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Die Erfindung betrifft ein Mehrschichtwerkzeug zur Herstellung eines aus mehreren Schichten bestehenden rohrförmigen Schmelzestranges thermoplastischer Kunststoffe, umfassend einen Dorn und mehrere Modulplatten, die stirnseitig aufeinanderfolgend angeordnet sind, sowie einen zwischen den Modulplatten und dem Dorn ausgebildeten Schmelzekanal, der in eine Austrittsdüse für den Schmelzestrang mündet.
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Ein solchermaßen erzeugter Schmelzestrang kann z. B. zu einer Folie oder auch zu schlauchförmigen Lebensmittelhüllen etc. verarbeitet werden.
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In der Kunststoffindustrie sind Werkzeuge zur Koextrusion von Kunststoffschmelzen bekannt, die die einzelnen Schmelzeströme zu Lagen ringförmig aufeinanderlegen. Hierbei kommen zwei prinzipiell unterschiedliche Systeme zum Einsatz, die, bedingt durch ihren Aufbau, verschiedene Vor- und Nachteile aufweisen.
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Eine mögliche Bauform, die u. a. in der
US 3,649,143 A ,
US 3,966,377 A ,
US 4,167,383 A ,
US 4,185,954 A und
US 4,182,603 beschrieben ist, wird als Prinzip der konzentrischen Wendelverteiler bezeichnet. Vorteil dieses Systems ist der kurze gemeinsame Fließweg der Schmelzen, die Möglichkeit, große Anzahl von Wendeln und fast beliebig große Anzahlen von Wendelüberlappungen zu realisieren, was gute Dickentoleranzen erlaubt, sowie Vorteile im mechanischen Aufbau. Nachteilig bei dieser bekannten Bauform ist jedoch die große Verweilzeit des Polymers besonders in den Außenschichten, bei Werkzeugen mit großer Schichtenanzahl.
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Ein zweites Konstruktionsprinzip, zu dem auch die erfindungsgemäße Lösung zählt, wird auch als „Pancake”-System bezeichnet und ist durch aufeinanderliegende flache Module gekennzeichnet, wie es beispielsweise aus der
US 5,716,650 A ,
US 6,471,502 A und
US 6,902,385 A bekannt ist. Vorteile bei diesem Bauprinzip sind der modulare Aufbau sowie das freie Zentrum für die Nutzung von Kühlsystemen und anderen Einrichtungen. Ein weiterer Vorteil ist die gleichartige Verweilzeit der Polymere in den einzelnen Modulen aller Schichten. Allerdings ist es unvermeidlich, dass sämtliche aufeinanderliegende Module ihre jeweiligen Schmelzeströme nacheinander auf den bereits bestehenden Schmelzestrom abgeben, sodass eine lange Verweilzeit im gemeinsamen Schmelzekanal hervorgerufen wird. Bei der Zusammenführung von Schmelzeströmen mit unterschiedlichen Viskositäten ergeben sich mehr Komplikationen als mit dem System der konzentrischen Wendelverteiler. Außerdem unterliegen Pancake-Systeme einem hohen Druckverlust der inneren Schichten, da diese dem langen gemeinsamen Fließweg unterliegen. Die bekannten Ausführungen, bei denen pro Schicht mindestens zwei oder mehr scheibenförmige Modulplatten zur Anwendung kommen, weisen typisch eine Baulänge von 100 mm oder mehr pro Schichtmodul auf. Das ergibt für einen typischen Neunschichtkopf eine Kanallänge von etwa 1 m oder mehr.
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Darüber hinaus erzeugt der Schmelzedruck enorme Trennkräfte zwischen den scheibenförmigen Modulplatten, die abgefangen werden müssen, was bislang sehr aufwendige Schraubverbindungen mit einer Vielzahl von Schrauben bedingt, die beim Demontieren eines solchen Mehrschichtwerkzeuges, etwa zu Reinigungszwecken, zu enorm langen Rüstzeiten führen. Außerdem weisen die bislang bekannten Ausführungen von Pancake-Modulen im Bereich der Spiralverteiler Überlappungen der einzelnen Spiralkanäle von höchstens 3 bis 4 auf. Dies liegt an der Tatsache, dass ein Großteil des verwendeten Durchmessers im einzelnen Modul für die binäre Vorverteilung verwendet wird, um die einzelnen Spiralverteiler anzuspeisen. Für eine gute Verteilwirkung wäre jedoch eine Überlappung von mindestens 5 bis 6 erstrebenswert.
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Schließlich weisen die bekannten Pancake- bzw. Spiralverteilerköpfe aufgrund der Vielzahl der benötigten Scheiben die konstruktive Schwierigkeit auf, dass sich alle aufeinander gefügten scheibenförmigen Modulplatten gegeneinander zentrieren und somit Ungenauigkeiten durch Addition der einzelnen Toleranzen im zentralen Spalt erzeugen.
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Ein gattungsgemäßes Mehrschichtwerkzeug ist aus der
DE 100 59 306 C1 bekannt, jedoch weist auch dieses Mehrschichtwerkzeug neben den einzelnen Modulplatten für jede einzelne Schicht in der jeweiligen Trennfuge positionierte Vorverteilerplatten auf, was baulich aufwendig ist und auch die eingangs beschriebenen Probleme nicht vollständig löst.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mehrschichtwerkzeug der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches die Vorteile des Pancake-Systems bietet, jedoch dessen typische Nachteile vermeidet.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Ausgestaltung eines Mehrschichtwerkzeuges gemäß den Merkmalen des Schutzanspruches 1 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass jede Modulplatte eine radial offene Einspeiseöffnung aufweist, die über innerhalb der Modulplatte verlaufende erste Verbindungskanäle in erste Verteilkanäle mündet, welche im Bereich einer ersten Stirnseite der Modulplatte ausgebildet sind und von dort über innerhalb der Modulplatte verlaufende zweite Verbindungskanäle in zweite Verteilkanäle führt, die auf der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite der Modulplatte ausgebildet sind und von dort über innerhalb der Modulplatte verlaufende dritte Verteilkanäle in Spiralkanäle führt, die im Bereich der ersten Stirnseite der Modulplatte ausgebildet sind und mit dem Schmelzekanal kommunizieren, wobei für die Zuführung jeder Schicht des Schmelzestranges in den Schmelzekanal lediglich eine Modulplatte vorgesehen ist und benachbarte Modulplatten unmittelbar aneinander anliegend unter Ausbildung einer Trennfuge angeordnet sind und im Bereich ihrer Stirnseiten lediglich einen Teilquerschnitt der Verteil- und/oder Spiralkanäle zumindest entlang eines Längenabschnittes derselben aufweisen, wobei der übrige Teilquerschnitt der Verteil- und oder Spiralkanäle jeweils korrespondierend in der Stirnseite der anliegenden benachbarten Modulplatte ausgebildet ist, dergestalt, dass die Verteil- und Spiralkanäle einer Modulplatte jeweils im Bereich der Trennfugen derselben angeordnet sind.
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Der erfindungsgemäße Vorschlag beruht von daher darauf, die für die Schmelzeverteilung notwendigen Kanalabschnitte ausgehend von der Einspeiseöffnung bis hin zu den in den Schmelzekanal einmündenden Spiralkanäle zumindest abschnittsweise ausschließlich in dem für die Zuführung der jeweiligen Schicht verwendeten scheibenförmigen Modulplatte auszubilden, andererseits aber Teile dieses Kanalsystems auch unter Hinzunahme von freiem, zur Verfügung stehendem Bauraum in den Stirnseiten der jeweils angrenzenden benachbarten scheibenförmigen Modulplatten mit zu nutzen.
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Auf diese Weise wird die Anzahl der für die Ausbildung eines mehrschichtigen Schmelzestranges von beispielsweise 9 Schichten benötigten Modulplatten gegenüber dem Stand der Technik extrem reduziert und die Notwendigkeit von zwischen den einzelnen Modulplatten positionierten zusätzlichen Bauteilen, etwa Vorverteilerringen und dergleichen eliminiert. Das erfindungsgemäße Mehrschichtwerkzeug zeichnet sich von daher durch extrem kompakte Ausmaße aus.
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Während konventionelle Modulplatten eine Höhe von etwa 110 mm aufweisen, erlaubt die erfindungsgemäße Ausgestaltung Bauhöhen der einzelnen Modulplatten von z. B. nur 60 mm.
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Darüber hinaus kann aufgrund der erfindungsgemäß kompakteren Anordnung der einzelnen Kanalabschnitte, insbesondere im Bereich der sogenannten Vorverteilung, d. h. den Kanalabschnitten, die den Spiralkanälen vorgelagert sind, der erforderliche Aussendurchmesser des Mehrschichtwerkzeuges vorteilhaft verringert werden.
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Alternativ kann durch die erfindungsgemäße kompakte Anordnung der Vorverteilung bei Beibehalt des Aussendurchmessers des Mehrschichtwerkzeuges auch dessen Innendurchmesser um den ebenfalls vergrößerten inneren Dorn vergrößert werden, was insbesondere in Mehrschichtwerkzeugen mit großem Austrittsdüsendurchmesser von Vorteil ist.
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So kann im solchermaßen vergrößerten freien Innendurchmesser eine effizientere Kühlung installiert werden.
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Auch kann der vergrößerte freie Durchmesser auch für die Integration weiterer Schmelzeverteiler genutzt werden, die entweder in Form von konzentrischen Wendelverteilern oder in Form von weiteren Spiralverteilern von innen nach außen und eingespeist von unterhalb vorgelagerten Vorverteilern ausgebildet sein können.
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Auch wird bei einem erfindungsgemäß vergrößerten Innendurchmesser ein Aufweitungskonus mit großem Verhältnis von Dorndurchmesser zu Austrittsdüsendurchmesser vermieden, welcher ansonsten mechanische Probleme mit sich bringt und qualitätsmindernd auf den erzeugten Schmelzestrang wirkt.
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Nach einem Vorschlag der Erfindung wird vorgesehen, dass ausgehend von der Einspeiseöffnung jeder Modulplatte zwei gabelförmig verzweigte erste Verbindungskanäle vorgesehen sind, die jeweils zu diametral gegenüberliegend im Bereich der ersten Stirnseite der Modulplatte verlaufenden Verteilkanälen führen.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird ausgehend von den Enden der ersten Verteilkanäle vorgesehen, dass jeweils ein zweiter Verbindungskanal zur gegenüberliegenden zweiten Stirnseite der Modulplatte und in die zweiten Verteilkanäle führt. Auf diese Weise wird die Schmelze bei ihrem Weg durch die erfindungsgemäße scheibenförmige Modulplatte bereits auf insgesamt acht Kanäle aufgeteilt.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, dass ausgehend von den Enden der zweiten Verteilkanäle im Bereich der zweiten Stirnseite jeweils zwei gabelförmig verzweigte dritte Verbindungskanäle innerhalb der Modulplatte zur gegenüberliegenden Stirnseite zurück und in jeweils einen Spiralkanal führt. Auf diese Weise wird die Aufteilung der Schmelze auf insgesamt 16 Spiralkanäle verzweigt, die jeweils in den Schmelzekanal führen.
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Die Verwendung einer derartig hohen Zahl von Spiralkanälen, beispielsweise bis zu 16 derartige Spiralkanäle gewährleistet eine Überlappung der einzelnen Spiralkanäle im Bereich des Austrittes in den Schmelzekanal von mindestens fünf Überlappungen, was für die Gleichförmigkeit der Schmelzeverteilung von extremer Bedeutung ist.
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Daraus resultieren eine verbesserte Dickenverteilung sowie geringere Druckverluste.
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Nach einem Vorschlag der Erfindung sind die Spiralkanäle mit ihrem Querschnitt vollständig und ausschließlich in der ersten Stirnseite der betreffenden Modulplatte ausgebildet sind, d. h. sie benötigen keine Aufnahme eines Teilquerschnittes in der jeweils angrenzenden weiteren benachbarten Modulplatte. Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung jedoch möglich, auch die Spiralkanäle jeweils anteilig, z. B. hälftig in der Stirnseite der betreffenden Modulplatte und der angrenzenden weiteren Modulplatte auszubilden. Schließlich können die Spiralkanäle auch ausschließlich in der zweiten Stirnseite einer angrenzenden Modulplatte angeordnet werden.
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Soweit die Teilquerschnitte der Verteilkanäle und/oder Spiralkanäle auf die Stirnseite der Modulplatte und die Stirnseite der jeweils angrenzenden und im Bereich der Trennfuge anliegenden Modulplatte aufgeteilt werden, wird bevorzugt eine jeweils hälftige Aufteilung vorgenommen, d. h. bei einem Kreisquerschnitt der jeweiligen Kanäle wird jeder Teilquerschnitt als im Querschnitt halbkreisförmige Nut in die Stirnseiten der betreffenden Modulplatten eingebracht.
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Die Modulplatten können je nach Anforderung scheibenförmig, d. h. mit ebenen ober- und unterseitigen ersten und zweiten Stirnseiten ausgebildet sein, in welchen die vorgenannten Teilquerschnitte nutförmig eingebracht werden.
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Nach einem alternativen Vorschlag der Erfindung können die Modulplatten jedoch zumindest in dem Bereich, in welchem die Spiralkanäle angeordnet sind, auch eine konische Oberfläche, z. B. eine oberseitig vorstehende Konusfläche und entsprechend eine unterseitig konische Ausnehmung aufweisen. Jede dieser Bauformen kann ausschließliche Verwendung finden oder aber die mit Konusflächen versehenen Modulplatten werden auch mit scheibenförmigen Modulplatten kombiniert, wie es beispielsweise in der
EP 2 873 508 A1 beschrieben ist.
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Die Modulplatten können den Dorn aussenseitig koaxial umgebend angeordnet sein, d. h. der Dorn ist innenliegend angeordnet. In diesem Falle sind die Einspeiseöffnungen der Modulplatten radial nach außen offen ausgeführt und die Schmelzeführung erfolgt von außen nach innen.
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Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Dorn die Modulplatten koaxial umgibt und insoweit außenliegend angeordnet ist. In diesem Falle sind die Einspeiseöffnungen der Modulplatten radial nach innen offen ausgeführt und die Schmelzeführung erfolgt von innen nach außen.
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Um dem bei sogenannten Pancake-Mehrschichtwerkzeugen bislang unvermeidlichen gegenseitigen Zentrieren der aufeinander gefügten scheibenförmigen Modulplatten und der damit unvermeidlichen Fehleraddition der Toleranzen entgegenzuwirken, schlägt die Erfindung in einer weiteren Ausgestaltung vor, dass alle Modulplatten aufeinanderfolgend in einem etwa topfförmigen Außenmantel bzw. Außengehäuse aufgenommen sind, wobei die Modulplatten in Richtung auf die Austrittsdüse einen jeweils abgestuft veränderten Durchmesser aufweisen und der Außenmantel mit entsprechend abgestuften veränderten Zentriersitzen für die Zentrierung jeder einzelnen Modulplatte ausgebildet ist. Damit löst sich die Erfindung von der bislang vorhandenen gegenseitigen Zentrierung aller aufeinander gefügten scheibenförmigen Modulplatten und zentriert alle Module einzeln gegen den einzelnen topfförmigen Außenmantel. Beispielsweise können die Modulplatten in Richtung auf die Austrittsdüse einen jeweils abgestuft vergrößerten Durchmesser aufweisen, wie auch der Außenmantel mit entsprechend abgestuften vergrößerten Zentriersitzen für die Zentrierung jeder einzelnen Modulplatte ausgebildet ist. Alternativ können die abgestuften Durchmesser und Zentriersitze auch in Richtung der Austrittsdüse verkleinert werden.
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Darüber hinaus können unter Verwendung des topfförmigen Außenmantels gemäß der Erfindung alle Modulplatten gemeinsam über lediglich einen die Austrittsdüse umgebenden Spannring in dem Außenmantel verspannt werden, in den der Spannring mit einer entsprechenden Anzahl von Spannmitteln, beispielsweise Spannschrauben an dem topfförmigen Außenmantel unter Verspannung der darin aufgenommenen Modulplatten befestigt wird. Hierdurch die die Zahl der benötigten Spannschrauben auf ein bislang nicht mögliches Minimum reduziert, wodurch der Montage- und Demontageaufwand, etwa zu Reinigungszwecken, enorm verringert wird.
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Um die Zuführung der einzelnen Schmelzen zur Ausbildung der Schichten des rohrförmigen Schmelzestranges zu gewährleisten, weist der Außenmantel nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung im Bereich jedes Zentriersitzes eine mit der Einlauföffnung der aufgenommenen Modulplatte kommunizierende Ausnehmung auf, die an jeweils unterschiedlichen Umfangspositionen ausgebildet werden kann, um einerseits die Anordnung der einzelnen Extruder sternförmig um das Mehrschichtwerkzeug zu gewährleisten und andererseits um die Stabilität des topfförmigen Außenmantels nicht zu schwächen.
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Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine scheibenförmige Modulplatte eines erfindungsgemäßen Mehrschichtwerkzeuges mit Blickwinkel von leicht erhöhter Position;
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2 einen vertikalen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Mehrschichtwerkzeug;
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3 einen Schnitt durch den topfförmigen Außenmantel des erfindungsgemäßen Mehrschichtwerkzeuges;
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4 in vergrößerter Darstellung eine Einzelheit des Außenmantels gemäß 3;
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5 die Aufsicht auf die obere Stirnseite einer Modulplatte gemäß 1
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6 die Aufsicht auf die untere Stirnseite einer Modulplatte gemäß 1
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Aus der 2 ist in einem vertikalen Schnitt eine Ausführungsform eines Mehrschichtwerkzeuges zur Herstellung eines aus mehreren Schichten, hier neun Schichten bestehenden rohrförmigen Schmelzestranges thermoplastischer Kunststoffe ersichtlich.
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In seinen wesentlichen Bauteilen umfasst das Mehrschichtwerkzeug einen zentralen Dorn 4, der mit einem zylindrischen Hohlraum 42 ausgeführt ist, welcher beispielsweise zur Zu- und Abführung von Kühlluft dient und der Dorn 4 wird von einer Vielzahl scheibenförmiger Modulplatten umgeben, die einen weitgehend identischen Aufbau haben und hier mit Bezugszeichen 2 gekennzeichnet sind.
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Die scheibenförmigen Modulplatten 2 sind koaxial den Dorn 4 umgebend stirnseitig aufeinanderfolgend zu einem Stapel aufgeschichtet und dienen in nachfolgend noch näher dargestellter Weise der Zuführung und Verteilung der einzelnen Schmelzen, aus denen jeweils eine Schicht des rohrförmigen Schmelzestranges ausgebildet wird. Dazu gelangt die Schmelze über eine Einspeiseöffnung 23 in nachfolgend noch näher beschriebener Weise letztlich nach innen in einen Schmelzekanal 3, der als zylindrischer Spalt zwischen den Innenoberflächen der scheibenförmigen Modulplatten 2 und der Außenoberfläche des Dorns 4 gebildet wird, und in welchem sich die Schichten sukzessive aufeinanderlegen.
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Über eine oberseitige ringförmige Austrittsdüse 400, die zwischen einem Innenteil 40 in Verlängerung des Dorns 4 und einem Außenteil 41 gebildet ist, tritt sodann der durch Aufeinanderfügen der einzelnen Schichten gebildete rohrförmige Schmelzestrang oberseitig aus dem Mehrschichtwerkzeug aus und kann beispielsweise zu einem Schlauch in an sich bekannter Weise geformt werden.
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Wie aus der 1 ersichtlich, weisen die einzelnen Modulplatten 2 eine Vielzahl von Kanälen auf, um die zunächst von nicht dargestellten Extrudern herbeigefügten Schmelzen im Bereich der Einspeiseöffnung 23 letztlich in eine homogene zylindrische Schicht innerhalb des Schmelzekanals zu verteilen.
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So führt, wie aus den 1 sowie 5 und 6 ersichtlich, ausgehend von der radial nach außen geöffneten Einspeiseöffnung 23 zunächst eine gabelförmig verzweigte Kanalanordnung aus ersten Verbindungskanälen, die mit Bezugszeichen 24 gekennzeichnet sind, durch die scheibenförmige Modulplatte 2 hindurch bis zur oberseitigen ersten Stirnseite 21 der Modulplatte 2. Dort verlaufen an zwei diametral gegenüberliegenden Bereichen der Modulplatte 2 zwei erste Verteilkanäle 25 in Form eines Kreisabschnittes, in welchen die herangeführte Schmelze aus den ersten Verbindungskanälen 24 auf zwei Teilstränge aufgeteilt wird.
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Ausgehend vom Ende jedes ersten Verteilkanals 25 erstrecken sich sodann weitere zweite Verbindungskanäle 26 durch die Modulplatte 2 hindurch zur gegenüberliegenden unterseitigen Stirnseite 22 der Modulplatte, wo sie jeweils etwa mittig in jeweils in zweite Verteilkanäle 250 einmünden.
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Ausgehend vom Ende jedes zweiten Verteilkanals 25 erstrecken sich sodann weitere jeweils gabelförmig verzweigte dritte Verbindungskanäle 260 durch die Modulplatte 2 erneut hindurch zur oberseitigen Stirnseite 21 der Modulplatte 2, wo sie jeweils in einen Spiralkanal 27 einmünden.
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Jeder dieser in der oberen Stirnseite 21 der Modulplatte 2 eingebrachten Spiralkanäle 27 verjüngt sich, in Fließrichtung der Schmelze betrachtet, stetig, so dass letztlich die Schmelze als Teilstrom aus dem Spiralkanal 27 in Richtung auf den Schmelzekanal 3 zwischen Dorn 4 und den Modulplatten 2 austritt.
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Auf diese Weise wird die zunächst in einem Strang herangeführte Schmelze im Bereich der Einspeiseöffnung 23 im Wege einer binären Vorverteilung auf zwei Verteilkanäle 25 aufgeteilt, von dort über weitere Verzweigung in insgesamt vier Schmelzeströme und entsprechende Anzahl von zweiten Verbindungskanälen 26 auf die zweiten Verteilkanäle 250 verteilt, die ihrerseits eine Aufteilung in insgesamt acht Teilströme vornehmen. Von dort erfolgt über die dritten Verbindungskanäle nochmals eine Aufteilung in jeweils zwei Teilstränge, mithin also insgesamt 16 Teilstränge, die sodann in einer entsprechenden Anzahl von Spiralkanälen 27 in Richtung auf den Schmelzekanal 3 strömen.
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Durch diese hohe Anzahl von Spiralkanälen 27 wird auch eine hohe Anzahl von Überlappungen, im dargestellten Ausführungsbeispiel von fünf Überlappungen erreicht, so dass die einzelnen Schichten sehr homogen dem Schmelzekanal 3 zugeführt werden.
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Charakteristisch für die dargestellte Schmelzeführung ist es, dass für jede der zugeführten Schichten lediglich eine einzige scheibenförmige Modulplatte 2 vorgehalten wird, wobei der zur Verfügung stehende Raum innerhalb der Modulplatten 2 und der beiden Stirnseiten 21, 22 optimal für die Anordnung des vorangehend erläuterten Kanalsystems genutzt wird.
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Darüber hinaus wird auch jeweils die benachbarte scheibenförmige Modulplatte in diese Schmelzeführung mit einbezogen. So sind die im Bereich der oberen Stirnseite 21 der Modulplatte vorhandenen ersten Verteilkanäle 25 lediglich in einem Teilquerschnitt, etwa hälftig in die obere Stirnseite 21 der Modulplatte 2 eingebracht, siehe auch 5, wo hingegen der verbleibende übrige Teilquerschnitt korrespondierend in die untere, zweite Stirnseite 22 der benachbarten darüber befindlichen Modulplatte 2a eingebracht ist. Auch die obere Modulplatte 2a weist zwar in Übereinstimmung zur Modulplatte 2 ihrerseits im Bereich der oberen Stirnseite 21 Spiralkanäle 27 für die Zuführung der durch sie geleiteten eigenen Schmelzeschicht auf, jedoch verbleibt in der Gesamtfläche der Stirnseite 21 noch genügend ungenützter Raum, der für die Aufnahme des Teilquerschnittes desersten Verbindungskanals 25 genutzt werden kann.
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Gleichermaßen sind auch die in der unteren, zweiten Stirnseite 22 der Modulplatte 2 eingebrachten zweiten Verteilkanäle 250, siehe 6, ihrerseits lediglich mit einem Teilquerschnitt in die untere Stirnseite 22 eingebracht und der verbleibende Teilquerschnitt ist in der oberen Stirnseite 21 der darunter befindlichen weiteren Modulplatte 2b eingebracht, die sich gemeinsam zu den zweiten Verteilkanälen 250 ergänzen. Lediglich die jeweiligen Spiralkanäle 27 der Modulplatte 2 sind ausschließlich im Bereich der oberen Stirnseite 21 derselben eingebracht, jedoch könnte auch hier zumindest ein Teilabschnitt in der unteren Stirnseite 22 der darüber befindlichen Modulplatte 2a vorhanden sein oder die Spiralkanäle 27 werden vollständig darin eingebracht.
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Insoweit sind sowohl die Verteil- als auch Spiralkanäle 25, 250, 27 zumindest in einem Teilbereich mit ihren Teilquerschnitten in der eigenen Modulplatte 2 sowie in der anliegenden Stirnseite der darunter befindlichen Modulplatte 2b bzw. der darüber befindlichen Modulplatte 2a ausgebildet und liegen jeweils im Bereich der Trennfugen T zwischen den einzelnen Modulplatten, siehe hierzu auch 2.
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Der Platzbedarf einer solchen Anordnung wird dadurch extrem verringert, da für jede einzelne Schicht nur eine einzige Modulplatte unter Mitnutzung freier Bereiche der jeweils angrenzenden Modulplatten benötigt wird.
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Es versteht sich, dass die auszugsweise Anordnung der Modulplatten gemäß 1 sich innerhalb des gesamten Modulplattenstapels gemäß 2 wiederholt und dem gleichen Muster folgt.
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Darüber hinaus ist aus der 2 ersichtlich, dass der kompakte Stapel aufeinandergefügter scheibenförmiger Modulplatten 2 bzw. 2a, 2b innerhalb eines im wesentlichen topfförmigen Gehäuses bzw. Außenmantels 5 aufgenommen ist, in welches die scheibenförmigen Modulplatten 2 von oben, d. h. der Position der Austrittsdüse 400 her, eingesetzt werden. Hierbei kommt zunächst im Bodenbereich eine Bodenscheibe 52 zum Einsatz, auf die sämtliche scheibenförmigen Modulplatten 2 (sowie die nachfolgend nicht nochmal gesondert erwähnten weiteren Modulplatten 2a, 2b) aufgestapelt werden.
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Um eine gute Zentrierung und leichte Montage zu erreichen, weist der topfförmige Außenmantel 5 dabei, wie aus den 4 und 5 ersichtlich, jeder aufgenommenen Modulplatte 2 zugeordnet einen entsprechenden Zylinderabschnitt auf, der als Zentriersitz für die zentrierte Aufnahme der jeweiligen Modulplatte 2 ausgeführt ist.
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Dazu weisen alle scheibenförmigen Modulplatten 2 ausgehend von der Bodenscheibe 52 in Richtung auf die Austrittsdüse 400 einen abgestuft vergrößerten Durchmesser auf, der beispielsweise 1/10 mm Stufenweite aufweisen kann. Jeder einzelne Wandungsabschnitt ist dabei als Zentriersitz 51 mit entsprechendem stufenförmig vergrößertem Durchmesser ausgeführt und zentriert die zugeordnete zylindrische Wandung 20 der aufgenommenen Modulplatte 2. Es erfolgt von daher keine Zentrierung der aufeinandergestapelten Modulplatten 2 gegeneinander, sondern jede einzelne Modulplatte 2 wird gegen den zugeordneten Zentriersitz 51 des topfförmigen Außenmantels 5 zentriert.
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Nachdem der gesamte Stapel an scheibenförmigen Modulplatten 2 in den topfförmigen Außenmantel 5 eingebracht worden ist, wird auf die Oberseite der obersten scheibenförmigen Modulplatte 2 ein Spannring 6 aufgesetzt, der in Richtung auf den topfförmigen Außenmantel 5 mit einer Vielzahl von Bohrungen durchsetzt ist, mit welchen Spannschrauben 60 aufgenommen sind, die in entsprechende, hier nicht dargestellte Gewindebohrungen des zylindrischen Außenmantels 5 einschraubbar sind.
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Auf diese Weise wird der Spannring 6 gegen den Außenmantel 5 mittels der Spannschrauben 60 verspannt und übt einen Spanndruck auf die im Außenmantel 5 aufgenommenen Modulplatten 2 aus, so dass diese innerhalb ihrer Zentriersitze 51 zentriert und gemeinsam über den Spannring 6 im Außengehäuse 5 verspannt sind und dem Schmelzedruck einen ausreichenden Widerstand entgegensetzen.
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Auf diese Weise wird die Anzahl der für die verspannende Aufnahme aller Modulplatten 2 benötigten Spannschrauben signifikant verringert, da im dargestellten Ausführungsbeispiels bereits etwa 30 derartige Spannschrauben 60 für die Fixierung aller Modulplatten 2 im erfindungsgemäßen Mehrschichtwerkzeug ausreichend sind.
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Eine unmittelbare Verbindung z. B. mittels Spannschrauben zwischen einzelnen Modulplatten ist insoweit nicht mehr nötig und kann entfallen.
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Schließlich wird anschließend zur Ausbildung der Austrittsdüse noch das Innenteil 40 auf den Dorn 4 aufgesetzt sowie das Außenteil 41 umgebend auf dem Spannring 6 fixiert, so dass zwischen diesen beiden Teilen die Austrittsdüse 400 definiert ist.
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Damit bei in den topfförmigen Außenmantel 5 aufgenommenen Modulplatten 2 die Zuführung der jeweiligen Schmelze von den hier nicht dargestellten Extrudern zu den Einspeiseöffnungen 23 der einzelnen Modulplatten 2 gewährleistet ist, weist der topfförmige Außenmantel 5 in entsprechender Positionierung jedem Zentriersitz 51 zugeordnet eine Ausnehmung 50 auf, die mit der jeweiligen Einlauföffnung 23 der aufgenommenen Modulplatte 2 kommuniziert.
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Es versteht sich, dass durch Ausgestaltung eines solchen Mehrschichtwerkzeuges die Ausmaße trotz deutlich erhöhter Anzahl an Spiralkanälen und deren Überlappung extrem verringert werden kann, was zu einer deutlich rationelleren Fertigung eines solchen Mehrschichtwerkzeuges bei kompakteren Abmaßen führt.
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Darüber hinaus gestattet die jeweils einzelne Zentrierung der aufgenommenen Modulplatten in einem gemeinsamen topfförmigen Außenmantel die Eliminierung von Zentrierungsfehlern, die bei der Zentrierung aller Modulplatten gegenseitig bislang unvermeidbar waren.
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Schließlich wird die Anzahl der benötigten Spannschrauben zum Verspannen aller scheibenförmigen Modulplatten zu dem erfindungsgemäßen Mehrschichtwerkzeug signifikant verringert, so dass die Montage und Demontage des Mehrschichtwerkzeuges mit erheblich verringertem Zeit- und Arbeitsaufwand zu bewerkstelligen ist.
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Schließlich sei noch angemerkt, dass Erfindung nicht auf die im Ausführungsbeispiel dargestellte neunschichtige Anordnung beschränkt ist, sondern selbstverständlich nach gleichem Prinzip auch mehr oder weniger scheibenförmige Modulplatten und entsprechend mehr oder weniger Schichten des rohrförmigen Schmelzestranges mit einem solchen Mehrschichtwerkzeug hergestellt werden können.
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Auch ist es möglich, das in der 2 dargestellte, hier neunschichtige Mehrschichtwerkzeug durch Entnehmen einzelner Modulplatten und Einsetzten entsprechender Blindplatten schnell und einfach auf unterschiedliche Schichtenanzahlen umzurüsten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3649143 A [0004]
- US 3966377 A [0004]
- US 4167383 A [0004]
- US 4185954 A [0004]
- US 4182603 [0004]
- US 5716650 A [0005]
- US 6471502 A [0005]
- US 6902385 A [0005]
- DE 10059306 C1 [0008]
- EP 2873508 A1 [0029]
