geführt wird. Auch diese Ausführung des Zwangsverteilelementes 10 ist im Werkzeug 2 und um die Extrusionsachse 4 angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Extruder
2: Werkzeug
3: Kalibrierung
4: Extrusionsachse
5: Extrusions- und Schmelzefließrichtung
6: Kunststoffrohr
7: Schmelzeeingang
8: Schmelzeausgang
9: Vorverteilelement
10: Zwangsverteilelement
11: Kühlelement
12: schmelzedurchlässiger Bereich von 10
13: Fließkanal

Claims

Vorrichtung zum Verteilen von plastischer Kunststoffmasse in einem Extrusionswerkzeug (2), insbesondere Rohrextrusionswerkzeug, umfassend einen oder mehrere Fließkanäle (13) mit mindestens einem Schmelzeeingang (7) und einem Schmelzeausgang (8), wobei zwischen Schmelzeeingang (7) und Schmelzeausgang (8) mindestens ein Kühlelement (11) im Fließkanal (13) angeordnet ist, wobei das Kühlelement (11) von der Kunststoffmasse umströmbar ist, wobei im Fließkanal zur Feinverteilung der Schmelze ein Zwangsverteilelement (10) radial angeordnet ist, wobei das Kühlelement (11) im oder am Zwangsverteilelement (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (11) mindestens eine Wärmeträgerleitung beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (11) aus einer Vielzahl von Bohrungen besteht, die mit Wärmeträgerleitungen in Verbindung stehen.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwangsverteilelement (10) ein Siebkorb, eine Siebplatte oder eine Filterplatte ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Fließrichtung vor dem Zwangsverteilelement (10) angeordnetes Vorverteilelement (9) durch Einbringung von Kühlelementen in das Vorverteilelement (9) kühlbar ist.
Verfahren zum Verteilen von plastischer Kunststoffmasse in einem Extrusionswerkzeug (2), insbesondere Rohrextrusionswerkzeug, wobei die Kunststoffmasse über einen oder mehrere Fließkanäle (13) von mindestens einem Schmelzeeingang (7) zu mindestens einem Schmelzeausgang (8) fließt, wobei die Kunststoffmasse zwischen Schmelzeeingang (7) und Schmelzeausgang (8) mindestens ein Kühlelement (11) im Fließkanal (13) umströmt. dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmasse vom Schmelzeeingang (7) über die Fließkanäle (13) über einen Wendelverteiler geführt und mit diesem gleichmäßig radial im Werkzeug (2) verteilt wird, und zur Feinverteilung anschließend das Zwangsverteilelement (10) passiert, wobei die Kunststoffmasse über das im oder am Zwangsverteilelement (10) angeordnete Kühlelement (11) gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement mit einem Wärmeträgermedium von außerhalb der Extrusionslinie gespeist wird oder das Wärmeträgermedium bereits durch die Extrusionslinie geführt wurde.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium bereits zur Kühlung des Produktes und/oder von Teilen der Extrusionslinie genutzt wurde.