DE19757827A1 - Mehrschichtadapter für eine Extrusionsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrschichtadapter für eine Extrusionsvorrichtung zur Herstellung eines mehrschichtigen Laminates aus thermoplastischem Material mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Mehrschichtadapter der in Rede stehenden Art sind bereits in verschiedenen Ausfüh­ rungsformen bekannt. Derartige Mehrschichtadapter werden beispielsweise für die Extrusion von Recyclingfolien eingesetzt, bei denen das Recyclingmaterial in einer relativ dicken Mittelschicht oder einer relativ dicken Mittelschicht und weiteren Zwi­ schenschichten, und Neuware in den dünnen Deckschichten verarbeitet werden. Von besonderer Bedeutung sind solche Mehrschichtadapter für die Herstellung von Mehrschichtfolien, deren Deckschichten und/oder Zwischenschichten beispielsweise als sauerstoffundurchlässige Sperrbarrieren ausgeführt sind. Das hierzu erforderliche Kunststoff-Rohmaterial ist teuer, je dünner die betroffenen Schichten ausgeführt werden können, desto besser ist es.

Bekannt ist zunächst ein Mehrschichtadapter mit flügelartigen, spitz zulaufenden Teilern für Dreischichtextrusion oder, in zwei nachgeschalteten Stufen, Fünfschicht­ extrusion. Der bekannte Mehrschichtadapter, von dem die Erfindung ausgeht (US-A- 4,152,387 sowie Publikation der Firma Cloeren "Coextrusion Feedblock"), hat zwei flügelartige Teiler, die den mittigen Breitschlitz-Hauptdurchflußkanal von den beid­ seits angeordneten Nebendurchflußkanälen trennen. Jeder Teiler ist entweder in ei­ nem in dem Adapterkorpus integrierten Dosiergehäuse oder direkt schwenkbar gela­ gert. Durch Schwenken des Teilers bzw. der Teiler können die Kanäle relativ zuein­ ander verengt oder vergrößert werden. Die Positionen der Teiler sind also entschei­ dend für die Dicke der einzelnen Schichten des herzustellenden Laminates.

Mit den flügelartigen Teilern des im Stand der Technik bekannten Mehrschichtadap­ ters läßt sich in der Tat nur die theoretische Dicke des jeweiligen Durchflußkanals be­ stimmen. Nun ist es aber so, daß über die Breite des Hauptdurchflußkanals und der Nebendurchflußkanäle abhängig vom eingesetzten Material und sonstigen Parame­ tern erhebliche Schwankungen auftreten können. Das gewünschte "Flußbild" ent­ spricht häufig durchaus nicht der durch die Lage der Teiler vorgegebenen Gestal­ tung. Das hat zur Folge, daß man die Nebendurchflußkanäle, durch die die Laminat­ schichten geringerer Dicke gebildet werden, mit einem größeren Querschnitt fahren muß als nach der theoretischen Vorgabe nötig wäre, um auf jeden Fall sicherzustellen, daß im Endprodukt ausgangs der Extrusionsdüse hinreichend dicke Deckschichten vorhanden sind.

Die Schichtdecken des herzustellenden Laminates sind also durchgehend nicht un­ abhängig voneinander einstellbar und das Flußbild der Extrusionsdüse ist kaum zu beeinflussen. Hier wird im Stand der Technik Verbesserung dadurch versucht, daß den Teilern strömungstechnisch sogenannte Verteilerpins nachgeschaltet werden. Die Verteilerpins sind als Drehbolzen ausgeführt und haben die Aufgabe, die vorbeiströ­ mende Schmelze in ihrer Dicke einzuengen. Durch entsprechende Formgebung der Pins in Breitenrichtung läßt sich ein bestimmtes, gewünschtes Flußbild der Extrusi­ onsdüse erzielen.

Die Verteilerpins sind nur für sehr dünne Deckschichten einsetzbar. Ihre Einwirkung auf das Flußbild ist bei dickeren Deckschichten nur sehr begrenzt.

Neben der zuvor erläuterten Konstruktion von Mehrschichtadaptern mit flügelarti­ gen Teilern ist auch ein Mehrschichtadapter bekannt, der mit einer grundsätzlich an­ deren Konstruktion, nämlich mit Drehbolzen arbeitet (DE-C-38 03 412). Eine Drehbolzensteuerung ist mechanisch-konstruktiv sehr zweckmäßig und insbesondere mit geringem Zeitaufwand reparierbar. Sie ist jedoch für dünne Mittelschichten weni­ ger geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, der eingangs erläuterten, flügelar­ tige Teiler aufweisenden Mehrschichtadapter hinsichtlich der Beeinflußbarkeit des Flußbildes des Laminates zu verbessern.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei einem Mehrschichtadapter mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Mehrschichtadapter können die Querschnitte der Kanäle nicht nur in der Höhe verändert werden, sondern es kann auch in Breitenrich­ tung mittels der Teilerlamellen ein gewünschtes Profil erzeugt werden. Mit den einge­ stellten Querschnitten wird zunächst ein mehrschichtiges Laminat probeweise herge­ stellt und dessen Toleranzprofil ermittelt. Alsdann wird der Teiler bzw. werden die Teiler aus dem Adapterkorpus herausgezogen und die einzelnen Teilerlamellen wer­ den dann entsprechend dem ermittelten Toleranzprofil nachgestellt. Eventuell müssen insoweit mehrere Testschritte erfolgen. Ist die optimale Einstellung gefunden worden, so kann mit dieser Einstellung die Fertigung von Laminat durchgeführt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Mehrschichtadapter erreicht man eine exakte Beeinflus­ sung des Flußbildes nach den Parametern des verwendeten Materials etc. Dadurch ist es möglich, die Dicke der einzelnen Schichten erheblich zu verringern, insbeson­ dere bei Schichten aus teuerem Material. Die damit erzielte Materialersparnis ist er­ heblich. Sie resultiert nicht in einem Qualitätsverlust, sondern ist das Ergebnis der ex­ akteren Extrusion.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Mehrschichtadapters (Patentansprüche 9 bis 11). Insbesondere von Bedeutung ist dabei die Ausführung, bei der der Mehrschichtadapter mit Teilerlamellen nur zum Te­ sten und Einstellen eingesetzt wird und bei dem dann ein in der Praxis für die Ferti­ gung eingesetzter Teiler oder Teilerbolzen als Massivteil, beispielsweise durch ein Erosionsverfahren, nach dem Muster des zuvor ausgemessenen mit Teilerlamellen versehenen Teilers oder Teilerbolzens hergestellt und eingesetzt wird.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vor­ teilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist auf die Unteransprüche zu verweisen.

Im übrigen wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel dar­ stellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung das Prinzip einer Extrusionsvorrichtung zur Herstellung eines mehrschichtigen Laminates mit dem hier vorgesehenen Mehrschichtadapter für drei Schichten,

Fig. 2 in perspektivischer, schematischer Darstellung ein bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mehrschichtadapters,

Fig. 3 einen Teilerbolzen eines Mehrschichtadapters in einer Draufsicht,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Teilerbolzen aus Fig. 3,

Fig. 5 eine Vorderansicht des Teilerbolzens Fig. 3, aus der sich die Lamellenein­ stellung für ein bestimmtes Flußbild ergibt.

Fig. 1 zeigt das Grundprinzip einer Extrusionsvorrichtung zur Herstellung eines mehrschichtigen Laminates. Im vorliegenden Fall handelt es sich um ein dreischichti­ ges Laminat aus thermoplastischem Material mit Mittelschicht und Deckschichten. Man erkennt austrittsseitig die Extrusionsdüse 1 in Form einer Breitschlitzdüse, in der das mehrschichtige Laminat auf die sehr geringe Extrusions-Schichtdicke gebracht wird. Dieser Extrusionsdüse 1 vorgeschaltet ist der hier in Rede stehende Mehr­ schichtadapter, der zunächst einen Adapterkorpus 2 aufweist. Im Adapterkorpus 2 befindet sich zunächst ein Breitschlitz-Hauptdurchflußkanal 3, der von links vom An­ schluß 4 gespeist wird sowie mindestens ein paralleler Nebendurchflußkanal 5, im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Nebendurchflußkanäle 5, 6, die beidseits des Hauptdurchflußkanals 3 liegen und von einem Anschluß 7 aus gespeist werden.

Jeweils zwei Kanäle 3, 5; 3, 6 werden in entsprechender Breite an einem flügelartigen, spitz zulaufenden Teiler 8, 9 in einen zu der Extrusionsdüse 1 führenden Sammelka­ nal 10 zusammengeführt. Die Teiler 8, 9 sind aus dem Adapterkorpus 2 herausnehm­ bar, insbesondere in Breitenrichtung, also senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 1, her­ ausziehbar.

Wie die Teiler 8, 9 bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Mehrschichtadap­ ter gestaltet und angeordnet sind, das ist in der Beschreibungseinleitung erläutert worden, darauf darf verwiesen werden.

Fig. 2 zeigt nun die Besonderheit der Erfindung, daß nämlich die flügelartigen Teiler 8, 9 des hier dargestellten Mehrschichtadapters jeweils eine Mehrzahl einzelner, in Breitenrichtung geschichtet angeordneter und relativ zueinander verlagerbarer, ent­ sprechend flügelartiger Teilerlamellen 11 aufweisen. Zur weiteren Erläuterung darf auch im Zusammenhang mit Fig. 2 auf Fig. 3, 4 und 5 verwiesen werden, die nähere Details zeigen.

Wesentlich ist, daß die Teilerlamellen 11 nicht nur relativ zueinander verlagerbar, son­ dern in einer vorgegebenen, eingestellten Relativlage zueinander im Teiler 8 bzw. 9 fixierbar sind.

Es liegt auf der Hand, daß mit den so einzeln vorgegebenen und verstellbaren Teiler­ lamellen 11 das Flußbild des Mehrschichtadapters perfekt eingestellt werden kann. Fig. 5 zeigt dazu ein Beispiel mit insgesamt 36 Teilerlamellen 11 je Teiler 8 und 9 für den dargestellten Dreischichtadapter und einer in Breitenrichtung zwischen 1 mm und, in der Mitte, 6 mm sich verändernden Spaltweite. Das bedeutet, daß in den Randbereichen hier die Querschnitte der Nebendurchflußkanäle 5, 6 wesentlich grö­ ßer sind als im Mittelbereich. Das führt im Ergebnis zu einem gleichmäßigen Flußbild mit konstanter Dicke der Außenschichten des Laminates im die Extrusionsdüse 1 verlassenden Material. Diese können wegen dieser hohen Genauigkeit beispielsweise auf eine Dicke von 60 µm zurückgenommen werden, wo bei bisheriger Technik 80 µm erforderlich waren. Man kann sich leicht vorstellen, wie bei einem teuren Rohma­ terial für die außenliegenden Schichten des Laminates eine solche Dickenreduktion auf die Kosten wirkt.

Hinsichtlich der relativen Verlagerbarkeit der Teilerlamellen 11 gegeneinander gibt es verschiedene Möglichkeiten. Das dargestellte und insoweit bevorzugte Ausfüh­ rungsbeispiel zeigt, daß die Teilerlamellen 11 selbst auf einer Achse 12 im Teiler 8, 9 schwenkbar gelagert sind. Dies zeigt Fig. 4 besonders deutlich. Die Teilerlamellen 11 können auf der Achse 12 dann zum Fixieren miteinander verspannt werden. Dazu dient die in Fig. 3 besonders deutlich eingezeichnete Spannschraube 13 mit Mit­ spannmutter 14.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist - lediglich beispielhaft - vorgesehen, daß die Teilerlamellen 11 jeweils eine Breite von 1,5 bis 2,0 mm, im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel 2,0 mm aufweisen und daß über die Breite insgesamt 30 bis 50 Teilerla­ mellen 11, im dargestellten Ausführungsbeispiel 36 Teilerlamellen 11 vorgesehen sind.

Das dargestellte und bevorzugte Ausführungsbeispiel ist konstruktiv dadurch be­ sonders zweckmäßig gestaltet, daß die beiden Teiler 8, 9 in einem gemeinsamen Tei­ lerbolzen 15 integriert sind. Das zeigen die Fig. 2 bis 5 sehr deutlich. Je Teiler 8, 9 gibt es im Teilerbolzen 15 jeweils eine Spannschraube 13 und Spannmutter 14, die die je­ weilige Achse 12 der zugehörigen Teilerlamellen 11 bilden.

Man kann die Teilerlamellen 11 der beiden Teiler 8, 9 jeweils einzeln für sich einstel­ len, man kann aber, gerade bei Zusammenfassung der Teiler 8, 9 in einem Teilerbolzen 15, die Teilerlamellen 11 der beider Teile 8, 9 auch gemeinsam einstellen. Das ge­ schieht zweckmäßigerweise dadurch, daß man die Teilerlamellen 11 gegen eine metal­ lische Lehre anstellt und dann fixiert.

Der in den Fig. 3 bis 5 besonders gut verständlich dargestellte Teilerbolzen 15 bildet also, wie Fig. 2 nun wiederum zeigt, mit seinen Außenflächen der Teiler 8, 9 die In­ nenflächen der Nebendurchflußkanäle 5, 6, während die Innenflächen der Teiler 8, 9 gemeinsam den Hauptdurchflußkanal 3 im Bereich des Teilerbolzens 15 bilden. Der Teilerbolzen 15 wird, wie Fig. 2 zeigt, in Breitenrichtung in eine entsprechende zylin­ drische Aufnahme im Adapterkorpus 2 eingeschoben, wobei diese Aufnahme den Hauptdurchflußkanal 3 und die Nebendurchflußkanäle 5, 6 kreuzend schneidet. Diese Anordnung ist von der Handhabung her besonders zweckmäßig, weil lediglich durch Herausziehen des Teilerbolzens 15 sogleich die Teileranordnung justierfähig zur Verfügung steht.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Mehr­ schichtadapters, bei dem man zunächst den Mehrschichtadapter nach Anspruch 1 und ggf. einem der Ansprüche 2 bis 8 ausgestaltet. Das muß hier nicht wiederholt werden. Für das Verfahren ist nun interessant, daß man dann mittels des Mehr­ schichtadapters testweise einen Schichtverbund herstellt und diesen Schichtverbund vermißt. Die Teilerlamellen 11 werden dann solange verstellt, ggf. mit immer wieder zwischenzeitlich ablaufendem Test mit Extrusion eines neuen Schichtverbundes, bis der fertige Schichtverbund das gewünschte Toleranzprofil in Breitenrichtung zeigt.

In der dann erreichten Stellung bleiben die Teilerlamellen 11 im Mehrschichtadapter fixiert.

Von besonderem Vorteil ist es für eine Produktionsanlage, daß man nach dem zuvor erläuterten Verfahren anschließend den Teiler 8 bzw. die Teiler 8, 9 bzw. den Teiler­ bolzen 15 im Endzustand vermißt und danach ein massives Teil ohne Teilerlamellen 11 herstellt, beispielsweise in einem Erosionsverfahren. Dieses massive Teil ohne Teiler­ lamellen 11, insbesondere also diesen massiven Teilerbolzen 15 mit einem ganz be­ stimmten bogenförmigen oder wellenförmigen Verlauf der Vorderkanten der Teiler 8, 9 in Breitenrichtung baut man dann in den Mehrschichtadapter ein. Dadurch gelingt es, einen Mehrschichtadapter zu realisieren, der genau auf die Materialpaarung der für das Laminat verwendeten plastischen Materialien und das Endprodukt abge­ stimmt ist und eine optimale Anpassung der Schichtdicken ermöglicht.

Schließlich ist Gegenstand der Erfindung auch ein Teilerbolzen für einen Mehr­ schichtadapter in der zuvor erläuterten Ausgestaltung.

Claims (12)

1. Mehrschichtadapter für eine Extrusionsvorrichtung zur Herstellung eines mehr­ schichtigen Laminates aus thermoplastischem Material
mit einem Adapterkorpus (2) und darin mit einem Breitschlitz-Hauptdurchflußkanal (3) und mindestens einem parallelen Nebendurchflußkanal (5), vorzugsweise zwei, beidseits des Hauptdurchflußkanales (3) liegenden Nebendurchflußkanälen (5, 6) wobei jeweils zwei Kanäle (3,5; 3,6) an einem flügelartigen, spitz zulaufenden Teiler (8, 9) entsprechender Breite in einen zu einer Extrusionsdüse (9) führenden Sammel­ kanal (10) zusammengeführt sind, und
wobei der Teiler (8, 9) aus dem Adapterkorpus (2) herausnehmbar, insbesondere in Breitenrichtung herausziehbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der flügelartige Teiler (8, 9) eine Mehrzahl einzelner, in Breitenrichtung geschich­ tet angeordneter und relativ zueinander verlagerbarer, entsprechend flügelartiger Teilerlamellen (11) aufweist und
daß die Teilerlamellen (11) in einer gewählten Relativeinstellung zueinander im Teiler (8, 9) fixierbar sind.

2. Mehrschichtadapter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerla­ mellen (11) auf einer Achse (12) im Teiler (8, 9) schwenkbar gelagert sind.

3. Mehrschichtadapter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerlamellen (11) zum Fixieren miteinander verspannbar sind.

4. Mehrschichtadapter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerlamellen (11) jeweils eine Breite von 1,5 bis 2,0 mm aufweisen.

5. Mehrschichtadapter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teiler (11) über die Breite insgesamt 30 bis 50, vorzugsweise 36 Teilerlamellen (11) aufweist.

6. Mehrschichtadapter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Teiler (8, 9) für drei Schichten in einem gemeinsamen Teilerbolzen (15) inte­ griert sind.

7. Mehrschichtadapter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Teiler (8, 9) für mehr als drei Schichten in einem gemeinsamen Teilerbol­ zen (15) integriert sind.

8. Mehrschichtadapter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerlamellen (11) der zwei Teiler (8, 9) für drei Schichten gemeinsam einstell­ bar sind.

9. Mehrschichtadapter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Teilerlamellen (11) der zwei Teiler (8, 9) eines Dreischichtadap­ ters gebildete Schlitz ein lichtes Maß von 4 bis 8 mm, insbesondere von ca. 6 mm hat.

10. Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtadapters für eine Extrusionsvorrich­ tung zur Herstellung eines mehrschichtigen Laminates aus thermoplastischem Mate­ rial, wobei der Mehrschichtadapter Teiler (8, 9) mit Teilerlamellen (11) aufweist und im übrigen insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß mittels des Mehrschichtadapters, gegebenenfalls mehrfach, testweise ein Schicht­ verbund extrudiert und vermessen wird,
daß die Teilerlamellen (11) so lange verstellt werden, bis der hergestellte Schichtver­ bund das gewünschte Toleranzprofil in Breitenrichtung zeigt und daß die Teilerlamellen (11) nach Erreichen des gewünschten Toleranzprofils in der eingestellten Position fixiert bleiben.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Teiler (8; 9) bzw. der Teilerbolzen (15) im Endzustand vermessen, danach ein massiver Teiler (8; 9) oder Teilerbolzen (15) ohne Teilerlamellen hergestellt, insbesondere im Drahterodierverfah­ ren hergestellt wird und dieser massive Teiler (8; 9) oder Teilerbolzen (15) dann im Mehrschichtadapter zur Durchführung der laufenden Produktion eingebaut wird.

12. Teilerbolzen für einen Mehrschichtadapter einer Extrusionsvorrichtung nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 9.