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Es ist bekannt, Kunststoffschmelze mit Treibmittel zu versetzen, so dass diese bei Austritt aus einer Düse aufschäumt, wodurch Kunststoffschaumkörper hergestellt werden. Bei zahlreichen Anwendungen ist es vorteilhaft, dass die Zellen des Schaums geschlossen sind. Allerdings können Zellen bei dem genannten Schäumungsprozess platzen, wobei abhängig vom äußeren Druck bei der Aufschäumung und abhängig vom Druck des Treibmittels Zellen an einer äußeren Zone oder im Zentrum des entstehenden Schaumkörpers zerplatzen können. Ferner kann es zu unerwünschten Inhomogenitäten der Zellverteilung und der Zellgröße abhängig von den genannten Drücken kommen. Gerade bei Isolationsanwendungen sind jedoch Schäume mit besonders geringen Dichten erwünscht, wobei Inhomogenitäten bzw. offene Zellen die Eigenschaften des Schaumkörpers negativ beeinflussen.
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Es ergibt sich daher die Aufgabe, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich Schaumkörper aus Kunststoffschmelze mit guten Isolationseigenschaften erzeugen lassen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich mit der weiteren Beschreibung, den abhängigen Ansprüchen, sowie mit der beigefügten Zeichnung.
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Es wird vorgeschlagen, eine Schaumextrusionsdüse mit einstellbarer Öffnungsbreite, insbesondere mit einstellbarer Spalthöhe und einstellbarem Öffnungswinkel von Führungsflächen, die das Aufschäumen nach dem Spalt begleiten, vorzusehen. Dadurch kann der Druck auf die Zellen bzw. auf den entstehenden Schaumkörper eingestellt werden, wenn sich unerwünschte offene Zellen aufgrund von ungünstigen Druckwerten innerhalb des Schaums und auf den Schaum selbst ergeben sollten. Ferner ist es möglich, ohne Unterbrechung des Schäumungsprozesses Schaumkörper mit verschiedenen Dicken zu erzeugen. Die Herstellung von Schaumkörpern unterschiedlicher Dicke erfordert somit nicht den Austausch eines Düsenwerkzeugs. Vielmehr kann der Öffnungswinkel bzw. die Öffnungsbreite von einem Wert auf einen anderen verstellt werden, um Schaumkörper mit gewünschten, unterschiedlichen Dicken zu erzeugen. Es sind keine nachgelagerten einzelnen Führungsmechanismen mehr notwendig, wie sie heute vorhanden sind und welche heute Schaumdickenabhängig manuell durch die jeweils passenden ausgetauscht werden müssen. Dadurch kann; der gerade beim Schäumen kritische Übergang zwischen Düse und Kalibrierungsvorrichtung vermieden werden. Schließlich kann während dem Anfahren einer Extrusionsanlage oder bei Änderungen von Prozessparametern (etwa im Rahmen einer Regelung) die Öffnungsbreite bzw. der Öffnungswinkel eingestellt werden, um so Schaumkörper mit gewünschten Eigenschaften zu erzeugen.
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Es wird eine Schaumextrusionsdüse vorgeschlagen, die Führungsflächen aufweist, welche sich an einen Düsenschlitz anschließen, von denen zumindest eine beweglich ist. Die Enden der Führungsflächen bilden die Öffnung, deren Breite („Öffnungsbreite”) eingestellt werden kann; mit anderen Worten kann der Winkel zwischen den Führungsflächen eingestellt werden. Durch den Abstand zwischen den Flächen wird die Dicke des entstehenden Schaumkörpers (zwischen den Führungsflächen) an der jeweiligen Position definiert. Durch den Abstand zwischen den Enden wird die Dicke des entstehenden Schaumkörpers (nach den Führungsflächen) definiert. Der Abstand zwischen den Enden ist variabel und kann als (veränderlicher) Öffnungswinkel bezeichnet werden.
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Die Schaumextrusionsdüse weist einen Zuführungsabschnitt auf. Dieser endet mit dem Düsenschlitz. Der Düsenschlitz definiert jedoch nicht die Austrittsöffnung der Schaumextrusionsdüse. Vielmehr schließt sich an den Düsenschlitz ein Führungsabschnitt an. Der Führungsabschnitt weist Führungsflächen auf. Diese schließen sich an den Düsenschlitz an. Die Führungsflächen definieren zwei gegenüberliegende Seiten eines Kanals, der an dem Düsenschlitz beginnt. Ein Ende des Kanals wird von dem Düsenschlitz gebildet. Der Kanal ist auf den Seiten der Führungsflächen nicht unterbrochen.
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Die Führungsflächen erstrecken sich von dem Düsenschlitz weg. Mindestens eine der Führungsflächen ist beweglich bzw. verstellbar. Mindestens eine der Führungsflächen hat eine verstellbare Position und/oder Orientierung. Dies bezieht sich nur auf eine der beiden Führungsflächen oder auf beide Führungsflächen. Die Führungsflächen werden von Seiten zweier Führungskörper gebildet. Mindestens einer der Führungskörper ist beweglich bzw. verstellbar gelagert.
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Die Führungsflächen weisen Enden auf. Dies sind insbesondere die beiden Enden der Führungsflächen bzw. der Führungskörper, die von dem Düsenschlitz abgewandt sind. Der Abstand der Enden definiert die Öffnungsbreite bzw. den Öffnungswinkel der Schaumextrusionsdüse. Der Abstand der Enden zueinander kann um einen Faktor von mindestens 5 variiert werden, insbesondere um einen Faktor von mindestens 10, 30, 50 oder 70. Der minimale Abstand kann weniger als 10 mm oder weniger als 5 mm betragen. Der maximale Abstand kann mindestens 50 mm, 100 mm oder 200 mm betragen. Eine Ausführungsform sieht vor, dass der minimale Abstand 2–7 mm, insbesondere 2.5–4 mm beträgt. Der maximale Abstand kann 150–300 mm betragen, insbesondere 220–270 mm. In einem Beispiel beträgt ist der Abstand zwischen 3 mm und 250 mm variierbar. Der Abstand zwischen der Führungsflächen ändert sich in Richtung der Längsachse der Schaumextrusionsdüse vorzugsweise kontinuierlich. Die Führungsflächen sind insbesondere in Richtung der Längsachse gerade. Die Längsachse entspricht vorzugsweise der Förderrichtung der Kunststoffschmelze durch die Schaumextrusionsdüse. Der Kanal verläuft insbesondere entlang der Förderrichtung bzw. entlang der Längsachse.
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Die Führungsflächen sind vorzugsweise um Drehachsen drehbar gelagert. Es kann ein Scharnier oder ein anderes Lager mit einem (einzigen) Freiheitsgrad vorgesehen sein, das einer Drehachse entspricht. Das Scharnier bzw. Lager verbindet einen Führungskörper, der eine Führungsfläche bildet, mit einem Körper, der den Düsenschlitz (bzw. den Zuführungsabschnitt) ausbildet. Es kann ein Scharnier bzw. ein Lager vorgesehen sein, das eine der Führungsflächen bzw. einen der Führungskörper mit einem Körper verbindet, der den Düsenschlitz (bzw. den Zuführungsabschnitt) ausbildet, und es kann ein weiteres Scharnier bzw. Lager vorgesehen sein, das die andere der Führungsflächen bzw. den anderen der (beiden) Führungskörper mit dem Körper verbindet, der den Düsenschlitz (bzw. den Zuführungsabschnitt) ausbildet. Das Scharnier befindet sich an dem Düsenschlitz. Der Abstand der betreffenden Drehachse zu dem Körper, der den Düsenschlitz ausbildet, ist insbesondere geringer als das Dreifache oder das Zweifache des minimalen Abstands zwischen den Enden. Dadurch besteht kein wesentlicher Übergang zwischen dem Düsenschlitz und dem Raum zwischen den Führungsflächen.
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Die Drehachsen befinden sich an einer Seite des Führungsabschnitts, die sich an den Düsenschlitz anschließt. Die Drehachsen können als Teil des Führungsabschnitts angesehen werden, da diese Eigenschaften der Führungsflächen definieren. Die Drehachsen werden von Lagern vorgesehen, die auf einer Komponente bzw. Körper des Führungsabschnitt oder des Zuführungsabschnitt befestigt sind.
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Der Führungsabschnitt führt den entstehenden Schaumkörper mit einstellbarer Dicke. Der Zuführungsabschnitt dient der Zuführung von Kunststoffschmelze zu dem Düsenschlitz. Der Führungsabschnitt fügt sich an den Zuführungsabschnitt an; an der Stelle der Anfügung beginnt die Definition der variablen Dicke, indem die Führungsflächen einen variablen Abstand zueinander (an deren Ende) aufweisen. Die Enden der Führungsflächen, die dem Düsenschlitz abgewandt sind, definieren eine Abgabeseite der Schaumextrusionsdüse. Der Abstand zwischen den Führungsflächen kann an denjenigen Enden der Führungsflächen, welche dem Düsenschlitz zugewandt sind bzw. an diesen anstossen, konstant sein. Dies ist insbesondere bei (in ihrem Abstand zueinander) unveränderlichen Drehachsen der Fall.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Drehachsen quer zu einer Längsachse der Schaumextrusionsdüse verschiebbar sind. Die Drehachsen bzw. die Lager, die diese definieren, können in einer Führung vorgesehen sein, die eine Verschiebung quer zur Längsrichtung der Schaumextrusionsdüse zulässt.
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Die Führungsflächen können ferner entlang einer Längsachse der Schaumextrusionsdüse, quer zu der Längsachse der Schaumextrusionsdüse, oder in beiden Richtungen verschiebbar sein. Es können Führungen vorgesehen sein, mittels denen die Führungsflächen selbst (bzw. die Führungskörper) gegenüber der Längsachse verschiebbar sind.
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Der Zuführungsabschnitt kann einen Querschnitt aufweisen, der an einer Extruderseite eine runde oder ovale Form hat. Die Form des Querschnitts kann zum Düsenschlitz hin in eine Rechteckform übergehen. Die Rechteckform hat insbesondere ein Seitenverhältnis von mindestens 5, 10 oder 20. Die Breite des Düsenschlitzes ist kleiner als die Länge des Düsenschlitzes. Die Breite des Düsenschlitzes kann etwa dem (falls verstellbar: minimalen) Abstand zwischen denjenigen Enden der Führungsflächen entsprechen, welche dem Düsenschlitz zugewandt sind oder kann kleiner als diese sein.
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Die Führungsflächen sind vorzugsweise arretierbar. Insbesondere sind die Lager, Führungen, oder Scharniere arretierbar. Es können Gestänge oder ein Getriebe vorgesehen sein, um die Führungsflächen entfernt von den Führungsflächen selbst zu verstellen. Die Schaumextrusionsdüse kann einen Aktor aufweisen. Dieser ist vorzugsweise eingerichtet, auf die Führungsflächen zu wirken. Beispielsweise können die Gestänge oder Getriebe eine kraftübertragende Verbindung zu dem Aktor darstellen. Der Aktor kann über eine kraftübertragende Verbindung mit der betreffenden Führungsfläche bzw. den betreffenden Führungskörper verbunden sein. Pro Führungsfläche bzw. betreffenden Führungskörper können ein oder zwei kraftübertragende Verbindungen vorgesehen sein, die an unterschiedlichen Stellen der Führungsfläche angreifen. Es kann ein Aktor pro Führungsfläche bzw. Führungskörper vorgesehen sein. Der Aktor bzw. die kraftübertragende Verbindung (insbesondere das Gestänge oder Getriebe) ist eingerichtet, die Position und/oder die Orientierung der Führungsflächen einzustellen, insbesondere den Winkel zwischen den Führungsflächen. Die Führungsflächen sind insbesondere vollständig oder abschnittsweise eben bzw. weisen keinen Sprung auf. Die Führungsflächen dienen der Führung des entstehenden Schaumkörpers. Die Führungsflächen können eine inadhäsive Oberfläche aufweisen, insbesondere eine Oberfläche aus Polyfluorethylen oder einem Material mit einem Gleitreibungskoeffizienten, der nicht mehr als 20%, 25%, 50%, oder 75% des Gleitreibungskoeffizienten von Polyfluorethylen beträgt. Es kann eine Folie vorgesehen sein, die auf dem Führungskörper befestigt ist, welche einen derart geringen Gleitreibungskoeffizienten aufweist, etwa eine Lage aus Polyfluorethylen. Der Führungskörper kann mit Polyfluorethylen oder eine vergleichbaren Material beschichtet sein, wobei die Beschichtung die Führungsflächen ausbildet.
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Die Führungsflächen sind insbesondere glatt ausgestaltet. Insbesondere weisen diese keinen Sprung auf, der quer zur Förderrichtung verläuft bzw. der den Querschnitt in Längsrichtung der Schaumextrusionsdüse sprunghaft ändern würde. Die Führungsflächen können gebogen sein, insbesondere mit einer Biegerichtung senkrecht zur Längsachse und senkrecht zu den Führungsflächen. Die Biegung kann konvex oder konkav sein. Die Biegung kann nur einen Abschnitt der Führungsflächen betreffen (in Längsrichtung gesehen), während außerhalb des oder der gebogenen Abschnitte die Führungsflächen entlang der Längsrichtung nicht gebogen sind.
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Die Führungsflächen können (jeweils oder nur eine der beiden) von einem Führungskörper vorgesehen sein, der zumindest einen Abschnitt aufweist, der entnehmbar ist. Der Führungskörper kann eine Halterung und Abschnitte aufweisen, die Abschnitte der betreffenden Führungsfläche bilden, welche auswechselbar bzw. entnehmbar sind. Zumindest ein Abschnitt des Führungskörpers kann austauschbar sein. Die Halterung ist beweglich, so dass die Führungsfläche gebildet von Abschnitten des Führungskörpers, die an der Halterung zumindest teilweise entnehmbar befestigt sind, beweglich ist. Es kann auch die gesamte Führungsfläche entnehmbar sein, wobei ein Einsatz die Führungsfläche bildet und der Einsatz in der Halterung entnehmbar bzw. austauschbar befestigt ist. Das Vorangehende kann für nur eine oder für beide Führungsflächen gelten.
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Die Führungsflächen können in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse der Schaumextrusionsdüse eine gerade Linie bilden, eine gebogene Linie bilden, kontinuierlich verlaufen (d. h. ohne Sprünge) oder zumindest einen Knick oder Sprung aufweisen. Insbesondere kann die Führungsfläche von einem Profil gebildet werden, etwa um profilierte Schaumprodukte erzeugen zu können. Während der Querschnitt zwischen den Führungsflächen oder die Führungsflächen selbst entlang der Längsachse vorzugsweise keine Sprünge aufweist bzw. aufweisen, kann senkrecht zur Längsachse (und entlang der Führungsflächen) der Querschnitt mit mindestens einem Knick, Sprung, Winkel und/oder mit einer Biegung oder Kurve ausgestaltet sein.
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Die Führungsflächen können temperierbar sein. Die Schaumextrusionsdüse kann mindestens ein Heizungselement aufweist, das wärmeübertragend mit den Führungsflächen verbunden ist, etwa ein Heizungselement oder ein Wärmemediumkanal in den Führungsflächen. Das Heizungselement ist insbesondere ein elektrisches Heizungselement.
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Ferner wird eine Schaumextrusionsanlage mit der hier erwähnten Schaumextrusionsdüse beschrieben. Die Schaumextrusionsanlage weist einen Extruder auf. An diesen schließt sich die Schaumextrusionsdüse direkt an, oder schließ sich über einen Schmelzefilter und/oder über eine Schmelzepumpe an.
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Ferner wird ein Verfahren zu Herstellung eines Schaumkörpers beschrieben. Das Verfahren verwendet die hier beschriebene Schaumextrusionsdüse. Es wird mit Treibmittel versetzte Kunststoffschmelze durch die Schaumextrusionsdüse geführt. Die Kunststoffschmelze schäumt beim Durchtritt durch die Düse auf. Nach dem Durchtritt durch die Schaumextrusionsdüse verfestigt sich die aufgeschäumte Kunststoffschmelze. Der Schaumkörper wird in Form der aufgeschäumten und verfestigten Kunststoffschmelze gelagert, ohne dass nach Austritt aus den Führungsflächen bis zur Lagerung eine Warmverformung des Schaumkörpers ausgeführt wird. Eine Warmverformung ist eine plastische Verformung, während der Schaum eine Temperatur in der Nähe des Schmelzpunktes aufweist.
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Die 1 dient zur Erläuterung der hier beschriebenen Schaumextrusionsdüse. Die Schaumextrusionsdüse SD der 1 weist einen Zuführungsabschnitt ZA auf, der mit einem Düsenschlitz DS endet. Am dem Düsenschlitz DS entgegengesetzten Ende befindet sich eine Extruderseite ES. Die Extruderseite ES ist eingerichtet an den Anschluss an einen Extruder (nicht dargestellt).
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Die Schaumextrusionsdüse SD weist einen Führungsabschnitt FA auf, der sich an den Düsenschlitz DS anschließt. Der Führungsabschnitt FA weist Führungsflächen F1, F2 auf. Diese schließen sich an den Düsenschlitz DS bzw. an den Zuführungsabschnitt ZA an, insbesondere unmittelbar. Die Führungsflächen F1, F2 erstrecken sich von dem Düsenschlitz DS weg. Die Führungsflächen F1, F2 sind beweglich, indem die um die Drehachsen D1, D2 drehbar sind (in einem Winkelbereich von beispielsweise 0°–20°). Es kann auch nur eine der Führungsflächen drehbar sein und eine Drehachse aufweise, wobei die andere starr befestigt ist. Allgemein kann der Winkelbereich zwischen den Führungsflächen von –5°–30° beweglich sein oder von 0°–40° oder von 0°–20° oder 0°–30°. Die Führungsflächen F1, F2 sind entlang der Richtungen R2, R2' drehbar beweglich, so dass die Enden E1, E2 zueinander bewegt werden können und voneinander weg bewegt werden können.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Drehachsen D1, D2 der Führungsflächen F1, F2 translational zueinander bzw. voneinander weg bewegt werden können. Diese Möglichkeit ist mit der Richtung R1 dargestellt. Es kann eine Führung vorgesehen sein, die diese Bewegungsrichtung ermöglicht. An dieser Führung sind Drehlager arretierbar befestigt, welche die Drehbewegung D2, D2' ermöglichen. Die Führungen bzw. die Richtung R1 ist quer, insbesondere senkrecht zur Längsachse L. Die Drehachsen D1, D2 sind parallel zueinander. Vorzugsweise liegt die Mitte des Düsenschlitzes in der Mitte zwischen den Drehachsen D1, D2. Insbesondere sind die Drehachsen zu beiden Seiten der Längsachse L um den gleichen Abstand von dieser beabstandet.
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Der Abstand zwischen den Enden E1, E2 der Führungsflächen F1, F2 an einer Ausgabeseite AS kann beispielsweise zwischen 3 mm und 250 mm variiert werden durch Änderung der Stellung der Führungsflächen F1, F2. Die Enden E1, E2 bzw. die Ausgabeseite AS sind bzw. ist der Extruderseite ES entgegengesetzt. Die Enden E1, E2 können einen Abstand D zueinander aufweisen, der der um einen Faktor von mindestens 5 variiert werden kann. Die Führungsflächen können allgemein eingerichtet sein, einen Abstand aufzuweisen, der wie hier beschrieben veränderlich ist. Die Führungsflächen F1, F2 können unterschiedlich zu der Längsachse L der Schaumextrusionsdüse SD ausgerichtet bzw. abgewinkelt sein. Der Zuführungsabschnitt weist in der Ebene Q1 einen runden Querschnitt auf. In der Ebene Q2, die entlang der Längsachse L auf die Ebene Q2 folgt, hat der Zuführungsabschnitt ZA einen rechteckigen Querschnitt. Die hier erwähnten Querschnitte beziehen sich auf einen Kanal, der sich durch die Zuführungsabschnitt ZA hindurch entlang der Längsachse L durch die Schaumextrusionsdüse SD hindurch erstreckt.
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Ein Heizungselement H ist wärmeübertragend mit den Führungsflächen verbunden bzw. mit den Führungskörpern, die die Führungsflächen bilden. Innenseiten der Führungskörpern bilden die Führungsflächen F1, F2. Die Längsachse verläuft von der Extruderseite zur Abgabeseite der Schaumextrusionsdüse SD. Da die Schaumextrusionsdüse SD nicht nur einen Düsenschlitz sondern auch sich daran anschließende Führungsflächen aufweist, kann diese auch als Schaumextrusionsdüseneinheit bezeichnet werden.
