-
Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von massiven Profilen,
wie Stäben, und dickwandigen Hohlprofilen, wie Rohren, aus thermoplastischem Kunststoff
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von massiven
Profilen, wie Stäben, und dickwandigen Hohlprofilen, wie Rohren, aus thermoplastischem
Kunststoff, die eine heizbare, durch eine Zuführleitung flüssigkeitsdicht, jedoch
abnehmbar mit einer gekühlten Formvorrichtung verbundene Zuführvorrichtung für den
plastifizierten Kunststoff und eine Abführvorrichtung für das fertige Werkstück
aufweist. Bei der kontinuierlichen Herstellung eines zylindrischen Stabes wird dabei
der Kunststoff in plastifiziertem Zustand durch eine runde Öffnung, z. B. in ein
gekühltes Rohr, gepreßt und der gekühlte gebildete Stab daraus abgeführt.
-
Bei der kontinuierlichen Herstellung eines zylindrischen Rohres wird
der Kunststoff in plastifiziertem Zustand aus einem ringförmigen Schlitz in ein
gekühltes Rohr gepreßt und dabei inwendig, z. B. mittels eines gasförmigen Mediums,
gekühlt.
-
Es hat sich gezeigt, daß bei diesen bekannten Vorrichtungen die pro
Zeiteinheit der Formvorrichtung zugeführte Kunststoffmenge verhältnismäßig niedrig
gewählt werden muß. Dies bedeutet also auch, daß die Geschwindigkeit, mit der die
Gegenstände die Formvorrichtung verlassen, verhältnismäßig niedrig ist Wenn nämlich
die Kunststoffzufuhr erhöht wird, zeigen die gebildeten Gegenstände infolge des
Schrumpfens des Materials während der Kühlung Schrumpfhohlräume. Diese Schrumpfhohlräume
in den gebildeten Gegenständen entstehen insbesondere, wenn Stäbe mit einem verhältnismäßig
großen Durchmesser, z. B. größer als 5 cm, oder Rohre mit einer großen Wanddicke,
z. B. 1 cm oder mehr, hergestellt werden.
-
Es ist bereits bekannt, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art das Festkleben des erweichten Kunststoffs an der Formvorrichtung dadurch zu
vermeiden, daß zwischen der Zuführleitung und der Formvorrichtung ein Füllstück
vorgesehen ist, das aus einem die Wärme schlecht leitenden Material wie Glas, Tetrafluoräthylen
oder Asbestprodukten hergestellt ist. Dieses bekannte Füllstück hat eine derartige
Form, daß die Schmelze zur Mitte der Formvorrichtung hin gepreßt wird (konvergierend).
-
Bei Verwendung dieses Füllstückes, das die Wärmeverteilung verbessert,
kann die Zuführgeschwindigkeit des plastifizierten Kunststoffes erhöht werden, ohne
daß Schrumpfhohlräume in den gebildeten Werkstücken auftreten.
-
Es wurde nun gefunden, daß die Geschwindigkeit, mit der die Werkstücke
die Formvorrichtung verlassen, weiter erhöht werden kann, wenn erfindungs-
gemäß
bei einer Formvorrichtung der eingangs genannten Art die Zuführleitung von ihrem
Eintritt in die Formvorrichtung in einen oder mehrere Kanäle übergeht, die längs
der Wandung der Formvorrichtung oder in der Nähe dieser Wandung ausmünden, wobei
im letzteren Falle die Kanäle in Richtung auf die Wandung der Formvorrichtung verlaufen.
Beispielsweise können die Kanäle mittels eines in die Zuführleitung eingesetzten
Füllstückes erzeugt werden oder sich in diesem Füllstück befinden.
-
Erfindungsgemäß ist also das Füllstück im Gegensatz zu der bekannten
Vorrichtung derart gestaltet, daß die Schmelze anfangs nur der Wand entlangströmt
(divergieren). Von besonderem Vorteil ist die Anwendung eines erfindungsgemäßen
Füllstückes hinter einem bekannten Füllstück, das die Schmelze zur Mitte der Formvorrichtung
hin preßt.
-
Es ist bei der Gummiverarbeitung bekannt, durch Gitter, die entsprechend
dem Material erhitzt werden, eine Verkürzung der thermischen Ablaufzeiten zu erzielen,
um so die Leistung der Maschine zu erhöhen. Ein solches Gitter hat aber nicht die
gleiche Wirkung wie die erfindungsgemäßen Kanäle, mit deren Hilfe die Schmelze zum
Rand der Kühlvorrichtung hin gedrängt wird.
-
Der Erfolg der Erfindung ist vermutlich der Tatsache zuzuschreiben,
daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der sogenannte Schmelzkegel, d. h. die
Kunststoffmenge,
die im sich bildenden, noch in warmplastischem Zustand befindlichen Werkstück vorhanden
ist, eine stumpfere Form aufweist als die Schmelzkegel, die bei den bekannten Vorrichtungen
beobachtet werden können. Diese stumpfere Form ermöglicht eine leichtere Zuströmung
der Schmelze bis in die Kegelspitze als bei spitzeren Kegeln, die auftreten, wenn
der plastifizierte Kunststoff der Formvorrichtung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit
zugeführt wird. Infolge dieser leichteren Zuströmung wird der Raum, der im Werkstück
bei der Abkühlung durch Kontraktion frei wird, mit mehr Sicherheit völlig mit geschmolzenem
Kunststoff angefüllt, wodurch Hohlraumbildung vermieden wird.
-
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Stäben
ist vorzugsweise das Füllstück als Platte ausgeführt, die nahezu bis an die Wandung
der Zuführleitung reicht. Das Füllstück kann auch eine Platte sein, die genau in
die Zuführleitung paßt und mit Durchbohrungen versehen ist, die in der Richtung
der Formvorrichtung divergieren.
-
Zur Herstellung von Rohren verwendet man als Füllstück eine ringförmige
Platte, die nahezu bis an die Wandungen der Zuführleitung reicht.
-
Zur Erläuterung der Erfindung folgt nachstehend eine Beschreibung
an Hand der Zeichnung, in der Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung
zur Herstellung von Stäben und Profilen darstellt, Fig. 2 in vergrößertem Maßstab
ein Schnitt gemäß der Linie II-II in F i g. 1 ist, F i g. 3 schematisch eine Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Herstellung von Rohren zeigt, F i g. 4 ein Schnitt gemäß der
Linie IV-IV in Fig. 3 ist und F i g. 5 schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung
zur Herstellung von Stäben und massiven Profilen aus thermoplastischen Kunststoffen
mit einer kurzen Schmelzstrecke darstellt.
-
In F i g. 1 ist 1 ein Fülltrichter zum Zuführen von körnigem thermoplastischem
Kunststoffmaterial zu einer Strangpresse 2, in der sich eine Schnecke 3 befindet,
welche die Körner zu einer Zone transportiert, in der die Körner in einen warmplastischen
oder geschmolzenen Zustand gebracht werden, z. B. geschmolzen werden. Die dazu erforderliche
Wärme wird durch einen konzentrischen Kanal 4 zugeführt, der von einem Erhitzungsmedium
durchströmt wird.
-
Diese Heizung kann jedoch auch in einer anderen bekannten Weise erfolgen.
Das geschmolzene Material wird durch Perforationen 6, die sich in der Nähe des Umfanges
einer Platte 5 befinden, in eine zylindrische Formvorrichtung 7 gepreßt. Diese Formvorrichtung
wird mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt, die durch einen Kühlmantel 8 strömt. Der
gekühlte gebildete Stab 9 wird durch den Druck auf die Schmelze aus der Formvorrichtung
gepreßt.
-
Dadurch, daß die Perforationen 6 nahe dem Umfang der Platte gebohrt
sind, wird die Schmelze am Beginn der Formvorrichtung 7 längs ihrer gekühlten Wand
zugeführt. Infolgedessen erfolgt am Beginn der Formvorrichtung eine schnelle Abkühlung
der Schmelze. Wie es sich bei Versuchen herausgestellt hat, bildet sich dabei ein
verhältnismäßig kurzer und stumpfer Schmelzkegel 10. Wenn die perforierte Platte
5 nicht vorhanden war, bildete sich ein langer Schmelzkegel, der in eine scharfe
Spitze endete (punktierte Linie).
-
Wenn die Menge des geschmolzenen Materials, die pro Zeiteinheit der
Formvorrichtung zugeführt wird, erhöht wird, verlegt sich die Spitze des Schmelzkegels
nach rechts. Bei einer bestimmten Menge wird, wenn die perforierte Platte 5 nicht
vorhanden ist, die Länge des Schmelzkegels so lang und die Spitze so scharf, daß
infolge des Schrumpfens des Materials durch die Kühlung bei der Spitze des Erstarrungskegels
Schrumpfhohlräume entstehen. Wenn jedoch die Vorrichtung mit der perforierten Platte
5 versehen ist, versetzt sich die Spitze des Erstarrungskegels bei Zufuhr einer
gleichen Materialmenge pro Zeiteinheit ebenfalls nach rechts, aber in geringerem
Maße.
-
Bei der Spitze des Erstarrungskegels entstehen dann keine Schrumpfhohlräume.
-
Bei der Vorrichtung nach F i g. 3 ist zwischen der Strangpresse 2
und der Formvorrichtung 7 ein Zwischenstück 11 vorhanden. In diesem Zwischenstück
11 ist ein Kanal 12 vorgesehen, der von der Strangpresse 2 ab zur Formvorrichtung
7 hin divergiert. Im weiten Teil des Kanals ist ein kegelförmiges Füllstück 13 auf
eine nicht näher dargestellte Weise mit Brückenstützen befestigt. Das Füllstück
weist einen derartigen Durchmesser auf, daß ein ringförmiger Raum 14 zwischen ihm
und der Kanalwand 15 übrigbleibt. Im Ende des ringförmigen Raumes 14 ist ein Ring
16 ebenfalls mit nicht dargestellten Brückenstützen befestigt. Die Abmessungen dieses
Ringes 16 sind derart, daß zwischen ihm und der Kanalwand 15 bzw. dem Füllstück
13 zwei schmale Schlitze 17 und 18 übrigbleiben. Das Zwischenstück 11 ist noch mit
einem Heizmantel 19 versehen.
-
Ein geschmolzener Kunststoff, der durch die Strangpresse 2 zugeführt
wird, wird also durch die ringförmigen Schlitze 17 und 18 in die zylindrische Formvorrichtung
7 gepreßt, die mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird, die durch die Kühlvorrichtung
8 strömt. Die Innenwand der rohrförmigen stranggepreßten Schmelze wird mittels eines
gasförmigen Mediums gekühlt, das über eine Leistung 20 zugeführt wird.
-
Dadurch, daß die Schlitze 17 und 18 eng sind, wird die Schmelze längs
der Kanalwand 15 und der Oberfläche des Füllstücks 13 der gekühlten Formvorrichtung
7 zugeführt. Demzufolge wird eine schnelle Abkühlung der Schmelze erhalten. Bei
Versuchen hat es sich auch herausgestellt, daß der Erstarrungskegel 10 (nicht schraffierter
Teil) kurz und stumpf ist.
-
In Fig. 5 wird das geschmolzene Material durch die Strangpresse 2
in eine Leitung 21 gepreßt. Im Anfang der Leitung 21 wird die Temperatur des geschmolzenen
Materials mit Hilfe eines Thermometers 22 kontrolliert, das die Wandtemperatur der
Leitung 21 angibt.
-
Nach dem Thermometer 22 befindet sich in der Leitung 21 eine Vorrichtung
23 zur Regelung des Druckes. Der in der Leitung 21 erwünschte Druck wird mit Hilfe
einer Meßvorrichtung 24 gemessen.
-
Aus der Leitung 21 kommt das geschmolzene Material, dessen Temperatur
mit Hilfe eines Thermometers 25 in einer Temperiervorrichtung 26 abgelesen werden
kann, die von einem Mantel 27 umgeben ist. Mit dieser Temperiervorrichtung 26 wird
das Material genau auf die erwünschte Temperatur gebracht.
-
Die Temperatur des geschmolzenen Materials wird vor und nach der
Temperiervorrichtung mit Hilfe der Thermometer 25 bzw. 28 gemessen. Auch hier wird
wieder die Wandtemperatur gemessen. Die Thermometer 22, 25 und 28 sowie die Druckmeßvorrichtung
24 können selbstregistrierende Vorrichtungen sein.
-
Nach der Temperiervorrichtung 26 wird die geschmolzene Masse über
eine Platte 5, die in der Nähe des Umfanges mit Perforationen 6 versehen ist, in
ein Verbindungsstück 29 aus Asbestmaterial geführt, das die Wärme schlecht leitet.
Nach dem rohrförmigen Verbindungsstück folgt eine zylindrische Formvorrichtung 7,
die mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird, die durch einen Mantel 8 strömt.
-
Der erstarrte Stab 9 wird mit Hilfe von Walzen 30 und 31 aus der Formvorrichtung
7 gezogen. Der aus der Formvorrichtung 7 kommende Stab 9 hat einen etwas kleineren
Durchmesser als die Formvorrichtung infolge des Erstarrungsschrumpfes.
-
Bei der Herstellung von zylindrischen Stäben aus Poly-l-aminocapronsäure
betrug die Temperatur bei den Thermometern22, 25, 28 im allgemeinen bzw. 260, 280
und 2650 C. Der Druck vor der Temperiervorrichtung 26, eingestellt mit der Regelvorrichtung23,
hängt von der Dicke des herzustellenden Stabes ab.
-
Das Kühlwasser im Kühlmantel 8 wurde im allgemeinen auf 200 C gehalten.
-
In der nachstehenden Tabelle sind die Drücke angegeben, die bei der
Herstellung von zylindrischen Stäben verschiedenen Durchmessers angewandt wurden.
Auch sind darin aufgenommen die Höchstausbeuten an Stabmaterial, das frei von Schrumpfräumen
war sowohl mit wie ohne Anwendung der perforierten Platte 5.
| Höchstgewicht |
| hergestellter Stab |
| Durchmesser Druck ohne hergestellter Stab |
| Stab Druck ohne Schrumprhohlräume |
| pro po Stunde |
| mit Platte 5 ohne Platte 5 |
| 65 mm 15 at 4,5 kg 3,6 kg |
| 100 mm 18 at 6,0 kg 1 4,1 kg |
| 125 mm 20 at 7,1 kg 1 4,2 kg |
Aus dieser Tabelle ist deutlich ersichtlich, daß durch die Gegenwart der perforierten
Platte 5 die Ausbeute an liolraumfreien Stäben pro Stunde bedeutend höher ist.