DE19934871A1 - Extrusionswerkzeug - Google Patents

Extrusionswerkzeug

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Abstract

Es wird ein Extrusionswerkzeug zum Extrudieren von beliebigen fließfähigen Materialien beschrieben. DOLLAR A Das Extrusionswerkzeug ist ausgestattet mit integrierter Kalibrierzone und integrierter Kühlzone. DOLLAR A Erstmals ist es mit diesem Extrusionswerkzeug möglich, die vollständige Formgebung im Extrusionswerkzeug zu erreichen. DOLLAR A Das Extrusionswerkzeug ist zur Extrusion fast beliebiger Materialien geeignet. So können beispielsweise auch Materialien mit Füllgraden bis über 90% verarbeitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug zum Extrudieren von beliebigen fließfähigen Materialien.
Extrusionswerkzeuge sind in vielfältiger Ausbildung Stand der Technik.
Allen Extrusionswerkzeugen haften aber erhebliche Nachteile an. So bilden alle herkömmlichen Extrusionswerkzeuge die Formkontur nur grob aus, die echte Formgebung erfolgt in nachgeschalteten Kalibrier- und Kühleinrichtungen.
Dadurch wild die gesamte Extrusionslinie sehr teuer und nimmt sehr viel Platz ein.
Mit den konventionellen Extrusionswerkzeugen lassen sich maximale Füllgrade von ca. 50% erreichen, da sonst der Druck im Extrusionswerkzeug zu hoch würde.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Extrusionswerkzeug zu schaffen, bei dem die vollständige Formgebung im Extrusionswerkzeug erfolgen soll und mit dem auch Materialien mit Füllgraden bis über 90% verarbeitet werden können.
Die Lösung der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß das Extrusionswerkzeug folgende Merkmale aufweist:
das Extrusionswerkzeug ist ausgestattet mit integrierter Kalibrierzone und integrierter Kühlzone und besteht im wesentlichen aus
einem Werkzeugflansch (1 bzw. 12) zum Anflanschen des Extrusionswerkzeuges an den Extruder,
einem Formwerkzeugteil (2, 3 bzw. 13, 14) zum Formen und Kalibrieren, welches am Werkzeugflansch (1 bzw. 12) befestigt ist, wobei das Formwerkzeugteil (2, 3 bzw. 13, 14) folgende Bereiche vom Werkzeugflansch (1 bzw. 12) beginnend bis hin zum Werkzeugauslauf aufweist:
eine erste Heizzone (8 bzw. 15),
eine zweite Heizzone (9 bzw. 16),
eine Kühl/Temperierzone (11 bzw. 17),
thermische Trennungen (10 bzw. 20),
einen Formkanal (24 bzw. 25)
eine Kompressionszone (21), in der der Querschnitt des Formkanals (24 bzw. 25) verringert wird,
eine Auslaufzone (26 bzw. 27), und
eine Austrittszone (28 bzw. 29).
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Mit dem erfindungsgemäßen Extrusionswerkzeug ist es erstmals möglich, ohne nachgeschaltete Kalibrier- und Kühlstrecken direkt im Extrusionswerkzeug den gesamten formgebenden Prozess sowie die Kühlung durchzuführen.
Die gesamte Extrusionslinie mit einem erfindungsgemäßen Extrusionswerkzeug nimmt dadurch nur noch einen Bruchteil des sonst üblichen Platzes ein.
Durch die Einsparung von externen Kalibrierungen und Kühlstrecken wird die Extrusion mit einem erfindungsgemäßen Extrusionswerkzeug erheblich verbilligt.
Besonders vorteilhaft ist es, daß mit dem erfindungsgemäßen Extrusionswerkzeug erstmals Materialien mit Füllgraden bis zu 98% verarbeitet werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von nicht einschränkenden Beispielen beschrieben.
Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 Schematisch eine Explosionszeichnung eines Beispieles eines erfindungsgemäßen Extrusionswerkzeuges,
Fig. 2 Schematisch eine Explosionszeichnung eines weiteren Beispieles eines erfindungsgemäßen Extrusionswerkzeuges,
Fig. 3 Querschnitt eines Hohlkammerprofiles, daß mit dem erfindungsgemäßen Extrusionswerkzeug nach Fig. 1 hergestellt wurde,
Fig. 4 Querschnitt eines Brettprofiles, daß mit dem erfindungsgemäßen Extrusionswerkzeug nach Fig. 2 hergestellt wurde.
Beschreibung des Beispiels aus Fig. 1
Das Extrusionswerkzeug ist mit einem Werkzeugflansch 1 am Extruder befestigt. Am Werkzeugflansch 1 befestigt ist ein Werkzeugoberteil 2 und ein Werkzeugunterteil 3. Das Werkzeugoberteil 2 ist mit dem Werkzeugunterteil 3 verbunden.
In dem freien Raum zwischen dem Werkzeugoberteil 2 und dem Werkzeugunterteil 3 befindet sich ein Dorn 30.
Der Dorn 30 bildet mit dem Formoberteil 2 und dem Formunterteil 3 einen Formkanal 24. Der Dorn 30 ist mittels einer Dornhalteplatte am Einlauf 6 und einer zweiten Dornhalteplatte 7, die beide an dem Werkzeugoberteil 2 und dem Werkzeugunterteil 3 befestigt sind, im Formwerkzeug gehalten.
Der Dorneinlauf 5 ist sich konisch vergrößernd gebaut.
Der an der Stelle des Dorns 30 mit dem größten Querschnitt beginnende Dornauslauf 4 ist so ausgebildet, daß sich sein Querschnitt bis zu seinem Ende kontinuierlich geringfügig verringert.
Die äußere Formkontur des Formkanals 24, die durch das Werkzeugoberteil 2 und das Werkzeugunterteil 3 gebildet wird, ist bis zum Austritt hin, also in der Auslaufzone 26 und der Austrittszone 28 kontinuierlich geringfügig größer werdend ausgelegt.
Das Werkzeugoberteil 2 ist aus drei Teilen zusammengebaut, nämlich aus einer ersten Heizzone (1) 8, einer zweiten Heizzone (2) 9 und einer Kühl/Temperierzone. Alle drei Teile weisen an ihren Berührungsstellen thermische Trennungen auf. Die thermischen Trennungen sind ausgefräste Taschen, die den Wärmeübergang von einem Teil zum nächsten verhindern bzw. verringern.
Das Werkzeugunterteil 3 ist ebenfalls aus drei Teilen zusammengebaut, nämlich aus einer ersten Heizzone, einer zweiten Heizzone und einer Kühl/Temperierzone 11. Alle drei Teile weisen an ihren Berührungsstellen thermische Trennungen 10 auf. Die thermischen Trennungen sind ausgefräste Taschen, die den Wärmeübergang von einem Teil zum nächsten verhindern bzw. verringern.
In diesem Extrusionswerkzeug soll als Material ein mit 90% Holzfasern gefülltes Polypropylen verarbeitet werden.
Der Werkzeugflansch 1 befindet sich auf einer Temperatur, die im Bereich der Temperatur der letzten Heizzone des Extruders liegt. Im gleichen Temperaturbereich liegt die erste Heizzone (1) 8. In der zweiten Heizzone (2) 9 ist die Temperatur bereits niedriger. In der Kühl/Temperierzone 11 ist die Temperatur unterhalb der Fließtemperatur des Polypropylens.
Beim Verlassen des Extrusionswerkzeuges hat das Material bereits eine so hohe Festigkeit erreicht, daß es formstabil ist und keine Deformation des Extrudates mehr eintritt. Nach einer kurzen Strecke nach Verlassen des Extrusionswerkzeuges wird das Extrudat mit einer fliegenden Säge abgelängt.
Das Extrudat hat den in Fig. 3 gezeigten Querschnitt eines Hohlkammerprofils.
Beschreibung des Beispiels aus Fig. 2
Das Extrusionswerkzeug ist mit einem Werkzeugflansch 12 am Extruder befestigt. Am Werkzeugflansch 12 befestigt ist ein Werkzeugoberteil 13 und ein Werkzeugunterteil 14. Das Werkzeugoberteil 13 ist mit dem Werkzeugunterteil 14 verbunden.
Zwischen dem Werkzeugoberteil 13 und dem Werkzeugunterteil 14 wird der Formkanal 25 gebildet.
Die äußere Formkontur des Formkanals 25, die durch das Werkzeugoberteil 13 und das Werkzeugunterteil 14 gebildet wird, ist bis zum Austritt hin kontinuierlich geringfügig größer werdend ausgelegt.
Das Werkzeugoberteil 13 ist aus drei Teilen zusammengebaut, nämlich aus einer ersten Heizzone (1) 15, einer zweiten Heizzone (2) 16 und einer Kühl/Temperierzone. Alle drei Teile weisen an ihren Berührungsstellen thermische Trennungen 20 auf. Die thermischen Trennungen 20 sind ausgefräste Taschen, die den Wärmeübergang von einem Teil zum nächsten verhindern bzw. verringern.
Das Werkzeugunterteil 14 ist ebenfalls aus drei Teilen zusammengebaut, nämlich aus einer ersten Heizzone, einer zweiten Heizzone und einer Kühl/Temperierzone 17. Alle drei Teile weisen an ihren Berührungsstellen thermische Trennungen auf. Die thermischen Trennungen sind ausgefräste Taschen, die den Wärmeübergang von einem Teil zum nächsten verhindern bzw. verringern.
Im Formwerkzeug ist zusätzlich noch eine Strukturrolle 18 eingebaut, die der Oberfläche des enstehenden Brettes eine Narbung einprägt.
Die Seitenkontur des Brettes wird durch die Seiteneinlegeteile 19 gebildet. Durch Auswechseln der Seiteneinlegeteile 19 kann sehr einfach und schnell die Seitenkontur des Brettes verändert werden.
Im Bereich der ersten Heizzone (1) 15 verringert sich im Formkanal 25 als Kompressionszone der Querschnitt zum Aufbau des notwendigen Druckes.
Die äußere Formkontur des Formkanals 25 in der zweiten Heizzone (2) 16, in der Auslaufzone 27 und in der Austrittszone 29, die durch das Werkzeugoberteil 13 und das Werkzeugunterteil 14 gebildet wird, ist bis zum Austritt hin kontinuierlich geringfügig größer werdend ausgelegt.
In diesem Extrusionswerkzeug soll als Material ein mit 95% Holzfasern gefülltes Wachs verarbeitet werden.
Der Werkzeugflansch 12 befindet sich auf einer Temperatur, die im Bereich der Temperatur der letzten Heizzone des Extruders liegt. Im gleichen Temperaturbereich liegt die erste Heizzone (1) 15. In der zweiten Heizzone (2) 16 ist die Temperatur bereits niedriger. In der Kühl/Temperierzone 17 ist die Temperatur unterhalb der Fließtemperatur des Wachses.
Beim Verlassen des Extrusionswerkzeuges hat das Material bereits eine so hohe Festigkeit erreicht, daß es formstabil ist und keine Deformation des Extrudates mehr eintritt. Nach einer kurzen Strecke nach Verlassen des Extrusionswerkzeuges wird das Extrudat mit einer fliegenden Säge abgelängt.
Das Extrudat hat den in Fig. 4 gezeigten Querschnitt eines Brettes.
Bezugszeichenliste
1
Werkzeugflansch
2
Werkzeugoberteil
3
Werkzeugunterteil
4
Dornauslauf
5
Dorneinlauf
6
Dornhalteplatte am Einlauf
7
Zweite Dornhalteplatte
8
Heizzone
1
9
Heizzone
2
10
Thermische Trennung
11
Kühl/Temperierzone
12
Werkzeugflansch Brett
13
Werkzeugoberteil Brett
14
Werkzeugunterteil Brett
15
Heizzone
1
Brett
16
Heizzone
2
Brett
17
Kühl/Temperierzone Brett
18
Strukturrolle Brett
19
Seiteneinlegeteile Brett
20
Thermische Trennung Brett
21
Kompressionszone Brett
22
Hohlkammerprofil (nach
Fig.
1
)
23
Brettprofil nach (
Fig.
2
)
24
Formkanal Hohlkammerprofil
25
Formkanal Brett
26
Auslaufzone Hohlkammerprofil
27
Auslaufzone Brett
28
Austrittszone Hohlkammerprofil
29
Austrittszone Brett
30
Dorn

Claims (37)

1. Extrusionswerkzeug zum Extrudieren von beliebigen fließfähigen Materialien, dadurch gekennzeichnet,
daß es folgende Merkmale aufweist:
das Extrusionswerkzeug ist ausgestattet mit integrierter Kalibrierzone und integrierter Kühlzone und besteht im wesentlichen aus
einem Werkzeugflansch (1 bzw. 12) zum Anflanschen des Extrusionswerkzeuges an den Extruder,
einem Formwerkzeugteil (2, 3 bzw. 13, 14) zum Formen und Kalibrieren, welches am Werkzeugflansch (1 bzw. 12) befestigt ist, wobei das Formwerkzeugteil (2, 3 bzw. 13, 14) folgende Bereiche vom Werkzeugflansch (1 bzw. 12) beginnend bis hin zum Werkzeugauslauf aufweist:
eine erste Heizzone (8 bzw. 15),
eine zweite Heizzone (9 bzw. 16),
eine Kühl/Temperierzone (11 bzw. 17),
thermische Trennungen (10 bzw. 20),
einen Formkanal (24 bzw. 25)
eine Kompressionszone (21), in der der Querschnitt des Formkanals (24 bzw. 25) verringert wird,
eine Auslaufzone (26 bzw. 27), und
eine Austrittszone (28 bzw. 29).
2. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeugteil aus einem Werkzeugoberteil (2 bzw. 13) und einem Werkzeugunterteil (3 bzw. 14) besteht, die miteinander verbunden sind.
3. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeugteil einstückig ausgebildet ist.
4. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkanal (24 bzw. 25) in der Austrittszone (28 bzw. 29) sich im Querschnitt vergrößert.
5. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsvergrößerung des Formkanals (24 bzw. 25) in der Auslaufzone (26 bzw. 27) und/oder in der Austrittszone (28 bzw. 29) durch das Werkzeugoberteil (2 bzw. 13) und/oder das Werkzeugunterteil (3 bzw. 14) und/oder den Dorn 30 hergestellt ist.
6. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkanal (24 bzw. 25) in der Austrittszone (28 bzw. 29) sich im Querschnitt verringert.
7. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkanal (24 bzw. 25) in der Austrittszone (28 bzw. 29) im Querschnitt gleich bleibt, d. h. parallel verläuft.
8. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Hohlkammerprofilen (22) im Formwerkzeugteil (2, 3) ein Dorn (30) angeordnet ist, der zusammen mit dem Werkzeugunterteil (3) und dem Werkzeugoberteil (2) den Formkanal (24) bildet.
9. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dorn (30) einen Dornauslauf (4) und einen Dorneinlauf (5) aufweist,
daß der Dorn von einer Dornhalteplatte am Einlauf (6) und einer zweiten Dornhalteplatte (7) gehalten ist,
daß die Dornhalteplatte am Einlauf (6) und die zweite Dornhalteplatte (7) an dem Werkzeugoberteil (2) und dem Werkzeugunterteil (3) befestigt sind.
10. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Dornhalteplatte am Einlauf (6) und der zweiten Dornhalteplatte (7) über Stege erfolgt, wobei die Stegfläche im Formkanal (24) im Vergleich zum offenen Durchflußquerschnitt gering gehalten ist.
11. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeugteil (2, 3 bzw. 13, 14) einstückig ausgebildet ist.
12. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeugteil (2, 3 bzw. 13, 14) aus den folgenden Einzelelementen, die miteinander verbunden sind, besteht: Heizzone 1 (8 bzw. 15), Heizzone 2 (9 bzw. 16) und Kühl/Temperierzone (11 bzw. 17).
13. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühl/Temperierzone (11 bzw. 17) Kanäle für das Kühl/Temperier-Medium angeordnet sind.
14. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Trennungen (10 bzw. 20) Hohlräume sind.
15. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume der thermischen Trennungen (10 bzw. 20) evakuierbar sind.
16. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Trennungen (10 bzw. 20) Nuten sind.
17. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Trennungen (10 bzw. 20) Bohrungen sind.
18. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Trennungen (10 bzw. 20) Isolierplatten sind.
19. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Formwerkzeugteil (2, 3 bzw. 13, 14) Zusatzelemente wie z. B. eine Strukturrolle (18) und/oder Seiteneinlegeteile (19) sind.
20. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiteneinlegeteile (19) Wechseleinsätze für unterschiedliche Seitenkonturen bzw. Seitengeometrien sind.
21. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkonturen Nut- und Federkonturen sind.
22. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugflansch (1 bzw. 12) so ausgebildet wird, daß (ähnlich wie bei einem Pinolenkopf) das Formwerkzeugteil im Winkel von 90° zum Extruder angebaut ist.
23. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (30) eine Innenkühlung aufweist.
24. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Coextrusionswerkzeug ausgebildet ist.
25. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zuführung für das Coextrusionsmaterial am Werkzeugoberteil (2 bzw. 13) und/oder am Werkzeugunterteil (3 bzw. 14) und/oder an den Seiten befindet.
26. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zuführung für das Coextrusionsmaterial im Bereich der Heizzone 1 (8 bzw. 15) oder im Bereich der Heizzone 2 (9 bzw. 16) oder im Bereich der Kühl/Temperierzone (11 bzw. 17) oder im Bereich der Auslaufzone (26 bzw. 27) oder im Bereich der Austrittszone (28 bzw. 29) oder im Bereich nach der Austrittszone (28 bzw. 29) befindet.
27. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrusionswerkzeug aus Stahl besteht.
28. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrusionswerkzeug aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
29. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen des Formkanals (24 bzw. 25) ganz oder teilweise beschichtet sind.
30. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung ein Kunststoff und/oder Keramik und/oder Glas und/oder Metall ist.
31. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es geeignet ist zur Extrusion von natürlichen Materialien und/oder Polymeren mit/ohne Verstärkungsmitteln.
32. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß natürliche Materialien Wachse und/oder Pflanzenöle und/oder Ton und oder Porzellanrohmasse und/oder Graphit mit/ohne Bindemittel und/oder jegliche nachwachsende Rohstoffe sind.
33. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Polymere Thermoplaste und/oder Duroplaste und/oder chemisch vernetzte Elastomere und/oder thermoplastische Elastomere und/oder Flüssigkristallpolymere sind.
34. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärkungsmittel Fasern und/oder Pulver und/oder Kugeln und/oder Partikel mit anderer Geometrie sind.
35. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärkungsmittel Holzmehl und/oder Holzspäne und/oder Holzpellets und/oder Baumwollfasern und/oder Baumwollfaserpellets und/oder Sisalfasern und/oder Sisalfaserpellets und/oder Hanffasern und/oder Hanffaserpellets und/oder Leinfasern und/oder Leinfaserpellets und/oder Heu und/oder Heupellets und/oder Stroh und/oder Strohpellets und/oder Reisschalen und/oder Reisschalenpellets und/oder jegliche Art von natürlichen nachwachsenden Rohstoffen sind.
36. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärkungsmittel Glasfasern und/oder Glaskugeln und/oder Glasmehl und/oder Mineralpulver und/oder Polymerfasern und/oder Polymerpulver und/oder Kohlenstoff- Fasern und/oder Kohlenstoffpulver und/oder Aramidfasern und/oder Borfasern und/oder Metallwhisker und/oder Metallpulver sind.
37. Extrusionswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Verstärkungsmittel in dem beliebigen fließfähigen Material bis zu 98% beträgt.
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