DE1629595A1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen eines Polymers - Google Patents

Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen eines Polymers

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Mcdaniel James Scott
Hurd Richard Walter
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Description

DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF DR. HANS-A. BRAUNS
Patentanwälte
München,
Postanschrift / Postal Address 8 München 86, Postfach 860109
Pienzenauerstraße 28 Telefon 483225 und 486415 Telegramme: Chemindus München
25. März 1970 P-1472/P 40
£.1. OU PONT DE NEMOURS AND COMPANY lOth and Market Streets, Wilmington, Delaware 19898, V.St.A.
Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen eines Polymers
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen eines Polymers unter Druck durch je eine äussere und Innere DUsenlippe, wobei eine DUsenlippe mittels einer durch das Strangpressgehäuse verlaufenden Welle drehbar 1st.
ORiGiNAL
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Neua Unterlagen iah. 13 j Abs. 2 Nr. 1 sau 3 de* Κ·λ
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Es ist beim Strangpressen von Polymeren erwünscht» einen Kunststoff mit hoher Geschwindigkeit zu extrudieren. Wenn jedoch der Strangpressdruck erhöht wird» um das Polymer schneller durch die sich drehende Form zu drücken, tritt bei bekannten drehenden Strangpressanlagen oftmals ein
starkes Lecken des Polymers auf. Ausserdem ergibt eine längere Verwendung von sich drehenden Formen, eine Abnützung der DUsenlippen durch Abrieb, wodurch eine unerwünschte. Abschaltung zum Ersetzen der DUsenlippen erforderlich wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Ausgleichen des Drucks des Polymers innerhalb des Polymerkanals der Vorrichtung zu schaffen» um die Lebensdauer der Dichtung und der DUsenlippen zu verlängern und die Düseneinstellung zu vereinfachen. Ferner soll durch die Erfindung eine Dichtungseinrichtung geschaffen werden, um das Lecken des Polymers zu verhindern, wenn die Strangpressvorrichtung bei höheren StrangpressdrUcken betrieben wird.
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Bei einem typischen Extruder wird geschmolzenes Polymer unter Druck in eine Strangpresskammer innerhalb der Spritzform eingeleitet und sodann durch die Kammer zu den DUsenlippenöffnungen gedruckt. Die innere Düsen* lippe dreht sich gewöhnlich durch die Wirkung einer Welle» welche durch die ganze Länge der Strangpresskammer verläuft. Gewöhnlich verläuft der Polymerkanal zu den DUsenaustritten nach aussen divergierend, da die Düsenlippen gewöhnlich einen grösseren Durchmesser aufweisen als eine geeignete Welle. Daher sucht der Druck des Polymers die innere DUsenllppe aus der Strangpressvorrichtung nach aussen zu drücken und dadurch die Welle zu recken, wodurch ein Lecken des Polymers an den Reibflächen der DUsenlippen bewirkt wird. Die Düsenlippen müssen sodann wieder eingestellt werden, was bisher ein Stoppen des StrangpressVorganges erforderlich macht» Die Unsenauigkeit der Einstellung beim Druck Null führt zu einer übermässigen Abnützung der DUsenlippe. Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, die sich drehende
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Welle so auszubilden, dass der Druck des Polymers eine Gegenkraft gegen die auf die innere Düsenlippe wirkende Kraft erzeugt. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Welle mit einer zu der daran befestigten inneren Düsenlippe hin schräg verjüngten Oberfläche in dem dem Polymereinlasskanal benachbarten Bereich versehen ist.
Wenn das Polymer die schräge Oberfläche berührt, wird eine Schubkraft erzeugt, welche die vom Polymer auf die innere Düsenlippe am Strangpressende ausgeübte Schubkraft aufhebt, wodurch der Schub auf den Einstellmechanismus der Welle vermindert und die Einstellung der Düsenlippen erleichtert wird.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in einer Einstelleinrichtung für die Welle, durch welche die Düsenlippen eingestellt werden können, so dass eine Abnützung ohne Abschalten der Strangpressvorrichtung ausgeglichen
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werden kann. Diese Einrichtung besteht in einer Keilanordnung oder einem Einstellmechanismus mit einer geneigten Ebene, welcher auf die Welle einwirkt, um den Spielraum zwischen den DUsenlippen zu regeln. Durch diese beiden Merkmale können die DUsenlippen so genau eingestellt werden, dass die Abnutzung der DUsenlippen auf einen sehr geringen Wert vermindert wird.
Noch ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in einer Metall-Metalldichtung, wodurch ein übermässlges Lecken des Polymers verhindert; wird. Die Dichtung besteht aus einem beweglichen Dichtungsring, welcher auf einen feststehenden Dichtungsring drückt, wobei die BerUhrungsoaer Dichtungskraft von der unter Druck stehenden Polymerströmung geliefert wird. Eine hilfsweise seitliche Dichtung, jwird in Verbindung m±t der beweglichen Dichtung verwendet und besieht aus einer O-Ringdichtung, wobei ein zusätzlicher Versfcärkungsrlng verwendet wird. Diese Anordnung ermöglicht einen Betrieb bei Drehzahl- und Druckwerten der Dichtung, welche weit oberhalb der luit bekannten Drehdichtungen er;sielbaren Werte liegen.
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(ο
Anhand der Figur, welche einen 'vertikalen Schnitt durch die erfindungsgemäße Spritzform darstellt„ wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Wie aus der Figur ersichtlich,, ist die erfindungsgemäße Spritzvorrichtung mit einem Polymereinlaßkanal 10 versehen9 durch welchen geschmolzenes Polymer in die Spritzkammer 12-gedrückt wird. Die Kammer 12 besteht aus dem Gehäuse Yk und der eingepaßten inneren Hülse 16„ welche durch Schrauben 18 fest zusammengehalten werden. Das obere Ende des Gehäuses 1*4-ist mit einer Öffnung versehene durch welche eine drehbare Welle 22 ragtB die die innere Düsenlippe Zh draht. Das Gehäuse Ik trägt außerdem die äußere Düsenlippe 26 <, welche durch das Stirnrad 28 gedreht wird. Die Oberfläche dar Welle 22s welche an den Einlaßkanal 10 angrenzt, ist entlang der Längsachse verjüngt.
Oberhalb des Gehäuses 14 ist eine Verkeilung angeordnet, welche eine Bewegung der Welle 22 in Längsrichtung ermöglicht während der Betrieb des Extruders aufrechterhalten wird. Die
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Verkeilung bestellt aus einem Ringkeil 3O9 welcher auf dem Keilg«häus© 32 ruht. Das Gehäuse 32 ist Über Abstandshalter 34 auf das Gehäuse 14 gesetzt. Der Keil 30 is% an dem sich, durch das Gehäuse 32 erstreckenden Einstellbolzen 36 befestigt und wird durch diesen betätigt» Die Einstellung des Keils verursacht eine Bewegung des am Keil anliegenden Gliedes 38. Diese Bewegung bewirkt, daß sich die Welle 22 entsprechend durch den Lagerdeckel 40s die Gegenmutter 42 und die Lager 44 bewegt.
Die Welle 22 wird durch das Stirnrad 46 und die Kupplung gedreht j welche an der Welle durch di© Keilnut 50 befestigt ist,
Vm ein Lecken von Polymer su vorhindern,, sind gwei Dichtungen vorgesehen. Die Dichtung, welche die Abdichtung des Polymers zwischen der Welle 22 und den Gehäuse 1-4 bewirkt« besteht aus einem oberen metallischen Dichtungehaltering,52, welcher in das Gehäuse 14 geschraubt ist;, und einem beweglichen metalli sehen Dichtungsring 54 t welcher gegen den Hing 52 durch die Feder 56 gehalten wird, bis der Arbeitsdruck erreicht 1st. Am Ring 54 liegt ein 0-Ring 58 an, der auf der Welle 22 sitzt. Der Ring 54 dreht eich mit der Welle 22 infolge des Mitnehmers 60.
Die zweite Dichtung ist ähnlich aufgebaut und bewirkt eine Abdichtung zwischen der Hülse 16 und der Einrichtung, an
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welcher die äußere Düsenlippe 26 befestigt isto
Durch Abnehmen und Auetauschen der inneren und äußeren Düsenlippe lassen sich sehr verschiedene Folien mit hoher Geschwindigkeit spritzen. Beispielsweise zeigt die USA-Patentschrift 3 070 QkO Kombinationen von inneren und äußeren Düsenlippen, welche schlauchförmig oder zylindrische netzartige Kunststoffgebilde oder gerippte Folienschläuche erzeugen. Noch andere Düsenlippenkombinationen t welche bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden könnens sind in der USA-Patentschrift 2 919 ^67 gezeigt. Die so erzeugten Schlauchgebilde können in Längsrichtung zu flachen Folien aufgeschnitten werden.
Die frisch gespritzten Schlauchgebilde können einer Auehärtbehandlung unterzogen werden, beispielsweise durch Besprühen mit oder Eintauchen in eine Kühlflüssigkeit oder durch Behandeln mit gekühlten Luft- oder Gasströmen.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann jeder Thermoplast verwendet werden« welcher aus der Schmelze oder unter Druck in einem geschmolzenen Zustand durch die Düsenlippen gespritzt werden kann und beim Austreten aus den Düsenlippen durch ein Kühlmittel härtbar ist. Beispiele für Thermoplasten welche für die Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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geeignet sind, sind Polyamide ? Polyester» Polyvinylhalogenide und Copolymere derselben mit Vinylacetat oder Vinylidenchlorid „ Polyäthylen;, Zelluloseacetat, natürlicher oder synthetischer Kautschuk» welcher nachher vulkanisiert wird oder vulkanisierte Mittel enthält, hitzehärtbare Kunststoffe oder Mischungen derselben mit thermoplastischen Stoffen, welche stranggepreßt werden können, sowie naß spinnbare Stoffeg wie Viskose, Cuproammoniumzellulose oder Proteinstoff (beispielsweise aus Sojabohnen),- welche strangpreßbär und durch Eintauchen in oder.Besprühen mit einem Gerinnungemittel härtbar sind, wenn der Kunststoff aus den Düsenlippen austritt.
Aue der Figur ist zu entnehmen„ daß die.obere Dichtung 52 am Gehäuse 14 durch ein Außengewinde befestigt ist, welches in die Gewindebohrung im Gehäuse eingreift. Die bewegliche Metalldichtung 54 wird durch den Mitnehmer 60 angetrieben„ welcher an der ¥elle 22 befestigt ist. Die bewegliche Dichtung 54 kann sich in vertikaler Richtung um etwa 3r2 mm (t/8 inch) frei bewegen, so daß ein Anheben oder Absenken der Welle 22 möglich ist. Die Feder 56 hält die Dichtungsfläche der Dich» tung 52 gegen die Fläche der Dichtung 54, wenn der Druck innerhalb der Spritzkamnmr nahe oder gleich Null ist. Die aneinanderliegenden Flächen der Dichtungsringe sind in zwei unter 90 zur Achse angeordneten schmalen Bändern auf weniger
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als 0»025 vam (O8001 inch) angegebene Gesarotabnützung (run-out) geläppt. Die Dichtung wird während dee Betriebs durch das Anliegen dieser Dlchtungsflachen aufrechterhalten? welches darauf beruhts daß der bewegliche Dichtungsring 5^- gegen dssn festen Dichtungsring 52 durch den Druck des Polymers in der Spritzkatntner gedrückt wird.
Die Dichtungsringe sind aus Metallen mit verschiedener, hoher Festigkeit hergestellt. Beispielsweise können Legierungssueamniensetzungen,. wie "Vanadium Neatro" und die abgeänderte Art "135 Nitr&lloy", verwendet werden. Bin 0-Ring aus "Viton" wird zusammen mit einem Verstärkungen ring 58 aus "Teflon" als Sekundärdichtung verwendet. Die untere Dichtung ist ähnlich aufgebaut wie die obere Dichtung und ihre Teile sind aiii den gleichen Besugszeichen versehen wie die Gegenstücke in dar oberen DichbungB -wob&i den Besugszeichen ,jadoeh Jeweils der Buchstabe A nachgesetzt ist.
Wie oben ausgeführt, ermöglicht die erfindungsgfeiaäße Vorrichtung ain Strangpressen mit hoher Geschwindigkeit $, wobei gleichseitig die auanütabar« Löbetisd&uer der DUsanlippen ©rhöht. wird. Wenn beispiölaweise die eri'indungsgamäße Vorrichtung der Verwendung von Düsenlippen mit 5s08 - 6,35 cm (2 - 2-1/2 inches) angepaßt wird, lassen sich Strangpreßgaachwindigkeiten von 27 - 45 kg (60 - 100 lbs) je Sfcunda bei
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einem Strangpreßdruck von k9 kg/cm (700 PSi)9 etwa in der Mitte der Kammer gemessene erzielen. Im Gegensatz dazu liegen typische Strangpreßgeschwindigkeiten eines bekannten Extruders mit Düsenlippen der angegebenen Abmessungen zwischen 13 und 23 kg (30 ·= 50 lbs.) in der Stunde und der Druck innerhalb der Strangpreßkammer eines typischen bekannten Extruders beträgt etwa 120 kg/cm (17OO psi). Darüber hinaus ist die Lebensdauer der Düsenlippen der erfindxmgßgeraMßeiJ Strangpreßvorrichtung gegenüber der Düsenlebensdauer eines bekannten Extruders etwa verdoppelt«,
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Claims (5)

AC 25. März 1970 P-I472/P 40 000 Neue Patentansprüche
1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen eines Polymers unter Druck durch je eine Süßere und innere Düsenlippe, wobei eine Düsenlippe mittels einer durch das Strangpreßgehäuse verlaufenden Welle drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (22) mit einer zu der daran befestigten inneren Düsenlippe (24) hin schräg verjüngten Oberfläche in dem dem Polymereinlaßkanal (10) benachbarten Bereich versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Einstellung des Spielraums zwischen der inneren (24) und äußeren (26) Düsenlippe während des Strangpressens mit einem am Strangpreßgehäuse (14) festgelegten Ringkell (30), einer Einrichtung (36) zum Verstellen des Ringkeils und einem an der Welle (22) befestigten Anschlagorgan (38), welches so angebracht ist, daß es am Ringkeil anliegt.
3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
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iU8 Unterlagen (Art.7 SI Abs. 2 Nr. I Satz 3 desXnderünflsgei. v. 4. S. TSC/
ein Keilgehfiuse (32) am StrangpreßgehSuse (li) befestigt 1st und der Ringkeil (30) in dem Kellgehäuse angeordnet ist und um die Welle (22) verlauft.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung zwischen der Welle (22) und dem Gehäuse (I1J) vorgesehen ist, welche aus einem feststehenden Metalldichtungsring (52) in dem Gehifuse, welcher die Welle umgibt, einem beweglichen Metalldichtungsririg (51O, welcher die · Welle umgibt und von dieser gedreht wird, urfd einer Feder (56) besteht, welche den beweglichen Ring im Anschlag an dem feststehenden Ring hält.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung zwischen einem Teil (16) des Strangpreßgehäuses (I1O und dem Organ vorgesehen 1st, an welchem die äußere Düsenlippe (26) befestigt ist, wobei die Dichtung aus einem feststehenden Metalldichtungsring (52A) im Strang-
■ - J '-jit K3- -
preßgehiiuse, der an dem die Düsenlippe (26) tragenden Organ anliegt, einem beweglichen Metalldichtungsring (5^A), der an diesem Organ anliegt und durch dasselbe gedreht wird, und aus einer Feder (56A) besteht, welche den beweglichen Ring im Anschlag an dem feststehenden Ring hält.
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