DE102012013381A1

DE102012013381A1 - Verstellbare Extrusionsdüse zum Extrudieren von schlauchförmigen Kunststoff-Vorformlingen unterschiedlichen Querschnitts

Info

Publication number: DE102012013381A1
Application number: DE201210013381
Authority: DE
Inventors: Maik Hentschel; Stefan Pape
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-01
Filing date: 2012-07-01
Publication date: 2014-01-02
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: DE102012013381B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Extrusionsdüse für die Extrusion von schlauchförmigen Kunststoff-Vorformlingem mit variablem Außendurchmesser und wechselnder Wanddicke, die insbesondere zur Herstellung blasgeformter Hohlkörper Verwendung finden. Dabei steuert ein einem Zentralverschluss vergleichbares Blendensystem mit gemeinsam bewegten Blendenlamellen den wirksamen Durchmesser der Extrusionsdüse und gestattet somit die Fertigung von Vorformlingen stark wechselnden Außendurchmessers, die zugleich eine beträchtlich variierende Wandstärke aufweisen können.

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Extrusionsdüse zum Extrudieren von schlauch- bzw. rohrförmigen Vorformlingen mit einem über ihre Länge veränderbaren Querschnitt, welche insbesondere zur Fertigung von blasgeformten Hohlkörpern aus Kunststoff Verwendung finden. Zur Weiterverarbeitung durch Blasformen wird der Vorformling anschließend in plastischem Zustand in eine Form eingeschlossen und mittels Druckluft zu einem Hohlkörper aufgeblasen und geformt. Die Herstellung des Vorformlings erfolgte zuvor in einer Vorrichtung, in welcher der in einer Extrudieranlage unter Druck- und Wärmeeinwirkung plastifizierte Kunststoff durch ein Düsenwerkzeug mit entsprechend ausgebildeter Extrusionsdüse unter hohem Druck gepresst wird. Besondere Einstellelemente der Düse bestimmen dabei die Querschnittsgröße sowie die Form und die Größe der Düsenöffnung und gestatten damit die Anpassung des extrudierten Vorformlings an die endgültige Gestalt des fertigen Kunststoffstoffartikels. Zur Fertigung rohrförmiger Vorformlinge ist daher die formgebende Düsenöffnung typischerweise als Ringspalt ausgeformt, gebildet von einem zylindrischen oder auch kegelförmigem Kern oder Dorn und einem dazu beabstandeten und diesen konzentrisch umfassenden Düsenmantel, durch den die plastische Formmasse extrudiert wird. Die Spaltbreite und Spaltgeometrie können beispielsweise nach Maßgabe eines entsprechenden Programms, wie unter anderem in DE 198 185 10 C2 zur Herstellung großvolumiger Gegenstände oder bei deren Abweichung von einem kreisförmigen Querschnitt beschrieben, gesteuert werden. Während die Spaltbreite und damit die Wanddicke des Vorformlings vielfach durch eine axiale Verstellung des Kerns oder des Ringmantels und damit deren relativer Lage zueinander erfolgt, werden zur Änderung des Querschnitts und dessen geometrischer Form häufig am Düsenausgang angeordnete verstellbare Schieber zur wechselweisen Abdeckung/Freigabe von Abschnitten der Düsenöffnung benutzt. Es sind aber auch technische Lösungen für Düsenwerkzeuge bekannt, bei denen den Düsenspalt außenseitig begrenzende deformierbare Hülsen, gesteuert von einem entsprechenden Programm, zum Einsatz gelangen. Diese sequentiell oder auch gleichzeitig ablaufende Programmsteuerung bei der Fertigung des Vorformlings bleibt aber schwierig und ist zumeist dann störanfällig, wenn die Blasformteile eine komplizierte Formgestaltung aufweisen und mit möglichst geringer Maßabweichung gefertigt werden sollen, so unter anderem bei der Herstellung von Blasformteilen für die Fahrzeugindustrie, wo vielfach Artikel mit stark wechselnder Formgebung sowie mit extrem unterschiedlichen Abmessungen anzutreffen sind.
Zur Fertigung von Vorformlingen mit zumindest annähernd kreisförmigem Querschnitt bei in Extrudierrichtung wechselndem äußerem Durchmesser sowie einer variablen Wandstärke wurde aus JP 03150110 eine technische Lösung für eine verstellbare Extrusionsdüse bekannt, die nach dem Prinzip der fotografischen Irisblenden arbeitet, indem eine Vielzahl gleichgestalteter Blendenlamellen sich gleichzeitig überdeckend eine mehr oder weniger große Austrittsöffnung der Extrusionsdüse freigeben. Damit lassen sich, entsprechend der jeweiligen Lamellenstellung, Vorformlinge mit unterschiedlichem äußeren Durchmesser und – in Abhängigkeit von der gewählten axialen Position und des im Ausführungsbeispiel beschriebenen verstellbaren sowie stufenförmig aufgeweiteten Kerns – auch mit unterschiedlicher Wanddicke herstellen. Die gleichzeitige Drehbewegung der sichelförmigen Lamellen um jeweils gleiche Beträge erfolgt durch einen Stellring, der wiederum durch den Eingriff einer Zahnstange in die partielle Außenverzahnung des Stellrings bewegt wird. Bedingt durch die schraubenförmige und abgetreppte Anordnung der Lamellen des Verschlusssystems um das Blendenzentrum, besitzt das Gesamtpaket der Lamellen aber eine in Fließrichtung des Kunststoff-Massestromes nicht vernachlässigbare Bauhöhe. Der Düsenspalt, gebildet durch den zentrisch angeordneten Kern und die ihn umgebenden Blendenlamellen, weist in dieser Anordnung zugleich eine vom regelmäßigen zylindrischen Ringspalt erheblich abweichende Gestalt auf. Bei dieser Geometrie des Düsenspaltes an seinen austrittsseitigen Ende Öffnung kommt es bei den unter Betriebsbedingungen herrschenden Drücken zu einer unerwünschten Verwirbelung des Kunststoff-Massestromes, die eine exakte Ausformung des plastischen Künststoffes zum Sollprofil zusammen mit den in Echtzeit erfolgenden Profiländerungen nicht mehr gewährleisten kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Verstelleinrichtung für Extrusionsdüsen zum Blasformen von schlauchförmigen Vorformlingen aus Kunststoff zu schaffen, die einen über ihre Länge sich ändernden Querschnitt sowie eine unterschiedliche Wandstärke besitzen. Die nach dem Prinzip der Irisblenden mit beweglichen Verschlusslamellen arbeitende Verstelleinrichtung soll die Nachteile der bisher bekanntgewordenen und zuvor beschriebenen technischen Lösungen vermeiden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem mit Verschlusslamellen arbeitenden Blendensystem für eine verstellbare Extrusionsdüse gemäß den Merkmalen des Hauptanspruches der vorliegenden Anmeldung. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Gegenstand von mehreren Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und von mehreren Abbildungen näher erläutert.
Es zeigen:
Die 1a in einem Teilschnitt schematisch den grundsätzlichen Aufbau einer Extrusionsdüse mit der an der Düsenaustrittsöffnung angeordneten Blendenverstelleinrichtung,
die 1b in einer Seitenansicht das Außenprofil des Düsenkerns der Extrusionsdüse,
die 2 in Draufsicht das über der Antriebsscheibe angeordnete Blendensystem mit beispielhaft 12 Blendenlamellen und den zwischen den einzelnen Lamellen positionierten Antriebselementen,
die 3 eine Ansicht nach 2 bei gleichzeitiger Darstellung der Führungsbahnen in der das System der Blendenlamellen abdeckenden Führungsplatte und
die 4 in einer seitlichen Schnittdarstellung schematisch das in der Düsenöffnung angeordnete Blendensystem gemäß der Erfindung, eingebettet zwischen einem Press- und einem Stützring.
Die 1a zeigt ausschnittsweise eine Extrusionsdüse 1 mit einem Düsenring 2 als Außenform und einem axial in Pfeilrichtung A verschiebbaren Kern 3 als Innenform. Die beiden für den zu fertigenden Vorformling formgebenden Elemente begrenzen mit ihrer koaxialen Anordnung zueinander einen ringförmigen Düsenspalt 4, der die Durchlassöffnung für den Kunststoff-Massestrom bildet. Durch den Düsenspalt wird das von einer hier nicht dargestellten Extrudervorrichtung bereitgestellte Kunststoff-Formmaterial unter einem Druck von über 50 bar hindurchgepresst, wobei ein rohr- bzw. schlauchförmiger Vorformling entsteht, der im sich anschließenden Blasformprozess in einer Hohlform zum einem Hohlkörper mit vorgegebenem Profil aufgeweitet wird. Dazu durchzieht den Kern 3 ein mittig und in axialer Richtung den Kern durchlaufender Kanal 5, der die Zufuhr von Stütz- oder Blasluft in das Innere des Vorformlings gestattet. Sein Außendurchmesser wird durch den Innendurchmesser des Düsenringes 2 festgelegt, während sich dessen Wandstärke im Wesentlichen aus der Spaltbreite des ringförmigen Düsenspaltes 4 bestimmt. Die Wanddicke lässt sich durch Axialverstellung des Kerns 4 (1b) mit seinem kegelförmig ausgebildeten Endabschnitt und regelmäßiger n-eckiger Grundfläche (n = 12 im Ausführungsbeispiel) gezielt verändern. Um also auch den Außendurchmesser des Vorformlings in weiten Grenzen den jeweils geforderten Abmessungen anpassen zu können, muss sich der Öffnungsdurchmesser der Extrusionsdüse in entsprechender Weise variabel einstellen lassen. Gemäß der Erfindung ist für die Regelung des Außendurchmessers des Vorformlings ein Blendensystem 6 vorgesehen, das aus einem Satz von rechteckförmigen Blendenlamellen 7 besteht. Diese Lamellen sind in einem der Extrusionsdüse direkt vorgeschalteten Blendengehäuse radialsymmetrisch in einer Ebene senkrecht zur Fließrichtung des Massestromes angeordnet. Die streifenförmig ausgebildeten Lamellen können dabei, vergleichbar den Lamellen einer Irisblende, gemeinsam so bewegt werden, dass in der Blendenmitte eine zentrale Blendenöffnung 8 mit polygonaler Form und von variablem Durchmesser freigelassen wird. Die Lamellen bestehen aus einem metallischen Material und sind dabei als Sektorenelemente strahlenförmig um den Blendenmittelpunkt in der Weise gruppiert, dass deren öffnungsseitig als Spitze geformte Lamellenenden 9, mit ihren Kanten jeweils an den Kanten der benachbarten Lamellen anliegend, zusammenwirkend die polygonale Blendenöffnung 8 erzeugen. Mit den im Ausführungsbeispiel verwendeten 12 Sektorenelementen als Einzellamellen erhält somit die freie Blendenöffnung 8 die Gestalt eines Zwölfecks. Die gleichzeitige Verschiebung der Blendenlamellen in Richtung Blendenmitte erzwingen Antriebselemente 10, die auf einer zur Blendenebene parallelen Antriebsscheibe 11 in ringförmiger Verteilung und gleichen Winkelabständen zueinander über deren Umfang so positioniert sind, dass jedes dieser als Kreissektor ausgebildeten Antriebselemente zwischen zwei benachbarten, strahlenförmig ausgerichteten Blendenlamellen 7 eingepasst ist. Dabei liegen die Antriebselemente 10 mit ihren Längskanten gleitend an den Längskanten der Blendenlamellen an. Dadurch wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den auf der drehbar gelagerten Antriebsscheibe 9 verstifteten und über eine Schlitzführung 16 zwangsgeführten Antriebselementen 10 und den Blendenlamellen 7 hergestellt und eine Verschiebung der Blendenlamellen ausgelöst, sobald die Antriebsscheibe beispielsweise über einen äußeren Antrieb M sowie ein Zahnstangengetriebe 12 in Rotation versetzt wird. Zur Verbesserung der Bewegungsführung besitzen die öffnungsseitig aneinanderliegenden Längskanten einander benachbarter Blendenlamellen komplementär ausgeformte Wölbungen. Zugleich gelingt es dadurch, bei verbesserter Dichtigkeit zwischen den einzelnen Lamellen die abdichtende Wirkung des geschlossenen Blendensystems insgesamt selbst bei hohem Druck noch zu verstärken.
Zur mechanisch stabilen und exakt übereinstimmenden Bewegungsführung in der quer zur Extrudierrichtung angelegten Blendenebene dient die ebenfalls parallel ausgerichtete Abdeckplatte 13 mit Führungsschlitzen 14, denen entsprechende passgenaue Ausformungen 15 der Blendenlamellen 7 gegenüberliegen und deren Zwangsführung bewirken.
Bei Drehung der Antriebsplatte 11 wird durch die gleichzeig stattfindende Bewegung der Blendenlamellen 7 auch der Massestrom mehr oder weniger sehnenartig beschnitten und dabei auch der Außendurchmesser des extrudierten Vorformlings. Da aber in dem erfindungsgemäßen Blendensystem die Einzellamellen nicht schichtenartig, sondern in ihrer die Blendenöffnung verändernden Bewegung stets in der Blendenebene verbleiben, verlangt dieser Blendenmechanismus nur eine geringe funktionelle Höhe, die ausreicht, um eine unerwünschte Rotation des extrudierten Vorformlings im Düsenaustrittsbereich zu vermeiden.
Um das Blendensystem mit seinen strahlenförmig ausgerichteten Blendenlamellen bei dem hohen Massedruck nicht zu großen mechanischen Belastungen aussetzen zu müssen, wird dem Blendensystem ein modifizierter Pressring 17 vorgeschaltet, der die wirksame Angriffsfläche für die vorhandenen Druckkräfte minimiert. In gleicher Weise reduziert ein die Blendenlamellen 7 abstützender Stützring 18, dessen Öffnungsdurchmesser den Öffnungsverhältnissen von Pressring 17 und Düsenöffnung 8 entsprechend anzupassen ist, als statische Abstützung freistehender Lamellenbereiche deren zu starke mechanische Beanspruchungen bei hohem Massedruck. (4)
Die Steuerung der über seine Längserstreckung unterschiedlichen Wanddicke des schlauchförmigen Vorformlings erfolgt im Ausführungsbeispiel durch Änderung der durch den Düsenkern und den Düsenmantel festgelegten. Spaltbreite der Extruderdüse. Hierzu wird der endseitig kegelförmig gestaltete Düsenkern in Richtung des Doppelpfeils A in Längsrichtung verschoben. Dabei weist der größte Kerndurchmesser einen Wert auf, der in etwa dem maximalen Öffnungsdurchmesser der Blendeneinrichtung entspricht. Entsprechend der polygonalen Profilierung der Blendenöffnung durch das Zusammenwirken der einzelnen Blendenlamellen kann auch der Düsenkern eine entsprechende polygonale Profilierung besitzen, sodass der Vorformling nach dem Ausstoßen eine polygonale, 12-eckige Form und damit eine gleichmäßige Wandstärke erhält.
Die axiale Stellbewegung des Kerns 3 wird durch ein Wanddickeneinstellprogramm gesteuert, welches gleichzeitig mit dem weiteren Programm zur Erzeugung wechselnder Außendurchmesser für den Vorformling durch die programmierte Regelung des Blendenmechanismus abläuft.
Der in Echtzeit ablaufende Regelungsprozess zur Variation der Wandstärke und des Durchmessers beim Ausstoßen des Vorformlings gestattet eine technische Optimierung der Fertigung von blasgeformten Hohlkörpern. Es lassen sich auf diese Weise nicht nur neuartige Artikel blasformen, die extreme Unterschiede in ihrem Durchmesser usw. aufweisen können, sondern auch schon existierende Serienprozesse verbessern, weil Rüstzeitverkürzungen infolge von nicht mehr notwendigen Düsenwechseln usw. möglich sind oder Materialeinsparungen und somit ressourcenschonende Herstellungsbedingungen beim Blasformen geschaffen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19818510 C2 [0001]
JP 03150110 [0002]

Claims

Verstellbare Extrusionsdüse zum Extrudieren von schlauch- oder rohrförmigen Kunststoff-Vorformlingen variablen Durchmessers, mit einer ein Blendensystem enthaltenden verstellbaren Düsenöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass das in einem Gehäuse am Düsenaustritt angeordnete Blendensystem mit veränderlicher Blendenöffnung aus einem Satz rechteckförmiger und mit Führungselementen versehenen Blendenlamellen besteht, welche radialsymmetrisch in einer Blendenebene senkrecht zur Fließrichtung des Formmaterials verschiebbar angeordnet sind, wobei die streifenartig ausgebildeten Blendenlamellen an ihren öffnungsseitigen sowie als Spitze geformten Enden mit ihren Innenkanten zusammenwirkend eine polygonale Blendenöffnung erzeugen und wobei kreissektorförmige und mit Führungsschlitzen versehene Antriebselemente, verstiftet auf einer drehbaren, zur Blendenebene parallelen Antriebsplatte so positioniert sind, dass die über deren Umfang ringförmig und in gleichen Winkelabständen zueinander verteilt angeordneten Antriebselemente jeweils zwischen zwei benachbarte, strahlenförmig ausgerichtete Blendenlamellen einfügen und mit ihren Längskanten an denen der benachbarten Blendenlamellen gleitend anliegend eine kraft- und formschlüssige Verbindung zu den die veränderliche Blendenöffnung erzeugendenden Blendenlamellen herstellen, welche, eingebettet zwischen der drehbaren Antriebsplatte und einer dazu parallelen Abdeckplatte mit zu den Blendenlamellen komplementären Führungsmitteln, bei sich drehender Antriebsplatte zwangsgeführt werden.
Verstellbare Extrusionsdüse zum Extrudieren von schlauch- oder rohrförmigen Kunststoff-Vorformlingen variablen Durchmessers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine polygonale Blendenöffnung bildenden inneren Kanten der Blendenlamellen eine konvexe Ausformung besitzen.
Verstellbare Extrusionsdüse zum Extrudieren von schlauch- oder rohrförmigen Kunststoff-Vorformlingen variablen Durchmessers nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einander gegenüberliegenden Längskanten der benachbarten Blendenlamellen eine zueinander komplementäre Kantenausformung aufweisen.
Verstellbare Extrusionsdüse zum Extrudieren von schlauch- oder rohrförmigen Kunststoff-Vorformlingen variablen Durchmessers nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen einer Antriebsplatte und einer dazu parallelen Abdeckplatte eingebettete Blendensystem zur mechanischen Entlastung die strahlenförmig ausgerichteten Blendenlamellen zwischen einem die Lamellen abstützenden Stützring und einem die Druckeinwirkung mindernden Pressring angeordnet sind.