DE102020114448A1

DE102020114448A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines extrudierten produkts

Info

Publication number: DE102020114448A1
Application number: DE102020114448.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2020-12-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines extrudierten Produkts, insbesondere eines Kunststoffprofils, bei dem ein Material, aus dem das Produkt gebildet wird, zu einer Schmelze plastifiziert wird, die Schmelze zum Bilden des Produkts durch ein Extrusionswerkzeug gedrückt wird, wobei das Extrusionswerkzeug zum Formen eines Hohlraums des Produkts mindestens einen Kern aufweist, und das Produkt zum weiteren Formen durch ein Kalibrierungswerkzeug gedrückt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kern relativ zu dem Extrusionswerkzeug entlang einer Vorschubrichtung des Produkts hin- und herbewegt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Herstellen eines extrudierten Produkts.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Gesichtspunkt ein Verfahren zum Herstellen eines extrudierten Produkts, insbesondere eines Kunststoffprofils, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In einem zweiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines extrudierten Produkts, insbesondere eines Kunststoffprofils, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung sind beispielsweise beschrieben in EP2436501B1 .
Bei einem gattungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines extrudierten Produkts, insbesondere eines Kunststoffprofils, werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt: ein Material, aus dem das Produkts gebildet wird, wird zu einer Schmelze plastifiziert, die Schmelze wird zum Bilden des Profils durch ein Extrusionswerkzeug gedrückt, wobei das Extrusionswerkzeug zum Formen eines Hohlraums des Produkts mindestens einen Kern aufweist, und das Produkt wird zum weiteren Formen durch ein Kalibrierungswerkzeug gedrückt.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen eines extrudierten Produkts, insbesondere eines Kunststoffprofils, beinhaltet folgende Komponenten: eine Plastifiziereinheit zum Bereitstellen des Materials, aus dem das Produkt gebildet wird, insbesondere als Schmelze, ein Extrusionswerkzeug zum Formen des Produkts, wobei das Extrusionswerkzeug zum Formen eines Hohlraums des Produkts mindestens einen, insbesondere länglichen, Kern aufweist, und ein Kalibrierungswerkzeug zum weiteren Formen des Produkts.
Für die Herstellung von Produkten durch Extrusion, insbesondere von Kunststoffprofilen, stehen vielerlei Verfahren zur Verfügung. Je nach Anforderung werden ganz unterschiedliche Verfahren eingesetzt. Zu nennen sind vor allem (siehe z.B. Michaeli, Walter: Extrusionswerkzeuge für Kunststoffe und Kautschuk, München, Wien, Hanser, 1991; Verein Deutscher Ingenieure (Hrsg.): Extrusionswerkzeuge, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1993):

• die freie Extrusion (keine Kalibrierung, lediglich Düsenextrusion) für ganz einfache Querschnitte;
• die Extrusion mit Vakuumkalibrierung;
• die Extrusion mit Innendruckkalibrierung;
• die Extrusion mit fest angeschlossener Kalibrierung (Kühldüsenverfahren);
• die Rammextrusionsverfahren für hochviskose Stoffe und
• die Pultrusion mit langen Verstärkungsfasern und meist duroplastischen Bindersystem en.

Jedes der genannten Verfahren wird für bestimmte Einsatzzwecke verwendet. Sehr präzise Profile können mit dem Kühldüsenverfahren hergestellt werden. Dieses Verfahren ist beispielsweise in EP2436501B1 in den Absätzen [0016] bis [0026] im Zusammenhang mit 14 beschrieben. Bei dem Kühldüsenverfahren wird ein Werkzeug eingesetzt, das aus zwei Teilbereichen besteht: Einem heißen Teil, in dem die Schmelze verteilt wird, und einem kalten Teil, in dem die Schmelze abgekühlt wird. Die plastifizierte Kunststoffschmelze tritt auf der heißen Seite in das Kühldüsenwerkzeug ein, wird dort der Form des Fertigprodukts entsprechend verteilt, geht weiter in den kalten Bereich und verlässt anschließend das Werkzeug als fertig ausgeformter Festkörper. In den genannten Absätzen von EP2436501B1 sind weitere Details hierzu beschrieben.
Die im Kühldüsenverfahren verwendeten Werkzeuge und die zugrundeliegende Technologie scheinen zwar auf den ersten Blick einfach zu sein. Es gibt hier jedoch technologische Komplikationen, die auch der Grund dafür sind, warum dieses Verfahren hauptsächlich für die Herstellung von Vollstäben verwendet wird und in der Extrusionstechnik ein Nischendasein führt. Ein wichtiges Problem beim Kühldüsenverfahren ist die Auslegung und Regelung des Betriebspunkts der Extrusionsanlage. Insbesondere die Festlegung und die Regelung des Schmelzedrucks ist eine Schwierigkeit bei diesem Verfahren. Einerseits wird ein genügend hoher Extrusionsdruck benötigt,

• damit ein Entstehen von Vakuolen (Lufteinschlüsse, Blasen) durch die thermische Schwindung des erstarrenden Polymers verhindert wird,
• damit die Fließwiderstände zur Füllung der Düse überwunden werden und
• damit das Produkt richtig ausgeformt wird.

Andererseits behindern steigende Schmelzedrücke die Profilbewegung in der Abkühlstrecke. Diese Drücke führen im Kalibrierteil der Düse zu entsprechend hohen Normal- und damit Reibungskräften zwischen Werkzeug und Extrudat. Dieses führt zu einem erhöhten Aufwand in der Werkzeuggestaltung und für Einrichtungen zum Steuern und Regeln einer derartigen Extrusionsanlage. Für die Steuerung und Regelung kommt es darauf an, dass genau der Betriebsdruck gehalten wird, der einerseits ausreicht, um zur gewünschten Ausformung des Produkts zu gelangen, der aber dennoch die Profilbewegung, d.h. die Gleitbewegung in der Kalibrierung, nicht zu sehr behindert.
Eine Verbesserung in dieser Problemstellung findet sich in EP2436501 B1 . Dort ist ein periodisch ablaufender Prozess beschrieben, bei dem der Massedruck zeitlich variiert wird. Vereinfacht dargestellt, kann man hier von einer Prozessführung mit zwei Druckniveaus, einem Profilvorschubdruckniveau und einem Ausformdruckniveau, sprechen. Der Profilvorschub findet bei einem Druck statt, bei dem sich die vom Massedruck verursachte Klemmwirkung nicht störend auf den Vorschubprozess auswirkt. Die Füllung der Kühldüse und damit die Profilausformung und die Volumenergänzung zur Kompensation des Volumenverlusts durch die thermische Schwindung des erstarrenden Polymers findet dagegen beim höheren Ausformdruckniveau statt. Der Wechsel zwischen diesen beiden Schmelzedruckniveaus und den unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten findet periodisch mit einer Frequenz von einigen Hertz statt. Dieser Prozess lässt sich gut steuern, weil beide Druckniveaus leicht unabhängig voneinander beeinflussbar sind. Eine Gratwanderung zwischen einem Zuviel und Zuwenig beim Massedruck wie beim klassischen Kühldüsenverfahren ist hier nicht notwendig.
Das in EP2436501B1 beschriebene Verfahren ermöglicht nun zwar, die vom Massedruck verursachte Klemmwirkung des Profils in der Kühldüse zu reduzieren. Zusätzliche Klemmwirkungen aber, die wesentlich von der Volumenkontraktion der Schmelze verursacht werden, d.h. durch das sogenannte Aufschwinden oder Aufschrumpfen eines Produkts auf Konturen, die Hinterschneidungen aufweisen (z.B. sogenannte Hämmer und Kerne), lassen sich mit diesem Verfahren nicht reduzieren. Diese Klemmwirkungen wirken vielmehr auch beim niedrigeren Vorschubdruckniveau. Diese Kontraktion des Produkts bei der Verfestigung des Materials ist in 1 am Beispiel eines C-Profils veranschaulicht. Das C-Profil kontrahiert in Richtung der in 1 eingezeichneten Pfeile.
Die durch das Aufschwinden des Materials beim Abkühlen entstehenden Normal- und Reibungskräfte können sehr große Werte annehmen. 2 veranschaulicht am Beispiel des C-Profils der 1 die in Richtung der Pfeile, also in Richtung des Hohlraums, wirkenden Kräfte. Um eine Bewegung des Produkts überhaupt zu erreichen, müssen meist erhebliche Zugkräfte mit Hilfe einer Abzugseinrichtung angewendet werden. Die Möglichkeit der Anwendung von Abzugskräften zur Überwindung dieser Reibungskräfte ist jedoch begrenzt. Zum einen sind die hergestellten Produkte an sich nur beschränkt belastbar. Zu hohe Kräfte führen dadurch zu Beschädigungen der Produkte durch Dehnung. Auch können die von der Abzugsvorrichtung selbst angewendeten Anpresskräfte Verformungen und Beschädigungen der hergestellten Produkte bewirken. Ein weiterer Effekt, der sich in diesem Zusammenhang nachteilig auswirkt, ist, dass die Abzugskräfte durch die von ihnen verursachte Querkontraktion der Produkte die Reibungskräfte noch weiter verstärken. Dieser Effekt wird beispielsweise bei sogenannten Extensionshülsen ausgenutzt. Im Zusammenhang der Extrusion verschlimmern hohe Abzugskräfte aber das Reibungsproblem.
Dieses erschwert die Produktion. Bei kurzen Kühlstrecken und kurzen Kernen und Hinterschneidungen ist der Produktionsprozess reibungsbedingt zwar leichter zu betreiben als bei längeren Strecken. Insgesamt führen diese Umstände aber zu vergleichsweise geringen Produktionsgeschwindigkeiten und hohen Produktionskosten.
Als eine Aufgabe der Erfindung kann angesehen werden, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine besonders präzise Herstellung von extrudierten Produkten mit Hohlräumen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens und bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im Folgenden, insbesondere mit Bezug auf die abhängigen Ansprüche und die Figuren erläutert.
Das Verfahren der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass der Kern relativ zu dem Extrusionswerkzeug entlang einer Vorschubrichtung des Produkts hin- und herbewegt wird.
Die Vorrichtung der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass der Kern mindestens entlang einer Vorschubrichtung des Produkts hin und her beweglich ist und dass zum Bewegen des Kerns hin und her entlang der Vorschubrichtung ein mechanischer Aktor vorhanden ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhafterweise dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Als ein wesentlicher Gedanke der Erfindung kann angesehen werden, bei dem Formwerkzeug mindestens einen beweglichen Kern zu verwenden, der mit einem mechanischen Aktor in einer Extrusionsrichtung oder Vorschubrichtung hin- und her bewegt werden kann.
Die Begriffe Extrusionsrichtung und Vorschubrichtung werden in dieser Beschreibung synonym verwendet.
Mit einer Bewegung hin und her entlang der Vorschubrichtung ist gemeint, dass der Kern im wesentlichen in der Vorschubrichtung oder entgegen der Vorschubrichtung bewegt wird. Diese Bewegungsrichtung ist nicht notwendigerweise axial oder genau parallel zur Vorschubrichtung.
Der Kern kann dann in zweierlei Weise vorteilhaft zum Einsatz kommen. Einerseits kann das durch Schrumpfen des Materials auf dem Kern klemmende Produkt beim Zurückziehen (Ziehen entgegen der Extrusionsrichtung) von dem Kern abgestreift werden. Andererseits wird das auf dem Kern klemmende Produkt in Extrusionsrichtung mitgenommen oder gedrückt, wenn der Kern in dieser Richtung bewegt oder gedrückt wird.
Wesentlich ist also bei der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik, dass nicht nur die Reibungskraft an Kernen und Hinterschneidungen durch das Kräftepaar bestehend aus Abzugskraft und Vortriebskraft durch Schmelzedruck überwunden wird, sondern dass zusätzlich durch den mindestens einen Kern eine Schubkraft aufgebracht wird.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch bislang nicht herstellbare allseits kalibrierte, also sowohl von innen als auch von außen definiert gebildete, Profilquerschnittsformen hergestellt werden. Damit kann beispielsweise das Kühldüsenverfahren auch für Produkte mit Hohlräumen, insbesondere für Hohlprofile, prozesssicher gestaltet werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass auch Werkstoffe, die bisher wegen ungünstigen rheologischen, mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften nicht oder nur eingeschränkt zum Einsatz kommen können, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Produkten und Profilen verarbeitet werden können.
Als Produkt wird für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gegenstand verstanden, der aus dem zur Schmelze plastifizierten Material zunächst in dem Extrusionswerkzeug und danach in dem Kalibrierungswerkzeug (darin unter fortschreitendem Verfestigen und Aushärten des Materials) geformt wird.
Bei dem Produkt kann es sich insbesondere um ein Profil handeln. Darunter wird im engeren Sinn ein langgestreckter Gegenstand verstanden, der unabhängig von der Längenkoordinate überall dieselbe Querschnittsfläche aufweist. Die Begriffe Produkt und Profil werden aber in dieser Beschreibung teilweise synonym verwendet. Insbesondere werden auch Produkte als Profile bezeichnet, die Hinterschneidungen aufweisen, sodass der Querschnitt nicht überall derselbe ist.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass im Prinzip sehr verschiedenartige Materialien für die Bildung der Produkte zum Einsatz kommen können.
An erster Stelle ist zwar daran gedacht, thermoplastische Materialien für die Bildung der Produkte zu verwenden. Prinzipiell können aber auch duroplastische Materialien zum Einsatz kommen. Dabei müssen die Prozesse im Hinblick auf Druck und Temperatur entsprechend angepasst werden. Insbesondere wird man das Kalibrierungswerkzeug zum Aushärten des Materials in der Regel beheizen müssen.
Grundsätzlich ist aber auch möglich, Metalle, beispielsweise Zink, zum Bilden der Produkte zu verwenden.
Mit dem Begriff des mechanischen Aktors wird eine Einrichtung bezeichnet, welche in der Lage ist, die für das erfindungsgemäße Verfahren notwendige Hin- und Herbewegung des mindestens einen Kerns entlang der Extrusionsrichtung zu bewerkstelligen. Ein solcher mechanische Aktor wird einen begrenzten mechanischen Hub aufweisen, d. h. der Kern kann nur um eine bestimmte maximale Wegstrecke in die Extrusionsrichtung und entgegen der Extrusionsrichtung bewegt werden.
Für solche mechanische Aktoren können prinzipiell bekannte Komponenten zum Einsatz kommen. Grundsätzlich können hydraulische Antriebe verwendet werden. Besonders bevorzugt werden aber wegen deren Schnelligkeit und Präzision elektromechanische Antriebe eingesetzt.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kern periodisch hin- und herbewegt. Das Produkt kann so besonders effektiv in Extrusionsrichtung bewegt werden.
Besonders zweckmäßig ist dabei, wenn ein Druck der Schmelze, insbesondere oszillierend oder insbesondere periodisch, variiert wird.
Vorteilhafterweise wird der Kern dann abgestimmt mit dem variierendem Druck der Schmelze hin- und herbewegt, das kann insbesondere bedeuten, dass eine Periode, mit welcher der Kern hin- und herbewegt wird, dieselbe ist, mit der auch der Druck der Schmelze variiert wird.
Im Hinblick auf die Vorrichtung ist in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass die Plastifiziereinheit eine Druckvariationseinrichtung zur Variation eines an einer Eingangsseite des Extrusionswerkzeugs anstehenden Drucks der Schmelze aufweist. Wie solch eine Druckvariationseinrichtung im Einzelnen verwirklicht werden kann, ist in zahlreichen Beispielen in EP2436501B1 beschrieben, siehe dort die 1 bis 4 und 9 bis 11, und deren Beschreibung. Auf diese Passagen der EP2436501B1 wird insoweit Bezug genommen und sie sollen zum Inhalt dieser Anmeldung gehören.
Betreffend die Vorrichtung ist zweckmäßig eine Steuer- und Regeleinheit vorhanden, die eingerichtet ist zum aufeinander abgestimmten Ansteuern mindestens der Druckvariationseinrichtung und des mechanischen Aktors.
Im Hinblick auf eine Amplitude der oszillatorischen oder periodischen Bewegung des Kerns bestehen keine prinzipiellen Beschränkungen. Versuche haben gezeigt, dass man im Hinblick auf die Geschwindigkeit des Produktvorschubs besonders gute Ergebnisse erreicht, wenn eine mittlere Amplitude beim Hin- und Herbewegen des Kerns kleiner ist als zehn Millimeter.
Zum Messen einer relativen Ortsposition des Kerns ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt eine Messeinrichtung zum Messen einer Linearverschiebung des Kerns vorhanden.
Grundsätzlich wird die vorliegende Erfindung verwirklicht, wenn mindestens ein Kern vorhanden ist, von dem das Produkt einerseits beim Herausziehen des Kerns abgestreift wird und der das Produkt andererseits beim Hineindrücken in das Extrusionswerkzeug in Extrusionsrichtung mitnimmt oder drückt. Das bedeutet, dass ein Ziehen an dem Produkt nicht zwingend erforderlich ist. Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Produkt aber, insbesondere abgestimmt mit dem variierendem Druck der Schmelze, in Vorschubrichtung abgezogen.
Hierzu ist bei der Vorrichtung zweckmäßig eine Abzugseinrichtung zum Bewegen des Produkts entlang der Vorschubrichtung vorhanden.
Zum Zurückhalten des Produkts bei einer Bewegung des Kerns entgegen der Vorschubrichtung ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft eine Rückhalteplatte vorhanden.
Die Steuer- und Regeleinheit kann außerdem vorteilhaft eingerichtet sein zum Ansteuern der Abzugseinrichtung abgestimmt mit der Ansteuerung der Druckvariationseinrichtung und des mechanischen Aktors. Zum Regeln kann beispielsweise eine Abzugsgeschwindigkeit des Produkts und/oder eine Zufuhrgeschwindigkeit des Materials, zum Beispiel über eine Drehzahl einer Extruderschnecke der Plastifiziereinheit, verwendet werden.
Das Produkt, also das langgestreckte Formteil, kann in verschiedenen gekoppelten Formgebungs- und Wärmeübertragungsschritten hergestellt werden. Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein Zyklus der Bewegung des Produkts mindestens folgende Schritte auf, die sich insbesondere teilweise überlappen können:

• in einem ersten Schritt wird der Druck der Schmelze reduziert, um eine Bewegung des Kerns zu ermöglichen;
• in einem zweiten Schritt wird der Kern um eine bestimmte Strecke rückwärts entgegen der Vorschubrichtung bewegt;
• in einem dritten Schritt wird der Kern um eine bestimmte Strecke vorwärts in der Vorschubrichtung bewegt und nimmt dabei das auf dem Kern klemmende Produkt in Vorschubrichtung mit; und
• in einem vierten Schritt wird der Druck der Schmelze erhöht und aufgrund der Bewegung des Produkts in Vorschubrichtung frei werdendes Volumen wird mit Schmelze aufgefüllt.

Die Bewegung rückwärts kann dabei als Ziehen und die Bewegung vorwärts als Drükken bezeichnet werden.
Die Steuereinrichtung der Vorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, mindestens die Plastifiziereinheit und den mechanischen Aktor zur sequenziellen und periodischen Durchführung des ersten bis vierten Schritts anzusteuern.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere in einem geschlossenen Regelkreis betrieben werden. Bevorzugt kann die Steuer- und Regeleinheit Istwerte des Drucks der Schmelze p, der Abzugsgeschwindigkeit v und/oder der Bewegung des Kerns d(t) eines aktuellen Zyklus und/oder vergangenen Zyklen verwenden, um Sollwerte für diese Größen für den nachfolgenden Zyklus oder nachfolgende Zyklen zu berechnen. d(t) bezeichnet dabei die Lage d des Kerns zum Zeitpunkt t.
Besonders bevorzugt werden die Sollwerte für den Druck der Schmelze p, die Bewegung des Kerns d(t) und/oder die Abzugsgeschwindigkeit v aufgrund der Istwerte des Drucks p, der Abzugsgeschwindigkeit v und oder der Bewegung des Kerns d(t) des aktuellen Zyklus berechnet.
Bei einer vergleichsweise einfachen Variante wird ein Vorschubweg für den Kern im nächsten Zyklus eingestellt in Abhängigkeit eines Maximaldrucks p des Materials P
So kann ein zuverlässiger Extrusionbetrieb verwirklicht werden, weil unzulässig hohe Drücke, die ein Klemmen bewirken könnten, regelungstechnisch vermieden werden und dennoch ein ausreichend hohes Druckniveau, das für die Ausformung des extrudierten Produkts günstig ist, erreicht werden kann.
Besonders bevorzugt erfolgt eine Bewegung des Produkts in der Vorschubrichtung bei einem Druck der Schmelze, der kleiner ist als ein über mehrere Zyklen gemittelter Druck der Schmelze.
Ein Hauptanwendungsfall für die Erfindung wird die Herstellung von Produkten sein, bei denen der Kern oder die Kerne im Wesentlichen eine Zylinderform aufweist oder aufweisen, wobei die Grundfläche des Zylinders dann im Wesentlichen dem Querschnitt des Hohlraums des Produkts entspricht. Der Hohlraum muss dabei, wie beispielsweise bei einem C-Profil, nicht notwendigerweise vollständig von dem Profil umschlossen sein.
Prinzipiell ist es aber auch möglich, Produkte mit Hinterschneidungen, beispielsweise mit Gewinden herzustellen. Hierzu können Kerne verwendet werden, die entsprechende Außenprofilierungen aufweisen.
Im Hinblick auf die Vorrichtung sind dabei Ausführungsbeispiele bevorzugt, bei denen der Kern zum Herstellen eines Produkts mit Hinterschneidungen, insbesondere mit einem Gewinde, eine Außenprofilierung aufweist und wobei der Kern mithilfe des mechanischen Aktors um eine zur Vorschubrichtung parallele Achse drehbar ist.
Auch das Einarbeiten oder Einbetten von Zusatzelementen, beispielsweise Armierungen wie etwa Glasfaserverstärkungen, in das Produkt ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich. Wie so etwas durchgeführt werden kann, ist beispielsweise in EP2436501B1 im Zusammenhang mit 12 beschrieben, auf welche insoweit verwiesen wird und die zusammen mit der zugehörigen Beschreibung zum Inhalt dieser Anmeldung gehören soll.
In einer einfachen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann für den mindestens einen Kern ein Stab aus einem Vollmaterial verwendet werden. Besonders bevorzugt sind aber bei dem mindestens einen Kern Einrichtungen zum Wärmetausch vorhanden, insbesondere kann der Kern einen Hohlraum, beispielsweise eine Bohrung, aufweisen zur Aufnahme eines Temperiermediums, beispielsweise Wasser. Bei diesen Ausführungsbeispielen wird der Vorteil erreicht, dass der Schmelze auch über den Kern oder die Kerne thermische Energie entzogen werden kann.
Ein Haften des Materials auf dem Kern und damit Reibungskräfte können reduziert werden, wenn eine Oberfläche des mindestens einen Kerns mit einer Strukturierung versehen ist. Besonders deutliche Reduzierungen der Reibungskräfte können erreicht werden, wenn der Kern oder die Kerne eine Strukturierung in der Art einer kugelgestrahlten (shot peening) Oberfläche, einer sägezahnartigen Strukturierung oder eine Struktur in der Art einer Haifischhaut aufweist oder aufweisen.
Um kompliziertere Formen herzustellen, ist es auch möglich, dass der mindestens eine Kern zum Herstellen von Produkten mit Innenkonturierungen eine variierbare Form aufweist. Beispielsweise können sogenannte Faltkerne zum Einsatz kommen.
Schließlich ist es auch möglich, dass der mindestens eine Kern mit einer Materialzuführungseinheit ausgestattet ist zum Einbringen von zusätzlichem Material an oder in das Produkt. Beispielsweise können vorhandene Hohlräume in dem Produkt dann mit einem gewünschten anderen Material verfüllt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert. Darin zeigt

1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des beim Erstarren eines Hohlprofils auftretenden Schwindens oder Schrumpfens;
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der infolge des Schwindens oder Schrumpfens des Hohlprofils auftretenden Kräfte; und
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Das in 3 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zum Herstellen eines extrudierten Produkts 10 weist als wesentliche Komponenten zunächst eine Plastifiziereinheit 20, ein Extrusionswerkzeug 30 mit einem beweglichen Kern 50 und ein Kalibrierungswerkzeug 40 auf. In dem in 3 gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Produkt 10 um ein dickwandiges Rohr mit einem Hohlraum 12.
Die Plastifiziereinheit 20 dient zum Bereitstellen des Materials, aus dem das Produkt 10 gebildet wird, insbesondere als Schmelze 32. In dem in 3 gezeigten Beispiel wird das Material als Schmelze 32 über einen Zuführungskanal 22 zu dem Extrusionswerkzeug 30 geleitet. Als wesentliche Komponente beinhaltet die Plastifiziereinheit 20 weiterhin eine Extruderschnecke 24 mit einem Drehantrieb 26. Im Beispiel der 3 ist außerdem von Bedeutung, dass die Plastifiziereinheit 20 eine Druckvariationseinrichtung zur Variation eines an einer Eingangsseite des Extrusionswerkzeugs 30 anstehenden Drucks p der Schmelze 32 aufweist. In dem in 3 dargestellten Beispiel ist die Druckvariationseinrichtung verwirklicht durch eine Einrichtung 27 zum Herausziehen der Extruderschnecke 24 (Absenken des Drucks p) sowie eine Einrichtung 29 zum Hineindrücken der Extruderschnecke 24 (Steigern des Drucks p). Grundsätzlich ist auch möglich, dass zum Variieren des Drucks p des Materials alternativ oder ergänzend eine Drehzahl der Extrusionsschnecke 24 in dem Extrusionszylinder verändert wird (über eine Variation der Ansteuerung des Drehantriebs 26). Die Druckvariationseinrichtung kann dabei gemäß einem der in EP2436501B1 beschriebenen Ausführungsbeispiele gestaltet sein. Bei der in 3 schematisch gezeigten Variante ist die Druckvariationseinrichtung im Wesentlichen so gestaltet wie in 11 von EP2436501B1 .
Die Formgebung wird erreicht durch das Drücken der Schmelze 32 durch das Extrusionswerkzeug 30.
Zum Formen des Hohlraums 12 des Produkts 10 weist das Extrusionswerkzeug 30 erfindungsgemäß mindestens einen, insbesondere länglichen, Kern 50 auf. In der in 3 gezeigten Variante, weist der Kern 50 innere Bohrungen auf, durch welche ein Temperiermedium, beispielsweise Wasser, durch den Kern 50 geleitet werden kann. Zum Zuführen des Temperiermediums sind Zuführungen 52 vorhanden. Zum Zurückhalten des Produkts 10 bei einer Bewegung des Kerns 50 entgegen der Vorschubrichtung 72 ist im Beispiel der 3 eine Rückhalteplatte 54 vorhanden.
Nach Durchtritt durch das Extrusionswerkzeug 30 gelangt das Material zu dem Kalibrierungswerkzeug 40, welches dem weiteren Formen des Produkts 10 dient. Das Kalibrierungswerkzeug 40 wird auch kurz nur als Kalibrierung bezeichnet. Das Kalibrierungswerkzeug 40 kann ebenfalls von einem Temperiermedium durchströmt werden, welches über Zuführungen 42 zu- und abgeleitet werden kann. Für den Fall, dass duroplastische Materialien verarbeitet werden sollen, kann das Kalibrierungswerkzeug 40 auch beheizbar gestaltet sein.
Erfindungsgemäß ist der Kern 50 mindestens entlang einer Vorschubrichtung 72 des Produkts 10 hin und her beweglich. Zum Bewegen des Kerns 10 hin und her entlang der Vorschubrichtung 72 ist ein mechanischer Aktor 60 vorhanden. In dem in 3 gezeigten Beispiel ist der mechanische Aktor 60 durch einen elektromechanischen Linearantrieb 68 gebildet. Die statischen Teile des Aktors 60 sind mit dem Bezugszeichen 62 und die beweglichen (in Richtungen parallel und entgegengesetzt parallel zur Vorschubrichtung 72) Teile sind mit dem Bezugszeichen 64 gekennzeichnet. Zum Messen eines Verschiebewegs d, also einer Position der statischen Teile 62 relativ zu den beweglichen Teilen 64 ist eine Messeinrichtung 66 vorhanden. Dabei kann es sich beispielsweise um einen optischen Sensor handeln, der eine Verschiebung der beweglichen Teile 64 relativ zu den statischen Teilen 62 misst.
Zum Bewegen des Produkts 10, insbesondere zum Ziehen oder Abziehen des Produkts 10, entlang der Vorschubrichtung 72 ist eine Abzugseinrichtung 70 vorhanden.
Zum aufeinander abgestimmten Ansteuern der Druckvariationseinrichtung der Plastifiziereinheit 20 und des mechanischen Aktors ist eine Steuer- und Regeleinheit 90 vorhanden. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel steuert die Steuer- und Regeleinheit 90 die Druckvariationseinrichtung (Einrichtung 27 zum Herausziehen der Extruderschnecke 24 und Einrichtung 29 zum Hineindrücken der Extruderschnecke; grundsätzlich ist auch möglich, dass zum Variieren des Drucks p des Materials alternativ oder ergänzend eine Drehzahl der Extrusionsschnecke 24 in dem Extrusionszylinder verändert wird.) dergestalt an, dass das Material mit einem bestimmten Druck p über die Zuführung 22 in das Extrusionswerkzeug 30 gedrückt wird. Eine Messung des Drucks p der Schmelze 32 kann dabei über den Sensor oder Druckmessumformer 34 erfolgen, dessen Messwerte der Steuerung 90 zugeführt werden. Außerdem steuert die Steuer- und Regeleinheit 90 den Aktor 60 so an, dass die statischen Komponenten 62 relativ zu den beweglichen Komponenten 64 um einen bestimmten Versatz d zueinander verschoben sind.
Wichtig für die definierte Prozessführung ist, dass die Steuer- und Regeleinheit 90 die notwendigen Steuerungen und Regelungen hinreichend schnell vornehmen kann und das auch die Druckvariationseinrichtung der Plastifiziereinheit 20, der Aktor 60 für den Kern 50 und die Abzugseinheit 70 hinreichend schnell die jeweiligen an Steuerbefehle umsetzen können.
Darüber hinaus ist im Beispiel der 3 die Steuer- und Regeleinheit 90 eingerichtet zum Ansteuern der Abzugseinrichtung 70 abgestimmt mit der Ansteuerung der Druckvariationseinrichtung 22 und des mechanischen Aktors 60. Das bedeutet, dass die Steuer- und Regeleinheit 90 die Abzugseinrichtung 70 so ansteuert, dass das Produkt 10 mit einer bestimmten Geschwindigkeit v abgezogen wird.
Mit der Steuer- und Regeleinheit 90 kann die Steuerung und Regelung der gesamten Vorrichtung 100 verwirklicht werden.
Strahlabwärts von der Abzugseinrichtung 70, also in 3 links von der Abzugseinrichtung 70, können sich weitere Einheiten anschließen, beispielsweise eine weitere Kühlstrecke, Ablängeinrichtungen und sonstige Weiterverarbeitungseinrichtungen, wie eine Bohreinheit und/oder ein Verpackungsplatz. Das Ablängen kann beispielsweise durch Sägen oder Stanzen erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand der in 3 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 am Beispiel der Herstellung eines allseits kalibrierten dickwandigen Rohrs aus einem thermoplastischen Werkstoff erläutert. Mit allseits kalibriert ist dabei gemeint, dass das Rohr von allen Seiten, also von außen, nämlich durch das Extrusionswerkzeug 30 und das Kalibrierungswerkzeug 40, und von innen, nämlich durch den Kern 50 geformt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dann mit der Plastifiziereinheit 20 das Material, aus dem das Produkt 10 gebildet wird, in eine plastische Phase, insbesondere in eine Schmelze 32 überführt und über die Zuführung 22 dem Extrusionswerkzeugs 30 zugeführt.
Sodann wird das plastisch gemachte Material zum Bilden des Produkts 10 durch das Extrusionswerkzeugs 30 gedrückt. Dabei verteilt sich das Material in dem Extrusionswerkzeug 30 und umschließt insbesondere den erfindungsgemäß vorhandenen mindestens einen Kern 50 des Extrusionswerkzeugs 50. Zum weiteren Formen des Produkts 10 wird dieses durch das Kalibrierungswerkzeug 40 gedrückt.
In dem Fall, dass es sich bei dem Material um ein thermoplastisches Material handelt, wird das Extrusionswerkzeugs 30 geheizt und das Kalibrierungswerkzeug 40 wird gekühlt.
Durch den thermischen Kontakt mit dem Kalibrierungswerkzeug 40 kühlt sich das Produkt 10 ab und härtet dabei weiter aus.
Für die im Folgenden erläuterte bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst angenommen, dass sich der Prozess bereits in einem stationären Betriebszustand befindet, also bereits angefahren wurde. Sowohl plastifzierter als auch erstarrter Werkstoff liegen an den entsprechenden Stellen der Zuführung 22, des Extrusionswerkzeugs 30 und des Kalibrierungswerkzeugs 40 vor. Die Temperiermedien in dem Kern 50 (Zuführung 52) und dem Kalibrierungswerkzeug 40 (Zuführungen 42) zirkulieren entsprechend. Der Einfachheit halber wird von einem System mit nur einem einzigen beweglichen Kern 50 ausgegangen. Wenn mehrere Kerne verwendet werden, ergeben sich aber keine wesentlichen neuen Gesichtspunkte. Der Kern 50 soll sich sodann zunächst in der vorderen Ausgangslage befinden, also am linken Anschlag. In dieser Situation befinden sich die beweglichen Teile 64 des Aktors 60 in 3 an einem linken Anschlag. Über eine Mantelfläche des Kerns 50 eingetragene thermische Energie wird über seine inneren Bohrungen an das in dem Kern 50 zirkulierende Temperiermedium übertragen und abgeführt. Die plastische Masse wird von der Plastifiziereinheit 20 unter erhöhtem Druck p gehalten, sodass die beim Erstarren der Formmasse entstehende Volumenkontraktion (siehe 1) durch nachfließende plastische Formmasse ausgeglichen wird.
Nun beginnt der erste Prozess-Schritt, das „Entspannen“: Dabei steuert die Steuer- und Regeleinheit 90 die Plastifiziereinheit 20 dergestalt an, dass diese den Massedruck p reduziert. Sobald der Druck p einen Wert unterschritten hat, der eine Bewegung des Kerns 50 zulässt, beginnt der zweite Prozess-Schritt, das „Freifahren“. Die Steuer- und Regeleinheit 90 steuert dabei den Aktor 60 so an, dass der Kern 50 durch eine von dem Aktor 60 aufgewendete Kraft nach hinten (in 3 nach rechts), d.h. gegen die Vorschubrichtung oder Extrusionsrichtung 72 gezogen wird. Das in dem Extrusionswerkzeug 30 befindliche Produkt 10 bleibt aber in axialer Richtung (Vorschubrichtung 72) im Wesentlichen an Ort und Stelle, führt also keine Längsbewegung aus, weil es von der Rückhalteplatte 54, die auch als Dichtplatte 54 bezeichnet werden kann, zurückgehalten wird. Durch den vorherigen Abbau des Drucks p und das Schwinden während der Abkühlung steht das Produkt 10 jetzt an seiner äußeren Mantelfläche frei, d.h. es ist nicht in Kontakt mit dem dem Kalibrierungswerkzeug 40. Gegebenenfalls wird diese Wirkung noch verstärkt, wenn ein Kern 50 verwendet wird, der nach vorne, also in Vorschubrichtung 72, verjüngt ist. Wegen der Schwindungsspannungen erfolgt dann eine radiale Bewegung des Profils, siehe 2, und zwischen dem Produkt 10 und den inneren Oberflächen des Kalibrierungswerkzeugs 40 und gegebenenfalls auch des Extrusionswerkzeugs 30 entsteht ein Spalt. Die Anpresskräfte des Produkts 10 an das Kalibrierungswerkzeug 40 sind damit deutlich reduziert und die Reibungskräfte entsprechend vermindert.
Jetzt kann der dritte Prozess-Schritt („Profilbewegung“) beginnen. Die Steuer- und Regeleinheit 90 steuert den Aktor 60 so an, dass der temperierte Kern 50 mit dem Aktor 60 wieder nach vorne, also in Vorschubrichtung 72, bewegt wird. Mit dieser Bewegung des Kerns 50 bewegt sich auch das Produkt 10, welches auf dem Kern 50 durch die nach innen wirkenden Radialkräfte klemmt (siehe 3) in Vorschubrichtung 72. Besonders günstig ist es dabei, wenn synchron zur schiebenden Bewegung des Kerns 50 die Abzugseinrichtung 70 durch die Steuer- und Regeleinheit 90 so angesteuert wird, dass das Produkt 10 nicht nur mit Hilfe des bewegten Kerns 50 geschoben, sondern zusätzlich auch noch von der Abzugseinrichtung 70 gezogen wird. Weil in dieser Situation keine Relativbewegung zwischen dem Kern 50 und dem darauf durch Radialkräfte klemmenden Produkt 10 stattfindet, können sich in dieser Bewegungsphase durch Zugkräfte hervorgerufene Querkontraktionen des Produkts 10 und die daraus resultierenden zusätzlichen Reibungskräfte am Kern 50 nicht störend auswirken.
Gleichzeitig kann die Steuer- und Regeleinheit 90 die Plastifiziereinheit 20 so ansteuern, dass zusätzliche Formmasse nachgeliefert wird. Zweckmäßig wird das so durchgeführt, dass der Massedruck p nicht einen Wert überschreitet, der durch den dann entstehenden Anpressdruck ungünstige Reibungskräfte an einer Fläche des Kalibrierungswerkzeugs 40 verursachen würde.
Gegen Ende der Bewegung des Kerns 50 und des Produkts 10 beginnt der vierte Prozess-Schritt („Ausformen“). Die Steuer- und Regeleinheit 90 steuert nun die Plastifiziereinheit 20 so an, dass der Druck p des Materials soweit erhöht wird, dass ausreichend Material über die Zuführung 22 in das Extrusionswerkzeug 30 einströmt und das Volumen, das durch die Bewegung des Produkts 10 in der Vorschubrichtung 72 freigeworden ist, wieder aufgefüllt wird. Außerdem wird dabei auch das aufgrund der Volumenkontraktion bei der Abkühlung reduzierte Volumen wieder ausgeglichen. Dadurch wird der Entstehung von Vakuolen, also von Hohlräumen, entgegengewirkt.
Die Steuer- und Regeleinheit 90 steuert nun die Plastifiziereinheit 20 so an, dass das Material so lange unter erhöhtem Druck p gehalten wird, bis eine ausreichende Abkühlung der Formmasse am Kern 50 und an den Dichtflächen des Kerns 50 stattgefunden hat. Anschließend kann wieder der erste Schritt des Zyklus beginnen.
Die beschriebenen Schritte werden in rascher Abfolge hintereinander, insbesondere mehrere Male pro Sekunde durchgeführt. Typische Werte sind 5 bis 50 Zyklen pro Sekunde. Die zuvor erläuterten Bewegungen und Schritte können sich auch teilweise überlappen. Der Hub, den der Kern 50 je Zyklus vollführt, ist klein, typischerweise weniger als zehn Millimeter, vorzugsweise jedoch kleiner als ein Millimeter.
Wichtig ist, dass diese Schritte als solche nicht eindeutig zeitlich voneinander getrennt sind, sondern sich vielmehr auch mehr oder weniger stark überlappen können.
Regelungstechnisch sind viele Varianten möglich. Grundsätzlich muss darauf geachtet werden, dass der von der Plastifziereinheit 20 gelieferte Massenstrom im zeitlichen Mittelwert dem aus dem Kalibrierungswerkzeug 40 austretenden Massestrom entspricht. Das bedeutet, dass der Vorschub des Produkts 10 in Vorschubrichtung 72 je Zyklus, eine Schrittfrequenz, ein Profilquerschnitt und ein Massestrom über eine geschlossene Regelkette aufeinander abgestimmt werden müssen. Wenn diese Abstimmung entsprechend automatisiert durchgeführt wird, entsteht ein stabiler Prozess, bei dem unvermeidliche Schwankungen, die beispielsweise durch das Rohmaterial begründet sein können, problemlos ausgeregelt werden können und der auch nach Unterbrechungen schnell wieder in Gang gebracht werden kann.
Von diesem Verfahren sind viele Varianten möglich. Beispielsweise kann das Verfahren auch so durchgeführt werden, dass

• eine Bewegung des Produkts 10 nur durch die Bewegung des Kerns 50 verursacht wird (Schubbewegung ohne Abzugseinrichtung 70);
• die Plastifiziereinheit 20 nicht mit Einrichtungen zur periodischen und gezielten Variation des Drucks p ausgestattet ist, wobei der richtige Betriebspunkt hier billigerweise schwieriger zu finden ist;
• mehrere Bewegungszyklen überlagert werden. Beispielsweise kann eine schrittweise Vorwärtsbewegung (in Vorschubrichtung 72) mit bewegtem Kern 50 erfolgen, die von mehreren Druckaufbau- und Abbauzyklen begleitet wird, gefolgt von einer Rückwärtsbewegung des (entgegen der Vorschubrichtung 72) Kerns 50 über eine längere Strecke;

Auch sind Varianten möglich, bei denen der Kern 50 nicht nur axiale, sondern auch rotatorische Bewegungen durchführt. Damit können gewindeartig ausgebildete Hohlräume geschaffen werden.
Zusätzlich können auch Kerne verwendet werden, die ihre Form verändern können, beispielsweise sogenannte Faltkerne. Damit werden aufwändige Innenkonturierungen möglich.
Zur Temperierung der Kerne 50 werden üblicherweise Flüssigkeiten eingesetzt, die über Pumpen und Wärmetauscher im Kreislauf gefahren werden. Zur Vereinfachung der Temperierung, insbesondere bei höheren Temperaturniveaus, können die thermodynamischen Randbedingungen so gewählt werden, dass beim Wärmeaustausch ein Phasenübergang stattfindet und die Übergangswärmen ausgenutzt werden können. Dies erleichtert die Temperierung der Kerne.
Für sehr dickwandige Teile, bei denen die Eigenisolierung der Formmasse einen schnellen Wärmeaustausch erschwert, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mehrstufig ausgeführt werden. Hier wird ein unvollständig ausgeformtes Profil quasi als Kern für eine weitere Formgebungsstufe verwendet. Dies kann auch dazu verwendet werden, um Produkte aus mehreren unterschiedlichen Formmassen herzustellen. Die Verbindung kann hier sowohl stofflich als auch durch Kraft- und/oder Formschluss erfolgen. Damit können in verschiedenen Funktionsbereichen unterschiedliche Eigenschaftsprofile erzielt werden. Es kann auch dazu dienen, um preisgünstigere Rohstoffe in unkritischen Bereichen zu verwenden, um Kosten und Ressourcen zu sparen. Dies kann genauso dazu verwendet werden, um mehrstufig mehrere nebeneinander extrudierte Profile, die auch Hohlkammern enthalten können, zu einem größeren Profil zu verbinden.
Außerdem ist es möglich, gleich im Extrusionsprozess Medien in die durch Kerne gebildeten Hohlräume einzuleiten. Dies können z.B. aufgeschäumte Kunststoffe sein, um zusätzlich die Wärmeleiteigenschaften des Profils zu beeinflussen oder um eine zusätzliche Elastizität zu erhalten. Die Medien können aber auch Gele oder gleichartige oder inkompatible Kunststoffe sein.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können in die erzeugten Produkte auch weitere Elemente eingebettet werden. Dies können z.B. Verstärkungsfasern, elektrische oder optische Leiter sein.
Besonders wichtig sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die verschiedenen genau aufeinander abzustimmende Bewegungen der einzelnen Anlagenkomponenten (Kernbewegung d, Abzugsbewegung v, Druckregelung p). Dabei sind unter anderem große Kräfte für die Bewegung des Kerns 50 schnell und präzise zu bewerkstelligen. Dies ist jedoch mit dem Stand der heutigen Antriebstechnik und der heutigen Steuerungstechnik kein grundsätzliches Problem mehr. Passende servohydraulische Direktantriebe, elektromagnetische Linearantriebe, elektromechanische Spindel-, Kurbel- oder Kurvenscheibenantriebe sind bekannt.
Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert mit thermoplastischen Formmassen, die beim Abkühlen erhärten. Es funktioniert aber auch mit vernetzenden Systemen, bei denen das Endprodukt unter Zufuhr von thermischer Energie an Festigkeit gewinnt (Duroplaste).
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung bereitgestellt zum Herstellen von langgestreckten Formteilen insbesondere aus Kunststoffen. Mit der Erfindung können insbesondere beim sogenannten Kühldüsenverfahren im Hinblick auf die die Profilbewegung hemmenden Reibungskräfte in der Abkühlstrecke wichtige Verbesserungen erreicht werden. Wesentlich ist dabei, dass die Profilbewegung durch zusätzliche und insbesondere schrittweise wirkende Zug- und Schubkräfte unterstützt wird.
Bezugszeichenliste

10: Produkt, Profil, Hohlprofil
12: Hohlraum
20: Plastifiziereinheit
22: Zuführung des Materials/der Schmelze 32
24: Extruderschnecke
26: Drehantrieb für Extruderschnecke 24
27: Einrichtung zum Herausziehen der Extruderschnecke 24
29: Einrichtung zum Hineindrücken der Extruderschnecke 24
30: Extrusionswerkzeug
32: Schmelze
34: Sensor zum Messen des Drucks der Schmelze 32 (Druckmessumformer)
40: Kalibrierungswerkzeug, Kalibrierung, insbesondere temperierbar
42: Zuführungen für Temperiermittel für Kalibrierung 40
50: Kern, insbesondere temperierbar
52: Zuführung für Temperiermittel/Kühlmittel für Kern 50
54: Rückhalteplatte, Dichtplatte
56: Halteplatte für Kern 50
60: Aktor
62: statischer Teil des Aktors
64: beweglicher Teil des Aktors
66: Messeinrichtung zum Messen einer Linearverschiebung d des Kerns 50
68: Antrieb des Aktors
70: Abzugseinrichtung
72: Vorschubrichtung
90: Steuer- und Regeleinheit
100: Vorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2436501 B1 [0003, 0007, 0010, 0011, 0037, 0056, 0063]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines extrudierten Produkts, insbesondere eines Kunststoffprofils, bei dem ein Material, aus dem das Produkt (10) gebildet wird, zu einer Schmelze (32) plastifiziert wird, die Schmelze (32) zum Bilden des Produkts (10) durch ein Extrusionswerkzeug (30) gedrückt wird, wobei das Extrusionswerkzeug (30) zum Formen eines Hohlraums (12) des Produkts (10) mindestens einen Kern (50) aufweist, und das Produkt (10) zum weiteren Formen durch ein Kalibrierungswerkzeug (40) gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (50) relativ zu dem Extrusionswerkzeug (30) entlang einer Vorschubrichtung (72) des Produkts (10) hin- und herbewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (50) periodisch hin- und herbewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck (p) der Schmelze (32), insbesondere oszillierend oder insbesondere periodisch, variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (50) abgestimmt mit dem variierendem Druck (p) der Schmelze (32) hin- und herbewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Amplitude beim Hin- und Herbewegen des Kerns (50 kleiner ist als zehn Millimeter.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet dass das Produkt (10) abgestimmt mit dem variierendem Druck (p) der Schmelze (32) in Vorschubrichtung (72) abgezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass ein Zyklus der Bewegung des Produkts (10) mindestens folgende Schritte aufweist, die sich insbesondere teilweise überlappen: in einem ersten Schritt wird der Druck der Schmelze (32) reduziert, um eine Bewegung des Kerns (50) zu ermöglichen; in einem zweiten Schritt wird der Kern (50) um eine bestimmte Strecke rückwärts entgegen der Vorschubrichtung (72) bewegt; in einem dritten Schritt wird der Kern (50) um eine bestimmte Strecke vorwärts in der Vorschubrichtung (72) bewegt und nimmt dabei das auf dem Kern (50) klemmende Produkt (10) in Vorschubrichtung (72) mit; und in einem vierten Schritt wird der Druck der Schmelze (32) erhöht und aufgrund der Bewegung des Produkts (10) in der Vorschubrichtung (72) frei werdendes Volumen wird mit Schmelze (32) aufgefüllt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung des Produkts (10) in der Vorschubrichtung (72) bei einem Druck der Schmelze (32) erfolgt, der kleiner ist als ein über mehrere Zyklen gemittelter Druck der Schmelze (32).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen eines Produkts (10) mit Hinterschneidungen, insbesondere mit einem Gewinde, ein Kern (50) verwendet wird, der eine Außenprofilierung aufweist und um eine zur Vorschubrichtung (72) parallele Achse drehbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Zusatzelemente, beispielsweise Armierungen, in das Produkt (10) eingebettet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt (10) aus einem thermoplastischen Material, einem duroplastischen Material oder einem Metall, beispielsweise Zink, gebildet wird.
Vorrichtung zum Herstellen eines extrudierten Produkts, insbesondere eines Kunststoffprofils, mit einer Plastifiziereinheit (20) zum Bereitstellen des Materials, aus dem das Produkt (10) gebildet wird, insbesondere als Schmelze (32), mit einem Extrusionswerkzeug (30) zum Formen des Produkts (10), wobei das Extrusionswerkzeug (30) zum Formen eines Hohlraums (12) des Produkts (10) mindestens einen, insbesondere länglichen, Kern (50) aufweist, mit einem Kalibrierungswerkzeug (40) zum weiteren Formen des Produkts (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (50) mindestens entlang einer Vorschubrichtung (72) des Produkts (10) hin und her beweglich ist und dass zum Bewegen des Kerns (10) hin und her entlang der Vorschubrichtung (72) ein mechanischer Aktor (60) vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zurückhalten des Produkts (10) bei einer Bewegung des Kerns (50) entgegen der Vorschubrichtung (72) eine Rückhalteplatte (54) vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifiziereinheit (20) eine Druckvariationseinrichtung zur Variation eines an einer Eingangsseite des Extrusionswerkzeugs (30) anstehenden Drucks (p) der Schmelze (32) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bewegen des Produkts (10) entlang der Vorschubrichtung (72) eine Abzugseinrichtung (70) vorhanden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- und Regeleinheit (90) vorhanden ist, die eingerichtet ist zum aufeinander abgestimmten Ansteuern mindestens der Druckvariationseinrichtung und des mechanischen Aktors (60).
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinheit (90) außerdem eingerichtet ist zum Ansteuern der Abzugseinrichtung (70) abgestimmt mit der Ansteuerung der Druckvariationseinrichtung (22) und des mechanischen Aktors (60).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Aktor (60) einen elektromagnetischen Linearantrieb und eine Messeinrichtung (66) zum Messen einer Linearverschiebung (d) des Kerns (50) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kern (50) Einrichtungen zum Wärmetausch aufweist, insbesondere dass der Kern (50) einen Hohlraum, beispielsweise eine Bohrung, aufweist zur Aufnahme und zum Durchfluss eines Temperiermediums, beispielsweise Wasser.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des mindestens einen Kerns (50) mit einer Strukturierung versehen ist und insbesondere eine Strukturierung in der Art einer kugelgestrahlten, einer sägezahnartigen oder einer haifischhautartigen Struktur aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kern (50) zum Herstellen von Produkten (10) mit Innenkonturierungen eine variierbare Form aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (50) zum Herstellen eines Produkts (10) mit Hinterschneidungen, insbesondere mit einem Gewinde, eine Außenprofilierung aufweist und dass der Kern (50) um eine zur Vorschubrichtung (72) parallele Achse drehbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kern (50) mit einer Materialzuführungseinheit ausgestattet ist zum Einbringen von zusätzlichem Material an oder in das Produkt (10), insbesondere in Hohlräume (12) des Produkts (10).