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Scheibenextruder Die Erfindung bezieht sich auf einen Scheibenextruder
zur Herstellung von vorzugsweise nahtlosen Ein- und Mehrkammer-Hohlprofilen, Rohren,
Schläuchen, Folien etc. aus plastischem Material, wobei die Hohlprofile wahlweise
auch mit Armierungen, wie beispielsweise Fasern, Schnitzeleusw. versehen sein können.
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Es ist bekannt für die Extrusion von Hohl profilen etc., wie beispielsweise
Rohren usw., den Extruder mit einem Extrusionskopf zu versehen, dessen den hohlraum
formender Dorn durch Stege starr im Massefluß gehalten ist. Es ist auch ein Ex#rusionsop
mit einem in einem Gehäuse einseitig, d. h.
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lliegencl qel agert(n Dorn bekannt, deL seitlich getrömt wird, so
daß die Masse um den Dorn herum
auf der dem Anströmkanal entgegengesetzten
Seit zusammenfließt.
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In beiden Extrusionsköpfen wird die plastische Masse aufgeteilt, um
anschließend wieder an einer oder mehreren Stellen zusammenzufließen und zu verschweißen.
Die dabei entstehenden Schweißnähte geben vor allem im Dauerbetrieb Anlaß zu Fehlstellen
in der Wandung des Hohlprofiles. Der Grund dafür sind Grenzflächenerscheinungen
im Strömungsschatten der Stege bzw. der Umlenkkontur, wo sich Ablagerungen aus der
plastischen Masse aufbauen, von Zeit zu Zeit lösen und so in die Schweißnaht gelangen.
Ferner kann Åbküh1en oder Aufheizen der Masse durch Kontakt und Reibung mit den
Stegen ein optimales Verschweißen verhindern. Außerdem orientieren die Stege den
Massestrom in der Hohiprofillängsachse, wodurch eine Materialverfestigung in dieser
Richtung eintreten kann. Bei vielen Hohlprofilen, insbesondere bei Druckrohren,
ist eine Materialverfestigung in dieser Richtung nicht erwünscht, weil bei der Belastung
eines Druckrobres im normalen
Betriebszustand die größte Spannung
in Umfangsrichtung auftritt.
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Um dieses Übel zu beseitigen, ist bereits vorgeschlagen worden, eine
Umfangsorientierung der Rohrwandung durch einen rotierenden Düsenring bzw. Dorn
zu erreichen. Versuche haben jedoch ergeben, daß ein solcher Vorschlag in der Praxis
zu keinen brauchbaren Ergebnissen führt.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Extrusionsköpfe liegt darin, daß
damit eine Innenkühlung und -Kalibrierung der extrudieren Hohlprofile nicht mit
ausreichender Intensität möglich ist, weil die dazu erforderlichen Kühlmittelmengen
nicht durch deren Stege geleitet werden können, ohne diese dabei zu unterkühlen.
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Bei der Unterkühlung der Stege leidet wiederum die Güte der SchI#eißnaht,
was insbesondere bei der Herstellung von Druckrohren, Folien und Schläuchen z.B.
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auch für das Hohlkörtp#rblasen, nicht erwünscht ist.
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Die Notwendigkeit, innenkalibrierte und gl r2ichz#itig innengekülte
Rohre zu erha3t(2n, ergibt sich aus der
Tatsache, daß durch die
Abkühlung des Hohlprofiles von innen ein gleichmäßiger Spannungsverlauf in der Wand
entsteht als bei Rohren, die nach der Extrusion nur von aussen gekühlt werden, wodurch
bekannterweise auch höhere Festigkeitswerte erzielt werden können. Außerdem können
durch das gleichzeitige Innen- und Åussenkalibrieren kleinere Toleranzen der Rohrwandung
erreicht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Einrichtungen dieser Art mit Sicherheit zu vermeiden, d.h. einen Extruder zu besitzen,
mit dem Hohlprofile, Rohre, Schläuche, Folien etc. aus plastischen Massen steglos,
also ohne Schweißnähte, herstellbar sind. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe
zugrunde, einen Extruder zu besitzen, mit dem Hohlprofile, Rohre, Schläuche, Folien
etc. derart hergestellt werden können, daß die plastische Masse in der Wand des
Hohlprofiles umfangsorientiert erzeugt ist.
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Außerdem sollen damit Hohlprofile, insbesondere Rohre, herstellbar
sein, die innen und/oder aussen
mit gleicht Intensität gekühlt sind
und an der gleichen Stelle gleichzeitig innen und/oder aussen kalibriert sind. Ferner
die Wand des Hohlprofiles in bestimmten Bedarfsintervallen gezielt zu verdicken
und schließlich Hohlprofile usw. mit einer Wand aus mehreren verschiedenen Formmassen
zu erzeugen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei einem Extruder,
der mit einer vorzugsweise flachen als Rotor dienenden Scheibe zwischen zwei Statoren
ausgerüstet ist, die Statoren,an der dem Rotor zugekehrten Seite mit spiraliörmigen
Kanälen versehen, sind, an deren Anfang von aussen durch die Statoren Formmassen
zugeführt wird, die durch die Drehung des Rotors zum Zentrum gefördert wird, wo
ein an dem hinteren Stator angebrachter stegloser Dorn starr in der Masse steht,
der mit einem am vorderen Stator angebrachten Düsenring einen Ringspalt bildet,
in dem die Masse plasifiziert und umfangsorientiert anfalls und sich laufend zu
einer JIoIi##rofi1wand aufbaut und durch den entstehenden Druck zum Austritt des
Düsenspaltes gepresst
wird, so daß fortlaufend ein Hohlprofil, Rohr,
Schlauch, Folie etc. austritt.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt darin, daß der Dorn hohl
ausgebildet ist und durch ihn die paarweise mit den Düsenteilen angeordneten Dornteile
wahlweise heiz- und/oder kühlbar sind.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt darin, daß der Rotorauslauf
für die Herstellung von Zweischichtrohren oder Folien zylinderförmig ausgebildet
ist.
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Der erfindungsgemäß ausgebildete Extruder weist den Vorteil auf, daß
Hohlprofile z.B Rohre usw aus plastischen Massen völlig steglos ohne Schweißnähte
erzeugt werden können und das Mberial in der Wand des Hohlprofiles umfangsorientiert
vorliegt.
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Einen weiteren Vorteil stellt die Einsparung eines Abzuges dar, der
bei den bekannten Extrudern notwendig ist. Der Abzug entfällt bei dem erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Extruder deshalb, weil derselbse es gestattet, die Hohlprofile,
Rohre, Schläuche etc. innen und aussen gleichzeitig mit gleicher Intensität zu kalibrieren
und zus;#tzlich innen und aussen zu külllen. Diese Vorcj#;nge geht.
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gleichzeitig vor sich, somit wird die Wanddicke des Hohlprofiles durch
den Kalibrierspalt und nicht durch die Geschwindigkeit des Abzuges bestimmt.
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Darüber hinaus kann mit dieser Einrichtung vorteilhaft in bestimmten
Bedarfsintervallen die Wand des Hohlprofiles gezielt verdickt werden, was durch
paarweise angeordnete Düsen und Dornteile, die wahlweise mit Heiz- oder Kühlmedium
versorgt werden können, geschieht. Darüber hinaus können mittels des erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Extruders Hohlprofile mit einer Wand aus mindestens zwei verschiedenen
Formmassen erzeugt werden, beispielsweise aussen Schaum, innen homogenes Material
oder aussen schlagzähes, innen hartes Material oder auch Folien, deren Wand aussen
und innen aus zwei dem Verwendungszweck entsprechenden Materialien besteht. Somit
können vorteilhaft Mehrschichtprofile hergestellt werden.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den Abbildungen dargestellten
Ausführungsbeispieles naher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Extruder Fig. 2 eine Ausführungsvariante der Fig0 1 und Fig. 3 einen Schnitt durch
die Fig, 2 in Richtung A - A Bei dem mit der Erfindung vorgeschlagenen Extruder
handelt es sich im wesentlichen um einen Scheibenextruder, der aus zwei Statoren
1 und 2 und einem Rotor 3 besteht In die beiden Statoren 1 und 2sind spiralförmige
Kanäle 4 und 5 eingearbeitet. Durch diese Anordnung besitzen die Statoren 1 und
2 eine größere Oberfläche und somit einen größeren Kontakt mit der geförderten Formmasse,
Die Forrnmasse muß einerseits durch diese Oberfläche aufgeheizt werden, andererseits
muß aber unter Umständen die bei der Plastifixierung der Forrarrlasse entstehende
<3 i#sipierte
Wärme abgeführt werden. Dies gelingt um so besser,
je größer die temperierbare Oberfläche ist, die im Kontakt mit der Formmasse steht.
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Da der Rotor 3 praktisch nicht zufriedenstellend mit einem Heiz- bzw.
Kühlmedium zu versorgen ist, stellt die Anordnung der Spiralkanäle 4 und 5 in den
Statoren 1 bzw. 2 einen Vorteil hinsichtlich der Beherrschung der thermischen Vorgänge
bei der Extrusion und daraus resultierend im Hinblick auf die Qualität des Extrudates
dar.
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Die Formmasse R wird aus den Behältern 6 bzw. 7 beispielsweise mittels
Dosierschnecken 8 und 9 durch die Öffnungen 10 und 11 der Statoren 1 und 2 in die
Spiralkanäle 4 bzw. 5 und zwar an deren Anfang, eingespeist. Durch diese Maßnahme
sind die Einzugsverhältnisse der Formnase in die Spiralkanäle 4 und 5 bei jeder
Winkelstellung des Rotors 3 konstant. Bekanntlich ist der Füllgrad eines ruhenden
Einzugskanales größer als der eines sich ständig im Neigungswinkel ndernden. Das
Resultat ist ein
größerer Fördergrad bei pulsationsfreiem Austrag
der Formmasse. Die in die Spiralkanäle 4 und 5 gelangte Formmasse R wird durch die
Drehung des Rotors 3 zum Austritt der Spiralkanäle. in das Zentrum des Extruders
über einen Dorn 12 geleitet. Auf dem Wege vom Beginn der Spiralkanäle 4 und 5 bis
zum Dorn 12 wird das Material in bekannter Weise plastifiziert und homogenisiert.
Der Dorn 12 ist vorteilhaft Teil des Stators 2 und. kann durch eine oder mehrere
entsprechend geformten Anschlußstücke,wie angeflanschte, segmentierte, konzentrisch
angeordnete Hohlzylinder auf jede notwendige Länge verlängert werden. Der Dorn 12
steht dabei starr in der Masse ohne den konzentrisch anfallenden Massestrom durch
Stege zu zerteilen.
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Der vordere Stator 1 bildet mit seiner zentral angeordneten Bohrung
17 zusammen mit der Umfangsfläche 16 des Dornes 12 den Düsenspalt. Durch konzentrisch
um die Anschlußstücke 13, 14, 15
des Dornes 12 angeordnete Anschlußstücke
28, 19, 20 wird der Düsenspalt 16, 17 verlängert.
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Das Plastifikat wird somit über den Dorn 12 und durch den Düsenring
16, 17 und nach Bedarf 13, 18, 14, 19 und 15, 20 steglos, also ohne Schweißnaht
zu einem beispielsweise Hohlprofil geformt. Zur Erzeugung von Hohlprofilen anderer
Querschnittsformen können die Teilstücke des Dornes sowie die der Düse von kreisförmig
auf jede gewünschte Gestalt hin verlaufend ausgebildet werden, Dadurch, daß die
Masse am Umfang des Dornes 12 kreisförmig anfällt und durch die Drehung des Rotors
3 ebenfalls in Rotation versetzt wird, erfährt dieselbe eine gewisse Umfangsorientierung.
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Der Dorn 12 sowie die Anschlußstücke 13, 14, 15, 18, 19, 20 sind zur
Temperierung mit Hohlkammern 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 versehen,
durch
die auch große Mengen Kühl- oder Heizmedien je nach Bedarf geleitet werden können.
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Die Dorn- und Düsenteile 12, 13/ 18 werden stets mit Heizmedium temperiert,
während die daran anschließenden Teile 14/19 wahlweise mit Heiz- oder Kühlmedium
temperiert werden können, je n-achdem ob die Wanddicke normal oder verdickt erzeugt
werden soll. Die Anschluß stücke 15/20 werden vorzugsweise ausschließlich mit Kühlmedium
temperiert. Die sich daran anschließende Aussen- und Innenkühlstrecke 28/29 wird
ebenfalls mit Kühlmedium versorgt. Durch diese Kombination von Heiz- und Kühl abschnitten
mit verschieden dicken Ringspalten lassen sich bei entsprechender Beschickung mit
Heiz- oder Kühlmedium Hohlprofile mit wandverdickten Abschnitten in bestimmten Bedarfsintervallen
herstellen.
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Die Statoren 1 und 2 sowie der Rotor 3 können anstelle einer scheibenförmigen
Gestalt beispielsweise auch eine kugelförmige aufweisen.
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Der obere Teil der Abbildung 1 zeigt die Herstellung eines Hohlprofiles
(Rohres) 30 mit Normalwandstärke. Diese entsteht, wenn die Anschlußstücke 14/19
gekühlt werden, d.h.
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das Rohr wird in diesen Abschnitten innen und aussen kalibriert. Im
unteren Abschnitt der Abbildung 1 dagegen ist die Herstellung eines Hohlprofiles
31 mit einer gezielt dickeren Wand dargestellt. Diese dickere Wand -entsteht, wenn
die Abschnitte 14/19 mit Heizmedium gespeist werden und erst der Abschnitt 15/20
vom Kühlmedium durchflossen wird. In diesem Falle verlässt die Formmasse den Abschnitt
14/19 plastisch und staucht sich durch Bremswirkung in den einen größeren Ringspalt
bildenden Abschnitt 15/20 zur größeren Wanddicke auf. Die Bremswirkung rührt von
nachfolgenden Einrichtungen ggf.
durch ein besonderes, in der Abbildung
nicht dargestelltes Bremsaggregat, her. An den gekühlten Flächen des Abschnittes
15/20, der bei Bedarf auch durch einen weiteren gleichen Abschnitt oder mehrere
verlängert werden kann, wird die Masse kalibriert und verlässt diesen Abschnitt
mit der größeren Wanddicke. In dem nachfolgenden Aussen- und Innenkühlbad 28/29,
in dem das Hohlprofil vom Kühlmedium direkt umflossen wird, kühlt die Masse auf
Raumtemperatur ab. Durch Umschalten des Abschnittes 14/19 in entsprechenden Intervallen
auf Durchfluß von Heiz- bzw. Kühlmedium wird die gezielte Wandverdickung in den
erforderlichen Bedarfsintervallen erzeugt.
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In den Statoren 1 und 2 sind zum Zwecke der Temperierung Hohlkammern
32 und 33 für den Durchfluß von Heiz- oder Kühlmedien vorgesehen. Der Antrieb des
Rotors 3 erfolgt
beispielsweise über einen Getriebemotor 34, der
stufenlos drehzahlgeregelt sein kann.
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In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante des Extruders gemäß der Erfindung
dargestellt, die vorzugsweise zur Herstellung von Zweischichtrohren oder Folien
geeignet ist. In diesem Falle werden die beiden Statoren 35 und 36 über die Dosierschnecken
37 und 38 mit zwei verschiedenen Formmassen R 1 bzw. R 2 gespeist. Der Rotor 39
ist an seinem inneren Umfang mit einem rechtwinkelig dazu eingeordneten Ring 40
versehen. Dieser Ring 40 ragt in den Ringspalt 41 zwischen Düse 47 und Dorn 42 hinein.
Er ist somit konzentrisch zu diesen angeordnet. Der Ring 40 dient dem Zweck, eine
Vermischung der beiden sich in den Spirallcanälen 43 und 44 der Statoren 35 und
36 befindlichen Masseströme zu verhindern und dadurch eine Laininierung der.
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beiden Formmassen R 1 und R 2 an seinem spitz auslaufenden Ende zu
gewährleisten.
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Auf diese Weise erhält man ein Hohlprofll, beispielsweise ein Rohr,
bestehend aus zwei Schichten 45 und 46.
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Der übrige Aufbau entspricht dem unter Fig. 1 beschriebenen.
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Die Fig. 3 zeigt die-Draufsicht auf den hinteren Stator 2 bzw. 36
bei geöffnetem Extruder. Dies entspricht der Blickrichtung des in Fig. 2 eingezeichneten
Schnittes A-A. Der Stator 2 besitzt einen spiralförmig angeordneten Kanal 5, in
den Formmasse durch die Öffnung 11 im Stator 2 eingespeist wird. Der Kanal 5 zieht
sich bis zum Dorn 12 hin. Auf dem Wege dorthin wird die Formmasse erwärmt, plastifiziert
und homogenisiert und schließlich durch den Düsenspalt ausgetrieben. Die beiden
Statoren sind am äusseren Umfang miteinander starr verschraubt.
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An dieser Stelle wird der Rotor 3 durch einen Kugelkranz oder durch
Rollen am Umfang gelagert.
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Der Antrieb erfolgt über einen Zahnkranz 48 am äußeren Umfang desselben
Der
Gegenstand der Anmeldung ist gegen die Druckschriften DBP 8 22 61 909 821 und 1
032 523 abgegrenzt.