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Verschluß- und Abziehstopfen für Extruderanlage Extruderanlagen bestehen
bekanntlich aus einer Strangpresse, einer Kalibriereinrichtung und einer mechanischen
Abzugsvorrichtung. In ihnen wird das aus dem Mundstück des Extruders als Hohlprofil
kontinuierlich austretende Strangmaterial zunächst durch eine gekühlte Kalibrierdüse
gezogen, sodann weitergefördert und schließlich mittels einer geeigneten Trennvorrichtung,
z. B. einer Kreissäge, in Stücke von gewünschter Länge abgeschnitten. Das Anlaufen
des Produktionsvorganges, insbesondere das Durchziehen des Kunststoffstranges durch
die Kalibrierdüse sowie seine Förderung und die Übergabe an die nachfolgende Abzugsvorrichtung
sind erfahrungsgemäß zeitraubend und schwierig. Sie sind besonders schwicrig, wenn
es sich um die Herstellung von Rohren und sonstigen Hohlprofilen großer Dimensionen
handelt.
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Die Schwierigkeiten ergeben sich vor allem daraus, daß der Hohlprofilstrang
beim Eintreten in die Kalibrierdüse noch weitgehend plastisch ist. Sein Erstarren,
das von der Intensität der Kühlung sowie von der Wandstärke des Profils und der
Wärmeleitfähigkeit des Materials abhängt, ist am Austritt der Kalibrierdüse in der
Regel noch nicht beendet. Dieser Umstand erschwert es, den Profilstrang schnell
und sicher zu erfassen und vor allem so abzuziehen, daß er mit der Kalibrierdüse
genau fluchtet.
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Bisher war es üblich, besonders bei größeren Abmessungen das Rohr
nach dem Austreten aus der Kalibrierdüse mit einem Stopfen zu verschließen.
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Hierauf führte man Druckluft durch den Spritzkopf ein, damit das noch
plastische Rohr gegen die Wand der Kalibrierdüse gepreßt wurde und dort erstarrte.
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Eine kontinuierliche Fertigung war bei diesem Verfahren jedoch nicht
möglich, denn beim späteren Abschneiden der Rohre entwich die Druckluft, und das
Rohr fiel hinter der Kalibrierdüse wegen der noch vorhandenen Plastizität zusammen.
Es mußte daher die Fertigung nach jedem Rohrabschnitt praktisch neu eingeleitet
werden, ganz abgesehen von dem unverhältnismäßig hohen Abfall. Später hat man hinter
dem Kalibrierkopf einen Luftabschlußkolben angebracht, der dem Innendurchmesser
des herzustellenden Rohres entsprach und starr oder fliegend am Dorn der Spritzdüse
befestigt war. Beim Einleiten von Druckluft in das Rohr wurde durch den Verschlußkolben
beim späteren Abschneiden des Rohres der Überdruck im Rohr gehalten, so daß eine
kontinuierliche Fertigung möglich war. Es ist hierbei schwierig, beim Anfahren der
Fertigung das noch plastische Rohr über den Stopfen zu ziehen und einen völlig luftdichten
Abschluß zu erreichen, ohne daß eine Materialanhäufung vor dem Luftabschlußkolben
entsteht
und das Rohr dadurch abgerissen wird. Das Abziehen des Profilstranges nach seinem
Austritt aus der Kalibrierdüse erfolgt teils von Hand, teils mittels -mechanischer
Abzugsvorrichtungen. Beim Abziehen von Hand legt man um den Stranganfang eine Seilschlaufe
und bewirkt durch Zug am Seil das Abziehen des Stranges. Eine bekannte mechanische
Abziehvorrichtung besteht aus einem Schaft, an dessen vorderem, in den Anfang des
Kunststoffrohres einzuführenden Ende zwei oder mehrere Greiferbacken gelenkig gelagert
sind. Die Greiferbacken können sich radial spreizen, wenn die Abzugsvorrichtung
in Bewegung gesetzt wird, und legen sich dabei an die Innenwand des Rohres, das
sich seinerseits an derjenigen der Kalibrierdüse abschließt. Da die Spreizkraft
und somit die erforderliche Reibung zwischen der Innenwand des abzuziehenden Rohres
und den Greiferbacken nur vorhanden ist, solange die Geschwindigkeit der Abzugsvorrichtung
größer ist als diejenige des Rohres, besteht die Gefahr, daß das noch plastische
Rohrmaterial gereckt wird. Schließlich ist es sowohl beim Abziehen von Hand als
auch beim Abziehen mittels der bekannten mechanischen Vorrichtung schwer, das Rohr
genau mit der Achse der Kalibrierdüse fluchtend abzuziehen.
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Wenn die Austrittsgeschwindigkeit des Rohres aus der Kalibrierdüse
und die Abzugsgeschwindigkeit nicht aufeinander abgestimmt sind, tritt infolge des
erwähnten Reckens des Strangmaterials eine Querschnittsveränderung auf. Soll nun
der Strang mittels einer mechanischen Abzugseinrichtung weitergeführt werden, die
genau auf den Strangquerschnitt eingestellt ist, so besteht die Gefahr des Schlupfes,
weil die Förderelemente der Abzugsvorrichtung nicht mehr satt am Rohrstrang anliegen.
Es können aber auch
infolge unregelmäßigen Abziehens Stauungen in
der Kalibrierdüse hervorgerufen werden, und es kann dabei sogar zum Reißen des Stranges
kommen. Ein besonderer Nachteil des ungleichmäßigen Abzuges besteht darin, daß der
Strang im Verlauf der Förderstrecke nicht mehr koaxial mit der Achse des Extrudermundstückes
einerseits und derjenigen der mechanischen Abzugsvorrichtung andererseits verläuft.
Dieser Nachteil tritt vor allem dann auf, wenn es sich um die Herstellung verhältnismäßig
großer Hohlprofilquerschnitte handelt. Bei diesen ist nämlich die Ausstoßgeschwindigkeit
gering, und das Strangmaterial erstarrt sehr rasch. Wenn das Strangmaterial aber
völlig erstarrt ist, besteht keine Möglichkeit mehr, Krümmungen des Rohres und seine
Abweichung von der Koaxialität zu korrigieren. Es ist dann notwendig. den ganzen
Anlaufvorgang ein oder mehrere Male zu wiederholen, was außerordentlich zeitraubend
ist und große Mengen an Abfall bedingt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Verschluß- und Abziehstopfen
für eine Extruderanlage zu schaffen, mit dessen Hilfe die Anlaufbedingungen und
die sich anschließende Kalibrierung sowie der Abzug für die kontinuierliche Herstellung
insbesondere größerer und größter Hohlprofile einfacher und betriebssicherer gestaltet
sind. Erfindungsgemäß ist dies mittels eines Stopfens zum Verschließen des Stranganfangs
von mit einem Druckmittel zu füllenden Hohlstrang, bei dessen Herstellung auf der
Extruderanlage mit einer sich an das Extrudermundstück anschließenden Kalibrierdüse
dadurch erreicht, daß der Stopfen in radialer Richtung aufweitbar ausgebildet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Stopfen aus zwei von einem hohlen
Metallrohr im Abstand voneinander angeordneten Scheiben und einem die Scheibenränder
miteinander verbindenden Mantel aus elastischem Werkstoff, wobei im Metallrohr,
und zwar zwischen den Scheiben, Durchbrechungen zur Zuführung von Druckluft vorgesehen
sind. In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung besteht der Stopfen
aus einer Manschette aus elastischem Werkstoff, in deren stirnseitigen Öffnungen
auf einer Verbindungsstange angeordnete Konusse einschiebbar sind, von denen mindestens
einer mittels eines Gewindes mit der Stange verbunden ist. Weitere Merkmale der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
an Hand der Zeichnung in Verbindung mit den Ansprüchen.
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Fig. 1 veranschaulicht die Extruderanlage in ihrer Einstellung bei
der Durchführung des Anlaufs des Produktionsvorganges. Dabei ist I der Extruder,
II die Kalibrierdüse mit ihrem Kühlungssystem, III die Kühlwanne, durch welche der
Strang geführt wird, und IV die mechanische Abzugsvorrichtung; Fig. 2 zeigt ein
Hilfsrohr mit dem Rohransatz für die Zuführung der Druckluft an dem einen Ende und
mit einem weiteren Rohransatz am gegenüber befindlichen Ende für den dort untergebrachten
Verschluß-und Kupplungsstopfen; Fig. 3 zeigt den Verschluß- und Kupplungsstopfen
selbst in vergrößertem Maßstab im Längschnitt; Fig. 4 veranschaulicht die Einführung
des noch nicht ausgeweiteten Stopfens in den Stranganfang im Anfang der Strangbildung;
Fig. 5 veranschaulicht die Ausweitung des Stopfens nach Einführung von Druckluft
in das Innere des Stopfens;
Fig. 6 veranschaulicht die Kalibrierung; Fig. 7 zeigt
eine andere Ausbildung eines Verschluß- und Kupplungsstopfens; Fig. 8 zeigt in perspektivischer
Darstellung die Anwendung eines im Querschnitt quadratisch ausgebildeten Stopfens;
Fig. 9 zeigt, ebenfalls in perspektivischer Darstellung, einen in einen Rundrohrstrang
eingeführten Stopfen gemäß Fig. 7.
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Nach dem in der Fig. 1 gezeigten Beispiel tritt der in an sich bekannter
Weise hergestellte, aus thermoplastischem Material bestehende Profilstrang bei dem
Mundstück 1 aus. Der hier austretende Strang gelangt in die eigentliche Kalibrierdüse
2, die von dem Gehäuse 3 umschlossen ist. Der Raum zwischen der Kalibrierdüse 2
und der Gehäusewandung wird durch Kühlflüssigkeit 4 ausgefüllt, die durch geeigneten
Zufluß und Abfluß ständig erneuert wird. In die Kalibrierdüse ragt der Stopfen 5,
der an dem Rohransatz 6 des Hilfsrohres 7 sitzt. Dieses Hilfsrohr wird bei der Einleitung
des Anlaufs und später mit dem anhängenden Kunststoffstrang durch die Wanne 8 geführt.
An dem dem Rohransatz 6 gegenüber befindlichen Ende des Hilfsrohres ist ebenfalls
ein Rohransatz 9 vorgesehen. Sowohl in den Rohransatz 6 wie in den Rohransatz 9
sind Absperrorgane 10 und 11 eingebaut. Außerdem ist eine besondere Druckmeßeinrichtung
12 vorgesehen, die dazu dient, den im Hilfsrohr vorherrschenden Druck ständig unter
Kontrolle zu halten. Das Hilfsrohr 7 wird durch die Führungsrollen 13 einer mechanischen
Abzugsvorrichtung zwangläufig angetrieben.
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In der Fig. 2 ist das Hilfsrohr 7 mit seinen Rohransätzen 6 und 9
in etwas vergrößertem Maßstab dargestellt. Das an sich geschlossene Rohransatzende
6 nimmt an seinem Ende die beiden mit Abstand einander gegenüber befindlichen Scheiben
14 und 15 auf, wobei die vordere Scheibe 15 aus Zweckmäßigkeitsgründen einen etwas
kleineren Durchmesser besitzt.
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Bei den Scheibenrändern 14' und 15' ist ein aus elastischem Material
bestehender Mantel 16 befestigt.
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In dem Raum zwischen den beiden Scheiben 14 und 15 befinden sich im
Rohransatz 6 Durchbrechungen 17, durch welche Druckluft in das Innere des so ausgebildeten
Stopfens eingeführt werden kann.
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In der Fig. 3 ist der in der Fig. 2 kleiner dargestellte Stopfen
im vergrößerten Maßstab dargestellt, und es ist besonders gezeigt, welche Wirkung
eintreten muß, wenn Druckluft in das Innere des Stopfens eingeführt wird. Durch
die so herbeigeführte Ausweitung des Stopfens legen sich die ausgeweiteten Mantelflächen
gegen die Innenwandung des Stranganfangs 18, der die Kalibrierdüse 2 passiert hat.
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In den Fig. 4, 5 und 6 sind die einzelnen Vorgänge bzw. das Verhalten
des Verschluß- und Kupplungsstopfens im einzelnen dargestellt, und zwar zeigt die
Fig. 4 den soeben in den Stranganfang 18 eingeführten Stopfen im noch nicht ausgeweiteten
Zustand.
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Fig. 5 zeigt den um so viel ausgeweiteten Stopfen, daß sich dessen
Umfang nach Einführung von Druckluft in das Innere des Stopfens gegen die Stranginnenwand
preßt. In dieser Verfassung ist der Stopfen mit dem Stranganfang festgekuppelt.
In der Fig. 6 ist der eigentliche Kalibriervorgang deutlicher dargestellt.
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Die Kalibrierung wird in diesem Falle dadurch bewirkt, daß durch den
Kanal 1' des Extrudermundstückes Druckluft in den Raum zwischen Mundstück 1 und
Scheibe 15 des Verschluß- und Kupplungsstopfens
eingeführt wird.
Durch die eingeführte Druckluft wird der Strang an dieser Stelle ausgeweitet und
legt sich gegen die Innenflächen der Kalibrierdüse.
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In der Fig. 7 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Verschluß-
und Kupplungsstopfens gezeigt. Er besteht in diesem Fall aus dem aus einem elastischen
Material bestehenden zylindrischen Körper 19, bei dem an den beiden Stirnenden Konusse
20 und 21 eingetrieben werden, um den zylindrischen Körper 19 im Durchmesser auszuweiten.
Zu diesem Zweck werden durch den Schraubbolzen 22, der durch den als Haken ausgebildeten
Griff 23 entsprechend bewegt wird, die beiden Konusse gegeneinander geführt.
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In der Fig. 8 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines solchen Stopfens
gezeigt. Während bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ein runder Strangquerschnitt
angenommen ist, ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ein Strangquerschnitt
von quadratischem Durchmesser angenommen. Dementsprechend müssen auch die beiden
Konusse quadratisch geformt sein. In der perspektivischen Darstellung nach Fig.
S ist nur der eine Konus 21' erkennbar. Fig. 9 zeigt das Anwendungsbeispiel nach
Fig. 7 in perspektivischer Darstellung.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung und ihre Handhabung ist folgende:
Die aus dem ExtruderI bei dessen Mundstück 1 austretende, bereits profilierte, aber
noch nicht kalibrierte Kunststoffschmelze schiebt sich vorerst durch eigene Schubkraft
in die wassergekühlte Kalibrierdüse 2 ein. Weil zuvor der konusförmige Stopfen 5
in das vorn offene Ende der Kalibrierdüse 2 eingeführt worden ist, wie es in der
Fig. 1 gezeigt ist, schiebt sich das Profil der Kunststoffschmelze bei Weitervordringen
über den Mantel 16 des konusförmigen Stopfens 5. Sobald das geschehen ist, wird
das Ventil 10 hinter dem Stopfen 5 geöffnet, damit der Überdruck der Druckluft aus
dem Hilfsrohr 7 durch die Durchtrittsöffnungen 17 des Rohransatzes 6 des Hilfsrohres
7 in das Innere des Stopfens 5 eintreten kann. Hierbei weitet sich der aus elastischem
Material bestehende Mantel 16 des Stopfens aus und legt sich, wie in den Fig. 3
und 5 erkenntlich ist, als Ausbuchtung 16' gegen die plastische Masse des Kunststoffprofils
an. Dadurch wird dieses Profil gegen die gekühlte Kalibrierdüseninnenwand gepreßt,
und die Folge davon ist, daß die Außenhaut der Masse erstarrt. Diese Vorgänge sind
insbesondere aus der Fig. 4 und 5 ersichtlich. Da mit diesem Augenblick das Kunststoffrohr-
oder Hohlprofil durch den Stopfen dicht abgeschlossen ist, kann nunmehr in bekannter
Weise Druckluft durch den Kanal 1' des Extrudermundstückes 1 in den Raum zwischen
der stirnseitigen Abschlußscheibe 15 des Stopfens 5 und dem Extrudermundstück eintreten.
Das hat wiederum zur Folge, daß sich das Kunststoffrohr ausweitet und zufolge des
Überdruckes in diesem Raum gegen die Innenwandung der Kalibrierdüse 2 gepreßt wird.
Auf diese Weise vollzieht sich dann die Kalibrierung. Dies alles erfolgt als Einleitung
des Anlaufs und im Zusammenhang mit dem nunmehr sich vollziehenden Abzug des Rohres,
der dadurch bewirkt, daß der Verschlußstopfen 5 nicht nur dem Zwecke dient, sich
zufolge seiner Ausweitung fest mit der Innenwandung des Kunststoffrohres zu verbinden,
sondern der Stop-
fen wirkt nunmehr gleichzeitig als Kupplungsorgan für den Abzug.
Vermittels des Hilfsrohres 7, das in der Fig. 1 bei III und IV näher erkennbar ist,
erfolgt durch die Förderrollen 13 in dem Abzugs aggregat IV eine kontinuierliche
Weiterbewegung des Hilfsrohres 7 in der Bewegungsrichtung des weiter vorstoßenden
Kunststoffstranges. Da der Verschluß- und Kupplungskonus 5 mit diesem Hilfsrohr
7 in fester Verbindung steht, wird zufolge der durch den Umfang des Stopfens 5 ausgeübten
Adhäsion gegenüber dem Kunststoffrohr dieses im kalibrierten Zustand nachgezogen.
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Die Wandstärken des Rohr- oder Hohlprofils können durch entsprechende
Abzugsgeschwindigkeit des Abzugsaggregates IV entsprechend variiert werden.
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Ein Anstauen der Schmelze in der Kalibrierdüse 2 oder ein Verbiegen
des Rohr- oder Hohlprofils zufolge der zwangläufigen Führung des Hilfsrohres 7 durch
die Abzugsvorrichtung IV kann nun nicht mehr erfolgen, da alle diese Teile auf derselben
Linie angeordnet sind.