DE19829652A1 - Düsenkopf für eine Schlauchextrusionsmaschine - Google Patents

Abstract

Ein Zweikomponentendüsenkopf für eine Schlauchextrusionsmaschine zum Extrudieren eines Schlauches aus zwei unterschiedlichen Kunststoffen wird von zwei Extrudern versorgt. Nach dem Stand der Technik befinden sich zwischen den Extrudern und dem Düsenkopf Stauzylinder. Dies bedingt lange Fließwege für den Kunststoff, wodurch das Fließverhalten der Kunststoffe ungünstig beeinflußt wird. Es wird daher vorgeschlagen, bei einem solchen Düsenkopf die Stauzylinder (20, 21; 40, 41) in dem Düsenkopf anzuordnen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Düsenkopf für eine Schlauch­ extrusionsmaschine zum Extrudieren eines Schlauches aus zwei unterschiedlichen Kunststoffen, mit wenigstens zwei Extru­ dern, denen je ein Stauzylinder nachgeordnet ist, der mit­ tels eines fluidbetätigten Kolbens entleerbar und über einen Kanal mit dem den Düsenkern ringförmig umgebenden Düsenspalt verbunden ist.

Schlauchextrusionsmaschinen mit einem derartigem Düsenkopf sind bekannt. Sie dienen zum Herstellen eines Kunststoff­ schlauches, der abschnittweise aus zwei voneinander ver­ schiedenen Kunststoffen, z. B. PA weich und PA hart oder PP und PP/EPDM, besteht. Der Schlauch wird anschließend in einer üblichen Blasform zu einem meist langgestreckten Kunststoffhohlkörper geblasen. Solche Kunststoffhohlkörper werden z. B. in großem Umfang in Kraftfahrzeugen als Führung­ sschläuche oder -kanäle eingesetzt. Deren Anschlußbereiche und/oder deren z. B. dem Längenausgleich dienenden, als Faltenbälge ausgebildeten Bereiche bestehen dann aus dem weichen Kunststoff, während die dazwischenliegenden Rohr­ abschnitte, z. B. aus Festigkeitsgründen oder um Schwingungen zu verhindern, aus dem harten Kunststoff bestehen.

Bei den bekannten, auch als Zweikomponenten-Köpfe bezeich­ neten Düsenköpfen liegen die Stauzylinder zwischen den jeweiligen Extrudern und dem Kopf. Deshalb sind die Fließ­ wege bis zum Düsenspalt im Vergleich zu Einkomponentenköp­ fen, bei denen der Stauzylinder im Düsenkopf selbst liegt, lang. Entsprechend groß ist die Kraft, die der jeweilige Hydraulikzylinder auf den Kolben des zugeordneten Stauzylin­ ders ausüben muß. Die langen Fließwege haben noch einen weiteren, sehr wesentlichen Nachteil. Die Kunststoffkom­ ponenten beginnen nämlich sich abzukühlen sobald sie aus ihrem Stauzylinder ausgestoßen werden. Die beiden Kunst­ stoffkomponenten haben jedoch nicht die gleiche Abhängigkeit der Viskosität von der Temperatur. Deshalb ist entweder die eine Komponente zu zähflüssig oder/und die andere Komponente zu dünnflüssig. Beides wirkt sich nachteilig auf die Quali­ tät des extrudierten Schlauches und damit auch des fertigen Hohlkörpers aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Düsen­ kopf der einleitend angegebenen Gattung das Fließverhalten der Kunststoffe zu verbessern.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stauzylinder in dem Düsenkopf angeordnet sind.

Infolge dessen lassen sich im Vergleich zu den bisherigen Konstruktionen sehr kurze Fließwege mit dementsprechend erheblich geringerem Strömungswiderstand realisieren. Die Kraft zur Betätigung der Kolben der Stauzylinder beträgt deshalb nur noch ca. 20 bis 30% der bisher erforderlichen Kraft. Gleichzeitig verbessert sich die Qualität des ex­ trudierten Schlauches, weil sich wegen der kurzen Fließwege die Temperatur der Kunststoffkomponenten bis zum Düsenspalt besser kontrollieren läßt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Kunststoffkomponenten axial geradlinig ausge­ stoßen werden und deshalb eine hohe Schmelzhomogenität und ein gleichmäßiges Strömungsverhalten haben. Demgegenüber wird bei Düsenköpfen nach dem Stand der Technik, also mit getrennten, außerhalb angeordneten Stauzylindern, die jewei­ lige Kunststoffkomponenten während des Auslaßvorganges um 90° umgelenkt. Diese Umlenkung führt zu über den Umfang des Düsenspalts unterschiedlichen, axialen Strömungsgeschwin­ digkeiten, die wiederum eine über dem Umfang des extrudier­ ten Schlauches ungleichmäßige Wanddicke zur Folge haben.

Bevorzugt sind die Stauzylinder zu dem Düsenkern und zuein­ ander koaxial angeordnet (Anspruch 2). Die Stauzylinder können also z. B. axial hintereinander im Düsenkopf angeord­ net sein.

Eine noch raumsparendere Bauweise mit entsprechend noch kürzeren Fließwegen ergibt sich dann, wenn mindestens einer der Stauzylinder als Ringzylinder ausgebildet ist und den anderen Stauzylinder zumindest über einen Teil dessen Länge umschließt (Anspruch 3).

Die Kolben der Stauzylinder sind zweckmäßig als Verdränger­ kolben ausgebildet (Anspruch 4). Der Einlaß für die jewei­ lige Kunststoffkomponente kann sich dann an dem der Aus­ laßseite gegenüberliegenden Ende des betreffenden Stauzylin­ ders befinden. Beim Füllvorgang umströmt die Kunststoffkom­ ponente somit den Verdrängerkolben und drückt ihn, sofern er sich in einer vorgefahrenen Stellung befindet, zurück. Gleichzeitig wird dadurch erreicht, daß der Stauzylinder nach dem FIFO-Prinzip arbeitet, so daß alle Teilmengen der Kunststoffkomponente etwa die gleiche Verweilzeit im Stau­ zylinder haben.

Mindestens einer der Stauzylinder enthält einlaßseitig einen Spiralverteiler für die schmelzflüssig zugeführte Kunst­ stoffkomponente (Anspruch 5). Der oder die Spiralverteiler homogenisieren die aus dem jeweiligen Extruder in den zu­ gehörigen Stauzylinder gedrückte Kunststoffschmelze.

Die Länge des Düsenkopfs läßt sich verringern, wenn der Spiralverteiler den zugehörigen Kolben zumindest über einen Teil dessen Länge umschließt (Anspruch 6).

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist in jedem der die Stauzylinder mit dem Düsenspalt verbindenden Kanäle ein Rückschlagventil angeordnet (Anspruch 7). Damit wird verhindert, daß sich die beiden Kunststoffkomponenten teil­ weise miteinander vermengen, ohne daß hierzu aktiv gesteu­ erte Ventile benötigt werden. Werden die in der Regel hy­ draulisch betätigten Kolben in ihrer Stellung, insbesondere ihrer ausgefahrenen oder abgesenkten Stellung, mittels ihrer Betätigungszylinderfixiert, so ist auch ein normaler inter­ mittierender oder kontinuierlicher Koextrusionsbetrieb mög­ lich, bei dem beide Stauzylinder gleichzeitig von ihren Extrudern beschickt werden und beide Rückschlagventile gleichzeitig offen sind.

Am besten sind die Rückschlagventile räumlich benachbart zu­ einander angeordnet (Anspruch 8). Bei entsprechender zeitli­ cher Steuerung der Ausstoßbewegung der Kolben der jeweiligen Stauzylinder schließen dann die beiden unterschiedlichen Kunststoffkomponenten in dem extrudierten Schlauch praktisch vermischungsfrei aneinander an.

Die Kanäle können als kurze Ringkanäle ausgebildet sein und je eine Ringkammer enthalten, in der als Ventilorgan des betreffenden Rückschlagventils ein Ventilring angeordnet ist (Anspruch 9).

Diese Konstruktion läßt sich dahingehend weiterbilden, daß die beiden Ringkammern sich in Strömungsrichtung zu einem gemeinsamen Ringraum vereinigen, der in den Ringspalt der Düse übergeht (Anspruch 10).

Der Düsenkopf kann zum seitlichen Anbau an die Extruder ausgebildet sein (Anspruch 11).

Die Hydraulikzylinder zur Betätigung der Kolben der Stau­ zylinder sind am besten auf den Düsenkopf aufgebaut (An­ spruch 12).

Bei einem Düsenkopf mit axial verschiebbarem Düsenkern ist es günstig, den Stellzylinder zur Verschiebung des Düsen­ kerns auf den Düsenkopf aufzubauen (Anspruch 13)

In der Zeichnung ist der Düsenkopf nach der Erfindung in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch vereinfacht dargestellt. Zusätzlich ist ein entsprechender Fertigartikel dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 den Düsenkopf im Längsschnitt; die Kolben der beiden Stauzylinder befinden sich in der zurück­ gefahrenen Stellung;

Fig. 2 den selben Düsenkopf, jedoch während der Ausstoß­ bewegung des Kolbens des äußeren Stauzylinders;

Fig. 3 den Düsenkopf einschließlich seiner Stellzylin­ der, in einem Teillängsschnitt; und

Fig. 4 einen Fertigartikel, der aus einem Schlauch ge­ blasen wurde, der mit dem Düsenkopf nach der Er­ findung extrudiert wurde, zusammen mit dem zuge­ hörigen Zeitdiagramm der Ansteuerung der beiden Stauzylinder.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Düsenkopf umfaßt einen zylindrischen Mantel 1, eine Stirnplatte 2 und eine Düsen­ platte 3. Die Düsenplatte 3 hat eine kreisförmige Mündungs­ öffnung 4 im Anschluß an eine Ausnehmung, in der ein in axialer Richtung verstellbarer Düsenkern 5 endet. Der Düsen­ kern 5 sitzt am unteren Ende einer Verstellstange 6, die in einem Führungsrohr 7 verschiebbar und am oberen Ende an einem Querjoch 8 befestigt ist. Der Düsenkern 5 und die Verstellstange 6 haben eine gestrichelt angedeutete Blas­ luftbohrung 9.

Die Düsenplatte 3 und der Düsenkern 5 begrenzen einen ring­ förmigen Düsenspalt 10. In den Spalt 10 mündet ein Ringraum 11. In diesen öffnen sich zwei zueinander konzentrische Ringkammern 12 und 13. In jeder der Ringkammern 12 bzw. 13 befindet sich ein Ventilring 14 bzw. 15. Die Ringkammern 12 und 13 haben als Ventilsitze für die Ventilringe 14 bzw. 15 ausgebildete ringförmige Öffnungen 16 bzw. 17, die die Aus­ laßöffnungen von zwei Stauzylindern bilden, die beide als Ringzylinder ausgebildet sind. Der äußere Stauzylinder hat einen Zylinderraum 20, der außen von dem Düsenmantel 1 und innen von einem Zylindermantel 30 begrenzt wird. Der innere Stauzylinder hat einen Zylinderraum 40, der außen von dem Zylindermantel 30 und innen von dem Führungsrohr 7 der Ver­ stellstange 6 des Düsenkerns 5 begrenzt wird. Der äußere Stauzylinder umschließt den inneren Stauzylinder. Der äußere und der innere Stauzylinder umfassen außerdem je einen Ver­ drängerkolben 21 bzw. 41, sowie einen sogenannten Spiralver­ teiler 22 bzw. 42. Die Windungen der Spiralverteiler 22 bzw. 42 beginnen an Bohrungen 23 bzw. 43 und enden, flacher werdend, in den Zylinderräumen 20 bzw. 40. Die Bohrungen stellen die Verbindung zu den angedeuteten Anschlußflanschen 24 bzw. 44 her, über die der Düsenkopf mit den nicht darge­ stellten Extrudern für die jeweiligen Kunststoffkomponenten verbunden ist.

In der beschriebenen Konstruktion arbeiten die Stauzylinder nach dem FIFO-Prinzip, wenn die Verdrängerkolben 21 bzw. 41 über ihre Schubstangen verschoben werden.

In dem in Fig. 1 dargestellten, drucklosen Ruhezustand nehmen die Ventilringe 14 und 15 die dargestellte Stellung ein, in der die Auslaßöffnungen 16 und 17 sowohl des inneren als auch des äußeren Stauzylinders frei sind.

Während der Ausstoßbewegung eines der Ringkolben verschließt hingegen der dem anderen Stauzylinder zugeordnete Ventilring dessen Auslaßöffnung. Dies ist in Fig. 2 für den Fall darge­ stellt, daß der Verdrängerkolben 21 des äußeren Stauzylin­ ders eine Ausstoßbewegung ausführt. Die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte Kunststoffkomponente wird dadurch aus dem Zylinderraum 20 über die Auslaßöffnung 16 in die Ringkammer 12 verdrängt. Wie durch die Strömungs­ pfeile angedeutet, hebt die Kunststoffkomponente dabei den zu dem inneren Stauzylinder gehörenden Ventilring 15 in die Sperrstellung. Deshalb ist es wichtig, daß die Ventilringe 14 und 15 auf dem Boden ihrer Ringkammern nicht voll flächig aufliegen sondern eine ausreichend große, freie Angriffs­ fläche für die aus der jeweils anderen Ringkammer verdrängte Kunststoffkomponente bieten, damit sie in die Sperrstellung angehoben werden.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die zur Betätigung der Verdrängerkol­ ben 21 bzw. 41 sowie zur Verstellung des Düsenkerns 5 die­ nenden Hydraulikzylinder am besten auf den Düsenkopf aufge­ baut. Der Verdrängerkolben 21 des äußeren Stauzylinders wird über einen ersten Hydraulikzylinder 50 betätigt. Dieser ist mit einem Deckel 31 des Düsenkopfes über zwei Säulen 32 und 33 verbunden und umfaßt einen Kolben 51, dessen hohle Kol­ benstange 52 an ihrem Ende ein Joch 53 trägt, das über Schubstangen 54.1 und 54.2 mit dem Verdrängerkolben 21 verbunden ist. Der Verdrängerkolben 41 des inneren Stau­ zylinders wird über einen zweiten Hydraulikzylinder 60 ver­ schoben. Dieser sitzt über dem Hydraulikzylinder 50 und umfaßt einen Kolben 61, dessen Kolbenstange 62 durch die hohle Kolbenstange 52 des ersten Hydraulikzylinders 50 hindurchgeführt ist, und in einem kurzen Joch 63 endet, das über Schubstangen 64.1 und 64.2 mit dem Verdrängerkolben 41 verbunden ist. Für die Hydraulikzylinder 50 und 60 genügen einfach wirkende Ausführungsformen. Der zweite Hydraulik­ zylinder 60 trägt seinerseits einen dritten Hydraulikzylin­ der 70, der doppelt wirkend ist und einen Kolben 71 umfaßt, dessen Kolbenstange 72 über ein Joch 73 mit Zugstangen 74.1 und 74.2 verbunden ist, die an dem oben bereits erwähnten Querjoch 8 enden, das auf dem oberen Ende der Verstellstange 6 für den Düsenkern 5 sitzt.

Fig. 4 zeigt einen Fertigartikel in Form eines Rohres 80, das aus einem Schlauch geblasen wurde, der mit dem Düsenkopf nach der Erfindung extrudiert wurde. Das Rohr 80 hat an seinen beiden Enden Anschlußbereiche 81 sowie in der Mitte einen Faltenbalgabschnitt 82. Im Bereich der Anschlußbe­ reiche 81 und des Faltenbalgabschnitts 82 besteht das Rohr 80 aus einem weichen Kunststoff z. B. TEEE. Dazwischen liegen Abschnitte 83 und 84 des Rohres, die aus einem harten Kunst­ stoff z. B. PA hart, sind.

Unter dem Artikel ist das Zeitdiagramm der Ansteuerung der Stauzylinder für die beiden Kunststoffkomponenten darge­ stellt. Die Abszisse gibt die Zeitdauer der entsprechenden Ausstoßbewegung und dementsprechend die aus der jeweiligen Komponente extrudierte Schlauchlänge an. Die Ordinate gibt den jeweiligen Ausstoßdruck an.

Claims (13)

1. Düsenkopf für eine Schlauchextrusionsmaschine zum Extrudieren eines Schlauches aus unterschiedlichen Kunststoffen, mit wenigstens zwei Extrudern, denen je ein Stauzylinder (20, 21; 40, 41) nachgeordnet ist, der mittels eines fluidbetätigten Kolbens (21; 41) ent­ leerbar und über einen Kanal mit einem einen Düsenkern (5) ringförmig umgebenden Düsenspalt (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauzylinder (20, 21; 40, 41) in dem Düsenkopf angeordnet sind.

2. Düsenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauzylinder (20, 21; 40, 41) zu dem Düsenkern (5) und zueinander koaxial angeordnet sind.

3. Düsenkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens einer der Stauzylinder (20, 21; 40, 41) als Ringzylinder ausgebildet ist und den ande­ ren Stauzylinder zumindest über einen Teil dessen Länge umschließt.

4. Düsenkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kolben der Stauzylinder als Verdrän­ gerkolben (21; 41) ausgebildet sind.

5. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Stauzylinder einlaßseitig einen Spiralverteiler (22; 42) für die schmelzflüssig zugeführte Kunststoffkomponente ent­ hält.

6. Düsenkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralverteiler (22; 42) den zugehörigen Kolben (21; 41) zumindest über einen Teil dessen Länge um­ schließt.

7. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der die Stauzylinder (20, 21; 40, 41) mit dem Düsenspalt (10) verbindenden Kanä­ le ein Rückschlagventil (14; 15) angeordnet ist.

8. Düsenkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile (14; 15) räumlich benachbart zu­ einander angeordnet sind.

9. Düsenkopf nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kanäle als kurze Ringkanäle ausgebildet sind und je eine Ringkammer (12; 13) enthalten, in der als Ventilorgan des betreffenden Rückschlagventils ein Ventilring (14; 15) angeordnet ist.

10. Düsenkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringkammern (12; 13) sich in Strömungs­ richtung zu einem gemeinsamen Ringraum (11) vereini­ gen, der in den Ringspalt (10) der Düse übergeht.

11. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er zum seitlichen Anbau (vgl. 24; 44) an die Extruder ausgebildet ist.

12. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekenn­ zeichnet durch je einen auf den Düsenkopf aufgebauten Fluidzylinder (50; 60) zur Betätigung des Kolbens (21; 41) des jeweiligen Stauzylinders (20, 21; 40, 41)

13. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekenn­ zeichnet durch einen auf den Düsenkopf aufgebauten Stellzylinder (70) zur Verstellung des Düsenkerns (5).