DE10249141A1 - Extrusionskopf und Verfahren zur Herstellung von innenbeschichteten strangförmigen Produkten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Extrusionskopf 1 und ein Verfahren zur Herstellung von hohlen, innenbeschichteten strangförmigen Produkten. Zur optimalen Innenbeschichtung der Produkte mit einem Gleitmittel, zur Reduzierung der einzusetzenden Gleitmittelmenge sowie zur Verminderung von Umweltbelastungen durch den Produktionsprozess ist der Extrusionskopf 1 so ausgebildet, dass zur Zuführung des Gleitmittels und der Stützluft in dem Extrusionskopf 1 getrennte Zuführkanäle 8, 13 mit individuellen Austrittsöffnungen 9, 14 angeordnet sind, die radial innerhalb des Bereiches der Austrittsöffnung 6 eines Düsenmundstücks 5 der Extrusionsdüse 15 angeordnet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Extrusionskopf eines Extruders und ein Verfahren zur Herstellung eines innenbeschichteten strangförmigen Produkts gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beziehungsweise des Patentanspruchs 9.
• Zur Herstellung von strangförmigen Produkten werden bevorzugt Extruder genutzt, mit deren Hilfe ein plastifizierbares Material plastifiziert und anschließend durch eine an dem Extruder angeordnete produktspezifische Extrusionsdüse gespritzt wird. Diese Extrusionsdüsen sind in individuellen Extrusionsköpfen angeordnet, die auswechselbar an dem Extruder befestigt sind. Ein derartiger Extruder ist beispielsweise aus der DE 39 06 363 C1 bekannt, der zur Herstellung von Kunststoffrohren vorgesehen ist. Der die Extrusionsdüse verlassende strangförmige Schlauch wird bei dieser Extrusionsanlage durch eine wassergekühlte Kalibrierhülse geführt, an deren Innenseite umlaufende Spiralnuten angeordnet sind. Während eine dieser Spiralnuten zur Zuführung eines Gleitmittels dient, ist die andere Spiralnut an einer Unterdruckerzeugungsvorrichtung angeschlossen, so dass das frisch extrudierte strangförmige Material an die Innenwand der Kalibrierhülse gezogen und von außen mit dem Gleitmittel beschichtet wird.
• In einer anderen bekannten Extrusionsanlage werden die fertig extrudierten und abgelängten hohlzylindrischen Schlauchrohlinge von innen mit einem Gleitmittel benetzt, um einen solchen Schlauchrohling auf einen Heizdorn aufziehen und anschließend wieder abziehen zu können. Auf diesem Heizdorn wird in die Schlauchrohling eine vorgewählte Geometrie eingeformt und zur Vulkanisation des Schlauchmaterials aufgeheizt.
• Das Aufbringen des Gleitmittels auf die Innenseite solcher Schlauchrohlinge erfolgt bisher nach drei gleichermaßen unbefriedigenden Benetzungsverfahren. Bei dem ersten Verfahren werden die Schlauchrohlinge einfach in ein Becken mit flüssigem Gleitmittel eingetaucht, so dass eine gute Benetzung der Innenseite des Schlauchrohlings gewährleistet ist. Allerdings wird aber auch unnötigerweise Gleitmittel auf die Außenseite des Schlauchrohlings aufgebracht, was den Gleitmittelverbrauch nachteilig erhöht. Zudem wird bei diesem Fertigungsschritt häufig der Arbeitsbereich, in dem diese Benetzung erfolgt, mit dem Gleitmittel verschmutzt, so dass einen erhöhter Reinigungswasserbedarf sowie eine vergrößerte Abwasserbelastung verursacht wird.
• Ebenso nachteilig ist auch das zweite Verfahren, bei dem die Oberfläche des Heizdorns mit dem flüssigen Gleitmittel benetzt wird. Dadurch wird beim Aufziehen eines Schlauchrohlings auf den Heizdorn von dessen vorderen Teil das auf dem vorderen Teil des Heizdorns aufgebrachte Gleitmittel mitgenommen wird, so dass das Aufziehen des Schlauchrohlings auf den Heizdorn dadurch verständlicherweise nicht gerade erleichtert wird.
• Bei einem dritten Herstellverfahren wird die Innenseite des Schlauchrohlings unmittelbar nach dessen Austritt aus der Extrusionsdüse benetzt oder beschichtet. Dazu wird das Gleitmittel zusammen mit Stützluft an die Innenseite des Schlauchrohlings transportiert, die den Schlauchrohling kurz nach dem Verlassen der Extrusionsdüse in dem dann noch beinahe schmelzflüssigem Zustand vor dem Zusammenfallen bewahrt. Da die benötigte Stützluftmenge eine prozessbedingte Größe ist, kann diese nicht an die Anforderungen hinsichtlich einer optimalen Benetzung der Innenwand des Schlauchrohlings angepasst werden. Zudem erfordert die Benetzung der Innenwand des Schlauchrohlings Spritzdüsen bestimmter Geometrie, die den Austritt einer ausreichenden Stützluftmenge in den axialen Hohlraum des Schlauchrohlings nicht gewährleistet. So verstopfen derartige Düsen für die gleitmittelversetzte Stützluft verhältnismäßig schnell, so dass es oft nur zu einer partiellen Benetzung der Innenwand des Schlauchrohling mit dem Gleitmittel kommt. Besonders unangenehm ist dabei, dass dieser Nachteil erst nach Abschluss dieses Fertigungsschrittes erkennbar ist.
• Die Aufgabe an die Erfindung besteht daher darin, ein Herstellverfahren und eine Herstellvorrichtung zur Innenbeschichtung von strangförmigen hohlen Bauteilen mit Gleitmittel vorzuschlagen, die die vorgenannten Nachteile vermeiden, so dass das Gleitmittel sicher und kostengünstig auf die Innenseite derartiger Bauteile auftragbar ist.
• Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Vorrichtungsanspruchs 1 sowie des Verfahrensanspruchs 9, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
• Demnach ist vorgesehen, einen Extrusionskopf zur Herstellung von hohlen, innenbeschichteten strangförmigen Produkten derart auszubilden, dass dieser zunächst ein Extrusionskopfgehäuse mit einem Anschlussflansch zur Befestigung an einen Extruder sowie einen Zuführkanal für das von dem Extruder plastifizierte Material aufweist. Dieser Extrusionskopf verfügt an seinem stromabwärtigen Ende zudem über eine Extrusionsdüse und über eine Vorrichtung zum Zuführen von Stützluft sowie von einem Gleitmittel zur innenseitigen Benetzung oder Beschichtung des die Extrusionsdüse verlassenden Produkts. Zusätzlich ist vorgesehen, dass zur Zuführung des Gleitmittels und der Stützluft in dem Extrusionskopf getrennte Zuführkanäle mit individuellen Austrittsöffnungen ausgebildet sind, die radial innerhalb des Bereichs der Austrittsöffnung eines Düsenmundstücks der Extrusionsdüse angeordnet sind.
• Vorzugsweise ist dieser Extrusionskopf so ausgebildet, dass der Gleitmittelzuführkanal in einer Austrittsöffnung mündet, die sich radial innerhalb einer ringförmigen Austrittsöffnung des Düsenmundstücks befindet. Der Stützluftzuführkanal endet dagegen vorzugsweise an der stromabwärtigen Stirnseite eines Schlauchkopfdornes, der koaxial die ringförmige Austrittsöffnung des Düsenmundstücks koaxial durchdringt.
• Mit diesem Extrusionskopf wird demnach das Gleitmittel auf die Innenseite des strangförmigen und innen hohlen Extrusionsproduktes aufgebracht, sobald dieses das Düsenmundstück der Extrusionsdüse verlässt. Auf diese Weise wird erreicht, dass das nach dem Abschneiden des Produkts auf vorbestimmte Längen erfolgende Aufziehen auf einen Form- und Vulkanisationsdorn problemlos erfolgen kann. Zudem wird das Gleitmittel kontinuierlich nur auf die Fläche des Extrusionsproduktes aufgetragen, auf der dieses Gleitmittel auch tatsächlich benötigt wird. So lässt sich nicht nur die einzusetzende Gleitmittelmenge auf den unbedingt notwendigen Umfang begrenzen, es wird zudem auch durch Vermeidung von Plansch- oder Spritzverlusten eine Reduzierung der mit diesem Fertigungsverfahren gegebenenfalls zusammenhängenden Umweltbelastungen erreicht.
• In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Stützluftzuführkanal und der Gleitmittelzuführkanal koaxial zueinander angeordnet sind. Durch diese Bauweise ist der Aufbau eines besonders kompakten Extrusionskopfes möglich. Zudem kann der Extrusionskopf so beschaffen sein, dass das stromabwärtige Ende des Schlauchkopfdornes eine radiale Verdickung aufweist, die so dicht an dem stromabwärtigen Ende des Düsenmundstücks angeordnet ist, dass zwischen diesen beiden Bauteilen ein Ringspalt zum Austritt des Gleitmittels ausgebildet ist. Dieser Ringspalt erlaubt eine sehr feine und gleichmäßige Verteilung des Gleitmittels auf die Innenseite des die Extrusionsdüse verlassenden Produkts.
• Zudem kann vorgesehen sein, dass der Schlauchkopfdorn mit einem im Extrudatzuführkanal koaxial angeordneten Zentralkörper verbunden ist, der seinerseits einen Steg aufweist, das über Befestigungsvorrichtungen für Stützluft- und Gleitmittelzuführleitungen verfügt. Dieser Steg ist sodann vorzugsweise so ausgebildet, dass in dem Steg wenigstens eine Bohrung zur Verbindung der Stützluftzuführleitung mit dem Stützluftzuführkanal und wenigstens eine Bohrung zur Verbindung der Gleitmittelzuführleitung mit dem Gleitmittelzuführkanal vorgesehen ist.
• Als besonders vorteilhaft wird es in diesem Zusammenhang angesehen, wenn in dem Schlauchkopfdorn der Stützluftzuführkanal als Zentralrohr ausgebildet ist, das von dem Geitmittelzuführkanal koaxial umgeben wird.
• Zur Realisierung eines diesbezüglichen Herstellverfahrens zur Herstellung und Innenbeschichtung bzw. Innenbenetzung eines strangförmigen und innen hohlen Bauteils sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen.
• Zunächst wird der plastifizierbare Werkstoff in einen Extruder eingefüllt und dort plastifiziert. Anschließend wird das derart plastifizierte Material durch den Extrusionskopf des Extruders gedrückt, so dass bei dem Passieren der Spritzdüse das Extrusionsprodukt seine Geometrie erhält. Dass anschließende Beschichten des frisch extrudierten Produkts erfolgt unmittelbar nach dessen Ausstritt aus dem Düsenmundstück des Extrusionskopfes. Anschließend wird das so beschichtete Produkt über das stromabwärtige Ende eines Schlauchkopfdorns geführt, an dessen stromabwärtigem Ende unter Überdruck Stützluft austritt. Diese Stützluft sorgt dafür, dass das frisch ausgeformte und innenbeschichtete strangförmige Produkt nicht in sich zusammenfällt.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens ist vorgesehen, dass das gleitmittelbeschichtete, stranggepresste und innen hohle Produkt ein Schlauch, vorzugsweise ein noch nicht vulkanisierter Krümmerschlauch eines Kraftfahrzeuges ist. Zudem kann das erfindungsgemäße Herstellverfahren auch derart betrieben wird, dass die zuzuführende Gleitmittelmenge von der extrudierten Materialmenge pro Zeiteinheit abhängig gemacht wird. Eine mit dem Extrusionskopf verbundene gesonderte Zudosiervorrichtung versorgt den Extrusionskopf dann nur mit soviel Gleitmittel, wie zur Beschichtung des gerade produzierten Materials auch tatsächlich benötigt wird. Auf diese Weise können insbesondere Mengenschwankungen im Extrusionsprozess leicht erkannt und die Zuführung der Gleitmittelmenge entsprechend angepasst werden.
• Die Erfindung kann anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Hilfe der beigefügten Zeichnung weiter erläutert werden. Darin zeigt
• 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Extrusionskopf und
• 2 eine Detailansicht des Extrusionskopfes gemäß 1.
• Der in 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäß ausgebildeten Extrusionskopf 1 verfügt zunächst über ein Gehäuse 21, an dessen stromaufwärtigen Ende ein Anschlussflansch 2 ausgebildet ist, mit dem dieser Extrusionskopf an das stromabwärtige Ende eines hier nicht dargestellten Extruders befestigbar ist. Innerhalb des Extrusionskopfgehäuses 21 ist ein Zuführkanal 3 für das vom Extruder plastifizierte Material ausgebildet, der sich stromab im Bereich eines Düsenmundstücks 5 der Spritzdüse 15 des Extrusionskopfes 1 verjüngt. Das Düsenmundstück 5 selbst ist in das Gehäuse 21 von der stromabwärtigen Seite des Extrusionskopfes 1 eingesteckt und wird von einer Kopfmutter 18 axial gesichert, die hier über ein Außengewinde 22 mit dem Gehäuse 21 verschraubt ist.
• Innerhalb des Zuführkanals 3 ist koaxial ein Zentralkörper 4 angeordnet, der über ein Steg 11 in dem Extrusionskopfgehäuse 21 gehalten wird. Das stromabwärtige Ende des Zentralkörpers 4 ist zudem mit einem Schlauchkopfdorn 7 verbunden, der den verjüngten Bereich eines Düsenmundstückes 5 koaxial durchdringt und an seinem stromabwärtigen Ende eine Verdickung aufweist, die axial über das Ende des Düsenmundstücks 5 hinausragt.
• Zur Zufuhr von Gleitmittel und Stützluft sind an dem Gehäuse 21 des Extrusionskopfes 1 Anschlussstellen für eine gesonderte Stützluftzuführleitung 16 und eine gesonderte Gleitmittelzuführleitung 17 vorgesehen ist. Zur Weiterleitung der Stützluft ist in dem Steg 11 eine in diesem Ausführungsbeispiel radial ausgerichtete Bohrung 20 ausgebildet, die die Stützluft zu einem Zentralrohr 10 leitet, dessen Hohlraum als Stützluftzuführkanal 8 dient. Das stromabwärtige Ende dieses Zentralrohres 10 endet an der stromabwärtigen Stirnseite des Schlauchkopfdornes 7 mit einer Austrittsöffnung 9.
• Das Gleitmittel wird dagegen ausgehend von der Gleitmittelzuführleitung 17 durch eine ebenfalls radial ausgerichtete Bohrung 12 in dem Steg 11 in den mittleren Bereich des Extrusionskopfes 1 geleitet. Von dort aus gelangt das Gleitmittel auf seinem stromabwärtigen Weg in einen Gleitmittelzuführkanal 13, der das die Stützluft führende Zentralrohr 10 koaxial umgibt. Dieser Gleitmittelzuführkanal 13 endet an dem stromabwärtigen Ende des Düsenmundstücks 5 derart, dass dieser Gleitmittelzuführkanal 13 die ringförmige Austrittsöffnung 6 des Düsenmundstücks 5 koaxial durchdringt. In dem Bereich, in dem dass Gleitmittel den Gleitmittelzuführkanal 13 verlässt, ist der Schlauchkopfdorn 7 mit seinem stromabwärtigen verdickten Ende derart dicht an dem stromabwärtigen Ende des Düsenmundstücks 5 angeordnet, dass das Gleitmittel nur aus einem zwischen diesen beiden Bauteilen 5, 7 gebildeten Ringspalt 14 austreten kann.
• Aufgrund des beschriebenen Aufbaus wird das frisch extrudierte Produkt unmittelbar nach seinem Austritt aus der Austrittsöffnung 6 des Düsenmundstücks 5 mit dem aus dem Ringspalt 14 austretenden Gleitmittel 14 auf dessen Innenseite benetzt. In diesem Bereich ist der Extrusionsdruck auf Umgebungsdruck abgefallen und das Gleitmittel kann so mit geringem Pumpendruck befördert und aufgetragen werden. Die nur ein kurzes Stück stromabwärts aus dem Ende des Schlauchkopfdornes 7 austretende Stützluft sorgt zudem dafür, dass das mit dem Gleitmittel benetztes Strangpressprofil nicht in sich zusammenfällt.
• Mit einem derartigen Extrusionskopf lässt sich wie folgt ein innenbeschichtetes, strangförmiges und hohles Produkts herstellen. Die einzelnen Verfahrensschritte dazu lauten:
• – Plastifizieren eines plastifizierbaren Werkstoffes in einem Extruder.
• – Pressen des plastifizierten Werkstoffes durch einen mit einer Austrittsdüse ausgestatteten Extrusionskopf.
• – Beschichten der Innenseite des strangförmigen und innen hohlen Bauteils unmittelbar nach dessen Austritt aus dem Düsenmundstück des Extrusionskopfes.
• – Führen des beschichteten, stranggepressten hohlen Bauteils über eine Verdickung eines Schlauchkopfdornes.
• – Erzeugung eines Überdrucks innerhalb des beschichteten, stranggepressten Bauteils mittels Stützluft, die an dem stromabwärtigen Ende des Schlauchkopfdornes unter Überdruck austritt.
• – Weitertransport des so erzeugten Bauteils.
• Zudem kann bei einem solchen Herstellverfahren vorgesehen sein, dass zur Einsparung von Gleitmittel die zugeführte Gleitmittelmenge durch eine Dosiervorrichtung in Abhängigkeit von der Menge des zu extrudierenden Materials zugeführt wird. Mit einem solchen Herstellverfahren lassen sich vorzugsweise Schläuche, insbesondere unvulkanisierte Krümmerschläuche von Kraftfahrzeugen herstellen.

1

Extrusionskopf

2

Flansch

3

Zuführkanal für thermoplastisches Material

4

Zentralkörper

5

Düsenmundstück

6

Ringförmige Austrittsöffnung

7

Schlauchkopfdorn

8

Stützluftkanal

9

Öffnung des Stützluftkanals

10

Zentralrohr

11

Steg

12

Bohrung

13

Gleitmittelzuführungskanal

14

Ringspalt; Austrittsöffnung

15

Extrusionsdrüse

16

Zuführleitung für Stützluft

17

Zuführleitung für Gleitmittel

18

Kopfmutter

20

Bohrung

21

Extrusionskopfgehäuse

22

Gewinde

Claims (11)

1. Extrusionskopf (1) zur Herstellung von hohlen, innenbeschichteten strangförmigen Produkten, mit einem Extrusionskopfgehäuse (21), mit einem daran ausgebildeten Ausschlussflansch (2) zum Verbinden des Extrusionskopfes (1) mit einem Extruder, mit einem Zuführkanal (3) für das im Extruder plastifizierte Material, mit einer Extrusionsdüse (15), sowie mit einer Vorrichtung zum Zuführen von Stützluft und von Gleitmittel zum Beschichten des die Extrusionsdüse (15) verlassenden Produkts, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zuführung des Gleitmittels und der Stützluft in dem Extrusionskopf (1) getrennte Zuführkanäle (8, 13) mit individuellen Austrittsöffnungen (9, 14) ausgebildet sind, die radial innerhalb des Bereiches der Austrittsöffnung (6) eines Düsenmundstücks (5) der Extrusionsdüse (15) angeordnet sind.
2. Extrusionskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitmittelzuführkanal (13) an dem stromabwärtigen Ende des Düsenmundstücks (5) in einer Austrittsöffnung (14) mündet, die radial innerhalb einer ringförmigen Austrittsöffnung (6) des Düsenmundstücks (5) angeordnet ist, und bei der der Stützluftzuführkanal (8) in einer Öffnung (9) an der stromabwärtigen Stirnseite eines Schlauchkopfdornes (7) endet, der die ringförmige Austrittsöffnung (6) des Düsenmundstücks (5) koaxial durchdringt.
3. Extrusionskopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützluftzuführkanal (8) und der Gleitmittelzuführkanal(13) koaxial zueinander angeordnet sind.
4. Extrusionskopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das stromabwärtige Ende des Schlauchkopfdornes (7) eine radiale Verdickung aufweist, die so dicht an dem stromabwärtigen Ende des Düsenmundstückes (5) angeordnet ist, dass zwischen diesen beiden Bauteilen (5, 7) ein Ringspalt (14) zum Austritt des Gleitmittels gebildet ist.
5. Extrusionskopf nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauchkopfdorn (7) mit einem im Extrudatzuführkanal (3) koaxial angeordneten Zentralkörper (4) verbunden ist, der einen Steg (11) aufweist, das über Anschlussvorrichtungen für Stützluft- und Gleitmittelzuführleitungen (16, 17) verfügt.
6. Extrusionskopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steg (11) wenigstens eine Bohrung (20) zur Verbindung der Stützluftzuführleitung (16) mit dem Stützluftzuführkanal (8) und wenigstens eine Bohrung (12) zur Verbindung der Gleitmittelzuführleitung (17) mit dem Gleitmittelzuführkanal (13) ausgebildet ist.
7. Extrusionskopf nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schlauchkopfdorn (7) der Stützluftzuführkanal (8) als Zentralrohr (10) ausgebildet ist und der Gleitmittelzuführkanal (13) dieses Zentralrohr (10) koaxial umgibt.
8. Extrusionskopf nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stromabwärtige Ende des Düsenmundstücks (5) durch eine Kopfmutter (18) axial gesichert ist, die über ein Gewinde (22) mit dem Gehäuse (21) des Extrusionskopfes (1) verbunden ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines innenbeschichteten strangförmigen und hohlen Produkts, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Plastifizieren eines plastifizierbaren Werkstoffes in einem Extruder. – Pressen des plastifizierten Werkstoffes durch eine Extrusionsdüse eines Extrusionskopfes an dem Extruder. – Beschichten der Innenseite des strangförmigen und innen hohlen Produkts unmittelbar nach dessen Austritt aus dem Düsenmundstück der Extrusionsdüse. – Führen der Innenseite des beschichteten stranggepressten hohlen Produkts über das stromabwärtige Ende einen Schlauchkopfdornes. – Erzeugen eines Überdrucks innerhalb es beschichteten stranggepressten Produkts mittels an dem stromabwärtigen Ende des Schlauchkopfdornes austretender Stützluft. – Weitertransport des so erzeugten Produkts.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schlauch, vorzugsweise ein noch nicht vulkanisierter Krümmerschlauch eines Kraftfahrzeuges hergestellt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte Gleitmittelmenge in Abhängigkeit des extrudierten Materials durch eine Zudosiervorrichtung zudosiert wird.