DE102021118705A1 - Device and process for biaxial plastic extrusion - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung zur Herstellung eines mindestens einschichtigen extrudiertenschlauchförmigen Vorformlings (V2-V10) aus thermoplastischem Kunststoff umfasst einen Extrusionskopf (50), in dem ein Verteilerring (52) angeordnet ist. Dieser hat zwei nach unten offene Fließkanäle (58, 59) und zwei Umlenkeinheiten (54), die die aufeinander zuströmenden Materialschmelzen (M1, M2) in ihrer horizontalen Ausbreitung im jeweiligen Fließkanal (58, 59) hindern und die Materialschmelzen (M1, M2) nach unten umlenken.A device for producing an at least one-layer extruded tubular preform (V2-V10) made of thermoplastic material comprises an extrusion head (50) in which a distributor ring (52) is arranged. This has two downwardly open flow channels (58, 59) and two deflection units (54) which prevent the material melts (M1, M2) flowing toward one another from spreading horizontally in the respective flow channel (58, 59) and the material melts (M1, M2) redirect down.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines mindestens einschichtigen extrudierten schlauchförmigen Vorformlings aus thermoplastischem Kunststoff, vorzugsweise Polyethylen (PE). Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Vorformlings sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff-Bauteils im Blasformverfahren.The invention relates to a device for producing an at least one-layer extruded tubular preform made of thermoplastic material, preferably polyethylene (PE). Furthermore, the invention relates to a method for producing a preform and a method for producing a plastic component using the blow molding method.
Aus der
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Herstellung eines schlauchförmigen Vorformlings anzugeben, welcher in Umfangsrichtung des Vorformlings gesehen unterschiedliche Kunststoffmaterialien aufweist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Vorformlings sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff-Bauteils anzugeben, welches Schichten mit unterschiedlichem Kunststoffmaterial aufweist.It is the object of the invention to specify a device for producing a tubular preform which, viewed in the circumferential direction of the preform, has different plastic materials. Furthermore, it is the object of the invention to specify a method for producing a preform and a method for producing a plastic component which has layers with different plastic material.
Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by the features of
Im Hinblick auf ein Herstellverfahren wird die genannte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 14 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.With regard to a production method, the stated object is achieved by the features of
Gemäß der Erfindung betreffend eine Vorrichtung enthält ein erster Verteilerring an vorbestimmten Umlenkpositionen jeweils eine Umlenkeinheit, die die aufeinander zuströmenden Materialschmelzen in ihrer horizontalen Ausbreitung im jeweiligen Fließkanal hindern und die Materialschmelzen nach unten umlenken und erst am unteren Ende der Umlenkeinheit wieder zusammenführt. Auf diese Weise werden unterschiedliche Materialschmelzen weitgehend getrennt voneinander bis in den Ringspeicherraum geführt. Mehrere Materialschmelzen werden aus diesem Ringspeicherraum als Vorformling ausgestoßen, der in Umfangsrichtung gesehen zwei oder mehrere Kunststoffmaterialien aufweisen kann, die sich beispielsweise in ihren Farben unterscheiden.According to the invention relating to a device, a first distributor ring contains a deflection unit at predetermined deflection positions, which prevent the material melts flowing towards one another from spreading horizontally in the respective flow channel and deflect the material melts downwards and only bring them together again at the lower end of the deflection unit. In this way, different material melts are guided largely separately from one another into the annular storage space. A plurality of material melts are ejected from this annular storage space as a preform, which, seen in the circumferential direction, can have two or more plastic materials which differ, for example, in their colors.
Im neuen Extrusionskopf können mehrere Verteilerringe von der Art des ersten Verteilerrings übereinander angeordnet sein. Jeder dieser ersten Verteilerringe kann unterschiedliche Materialschmelzen ausgeben, die im Vorformling eine hohle Zylinderschicht bilden. Diese Hohlzylinderschicht ist in ihrer Länge geteilt, so dass ein langgestrecktes Segment dieses Hohlzylinders ein erstes Kunststoffmaterial und ein anderes Segment ein anderes Kunststoffmaterial enthält.In the new extrusion head, several distributor rings of the type of the first distributor ring can be arranged one above the other. Each of these first distribution rings can dispense different melts of material forming a hollow cylinder layer in the preform. This layer of hollow cylinders is divided in length, so that one elongate segment of this hollow cylinder contains a first plastic material and another segment contains a different plastic material.
Der technische Vorteil bei der biaxialen (oder wie weiter unten gezeigt auch der mehraxialen) Extrusion innerhalb einer Schicht liegt darin, dass die verwendeten Materialien der Materialschmelzen sowie die jeweiligen Schichtdicken innerhalb einer Schicht unterschiedlich sein können und miteinander kombiniert werden können. Im einfachsten Fall kann das eine Material anders eingefärbt sein als das andere, was sich im fertigen zweifarbigen Blasform-Produkt vorteilhaft auswirkt. So kann eine Unterseite bei diesem Produkt eine andere Farbe als seine Oberseite haben. Weiterhin kann ein Material innerhalb einer Schicht im Vorformling eine unterschiedliche Schichtdicke und damit im Blasform-Produkt andere mechanische Festigkeitseigenschaften haben. Auch im Hinblick auf Werkstoffeigenschaften können sich die Materialien einer biaxialen (oder mehraxialen) Schicht unterscheiden, z.B. im Hinblick auf Zähigkeit, mechanische Beanspruchbarkeit und elektrische Eigenschaften.The technical advantage of biaxial (or, as shown below, multiaxial) extrusion within a layer is that the materials used in the material melts and the respective layer thicknesses within a layer can be different and can be combined with one another. In the simplest case, one material can be colored differently than the other, which has an advantageous effect in the finished two-tone blow molded product. For example, an underside of this product can have a different color than its top. Furthermore, a material within a layer in the preform can have a different layer thickness and thus different mechanical strength properties in the blow molded product. The materials of a biaxial (or multiaxial) layer can also differ with regard to material properties, e.g. with regard to toughness, mechanical strength and electrical properties.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass mindestens ein weiterer Verteilerring koaxial zum ersten Verteilerring angeordnet ist, dem eine weitere Materialschmelze zugeführt ist, welche im zugehörigen Abfließring ringförmig rundum verteilt und dem gemeinsamen Fließkanal nach unten zugeführt werden, in welchem sie mit den Materialschmelzen aus dem ersten Verteilerring in koaxialer Nebeneinanderstellung aufgenommen sind. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Verteilerringen von der Art des ersten Verteilerrings wie auch von der Art des zweiten Verteilerrings im Extrusionskopf angeordnet werden und es kann eine Vielzahl von Variationen aneinanderstoßender Kunststoffmaterialien in einem Vorformling realisiert werden.An advantageous development provides that at least one further distributor ring is arranged coaxially to the first distributor ring, to which another material melt is fed, which is distributed in a ring shape all around in the associated discharge ring and fed downwards to the common flow channel, in which it is mixed with the material melts from the first Distribution ring are included in coaxial juxtaposition. In this way, a plurality of distribution rings of the type of the first distribution ring as well as of the type of the second distribution ring can be arranged in the extrusion head and a large number of variations of abutting plastic materials can be realized in a parison.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Verteilerring an mehr als zwei Umlenkpositionen Umlenkeinheiten enthält, die die aufeinanderzuströmenden Materialschmelzen nach unten umlenken. Auf diese Weise kann durch Extrudieren in mehreren Achsen ein Vorformling hergestellt werden, der innerhalb einer einzigen Schicht mehrere Kunststoffmaterialien aufweist.A further advantageous embodiment provides that the distributor ring contains deflection units at more than two deflection positions, which deflect the material melts flowing toward one another downwards. In this way, a parison having multiple plastic materials within a single layer can be produced by multi-axis extrusion.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Vorformlings und zum Herstellen eines Kunststoff-Bauteils im Blasformverfahren angegeben. Dieses Herstellverfahren verwendet einen Vorformling, der mit der beschriebenen Vorrichtung hergestellt ist.According to a further aspect of the invention, a method for producing a preform and for producing a plastic component using the blow molding method is specified. This manuf driving uses a preform that is produced with the device described.
Ein Beispiel zum Stand der Technik und Ausführungsbeispiele nach der Erfindung werden nachfolgend in den Figuren dargestellt und beschrieben. Darin zeigt:
-
1 einen teilweisen Querschnitt durch eine Extrusionsanlage nach dem Stand der Technik zum Herstellen eines koaxialen Vorformlings, -
2 einen monoaxialen Vorformling, -
3 einen einschichtigen biaxialen Vorformling im Querschnitt und in einer perspektivischen Darstellung, -
4 einen zweischichtigen biaxialen Vorformling, -
5 einen biaxialen Vorformling mit drei Schichten, -
6 einen Extrusionskopf zum Herstellen biaxialer Vorformlinge, -
7a einen Vorformling umfassend Kunststoff-Materialien M1 bis M6, -
7b einen Vorformling mit unterschiedlichen Schichtdicken, -
7c einen Vorformling mit zusätzlicher innerer monoaxialer Schicht, -
8 einen Teil-Längsschnitt durch den Verteilerring, -
9 eine Draufsicht mit mehreren Segmenten des Verteilerrings, -
10 die Anordnung verschiedener Segmente im Verteilerring für einen Winkelbereich von 180°, -
11 die Verteilung der Segmente des Verteilerrings für einen Winkelbereich von 90°, -
12 einen Vertikalschnitt durch die Umlenkeinheit, -
13 einen Längsschnitt durch die Umlenkeinheit, -
14 einen weiteren Querschnitt durch die Umlenkeinheit von oben gesehen, -
15 einen biaxialen Vorformling mit einem Winkelbereich für ein Material von 90°, -
16 einen zweischichtigen biaxialen Vorformling, und -
17 einen dreiachsigen, zweischichtigen Vorformling.
-
1 a partial cross section through a prior art extrusion line for producing a coaxial parison, -
2 a monoaxial preform, -
3 a single-layer biaxial preform in cross section and in a perspective view, -
4 a two-layer biaxial preform, -
5 a three layer biaxial preform, -
6 an extrusion head for producing biaxial preforms, -
7a a preform comprising plastic materials M1 to M6, -
7b a preform with different layer thicknesses, -
7c a preform with additional inner monoaxial layer, -
8th a partial longitudinal section through the distribution ring, -
9 a top view with several segments of the distribution ring, -
10 the arrangement of different segments in the distributor ring for an angle range of 180°, -
11 the distribution of the segments of the distribution ring for an angular range of 90°, -
12 a vertical section through the deflection unit, -
13 a longitudinal section through the deflection unit, -
14 another cross-section through the deflection unit seen from above, -
15 a biaxial preform with an angle range for a material of 90°, -
16 a two-layer biaxial preform, and -
17 a triaxial, bilayer preform.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung einer in der
Die Materialschmelze wird horizontal entlang dem Verteilerring 26 gefördert und fließt gleichzeitig abwärts entlang einem ringförmigen Kegelstumpfkanal 40, der entlang einem Kegelstumpfmantel des Ringkolbens 16 ausgebildet ist. Die abwärts fließende Materialschmelze gelangt dann in einen Zylinderring 22 und von dort zu einer Mündungsstelle 30, wo eine zweite Materialschmelze einmündet. Diese zweite Materialschmelze ist über eine diametral zur Zuführöffnung ZF1 angeordnete zweite Zuführöffnung ZF2 zugeführt, wird von dort ebenfalls über einen zugehörigen umlaufenden Verteilerring 28 verteilt und gelangt in einen ringförmigen zweiten Kegelstumpfkanal 44. Von dort fließt die zweite Materialschmelze bis zur Mündungsstelle 30.The material melt is conveyed horizontally along the
Das Fließen der beiden Materialschmelzen soll so erfolgen, dass die Grenzfläche als Zylindermantelfläche zwischen den beiden Materialschmelzen möglichst glatt verläuft und diese nicht durch Wirbel gestört ist. An die Mündungsstelle 30 schließt sich eine Beruhigungsstrecke an, die als gemeinsamer Zylinderring 34 ausgebildet ist. Diese Beruhigungsstrecke sorgt dafür, dass nach der Vereinigung der Materialschmelzen an der Mündungsstelle 30 sich ein gleichmäßiger Fluss der beiden Materialschmelzen ergibt, wodurch ein glatter Verlauf der Zylindermantel-Grenzfläche zwischen den beiden Materialschmelzen erzeugt wird. Die beiden Materialschmelzen fließen dann bis zu einer Erweiterungsstelle 32, wo die beiden Materialschmelzen in einen sich erweiternden gemeinsamen Fließkanal 12 einmünden. Dieser Fließkanal 12 hat im Querschnitt eine Trichterform mit Mantelflächen 36, 38 und ist im Ringkolben 16 ringförmig ausgebildet.The flow of the two material melts should take place in such a way that the boundary surface as a cylindrical surface between the two material melts is as smooth as possible and is not disturbed by vortices. A calming section, which is designed as a
Zu Beginn des Füllvorganges befindet sich der Ringkolben 16 in seiner unteren Stellung, wie dies schematisch gestrichelt in Verbindung mit dem Bezugszeichen 15 angedeutet ist. Der trichterförmige gemeinsame Fließkanal 12 ist mit den beiden Materialschmelzen noch von dem vorherigen Produktionsvorgang zum Erzeugen eines schlauchartigen Vorformlings V1 gefüllt. Durch das Nachfließen der beiden Materialschmelzen wird der Ringkolben 16 nach oben bewegt. Aufgrund der Trichterform des gemeinsamen Fließkanals 12 und der weiteren Geometrie für die Materialschmelzenführung bleibt die sich zwischen den beiden Materialschmelzen ausbildende Grenzfläche weitgehend glatt und wird nicht verwirbelt.At the beginning of the filling process, the
Wenn der Ringkolben 16 seinen oberen Arbeitspunkt erreicht hat, so wird die Pinole 6 nach unten bewegt und öffnet mit ihrem Düsenpilz 6a einen ringförmigen Düsenspalt 20, so dass bei einer Abwärtsbewegung des Ringkolbens 16 ein schlauchförmiger Vorformling V1 mit der Grenzfläche zwischen den beiden Materialschmelzen ausgestoßen wird. Zur Aufrechterhaltung des glatten Verlaufs der Grenzfläche ist ein Ausgabe-Ringkanal 18 in seiner Geometrie zum Düsenspalt 20 sich verjüngend ausgebildet. Mit Abschluss des Ausstoßvorganges wird die Pinole 6 wieder nach oben bewegt und schließt den Düsenspalt 20, woraufhin ein neuer Auffüllvorgang für den Ringspeicherraum 14 beginnt.When the
Die unteren Teile 54b der zwei Umlenkeinheiten 54 sind durch einen oberen ringförmigen Fließeinsatz 68 gehalten, der unterhalb des ersten Verteilerrings 52 angeordnet ist. Verteilerring 52 und Fließeinsatz 68 sind separate Bauteile.The
Der Ringkolben 16 enthält zwischen seinem oberen Ring 16b und seinem mittleren Ring 16c zur Ausbildung einer monoaxialen Schicht einen weiteren Verteilerring 70. Ein solcher Verteilerring 70 wird auch monoaxialer Verteilerring genannt. Seine beiden Zuführöffnungen für eine weitere Materialschmelze M3 sind in der
Weiterhin enthält der Ringkolben 16 einen unteren Verteilerring 80, der analog zum ersten Verteilerring 52 aufgebaut ist, mit Zuführöffnungen 82, 83 über die eine vierte Materialschmelze M4 bzw. eine fünfte Materialschmelze M5 zugeführt werden. Die Materialschmelzen M4, M5 gelangen in einen unteren Kegelstumpfkanal 81, der zwischen dem mittleren Ring 16c und dem unteren Ring 16d ausgebildet ist. Wie im Ausschnitt zu sehen ist, enthält auch der untere Verteilerring 80 an zwei vorgegebenen Umlenkpositionen Z1, Z2 (in
Nach der Mündungsstelle 74 fließen drei einander benachbarte koaxiale Schichten S1, S2 und S3 nach unten in einen dritten gemeinsamen Zylinderring 90 mit entsprechend vergrößertem Ringdurchmesser und von dort in den gemeinsamen Fließkanal 12 und in den Ringspeicherraum 14 (vgl.
Das Ausführungsbeispiel des Extrusionskopfes 50 nach
Eine andere Variante des Ausführungsbeispiels nach
Eine weitere Variante sieht vor, den mittleren Verteilerring 70 als biaxialen Verteilerring analog zum ersten Verteilerring 52 mit entsprechendem Abfließkanal auszubilden. Sinngemäß kann dann die mittlere Schicht S2 zwei Materialschichten in Umfangsrichtung aufweisen.A further variant provides for the
Das Ausführungsbeispiel nach
Die
Die Ausbildung der Umlenkflächen 55 und der Seitenwände 53 haben die Form des oberen Abschnitts eines Herzens, wie dies in
Die
Die
Eine Hauptanwendung für das Extrudieren nach der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung mindestens einer biaxialen Schicht in einem Vorformling. Es ist auch möglich, ein Extrudieren längs mehr als zwei Achsen nach dem beschriebenen Prinzip zu realisieren.A major application for extrusion of the present invention is the manufacture of at least one biaxial layer in a preform. It is also possible to carry out extrusion along more than two axes according to the principle described.
Das Beispiel nach
Zahlreiche Variationen der gezeigten Ausführungsbeispiele sind möglich. In
BezugszeichenlisteReference List
- K1, K2K1, K2
- Kolbenstangenpiston rods
- ZF1, ZF2IF1, IF2
- Zuführöffnungfeed opening
- 66
- Pinolequill
- 88th
- Speichermantelstorage jacket
- 1010
- Koextrusionskopfcoextrusion head
- 1212
- gemeinsamer Fließkanalcommon flow channel
- 1414
- Ringspeicherraumring buffer space
- 1515
- untere Stellung des Ringkolbenslower position of the annular piston
- 1616
- Ringkolbenring piston
- 16a16a
- Kegelteilcone part
- 16b16b
- oberer Ringtop ring
- 16c16c
- mittlerer Ringmiddle ring
- 16d16d
- unterer Ringlower ring
- 1818
- Ausgabe-Ringkanaloutput ring channel
- 2020
- Düsenspaltdie gap
- 2222
- Zylinderringcylinder ring
- 26, 2826, 28
- Verteilerringdistribution ring
- Z1-Z3Z1-Z3
- Umlenkpositionendeflection positions
- 3030
- Mündungsstelleestuary
- 3232
- Erweiterungsstelleexpansion site
- 3434
- gemeinsamer Zylinderringcommon cylinder ring
- 5050
- biaxialer Extrusionskopfbiaxial extrusion head
- 5151
- Spaltbreitegap width
- 5252
- erster Verteilerring; biaxialer Verteilerringfirst distribution ring; biaxial distribution ring
- 5353
- Seitenwändeside walls
- 5454
- Umlenkeinheitdeflection unit
- 54a54a
- oberer Teilupper part
- 54b54b
- unterer Teillower part
- 5555
- FlächeSurface
- 56, 5756, 57
- Zuführöffnungenfeed openings
- 58,5958.59
- Fließkanäleflow channels
- 6060
- oberer Kegelstumpfkanalupper truncated cone canal
- 6161
- Unterkantebottom edge
- 6262
- Trennstegdivider
- 6363
- Ende des Trennstegsend of the divider
- 6464
- oberer Zylinderringupper cylinder ring
- 6666
- erste Mündungsstellefirst mouth
- 6868
- oberer ringförmiger Fließeinsatzupper annular flow insert
- 7070
- weiterer Verteilerringanother distribution ring
- 7272
- mittlerer Kegelstumpfkanalmiddle truncated canal
- 7373
- mittlerer Zylinderringmiddle cylinder ring
- 7474
- untere Mündungsstellelower mouth
- 7676
- zweiter Fließeinsatzsecond flow insert
- 8080
- unterer Verteilerringlower distribution ring
- 8181
- dritter Kegelstumpfkanalthird truncated canal
- 82,8382.83
- Zuführöffnungenfeed openings
- 8484
- dritte Umlenkeinheitthird deflection unit
- 84a84a
- oberer Teilupper part
- 84b84b
- unterer Teillower part
- 8686
- dritter Trennstegthird divider
- 8888
- unterer Fließeinsatzlower flow insert
- 9090
- unterer gemeinsamer Zylinderringlower common cylinder ring
- M1- M6M1- M6
- Materialschmelzen; Materialmaterial melting; material
- S1, S2, S3S1, S2, S3
- Schichtenlayers
- P1- P4P1- P4
- Richtungspfeiledirectional arrows
- V1-V10V1-V10
- Vorformlingpreform
- L1L1
- Hilfslinieauxiliary line
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- WO 2005097462 A1 [0002, 0013, 0029, 0033]WO 2005097462 A1 [0002, 0013, 0029, 0033]
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DE102021118705.2A DE102021118705A1 (en) | 2021-07-20 | 2021-07-20 | Device and process for biaxial plastic extrusion |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102021118705.2A DE102021118705A1 (en) | 2021-07-20 | 2021-07-20 | Device and process for biaxial plastic extrusion |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2021
- 2021-07-20 DE DE102021118705.2A patent/DE102021118705A1/en active Pending
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