DE10311134A1

DE10311134A1 - Extrusionsvorrichtung

Info

Publication number: DE10311134A1
Application number: DE10311134A
Authority: DE
Inventors: Rainer Bobowk
Original assignee: KUHNE GmbH
Current assignee: KUHNE GmbH
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: DE10311134B4

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Extrusionsvorrichtung zur Herstellung mehrschichtiger Laminate aus thermoplastischem Material, mit einer Extrusionsdüse (1) und einem der Extrusionsdüse (1) strömungstechnisch vorgeschalteten Mehrschichtadapter (2) mit einem Hauptdurchflußkanal (4) und mindestens einem Nebendurchflußkanal (5), wobei im Nebendurchflußkanal (5) eine einstellbare Drosselvorrichtung (6) zur einstellbaren Drosselung des Schmelzstroms angeordnet ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Hauptdurchflußkanal (4) eine einstellbare Drosselvorrichtung zugeordnet ist, die in Form eines verstellbaren Schiebers (8) ausgeführt ist, der unmittelbar vor der Eintrittsstelle des Nebendurchflußkanals (5) in den Hauptdurchflußkanal (4) hineinragt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Extrusionsvorrichtung zur Herstellung mehrschichtiger Laminate aus thermoplastischem Material mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Für die Herstellung von mehrschichtigen Laminaten sind verschiedene Arten von Extrusionsvorrichtungen bekannt. Ausgangspunkt für die Lehre der vorliegenden Erfindung ist eine Extrusionsvorrichtung mit einer Mehrschicht-Teileranordnung mit Drehbolzen ( DE 38 03 412 C1 ). Eine umfangreiche Diskussion des Standes der Technik zur Herstellung mehrschichtiger Laminate findet sich in dieser Entgegenhaltung, deren Offenbarungsgehalt hiermit auch durch Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung gemacht wird.
Laminate aus thermoplastischem Material, insbesondere auch mehrschichtige Laminate, sind preisempfindliche Produkte, bei denen auch geringe Optimierungen der Herstellung mit der entsprechenden Kostenfolge wertvoll sind. Mehrschichtige Laminate aus thermoplastischem Material werden beispielsweise eingesetzt, um Recyclingmaterial, also Mahlgut beispielsweise aus Stanzgittern, wieder in den Herstellungsprozeß einzubringen. Um für das spätere Produkt, beispielsweise tiefgezogene Becher aus thermoplastischem Material, die Außenflächen wie bei Produkten aus Neuware gestalten zu können, haben die mehrschichtigen Laminate nur die Mittelschicht aus Recyclingmaterial, beide Außenschichten jedoch aus Neuware. Da die Außenschichten aus Neuware aber sehr dünn sein können, jedenfalls wenn man eine in zweckmäßiger Weise optimierte Extrusionstechnik einsetzt, ergeben sich hiermit erhebliche Kosteneinsparungen.
Die Außenschichten der mehrschichtigen Laminate werden über die Nebendurchflußkanäle dem Schmelzestrom der Mittelschicht, die im Hauptdurchflußkanal strömt, zugeführt. Man kann sich vorstellen, daß es gerade bei sehr dünnen Schichten darauf ankommt, die Schichtdicke möglichst gleichmäßig zu erhalten, insbesondere unter einen bestimmten unteren Grenzwert nicht absinken zu lassen. Zu diesem Zweck ist es bereits seit längerem bekannt, mit Schiebern im Nebendurchflußkanal zu arbeiten, die aus mehreren in Querrichtung nebeneinander in den Nebendurchflußkanal hineinragenden Teilabschnitten bestehen, die in Stellrichtung gegeneinander verschiebbar angeordnet und durch getrennte Stellmittel einstellbar sind. Mittel zur Einstellung der Stellglieder und Mittel zur selektiven Dickenmessung einzelner Schichten des mehrschichtigen Laminates komplettieren eine solche Extrusionsvorrichtung ( EP 0 418 681 B1 ).
Derzeit kann man also nur durch die zuvor erläuterten, ggf. mehrteiligen Schieber oder ggf. ebenfalls mehrteiligen Bolzen im Nebendurchflußkanal den Materialfluß im Schmelzestrom des Nebendurchflußkanals beeinflussen. Eine weitere Optimierung des Herstellungsverfahrens für mehrschichtige Laminate gelingt nunmehr mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1. Die Lehre der Erfindung geht dabei dahin, den an sich bekannten, ggf. auch mehrteiligen Schieber dem Hauptdurchflußkanal zuzuordnen, zusätzlich zu der unverändert vorhandenen einstellbaren Drosselvorrichtung des Schmelzestroms in Nebendurchflußkanal. Man kann so den Materialfluß im Schmelzestrom des Hauptdurchflußkanals gezielt verdrängen, so daß der Materialfluß im Schmelzestrom, der aus dem Nebendurchflußkanal in den Hauptdurchflußkanal eintritt, hier beim Eintreten den notwendigen Platz vorfindet.
Das zuvor erläuterte Grundprinzip der Lehre der Erfindung läßt sich in vielfältiger Weise ausgestalten und weiterbilden, wobei einige Aspekte auch selbständig wiederum Erfindungsqualität haben. Im einzelnen darf dazu auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche verwiesen werden.
Im folgenden wird dann die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 in einer schematischen, lediglich ausschnittweise dargestellten Schnittzeichnung den Eintrittsbereich eines Nebendurchflußkanals in den Hauptdurchflußkanal bei einer erfindungsgemäßen Extrusionsvorrichtung,
2 im in 1 angedeuteten Schnitt den Hauptdurchflußkanal mit oberseitig und unterseitig erkennbaren Schiebern, in 1 von links gesehen, also die Eintrittsstellen der Nebendurchflußkanäle oberseitig und unterseitig verdeckt,
3 zum Stand der Technik aus der DE 38 03 412 C1 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung des Einsatzes eines Drosselbolzens,
4 in vergrößerter Darstellung und im Schnitt einen Bolzen des Gegenstands aus 3,
5 einen Querschnitt des Bolzens des Gegenstands aus 3.
Anhand des Standes der Technik, der in 3 im Grundprinzip dargestellt ist, soll zunächst das Prinzip einer Extrusionsvorrichtung zur Herstellung mehrschichtiger Laminate aus thermoplastischem Material erläutert werden. Im einzelnen darf dazu auch auf die bereits genannte DE 38 03 412 C1 verwiesen werden. Vorgesehen und hier lediglich angedeutet ist eine Extrusionsdüse 1. Dieser ist strömungstechnisch vorgeschaltet ein Mehrschichtadapter 2, der den Kern der hier relevanten Extrusionsvorrichtung ausmacht. Der Mehrschichtadapter 2 kann von der Extrusionsdüse 1 getrennt ausgeführt oder auch mit der Extrusionsdüse 1 integriert ausgeführt sein.
Der hier vorgesehene Mehrschichtadapter weist im in 3 dargestellten Beispiel des Standes der Technik im Adapterkorpus 3 einen Hauptdurchflußkanal 4 und drei Nebendurchflußkanäle 5a, b, c auf. Die Strömungsrichtung des thermoplastischen Materials ist in 3 von oben nach unten, und extrudiert wird hier im Ausführungsbeispiel ein vierschichtiges Laminat, das nämlich auf einer Seite noch mit einer beispielsweise hochglänzenden Deckschicht versehen wird.
Jedem Nebendurchflußkanal 5a, b, c ist im in 3 dargestellten Beispiel des Standes der Technik eine wiederum einstellbare Drosselvorrichtung 6a, b, c zur einstellbaren Drosselung des Schmelzestroms im Nebendurchflußkanal 5a, b, c zugeordnet.
4 zeigt eine solche einstellbare Drosselvorrichtung 6, die in Form eines sich quer zur Strömungsrichtung des Schmelzestroms im Nebendurchflußkanal 5 erstreckenden Bolzens 6 ausgeführt ist. Aus dem Stand der Technik sind auch Anordnungen mit Schiebern an dieser Stelle statt des Drehbolzens bekannt. Der Bolzen 6 weist einen Strömungskanal 7 für das zuzuführende thermoplastische Material auf. Durch Drehen des Bolzens 6 um seine Längsachse sind die Schichtform und die Schichtdicke der entsprechenden Schicht des herzustellenden Laminats beeinflußbar. 5 läßt im Schnitt die Gestaltung des Strömungskanals 7 erkennen mit einem innerhalb des Bolzens 6 verlaufenden Abschnitt 7a, einem radial von da an die Oberfläche abgehenden Abschnitt 7b und einem in der Mantelfläche des Bolzens 6 ausgebildeten umfangsseitigen Abschnitt 7c. Im übrigen sind weitere Ausführungen von derartigen Drehbolzen in der DE 38 03 412 C1 beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt in diesem Zusammenhang nochmals hingewiesen werden darf, weil derartige Bolzen im vorliegenden Fall ebenfalls einsetzbar sind.
Für die vorliegende Konstruktion ist nun zunächst wesentlich, daß dem Hauptdurchflußkanal 4 eine einstellbare Drosselvorrichtung zugeordnet ist, die in Form eines verstellbaren Schiebers 8 ausgeführt ist, der unmittelbar vor der Eintrittsstelle des Nebendurchflußkanals 5 in den Hauptdurchflußkanal 4 hineinragt. 1 zeigt schematisch die zuvor erläuterte Anordnung. Durch den in den Hauptdurchflußkanal 4 eintauchenden Schieber 8 wird der Materialfluß des Schmelzestroms im Hauptdurchflußkanal 4 etwas verdrängt, so daß Platz geschaffen wird für den Schmelzestrom aus dem Nebendurchflußkanal 5, der über den Bolzen 6 und dessen Strömungskanal 7 in den Hauptdurchflußkanal 4 flächig eintritt. 1 zeigt dabei sowohl an der Oberseite des Hauptdurchflußkanals 4 als auch an der Unterseite des Hauptdurchflußkanals 4 einen Nebendurchflußkanal 5 mit jeweils einem Bolzen 6. Hier wird also ein dreischichtiges Laminat aus thermoplastischem Material coextrudiert.
Das dargestellte und insoweit bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt, daß die Drosselvorrichtung 6 des Nebendurchflußkanals 5 und der Schieber 8 unmittelbar angrenzend zueinander angeordnet sind. Die Funktionseinheiten könnten in Strömungsrichtung des Schmelzestroms auch beabstandet voneinander angeordnet sein, dann wäre aber die Verdrängungswirkung des Schiebers 8 im Hauptdurchflußkanal 4 an der Eintrittsstelle nicht so stark wie im dargestellten Ausführungsbeispiel. Insbesondere in einem solchen Fall könnte auch die Drosselvorrichtung 6 für den Nebendurchflußkanal 5 als Konstruktion mit Schieber oder Schiebern wie im Stand der Technik realisiert sein. Man hätte einfach eine unterschiedliche Beeinflussung beider Vorrichtungen Grundsätzlich ist in der Zeichnung nicht weiter dargestellt, wie man hier steuerungstechnisch arbeitet und welche steuerungstechnischen Einrichtungen vorhanden sein können oder sollten, um die verschiedenen Elemente der Gesamtanordnung zu steuern. Dazu darf insgesamt verwiesen werden auf Ausführungen im Stand der Technik, beispielsweise in der EP 0 418 681 B1 , in der hierzu relativ viel erläutert wird, oder in der DE 197 55 696 A1 .
Das dargestellte und bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt nun weiter, daß die Drosselvorrichtung 6 des Nebendurchflußkanals 5 und der Schieber 8 miteinander zusammenwirkende Elemente oder Abschnitte aufweisen, so daß bereits anordnungsbedingt eine abgestimmte Einstellbarkeit gegeben ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel greift die Kontur am dem Hauptdurchflußkanal 4 zugewandten Ende des Schiebers 8 in den umfangsseitigen Abschnitt des Strömungskanals 7 des Bolzens 6 dergestalt ein, daß eine Verschiebung des Schiebers 8 gleichzeitig eine Veränderung des Durchflußquerschnitts des Strömungskanals 7 zur Folge hat.
Im einzelnen ist hier also im Ausführungsbeispiel eine solche Anordnung des Bolzens 6 vorgesehen, die aus der DE 38 03 412 C1 bekannt ist, und mit einem Schieber 8 für den Hauptdurchflußkanal 4 kombiniert worden.
Im einzelnen ist hier nach bevorzugter Ausführung vorgesehen, daß der Schieber 8 an der dem Nebendurchflußkanal 5 zugewandten Seite abschnittsweise einen der Außenkontur des Bolzens 6 angepaßte, insbesondere etwa kreisbogenförmige Kontur aufweist und den Strömungskanal 7 des Bolzens 6 in einem umfangsseitigen Abschnitt begrenzt und daß durch Verstellung des Schiebers 8 die Eintauchtiefe des Schiebers 8 in den Hauptdurchflußkanal 4 und der Durchflußquerschnitt des Strömungskanals 7 des Bolzens 6 gleichzeitig einstellbar sind. Wird der Schieber 8 im dargestellten Ausführungsbeispiel, 1, nach oben gezogen, so verringert sich die Verdrängungswirkung im Hauptdurchflußkanal 4, gleichzeitig wird auch der Durchflußquerschnitt des Strömungskanals 7 im Bolzen 6 für den Nebendurchflußkanal 5 verringert. Die Verstellung ist also gleichgerichtet. Durch Gestaltung der Kontur des Schiebers 8 kann man gewünschte Verstellcharakteristika erreichen.
2 zeigt nun eine Gestaltung, die bei einer größeren Breite des herzustellenden Laminats eine Anpassung der Schichtdicken in kontrollierter Weise erlaubt (siehe auch die EP 0 418 681 B1 für die diesem Thema zugrundeliegende Problematik). Hierzu ist vorgesehen, daß der Schieber 8 aus mehreren quer zur Strömungsrichtung des Schmelzestroms im Hauptdurchflußkanal 4 nebeneinander angeordneten, jeweils einzeln einstellbaren Abschnitten 8a, 8b, 8c besteht. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel, 2, ein oberseitiger Nebendurchflußkanal 5 und ein unterseitiger Nebendurchflußkanal 5 vorgesehen sind, sind jeweils drei Abschnitte a, b, c des jeweiligen Schiebers 8 zu erkennen. Die Doppelpfeile zeigen hier wie bereits in 1 angedeutet die Wirkung des jeweiligen Stellantriebs. Die Breite der Abschnitte beträgt beispielhaft 30 mm, 60 mm, 30 mm.
Weiter kann man vorsehen, daß der Bolzen 6 mehrere quer zur Strömungsrichtung des Schmelzestroms im Nebendurchflußkanal 5 nebeneinander angeordnete Bolzenabschnitte aufweist, die Strömungskanäle vorzugsweise mit unterschiedlichen Parametern, insbesondere unterschiedlichen Strömungsquerschnitten, aufweisen. In diesem Fall würde man zweckmäßigerweise weiter vorsehen, daß die Abschnitte des Bolzens 6 den Abschnitten 8a, 8b, 8c des Schiebers 8 zugeordnet sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel würde man aber eher vorsehen, daß der Bolzen 6 zwar drei Abschnitte hat, die aber gleiche Charakteristika aufweisen, während die separate Einstellbarkeit mittels der separat einstellbaren Abschnitte 8a, b, c des Schiebers 8 realisiert ist.
Bislang ist nur erläutert worden, daß die Schichtdicken der einzelnen Schichten des mehrschichtigen Laminates durch mechanische Einwirkung beeinflußt werden. Aus dem Stand der Technik ist es an sich auch bekannt, die Schichtdicke durch thermische Beeinflussung des Laminates zu beeinflussen. Das kann man auch bei der vorliegenden Extrusionsvorrichtung realisieren. In diesem Fall würde man wohl vorsehen, daß der Bolzen 6 eine integrierte Heiz einrichtung aufweist, mit der der Schmelzestrom durch den Strömungskanal 7 des Bolzens 6 und der Schmelzestrom im Nebendurchflußkanal 5 thermisch beeinflußbar ist. Diese Heizeinrichtung ist im dargestellten Ausführungsbeispiel nicht gezeigt, sie würde natürlich eine entsprechende Ausgestaltung erfahren. Dabei könnte man auch vorsehen, abschnittsweise unterschiedliche Heizleistungen zu realisieren, um den Bolzen 6 abschnittsweise unterschiedlich erhitzen zu können, um so die Schichtdicke der Außenschichten des Laminates optimal zu konturieren, im Sinne einer möglichst gleichmäßigen und geringen Schichtdicke.

Claims

Extrusionsvorrichtung zur Herstellung mehrschichtiger Laminate aus thermoplastischem Material, mit einer Extrusionsdüse (1) und einem der Extrusionsdüse (1) strömungstechnisch vorgeschalteten Mehrschichtadapter (2) mit einem Hauptdurchflußkanal (4) und mindestens einem Nebendurchflußkanal (5), wobei im Nebendurchflußkanal (5) eine einstellbare Drosselvorrichtung (6) zur einstellbaren Drosselung des Schmelzestroms angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hauptdurchflußkanal (4) eine einstellbare Drosselvorrichtung zugeordnet ist, die in Form eines verstellbaren Schiebers (8) ausgeführt ist, der vor, vorzugsweise unmittelbar vor der Eintrittsstelle des Nebendurchflußkanals (5) in den Hauptdurchflußkanal (4) hineinragt.
Extrusionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (6) des Nebendurchflußkanals (5) und der Schieber (8) unmittelbar angrenzend zueinander angeordnet sind.
Extrusionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (6) des Nebendurchflußkanals (5) und der Schieber (8) miteinander steuerungstechnisch gekoppelt und aufeinander abgestimmt verstellbar sind.
Extrusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (6) des Nebendurchflußkanals (5) und der Schieber (8) miteinander zusammenwirkende Elemente oder Abschnitte aufweisen, so daß bereits anordnungsbedingt eine abgestimmte Einstellbarkeit gegeben ist.
Extrusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (6) im Nebendurchflußkanal (5) als sich quer zur Strömungsrichtung des Schmelzestroms im Nebendurchflußkanal (5) erstreckender Bolzen (6) ausgeführt ist, wobei der Bolzen (6) einen Strömungskanal für den zuzuführenden Schmelzestrom aufweist und durch Drehen des Bolzens (6) um seine Längsachse die Schichtform und/oder Schichtdicke der vom Nebendurchflußkanal (5) bereitgestellten Schicht des herzustellenden Laminates beeinflußbar ist.
Extrusionsvorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (8) an der dem Nebendurchflußkanal (5) zugewandten Seite abschnittsweise einen der Außenkontur des Bolzens (6) angepaßte, insbesondere etwa kreisbogenförmige Kontur aufweist und den Strömungskanal (7) des Bolzens (6) in einem umfangsseitigen Abschnitt begrenzt und daß durch Verstellung des Schiebers (8) die Eintauchtiefe des Schiebers (8) in den Hauptdurchflußkanal (4) und der Durchflußquerschnitt des Strömungskanals (7) des Bolzens (6) gleichzeitig einstellbar sind.
Extrusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (8) aus mehreren quer zur Strömungsrichtung des Schmelzestroms im Hauptdurchflußkanal (4) nebeneinander angeordneten, jeweils einzeln einstellbaren Abschnitten (8a, 8b, 8c) besteht.
Extrusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (6) mehrere quer zur Strömungsrichtung des Schmelzestroms im Nebendurchflußkanal (5) nebeneinander angeordnete Bolzenabschnitte aufweist, die Strömungskanäle vorzugsweise mit unterschiedlichen Parametern, insbesondere unterschiedlichen Strömungsquerschnitten, aufweisen.
Extrusionsvorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte des Bolzens (6) den Abschnitten (8a, 8b, 8c) des Schiebers (8) zugeordnet sind.
Extrusionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (6) eine integrierte Heizeinrichtung aufweist, mit der der Schmelzestrom durch den Strömungskanal (7) des Bolzens (6) und der Schmelzestrom im Nebendurchflußkanal (5) thermisch beeinflußbar ist.
Extrusionsvorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung in den einzelnen Abschnitten des Bolzens (6) auf unterschiedliche Heizleistung steuerbar oder regelbar ist.