DE19727722A1 - Hohlprofil-Extruder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Extruder zum Herstellen von Hohlstrangprofilen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Extruder dient zum Plastifizieren und Ausformen von Hohlstrangprofilen mit im wesentlichen rota­ tionssymmetrischem Innenquerschnitt, wie z. B. Rohren aus thermoplastischen Werkstoffen. Dabei verfügt der Extruder über einen beheizbaren Schneckenzylinder mit Einfüllöff­ nung, in dem sich eine angetriebene Plastifizierschnecke befindet, an deren Ende sich ein Zapfen zur Ausbildung des Innenquerschnitts und in ein an den Extruderzylinder angef­ lanschtes Außenkonturwerkzeug anschließt.

Bisher bekanntgewordene Extruder zur Herstellung von Hohlstrangprofilen haben ein angeflanschtes Formwerkzeug für die Außenkontur mit einem Dorn für die Innenkontur, der meist durch Stege mit dem Außenkonturwerkzeug verbunden ist. Statt durch Stege kann der Dorn auch durch eine Buchse gehalten werden, bei der die thermoplastische Schmelze durch Bohrungen oder wendelförmige, halbrunde Kanäle fließt.

Alle diese Ausführungen haben den Nachteil, daß der von der Schnecke plastifizierte Werkstoff durch die Dornhalte­ rungen in Einzelstränge aufgeteilt wird, damit das Plasti­ fikat den Dorn passieren kann. Danach vereinigen sich dann die Einzelstränge wieder zu dem Stranghohlprofil.

Dieses Trennen und Wiedervereinigen des Schmelzestroms führt bei etlichen thermoplastischen Werkstoffen zu einer Verschlechterung der Profileigenschaften.

Bei einigen häufig verwendeten Kunststoffen wie Poly­ styrol, PVC oder der Gruppe der Polyolefine ist dies meist nicht von großer Bedeutung. Bei anderen thermoplastisch verarbeitbaren Werkstoffen sind jedoch die dadurch beding­ ten festigkeitsmindernden Eigenschaften so gravierend, daß die Produkte unbrauchbar werden. Zu dieser Gruppe gehören u. a. Polyvinylidenchlorid (PVCD) und spezielle biologisch abbaubare Werkstoffe auf Stärkebasis.

Diese Eigenschaftenverschlechterungen sind darauf zu­ rückzuführen, daß es bei dem Zusammenfließen der einzelnen Schmelzestränge bei Thermoplasten wie PVDC an den Berüh­ rungsflächen nicht zu einem homogenen Verschmelzen kommt, sondern daß die einzelnen Stränge miteinander nur verkle­ ben. Diese Klebenähte werden zu Schwachstellen der Hohlstrangprofile. Unter Belastung kann es zu einem Bruch des Profils kommen.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, einen Extruder mit Formwerkzeug zu entwickeln, mit dem thermoplastische Werkstoffe zu Hohlstrangprofilen verarbei­ tet werden können, ohne daß der plastifizierte Werkstoff im Formwerkzeug in Einzelstränge zerteilt und dann wieder zu­ sammengeführt werden muß.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist daher ein Plastifizierextruder mit angeflanschtem Formwerkzeug für die Außenkontur aus nicht­ magnetisierbarem Material vorgesehen, in das die Verlänge­ rung der Schnecke in Form eines zylindrischen Zapfens aus ferromagnetischem Material hineinragt, wobei die Schnecke durch magnetische oder induktive Kräfte im Zylinder schwe­ bend gelagert wird.

Magnetische Lagerungen sind bereits bekannt geworden. Angewendet werden sie bei hochtourigen Läufern, beispiels­ weise für Zentrifugen zur Isotopentrennung oder in der Raumfahrt für Lagekreisel. Auch Kreiselpumpen mit magneti­ schen Lagerungen für medizinische Geräte sind bekannt ge­ worden, bei denen die Gefahr besteht, daß ein austretendes Schmiermittel das Fördermedium verschmutzen kann.

Bei den oben erwähnten Beispielen werden Magnete einge­ setzt, um die Lagerreibung entweder im Vacuum auszuschlie­ ßen, ansonsten zu minimieren, oder auch, um auf Schmiermit­ tel verzichten zu können.

Weiter ist es z. B. aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 17 80 381 bekannt, Kalibrier-Innenwerkzeuge in Bewegungs­ richtung des Hohlprofils mittels einem magnetischen Feld zu fixieren.

Demgegenüber ist die Verwendung magnetischer oder in­ duktiver Kräfte zur Lagerung einer Plastifizierschnecke in einem Formwerkzeug neu.

Während bisher die magnetischen oder induktiven Kräfte dazu ausgenutzt wurden, die Reibungskräfte von Lagern aus­ zuschalten, werden nach der Erfindung die Magnet- oder In­ duktionskräfte verwendet, um die Plastifizierschnecke eines Extruders ohne mechanische Abstützung in einem Formwerkzeug in Schwebe zu halten.

Dazu befindet sich am Ende der Plastifizierschnecke ein zylindrischer Zapfen aus ferromagnetischem Material, der in das Formwerkzeug für die Außenkontur hineinragt. Dieses Formwerkzeug besteht aus einem nichtmagnetisierbarem Mate­ rial wie z. B. Messing, Leichtmetall, Bronze oder Titan, welche gegebenenfalls verschleißfest beschichtet sind. In Ausnehmungen des Formwerkzeugs befinden sich die Tragmag­ nete und die Wegmeßsensoren, welche die Abweichungen von der Soll-Lage der Schnecke aufnehmen.

Abweichungen von der Soll-Lage der Schnecke nach Größe und Richtung haben unterschiedliche Ursachen:

• - Das Gewicht der Plastifizierschnecke muß von Magneten aufgefangen werden. Dies ist eine konstante Kraft und kann von daher auch durch einem passiven Magneten (einem Dauermagneten) erfolgen.
• - Während der Extrusion des Stranghohlprofils kommt es zu Instabilitäten des Zapfens der Plastifizierschnecke. Diese Abweichungen müssen durch eine gesteuerte Änderung der Feldenergie der Magnete wieder zurück geführt wer­ den.
• - Außerdem kommt es während der Extrusion zu Eigenschwin­ gungen des Zapfens an dem Schneckenende. Auch diese La­ geabweichungen müssen durch Änderungen der Feldenergie asymtotisch auf die Null-Lage eingeschwungen werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der weite­ ren Unteransprüche.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der von den Magneten in seiner Soll-Lage gehaltenen Zapfen mittels einer in den X-Y-Achsen (senkrecht zur Längsachse) schwenk­ fähigen Verbindungsglied mit der Plastifizierschnecke ver­ bunden. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß die Pla­ stifizierschnecke wie gewohnt in dem Extruderzylinder ohne Eingriffe zur- Veränderung der Position arbeiten kann. Die zu regelnde Profilausformung erfolgt gesondert zwischen dem Zapfen, resp. der Hülse und dem Außenkonturwerkzeug, in dem sich auch die Magnete und die Wegmeß-Sensoren befinden.

Das Verbindungsglied ist auf der einen Seite mit der Schnecke und am anderen Ende mit dem Zapfen verbunden. Das Glied kann beispielsweise als elastischer Stab oder als Ge­ lenkwelle ausgebildet sein. Neben den Auslenkbewegungen nimmt das Verbindungsglied die Zugkräfte auf, die von dem plastifizierten Material auf den Zapfen ausgeübt werden. Der Abbau der Scherspannungen auf das plastifizierte Mate­ rial erfolgt entweder durch die auf dem Zapfen drehbar ge­ lagerte Hülse oder durch einen Schneckenkopf, der drehbar mit der Plastifizierschnecke verbunden ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Formwerk­ zeug für die Wanddickenregulierung beim Extrudieren biaxial verstreckter Blasfolien mittels gesteuerter Magnete ent­ sprechend erfindungsgemäß angepaßt.

Beim Extrudieren axial oder biaxial verstreckter Schlauchprofile wird die Wanddickenregulierung durch Magne­ te im Formwerkzeug entsprechend angepaßt. Am Kopfende des Extruders wird dazu das Formwerkzeug in der Regel vertikal angeflanscht. Das Formwerkzeug selber besteht aus einem Au­ ßen- und einem Innenmantel, zwischen denen die Thermoplast­ schmelze zu einem Schlauch geformt wird. Der Innenmantel wird durch einen Deckel abgeschlossen und sitzt auf einem dünnwandigen, elastischem Rohr als nachgiebige Stütze, das nach unten zu einem Druckluftanschluß führt. Der obere Teil des Innenmantels besteht aus einem ferromagnetischem Mate­ rial. Im Außenmantel aus nicht-magnetisierbaren Material, etwa Messing, Bronze, Leichtmetall oder Titan, befinden sich die Magnete und die Sensoren.

Die Wanddickenregulierung erfolgt durch eine Steuerung, die Wegmeßsensoren, Verstärker, Regler, kreisförmig ange­ ordnete Steuerkontakte, sowie Magnete aufweist.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die plastifizierte Kunststoffschmelze in eine zur Plastifizierschnecke abge­ winkelten, in der Regel vertikal fördernden angetriebenen Fördereinrichtung fließt, von der aus die Kunststoffschmel­ ze mit über den Querschnitt des Schmelzestrangs gleichmäßi­ ger Geschwindigkeit im Formwerkzeug weitergeführt wird.

Auf diese Weise lassen sich je nach zu verarbeitendem Werkstoff möglicherweise auftretende Ungleichmäßigkeiten des Strömungsverlaufs bei einer Umlenkung der Kunststoff­ schmelze vermeiden. Es hat sich hier nämlich herausge­ stellt, daß die vor der Umlenkung der Schmelze gleichmäßige Fließgeschwindigkeit, welche sich im Querschnitt des Schmelzestroms als ebene Fließfront darstellt, nach der Um­ lenkung oftmals ungleichmäßig geworden ist. Dies liegt ein­ mal daran, daß die Weglängen zwischen der Innenseite und der Außenseite im Krümmungsbereich unterschiedlich sind und zum zweiten, daß auf die Strömung im Krümmungsbereich zu­ sätzlich noch eine Zentrifugalkraft einwirkt. Laminarströ­ mungen, wie sie in diesem Fall vorliegen, reagieren im Ge­ gensatz zu turbulenten Strömungen gegen Richtungsänderungen empfindlich.

Die mit partiell unterschiedlichen Geschwindigkeiten der zum Blasformwerkzeug fließende Kunststoffschmelze be­ wirkt bei der Ausformung zu einem dünnen, verstreckten Blasformschlauch die Ausbildung unterschiedlicher Wand­ dicken, die nur mit einem erheblichem Aufwand auszuregeln sind. Dies ist insbesondere schwierig, weil die Wanddicken­ unterschiede sich örtlich während des Fertigungsprozesses verschieben.

Mit diesen Schwierigkeiten haben die bisher bekanntge­ wordenen Blasformwerkzeuge, bei denen das Innenformwerkzeug vor dem Blasformwerkzeug mit dem Außenformwerkzeug mecha­ nisch verbunden ist, in erhöhtem Maß zu kämpfen. Zwar ist es bei diesen Konstruktionen bekannt, im Blasformwerkzeug einen Wendelverteiler genannten Strömungsausgleichring vor­ zusehen, der am Umfang eine Reihe schräg verlaufender Boh­ rungen hat, welche die ungleich schnell fließende Schmelze in einzelne Stromfäden aufteilt. Durch die schräg verlau­ fenden Bohrungen erhalten die Stromfäden dabei einen Drall, so daß durch die quer zur Fließrichtung aufeinander liegen­ den Stromfäden sich in Fließrichtung der Strömung eine mittlere Fließgeschwindigkeit einstellen soll. Dies gelingt jedoch nur unvollkommen. Daher werden am Austritt des Blas­ schlauchs aus dem Formwerkzeug zusätzlich Kühl- und Heiz­ einrichtungen vorgesehen. Durch eine örtlichen Temperatur­ erhöhung oder -absenkung der Schmelzetemperatur kann mit der damit verbundenen Viskositätsänderung der Schmelze die
Fließgeschwindigkeit beeinflußt werden. Diese herkömmlichen Ausführungsformen sind folglich mit einem hohen Aufwand verbunden.

Die erfindungsgemäße Fördereinrichtung ermöglicht dage­ gen bei geringem konstruktiven Aufwand eine Umlenkung la­ minarer Thermoplastschmelzen im wesentlichen ohne eine ge­ störte Geschwindigkeitsverteilung. Daher verbessert sich die Qualität des hergestellten Produkts weiter.

Eine solche Fördereinrichtung hat den Vorteil, daß den hohen Ansprüchen an die Schmelze für das Blasfolienverfah­ ren entsprochen werden kann. Weiter läßt sich so eine im wesentlichen absolute Vergleichmäßigung der Schmelzefließ­ geschwindigkeit über den Fließquerschnitt sicherstellen.

Die Fördereinrichtung kann mit einer einzelnen Schnecke ausgebildet sein. Damit läßt sich der bauliche Aufwand ge­ ring halten.

Weiter ist die Fördereinrichtung mit einer Schnecke vorteilhafterweise hohl ausgeführt. Dabei führt durch die zentrale Bohrung hindurch ein elastisches Rohr, das am Kopf des Formwerkzeuges endet und durch das das gasförmige Medi­ um zum Aufblasen und Verstrecken des extrudierten Schlauchs zugeführt werden kann. Der Aufbau der gesamten Anordnung vereinfacht sich dadurch weiter. Weiter ist dies zur Ver­ ringerung der erforderlichen magnetischen Rückstellkräfte von Vorteil, da das Schneckengewicht so verringert werden kann.

Alternativ kann die Fördereinrichtung zwei gegenläufig arbeitende Schnecken aufweisen. Diese vorteilhafterweise mit Rechts- und Linkssteigung versehenen doppelten Schnec­ ken haben den Vorteil, daß bei gleicher Fördermenge gerin­ gere Schneckenabmessungen mit geringeren Schneckendurchmes­ ser erforderlich sind. Dabei hat jede Schnecke ihren eige­ nen Schneckenzylinder. Der Abstand beider Zylinder ist so groß, daß zwischen beiden Zylindern in der Mitte noch Platz für eine Bohrung ist, in der sich das Rohr befindet für das gasförmige Medium zum Aufblasen zur Verstreckung des extru­ dierten Schlauchs.

Die Förderschneckeneinrichtung hat primär die Aufgabe, die Schmelze in die neuen Richtung zu bringen und dabei die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Schmelze über den Querschnitt in dem abgewinkelten Kanal auszugleichen. Aus diesem Grund ist die Steigung der Schneckengänge im Förder­ bereich vorzugsweise konstant.

Von weiterem Vorteil ist es, wenn die Drehzahl der För­ dereinrichtung in Abhängigkeit der Drehzahl der Plastifi­ zierschnecke geregelt ist. Extruder zum Plastifizieren von Thermoplasten erhöhen in ihrem Arbeitsbereich die Förder­ leistung linear mit der Drehzahl ihrer Schnecke. Die eben­ falls linear mit der Drehzahl zunehmende Leistung der För­ derschnecke ist der jeweiligen Leistung der Plastifizier­ schnecke angepaßt. Die Abstimmung zwischen den beiden Schneckendrehzahlen erfolgt deshalb drehzahlgeregelt. Dies kann mittels einer Steuerung geschehen, die durch einen Sensor die Drehzahl der Plastifizierschnecke erfaßt, dann diese Meßgröße einem Regler eingibt, der daraufhin die Aus­ gangsdrehzahl der Förderschnecke bestimmt. Dabei kann kann die Leistung der Förderschnecke unterhalb oder oberhalb der Förderleistung der Plastifizierschnecke geregelt werden.

Die Förderschnecke wird dabei evtl. unter Zuhilfenahme eines Untersetzungsgetriebes oder durch ein regelfähiges Getriebe mittels einem Antriebsmotor angetrieben. Das Un­ tersetzungsgetriebe ist vorzugsweise so ausgeführt, daß sich das Rohr zum Aufblasen des Blasformschlauchs ebenfalls hindurchführen läßt.

Zusätzlich kann zwischen dem Blasfolienwerkzeug und der Förderschnecke noch eine Lochplatte mit Filtersieb einge­ baut werden. Das Filtersieb hat die Aufgabe, evtl. feinste Verunreinigungen der Schmelze oder nicht vollständig aufge­ schmolzene Thermoplastteilchen abzufangen. Die in Fließ­ richtung gesehen dahinterliegende Lochplatte dient einmal zur Stütze des Filtersiebes und zum anderen zur Ausbildung von über den Querschnitt gleichmäßig verteilte Schmelze­ quellen des fließenden Schmelzestroms. Durch den Regler kann zwischen Förderschnecke und Lochplatte ein Überdruck mittels der Förderschneckendrehzahl voreingestellt sein.

In weiterer Verbesserung der Erfindung befindet sich auf einem gegebenenfalls verjüngten Zapfen der Plastifi­ zierschnecke eine Buchse aus ferromagnetischem Material. Die Buchse ist auf dem Zapfen drehbar gelagert. Mit dieser Verbesserung werden Scherspannungen im Bereich des Form­ werkzeugs verhindert, die sonst zwischen dem sich drehenden Zapfen und dem stehenden Außenkonturwerkzeug entstehen.

Die Verwendung einer Buchse hat außerdem den Vorteil, daß die Beschränkung durch den sich drehenden Zapfen erge­ bende Rotationssymmetrie entfällt.

Zur Vermeidung von Einspannkräften wird die Plastifi­ zierschnecke nach einem weiteren Ausführungsbeispiel an­ triebsseitig kardanisch befestigt. Auch dies führt zu einer vorteilhaften Verringerung der magnetischen Rückstellkräf­ te.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform las­ sen sich die aufzubringenden magnetischen Rückstellkräfte dadurch minimieren, daß das Eigengewicht der Plastifizier­ schnecke durch ein Gegengewicht verringert wird. Die Pla­ stifizierschnecke auf der Seite des Schneckenantriebs wird dabei pendelnd gelagert.

Der Schneckenhals wird über das Lager und den Antrieb hinaus verlängert bis zu einem an dem Schneckenhals befe­ stigten Gegengewicht. Durch Verschieben des Gegengewichts wird das optimale Restgewicht der Plastifizierschnecke ein­ gestellt. Der Antrieb für die Schnecke liegt hierbei zwi­ schen dem Pendellager und dem Gegengewicht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das Gewicht der Pla­ stifizierschnecke auszuschalten, besteht darin, den Extru­ derzylinder mit der Plastifizierschnecke in vertikaler, d. h. in Y-Richtung, vorzusehen. Dadurch kann der Extruder das Hohlstrangprofil entweder nach oben oder auch nach un­ ten extrudieren.

Wie bereits weiter oben ausgeführt, kann die Achse der Plastifizierschnecke während des Betriebes in zwei Richtun­ gen ausweichen. Um die Schnecke wieder in die vorgegebene Längsachse zurückführen zu können, ist ein Regelkreis er­ forderlich, der praktisch in Echtzeit (real-time) reagiert. Der Regelkreis besteht aus Sensoren, die die Abweichung messen, einem Verstärker der Meßsignale, einem Regler, der die Meßsignale verarbeitet und über einen Verstärker das Ergebnis in Form von Strom- oder Spannungssignalen weiter­ gibt, die zu Stromänderungen in den Feldspulen der Magnete führt und damit die Änderung der Magnetkräfte bewirkt.

Erforderlich sind dazu wenigstens drei Wegmeßsensoren. Vorteilhaft sind wenigstens vier Wegmeßsensoren, wobei je­ weils zwei gegenüberliegende Sensoren so geschaltet sind, daß sich ihre absoluten Abweichungen von der Soll-Lage ad­ dieren. Diese addierten Meßwerte werden dann in die Regler eingegeben.

Mit wenigstens drei Magneten lassen sich Richtung und Größe der Schneckenauslenkung in die Soll-Lage zurückfüh­ ren. Bei weiteren am Umfang gleichmäßig verteilten Magneten wird die Einstellung der Rückführkraft nach Richtung und Größe verbessert.

Bei Eigenschwingungen des Schneckenendes erkennen die Regler aus den Sensorsignalen Frequenz und Amplitude der Schwingung und errechnen daraus Rückstellkräfte, die die Schwingung gegen Null dämpfen. Entsprechend werden die Ströme für die Erregerspulen der Magnete gesteuert. Dabei ist zu berücksichtigen, daß sich die Magnetkraft umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen den Magnet­ polen und dem Schneckenzapfen verhält unter Berücksichti­ gung der unterschiedlichen diamagnetischen Eigenschaften zwischen der Luft und dem Dielektrikum des thermoplasti­ schen Werkstoffs zu Beginn der Materialzuführung.

Die Regelung des Wicklungsstroms für die Magnete be­ rücksichtigt, daß die Magnetkraft mit dem Quadrat des Wick­ lungsstroms zunimmt.

Zur Vereinfachung der nicht-linearen Abhängigkeiten werden die Funktionen als Abweichung von der Soll-Lage er­ faßt und entsprechend linearisiert. Damit kann das Regler­ verhalten wesentlich vereinfacht werden, weil das Verhält­ nis "Abweichung von der Soll-Lage zu der erforderlichen Mag­ netkraft" dann eine Konstante ist.

Durch Instabilitäten als Folge der strömenden Ther­ moplastschmelze ergeben sich in einzelnen Bereichen des Profils unterschiedliche Wanddicken. Für eine gesteuerte Regulierung solcher Ungleichmäßigkeiten ist erfindungsgemäß ein weiterer Regler erforderlich.

Dieser Regler zur Wanddickensteuerung, der Wanddicken­ regler, ist dem Regler zur Achsenstabilisierung der Plasti­ fizierschnecke übergeordnet. Mithilfe von Steuerbefehlen veranlaßt der Wanddickenregler den Lageregler für die Schneckenachse, von der Null-Soll-Lage, die sich mit der Längsachse des Schneckenzylinders deckt, entsprechend dem Steuerbefehl abzuweichen und damit die Wanddickenunter­ schiede auszugleichen.

Die Steuerbefehle erhält der Wanddickenregler von Si­ gnalgebern, die vorteilhafterweise in einem Kreis angeord­ net sind. Wenn die Richtung der Signalgebung winkelgleich zu der zu regulierenden Wanddicke des Profils ist, erleich­ tert dies ganz wesentlich die Vergleichmäßigung der Wand­ dicke des Profils.

So kann beispielsweise auf dem Kreis alle 30 ein Si­ gnalgeber-Kontakt angeordnet sein, mit dem ein Steuerungs­ befehl gegeben wird. Die Dauer der Signalgebung entspricht dabei der Größe der Veränderung der Wanddicke.

Hierbei können zwei voneinander unabhängige Regelkreise vorgesehen sein. Jedes der beiden Enden des Zapfens, resp. der Hülse haben einen eigenen Regelkreis zur Rückführung in die Soll-Lage. Damit werden zusätzlich die um den Schwer­ punkt des Zapfens rotierende Kreiselbewegungen reguliert.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfin­ dung ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen eini­ ger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:

Fig. 1 den Kopf des Extruders mit angeflanschtem Formwerk­ zeug;

Fig. 2 den Extruderkopf und das Formwerkzeug im Schnitt wie in Fig. 1, außerdem noch den Kopf der Plastifizier­ schnecke mit Zapfen und Buchse;

Fig. 3 den Extruderkopf mit Formwerkzeug in Seitenansicht;

Fig. 4 das Formwerkzeug in Ansicht "A" der Fig. 3 dabei ist das Formwerkzeug mit einem Ringmagneten und Sensoren ausgerüstet;

Fig. 5 den Extruderkopf mit angeflanschtem Blasformkopf im Schnitt;

Fig. 6 einen Regelkreis zur Lageregelung der Plastifizier­ schnecke und Wanddickenregler;

Fig. 7 den Extruder mit Formwerkzeug, bei dem das Gewicht der Plastifizierschnecke durch ein Gegengewicht ent­ lastet ist;

Fig. 8 den Extruderkopf mit über einer Gelenkwelle verbun­ denem Zapfen; und

Fig. 9 einen Extruderkopf ähnlich Fig. 5 mit angeflanschtem Blasformkopf im Schnitt, wobei eine zusätzlich För­ dereinrichtung angeordnet ist;
Um das Verständnis zu erleichtern, werden im weiteren Verlauf die Figurenbeschreibung bei identischen Gegenstän­ den dieselben Bezugszeichen verwendet.

In der Fig. 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Mit 1 ist die Plastifizierschnecke bezeichnet, an deren Ende sich das Innenteil 2 des Formwerkzeuges aus einem zumindest im Be­ reich der Magnete ferromagnetischem Material befindet.

Die Schnecke befindet sich in dem Extruderzylinder 3, der an seinem Ende den Flansch 4 trägt. Mit 5 ist das Au­ ßenteil des Formwerkzeuges mit dem Flansch 6 aus einem zu­ mindest im Bereich der Magnete nicht-magnetisierbaren Werk­ stoff bezeichnet, das die U-Magneten 7 trägt und die Weg­ meß-Sensoren 8. Das Außenteil des Formwerkzeuges bildet die Außenkontur des Hohlstrangprofils. Die Pole der Magnete schließen bündig mit dem Außenteil des Formwerkzeugs ab. Das gleiche gilt für die Bündigkeit der Wegmeß-Sensoren. Die Schenkel der U-Magnete sind in Richtung der Längsachse angeordnet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Magne­ te nicht laufend ummagnetisiert werden.

Die Fig. 2 zeigt eine vergleichbare beispielhafte Vor­ richtung wie in Fig. 1, jedoch in einer anderen Ausführung des Innenteils des Formwerkzeuges. Außerdem ist die Schnec­ ke und das Innenteil durchbohrt. Im einzelnen zeigen den Extruderzylinder mit dem Flansch, dem Ende der Schnecke, das abgesetzte Innenteil 12, auf dem mittels der Kugellager 14 und 15 eine Hülse 16 aus ferromagnetischem Material dehn­ bar gelagert ist. Statt der beispielhaft dargestellten Ku­ gellager sind auch Gleitlager o. dgl. verwendbar.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine beispielhafte Ausführung des Formwerkzeuges mit einem Ringmagneten, in Fig. 3 in An­ sicht und in Fig. 4 von vorn in Richtung "A" der Fig. 3. Der Ringmagnet verfügt beispielhaft über 8 mit einer Wick­ lung versehene Schenkel 17, alle haben einen gemeinsamen Außenring 18.

Fig. 5 zeigt die Ausführung eines Formwerkzeugs zur Er­ zeugung dünner Rohre, die sich zu einem axial oder biaxial verstreckten Blasfolienschlauch verstrecken lassen.

Das Ende des Extruder-Zylinders 21, in dem sich die Plastifizierschnecke 22 befindet, hat einen Kopf, an dem in vertikaler Richtung das Formwerkzeug angeschlossen ist. Das Formwerkzeug besteht aus einem kegelförmigen Innenteil 23, welches in einen zylindrischen Teil mündet, das mit dem Deckel 24 abgeschlossen ist. Das Innenteil besteht, zumin­ dest im Bereich der Magnete aus einem ferromagnetischen Werkstoff. Das Innenteil wird von dem Außenteil 26 um­ schlossen und sitzt auf dem Kopf des Extruderzylinders. Das Außenteil besteht aus einem zumindest im Bereich der Magne­ te nicht-magnetisierbaren Werkstoff und trägt in seinem zy­ lindrischen Kopfteil die Magnete 27 und die Wegmeß-Sensoren 8. Das Innenteil 23 ist auf einem elastischen Rohr 25 befe­ stigt, welches auf dem Rohr 28 sitzt. Durch die Rohre 25 und 28 wird das Blasmedium geführt für die Verstreckung des extrudierten Schlauchs. Das Rohr, welches das Innenteil 23 trägt, ist so elastisch, daß das Innenteil durch die Ma­ gnetkräfte bewegt werden kann. Damit lassen sich die Wand­ dicke des extrudierten Schlauchs mittels eines Wanddicken­ reglers wie er in Fig. 6 unter 31 dargestellt ist, über Steuerkontakte 36 exakt einstellen.

In Fig. 6 ist der Regelkreis für die Soll-Lage der Pla­ stifizierschnecke und der Regler für die Wanddickeneinstel­ lung schematisch dargestellt. Es zeigt den Kopf des Extru­ derzylinders 3, an den das Formwerkzeug 5 angeflanscht ist mit dem Magneten 7 und dem Wegmeß-Sensor 8 (dargestellt ist beispielhaft nur ein Magnet mit 2 Feldspulen und ein Weg­ meß-Sensor). Die von den Wegmeß-Sensoren gemessene Abwei­ chung des Schneckenzapfens von seiner Soll-Lage werden dem Regler 29 als Eingangssignal eingegeben. Der Regler errech­ net aus der Kombination zweier Eingangssignale Richtung und Größe der Abweichung und verarbeitet die Signale zu Strom- oder Spannungsimpulsen für die Feldspulen der Magnete 7. Zwischen Regler und Feldspulen werden die Signale im Ver­ stärker 30 verstärkt. Die Wanddickenregulierung erfolgt über den Wanddickenregler 31 durch Betätigen eines der kreisförmig angeordneten Steuerkontakte 36.

Fig. 7 zeigt einen erfindungsgemäßen Hohlpro­ fil-Extruder, teilweise im Schnitt. Das Bezugszeichen 3 stellt den Zylinder dar mit dem Einfülltrichter 42, an dem das Außenteil des Formwerkzeug 5 mit den Magneten und den Wegmeß-Sensoren angeflanscht ist. Mit 33 ist das Gegenge­ wicht bezeichnet, daß das Eigengewicht der Plastifizier­ schnecke in dem für die Auslegung der Magnete im für die Regelung optimalen Maß verringert. Die Plastifizierschnecke ist schwenkbar gelagert, beispielsweise durch Pendelkugel- oder Kegelrollen-, Nadel- oder Pendelgleitlager. Das An­ triebsgetriebe 36 für die Plastifizierschnecke 1 fängt in seinem Antriebsritzel die möglichen geringfügigen Abstands­ veränderungen durch die Form der Zahnflanken auf.

Die Fig. 8 zeigt die Plastifizierschnecke 43 in dem Ex­ truderzylinder 44, an dem das verlängerte Formwerkzeug für die Außenkontur 45 angeflanscht ist. Im Bereich des Zapfens 49 sind in der Höhe der beiden Enden des Zapfens in dem Au­ ßenkonturwerkzeug die Wegmeß-Sensoren 53 und die Magnete 52 eingelassen. Der Zapfen ist mit der Plastifizierschnecke durch eine Gelenkwelle 46 verbunden. An beiden Enden hat die Gelenkwelle kardanische Gelenke 47 und 48. Auf dem Zap­ fen 49 ist die Hülse 50 drehbar gelagert, beispielsweise durch die Kugellager 51.

Fig. 9 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines Extru­ derkopfs mit angeflanschtem Blasformkopf im Schnitt, bei der eine zusätzliche Förderschnecke vorgesehen ist.

Am Ende des Extruder-Zylinders 21 mit der Plastifizier­ schnecke 22 befindet sich eine Förderschnecke 52 mit ihrem Abdichtgewinde 53. Die Förderschnecke 52 sitzt in dem Zu­ führrohr 54, welches am Kegelteil 26 des äußeren Formwerk­ zeugs befestigt ist. Die Förderschnecke 52 hat antriebssei­ tig ein Ansatz, an dem ein Antriebsgetriebe 55 sitzt. Daran angekoppelt ist ein Antriebsmotor 56. Das Formwerkzeug zur Erzeugung dünner Rohre, die sich zu einem Blasfolien­ schlauch verstrecken lassen, besteht wie oben beschrieben aus dem kegelformigen Innenteil 23, welches in einen zylin­ drischen Teil mündet. Dieser ist mit dem Deckel 24 abge­ schlossen. Das Bezugszeichen 56 stellt ferner eine Loch­ platte dar mit einem davorliegenden Sieb 57.

Mit dieser Anordnung wird die von der Plastifizier­ schnecke 22 erzeugte Kunststoffschmelze in die Vertikale umgelenkt und durch die Förderschnecke 52 weitergefördert. Dabei kann ein gleichmäßiger Strömungsverlauf der Schmelze erzielt werden, wodurch hochwertige Blasfolien herstellbar sind.

Claims (24)

1. Extruder zum Herstellen von Hohlstrangprofilen, mit ei­ ner Extrudiereinrichtung (1, 3, 4; 21, 22) und einem Formwerkzeug, welches ein Außenteil (5; 26) und ein In­ nenteil (2; 23) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Innenteil (2; 23) des Formwerkzeugs mit der Extrudiereinrichtung verbunden ist, und
daß eine Magnet- oder Induktionseinrichtung (7; 27) vorgesehen ist, welche das Formwerkzeug zumindest be­ reichsweise umgreift und das Innenteil (2; 23) in einer gewünschten Soll-Lage hält,
wobei das Innenteil (2; 23) des Formwerkzeugs zumindest im Bereich der Magnet- oder Induktionseinrichtung (7; 27) aus einem ferromagnetischen Material besteht, und
wobei das Außenteil (5; 26) des Formwerkzeugs zumindest im Bereich der Magnet- oder Induktionseinrichtung (7; 27) aus einem nicht magnetisierbaren Material besteht.

2. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (2) des Formwerkzeugs mit einer Plastifi­ zierschnecke (1) der Extrudiereinrichtung verbunden ist.

3. Extruder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (2) mit dem Kopf der Plastifizierschnecke (1) durch ein schwenkfähiges Verbindungsglied verbunden ist.

4. Extruder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das schwenkfähige Glied als Gelenkwelle oder als ela­ stischer Stab ausgebildet ist.

5. Extruder nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schneckenkopf drehbar mit der Plastifi­ zierschnecke (1) verbunden ist.

6. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (23) des Formwerkzeugs auf einer am Kopf eines Extruderzylinders (21) angeordneten, nachgiebigen Stütze sitzt, beispielsweise auf einem elastischen Rohr (25).

7. Extruder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopf des Extrudierzylinders (21) eine hierzu vor­ zugsweise senkrechte Fördereinrichtung vorgesehen ist, durch welche sich die nachgiebige Stütze erstreckt.

8. Extruder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung eine Förderschnecke (52) auf­ weist.

9. Extruder nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fördereinrichtung hohl ausgebildet ist und sich die elastische Stütze derart hindurch erstreckt, daß ein Medium zum Aufblasen und Verstrecken eines zu extrudierenden Schlauchs hindurchgeführt werden kann.

10. Extruder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung zwei vorzugsweise gegenläufige Förderschnecken aufweist.

11. Extruder nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Förderschnecke bzw. die Förder­ schnecken eine konstante Steigung aufweisen.

12. Extruder nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drehzahl der Fördereinrichtung in Abhängigkeit der Drehzahl der Plastifizierschnecke (1) geregelt ist.

13. Extruder nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß stromab der Förderschnecke (52) eine Lochplatte (56) mit Filtersieb (57) vor dem Eintritt in ein Blasfolienwerkzeug angeordnet ist.

14. Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf dem Innenteil (2; 23) des Form­ werkzeugs eine Buchse (16) aus ferromagnetischem Mate­ rial drehbar gelagert ist.

15. Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Plastifizierschnecke (1; 22) auf der Seite des Antriebs kardanisch befestigt ist.

16. Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hals der Plastifizierschnecke (1; 22) über das Lager und dem Antriebsgetriebe hinaus ver­ längert ist und auf dem Hals ein verschiebbares Gegen­ gewicht (33) sitzt.

17. Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Extruderzylinder (3; 21) mit der Plastifizierschnecke (1; 22) vertikal steht und das En­ de des Extruders entweder nach unten oder nach oben zeigt.

18. Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Regelstrecke Abweichungen von der Soll-Lage des Innenteils (2; 23) vom Formwerkzeug gesteuert zurückführt, wobei die Regelstrecke aus Weg­ meß-Sensoren (8), Regler, Verstärker und Feldspu­ len-Magneten bestehen.

19. Extruder nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen und Regeln mindestens drei Magnete und drei Wegmeß-Sensoren (8) pro Regelkreis verwendet werden.

20. Extruder nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wegmeß-Sensoren (8) aus einer gradzahligen Anzahl bestehen und daß die gemessenen Abweichungen von der Soll-Lage gegenüberliegender Sensoren im Regler ad­ diert werden.

21. Extruder nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Regler Meßwerte benachbarter Wegmeß-Sensoren (8) derart zusammenfassen, daß aus der Resultierenden beider Meßsignale Richtung und Größe der Abweichung von der Soll-Lage des Innenteils (2; 23) des Formwerkzeuges hervorgeht.

22. Extruder nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler zur Rückführung der Ab­ weichungen von der Soll-Lage des Innenteils (2) des Formwerkzeuges ein Regler zur Wanddickenregulierung übergeordnet ist.

23. Extruder nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Reglers durch Steuerbefehle erfolgt, die durch Betätigen von kreis­ förmig angeordneten Kontaktschaltern erfolgen und das die Richtung zwischen den Kontaktschaltern und den Ma­ gnetkräften winkelgleich sind.

24. Extruder nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwei voneinander unabhängige Regel­ kreise das Innenteil (2) in der einstellbaren Soll-Lage halten.