DE2044544A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinu lerhchen Herstellung von strang oder stab formigen Profilen aus thermoplastischen Werkstoffen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur kontinu lerhchen Herstellung von strang oder stab formigen Profilen aus thermoplastischen Werkstoffen

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DE2044544A1 DE19702044544 DE2044544A DE2044544A1 DE 2044544 A1 DE2044544 A1 DE 2044544A1 DE 19702044544 DE19702044544 DE 19702044544 DE 2044544 A DE2044544 A DE 2044544A DE 2044544 A1 DE2044544 A1 DE 2044544A1
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Description

PATENTANWÄLTE
dr. ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HAUCK · dipl.phys. W. SCHMITZ
HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUER WALL 41
TEL. 3β 74 38 TIND 3 6 4110 TELEOR. NEGEDAFATENT HAMBURG
MÜNCHEN 15 · MOZARTSTR. 83
TEL. 3380386
TELEGR. NEGEDAPATENT MÜNCHEN Hamburg, yt Sep, 197Π ■
Montecatini Edison S.p.A.,
Poro Buonaparte 31»
Mailand (Italien) |
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von strang- oder stabförmigen Profilen aus thermoplastischen Werkstoffen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von strang- oder stabförmigen und insbesondere Vollprofilen wie z.B. zylindrischen Stangen oder ähnlichen Formstücken aus thermoplastischen Werkstoffen.
Die derzeit angewendeten Verfahren zur Herstellung von strang- oder stabförmigen Kunststoffkörpern wie z.B. zylindrischen Stäben aus Nylon oder einem anderen thermoplastischen Werkstoff sehen bekanntlich die Förderung des von einer Mehrlochdüse abgegebenen thermoplastischen Werkstoffes im plastifizierten oder aufgeschmolzenen Zustand in eine gekühlte Formvorrichtung vor, aus welcher der ausgeformte Körper kontinuierlich ausgezogen und dann weiter abgekühlt wird.
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Die hauptsächlichsten Nachteile der bekannten Systeme bestehen im wesentlichen darin, daß sich der strangförmige Werkstoff im Kalibrierkopf verklemmt, wenn die Strangpreßgeschwindigkeit bestimmte Werte überschreitet. Da die Abkühlung des Stranges durch den Kalibrier- und Kühlkopf erfolgt und der Strang somit von seiner Außenseite her zu seinem Inneren hin abgekühlt wird, nimmt die Dicke (oder der Durchmesser) des verfestigten Erzeugnisses über die Länge des Kalibrierkopfes in Strangpreßrichtung zu und verleiht dem Strang daher die Form eines langgestreckten Kegels.
Der von dem Extruder oder der Strangpresse auf diesen Kegel ausgeübte Druck verformt oder verspannt daher die festen Wände des aus geschmolzenem Werkstoff bestehenden Stranges, drückt diese gegen den Kalibrierkopf und führt zu einem Klemmen des Stranges.
Zur Vermeidung dieser schwerwiegenden Nachteile sind verschiedene Systeme zur Regelung des auf den Strang ausgeübten Druckes vorgeschlagen worden, unter anderem Überströmventile, welche das Entweichen kleiner Mengen von Werkstoff vor dem Eintritt in den Kalibrierkopf ermöglichen, sowie die Möglichkeit der Veränderung der Ausziehgeschwindigkeit des Stranges.
Obwohl jedoch durch diese Systeme das Klemmen des Stranges verhindert wird, sind sie infolge der in dem Erzeugnis auftretenden Diskontinuitäten, Unrundheiten und inneren Blasen nicht für die industrielle Herstellung geeignet
Durch die Erfindung soll daher ein Verfahren zur kontinuierliehen Herstellung von strang- oder stabförmigen oder anderen Vollprofilen aus thermoplastischem Werkstoff geschaffen werden, welches die vorstehend genannten erheblichen Nachteile vermeidet und die Herstellung von Enderzeugnissen großer Regelmäßigkeit und hoher Qualität ermöglicht. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur industriellen Ausführung des Verfahrens angegeben werden, die besonders einfach und |
preiswert ausgelegt ist, die kontinuierliche Herstellung fehlerfreier zylindrischer Stäbe oder Profile ermöglicht und höhere Strangpreßgeschwindigkeiten als bekannte Systeme gestattet.
Diese Aufgabe wird in der aus der nachstehenden Beschreibung im einzelnen ersichtlichen Weise vermittels eines Verfahrens zur kontinuierlichen Herstellung von strang- oder stabförmigen Profilen gleichbleibenden Querschnitts, insbesondere zylindrischer Vollprofile, aus einem thermoplasti- " sehen Werkstoff durch Strangpressen und anschließendes Ausformen und Abkühlen des aufgeschmolzenen Werkstoffs innerhalb eines an sich bekannten Kalibrier- und Kühlkopfes gelöst, das erfindungsgemäß darin besteht, daß der aufgeschmolzene und durch die Schnecke eines an sich bekannten Extruders ausgedrückte Werkstoff kontinuierlich einem erwärmten Extruderkopf mit einer freien Düsenöffnung zugeführt und dann der geschmolzene Werkstoff in einem mit einem Wassermantel
versehenen Kalbrier- und Kühlkopf zunächst durch unmittelbare Berührung des Anfangsabschnittes der Innenseite des Kalibrierkopfes mit der geschmolzenen Masse und dann durch die Einwirkung einer zwischen der Innenfläche des Endabschnittes des Kalibrierkopfes und dem noch nicht ganz verfestigten Strang befindlichen Flüssigkeitsschicht zur Verfestigung gebracht wird, und anschließend auf die Fortbewegung des Stranges eine kontinuierliche Bremswirkung ausgeübt und ein Gegendruck gegen den durch den Extruder erzeugten Werkstofffluß erzeugt wird, und schließlich der verfestigte Strang vollständig abgekühlt wird.
Insbesondere ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, die aufgeschmolzene Masse innerhalb des Extruderkopfes in eine Vielzahl von Fäden aufzuteilen, und diese Fäden durch eine freie, stark verengte und einstellbare Düsenöffnung in dem Extruderkopf durchzuführen und die kritische Strangpreßgeschwindigkeit des Extruders ohne das Auftreten von Unrundheiten oder anderen Fehlern in dem verfestigten Strang zu erhöhen.
Für die praktische Ausführung dieses Verfahrens hat sich als besonders geeignet eine Strangpreß- oder Extrudervorrichtung unter Verwendung eines an sich bekannten Extruders und eines vermittels eines Wassermantels gekühlten Kalibrier- und Kühlkopfes erwiesen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Extruder ein erwärmter Extruderkopf
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mit einer freien, stark verengten und einstellbaren Düsenöffnung nachgeschaltet und unter Zwischenfügung einer isolierenden Dichtung unmittelbar mit dem einen Wassermantel aufweisenden Kalibrier- und Kühlkopf gekoppelt ist, wenigstens der Endabschnitt des Kalibrier- und Kühlkopfes in einem Behälter mit einer Kühlflüssigkeit eingetaucht ist, die dazu dient, zwischen der Innenfläche des Endabschnittes des Kalibrierkopfes und der kontinuierlich abgegebenen geschmolzenen Masse eine Flüssigkeitsschicht auszubilden, und daß außerdem koaxial zu dem aus dem Kalibrierkopf austretenden verfestigten Strang eine Bremsvorrichtung mit Bremsschuhen angeordnet ist, wobei die Bremsschuhe vorzugsweise hydraulisch betätigbar und unmittelbar zur Einwirkung auf die Außenfläche des Stranges bringbar sind, bevor dieser zu dem üblichen Kühlbehälter gelangt.
Die Erfindung wird im folgenden in Einzelheiten anhand eines bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die lediglich zur Veranschaulichung dienende Zeichnung näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsquerschnitt durch eine Extrudervorrichtung für die kontinuierliche Herstellung zylindrischer Stäbe aus einem thermoplastischen Werkstoff, entsprechend der Erfindung.
Fig. 2 zeigt βehematisch einen Querschnitt durch einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.
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Die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung, welche sich zur Ausführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens eignet, besteht aus einem herkömmlichen Extruder oder einer Strangpresse 1 mit einer Schnecke 2 und einem Extruderkopf 3 mit einer freien Düsenöffnung. Der Extruderkopf 3 besteht im wesentlichen aus einem Strangpreßkopf für Rohre oder dgl. und weist keine Abzweigungen oder radialen Halterungen auf. Entsprechend der Erfindung ist der Extruderkopf mit einer stark verengten und einstellbaren Düsenöffnung 4 versehen. In der Praxis hat sich eine Düsenöffnung von
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etwa 500 mm Fläche als besonders geeignet für Nylonstäbe von 50 mm Durchmesser erwiesen.
Auf die übliche Unterbrecher- oder l-üsenplatte 5 ist ein aus einer perforierten dünnen Platte bestehendes Filter aufgesetzt, das dazu dient, die größtmögliche Durchsatzgeschwindigkeit zu erhöhen und den auf den sich innerhalb des Kalibrierkopfes verfestigenden Werkstoff ausgeübten Druck zu verringern (der Kalibrierkopf wird weiter unten beschrieben).
In der Praxis hat sich gezeigt, daß es mit einer dünnen Platte mit Löchern von 5/10 mm Durchmesser in Verbindung mit einer Düsenöffnung k von etwa 500 mm Fläche möglich ist, den Klemmpunkt des in dem Kalibrierkcpf befindlichen Stranges auf einen wesentlich höheren Wert der kritischen Dur-3hsatzgeschwindigkeί; .zu ate Iks rr*. ohne dabei '.'nrundheiten ■■',:..'. ."e«spannung,-· r. ;;. * ;■:':.:;:■,,:.;gsn. i": dem verfestigten Strang
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hervorzurufen.·
Mit den Bezugszeichen 6 und 7 sind die Heizelemente (beispielsweise elektrische Widerstände) für den Extruderkopf bezeichnet. Ein in der Zeichnung nicht dargestellter Temperatur- und Druckdetektor ist innerhalb des Extruderkopfes 3 angeordnet und dient zur Kontinuierlichen überwachung der Temperatur und des Druckes des stranggepreßten geschmolzenen Werkstoffes.
Dem Extruderkopf 3 ist unmittelbar ein Kalibrier- und Kühlkopf 8 mit einem Wassermantel zugeordnet. Zwischen dem Extruderkopf 3 und dem Kalibrier- und Kühlkopf 8 ist eine wärmeisolierende Ringdichtung 9 angeordnet, die beispielsweise aus Asbestzement besteht und in dem in Berührung mit dem geschmolzenen Werkstoff stehenden Bereich mit Stahl ausgekleidet ist, um eine Veränderung der äußeren Zylinderfläche des Stranges 10 zu vermeiden. λ
Der Kalibrier- und Kühlkopf 8 weist einen Einlaß 11 und einen Auslaß 12 für Kühlwasser auf. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Temperatur im ersten Teil des Kalibrierkopfes, in dem die Abkühlung des geschmolzenen Werkstoffes beginnt, vorzugsweise mehrere Wassereinlässe vorgesehen und sehr dünne Wände für den Kalibrierkopf vei let werden und außerdem darauf geachtet wird, daß keine bewegungsarmen Stellen ira Wasserumlauf vorhanden sind, sondern im Gegenteil
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ORIGINAL INSPECTED
die größtmögliche Turbulenz der Kühlflüssigkeit erhalten wird.
Dem Kalibrierkopf 8 ist außerdem ein kleiner Wasserbehälter 13 zugeordnet und in einer solchen Weise angeordnet, daß der Endabschnitt des Kalibrierkopfes völlig in den Behälter eingetaucht ist. Der Behälter 13 hat die folgende Aufgabe: Da der sich entlang des Kalibrierkopfes fortbewegende Strang 10 nur im ersten Teil des Kalibrierkopfes an dessen zylindrischer Oberfläche anhaftet und dann aufgrund der durch die Abkühlung bewirkten Volumenabnahme des Stranges ein kleiner Zwischenraum zwischen der Innenfläche des Kalibrierkopfes und der Oberfläche des sich verfestigenden Stranges ausgebildet wird (und sich der Strang in dieser Zone im wesentlichen konisch oder verjüngend entwickelt), tritt das Wasser aus dem kleinen Behälter 13 kontinuierlich in diesen Zwischenraum ein und erzeugt somit eine konstante Flüssigkeitsschicht zwischen dem Strang und dem Kalibrierkopf, so daß eine gleichmäßigere Abkühlung des Stranges gewährleistet ist. Auf diese Weise ist es möglich, einwandfrei zylindrische Stäbe zu erhalten.
Erfindungsgemäß ist außerdem auf der Abstromseite des kleinen Behälters 13 eine Bremsvorrichtung I1I angeordnet, deren Aufgabe darin besteht, die Fortbewegung des Stranges 10 zu behindern, welche lediglich auf dem Schub des durch den Extruder ausgedrückten geschmolzenen Werkstoffes beruht.
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Die Bremsvorrichtung 14 wird durch den Extruderkopf 3 vermittels eines Rahmens 15, 16 gehalten und besteht (wie Fig. 2 zeigt) aus einem zylindrischen Hohlkörper 17» der koaxial mit dem Strang 10 angeordnet ist. Der zylindrische Körper enthält einen Gummizylinder oder eine -manschette Zwischen dem zylindrischen Hohlkörper 17 und der inneren Manschette 18 aus Gummi oder einem anderen Werkstoff ist ein Zwischenraum, der eine Druckkammer für die durch den * Kanal 19 zugeführte und durch den Kanal 20 abführbare Flüssigkeit bildet.
Innerhalb der Manschette 18 sind drei kreisförmige Metallsektoren oder -körper 21, 22, 23 angeordnet und bilden drei Schuhe, welche unter dem Einfluß eines durch die verformbare Manschette 18 auf die Schuhe ausgeübten (hydraulischen oder pneumatischen) Druckes in einen Reibungseingriff mit der Außenfläche des Stranges 10 bringbar sind. Der Druck innerhalb der durch den Hohlkörper 17 und die Manschette ä 18 begrenzten Kammer wird auf einem in der Zeichnung nicht dargestellten Druckmesser abgelesen. In der Praxis ist der durch die Bremswirkung auf den Strang 10 ausgeübte Gegendruck entscheidend für die Ausbildung von Stäben, die keine Oberflächenfehler aufweisen.
Nach einer ebenfalls in den Rahmen der Erfindung fallenden weiteren Ausgestaltung kann die aus Kalibrierkopf und Bremsvorrichtung bestehende Anordnung vollständig in den
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Behälter 13 eingetaucht 3ein, um eine bessere Kühlung des ausgepreßten Stranges zu erzielen.
Die Vorrichtung weist schließlich einen Wasserbehälter 24 für die Endabkühlung, eine Ziehvorrichtung und eine selbsttätige Schneidvorrichtung auf (die nicht in der Zeichnung dargestellt sind).
P Vermittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung lassen sich auf kontinuierliche Weise Stäbe oder Stränge aus Nylon oder einem anderen thermoplastischen Werkstoff erhalten, die vollständig frei von Spannungen oder Verformungen sind. Die Vorrichtung ermöglicht außerdem die Verwendung von Erzeugnissen hoher Viskosität und gestattet die Herstellung von Enderzeugnissen mit verbesserten Eigenschaften bei zugleich höherer Arbeitsleistung. Die Einfachheit der Konstruktion und die Möglichkeit, im Handel erhältliche
m Maschinen und Zubehörteile zu verwenden, führen außerdem in der Praxis zu hohen Arbeitsleistungen bei beträchtlichen wirtschaftlichen und praktischen Vorteilen.
Die Erfindung läßt sich selbstverständlich innerhalb des durch die Erfindung gesteckten Rahmens weiter ausgestalten oder in entsprechender Weise abändern.
- Patentansprüche -
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Claims (1)

  1. P a t.e ntansprüche : 1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von
    strang- oder stabförmigen Profilen gleichbleibenden Querschnitts, insbesondere von zylindrischen Vollprofilen, aus einem thermoplastischen Werkstoff, durch Strangpressen und anschließendes Ausformen und Abkühlen des aufgeschmolzenen Werkstoffs innerhalb eines Kalibrier- und Kühlkopfes, " dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeschmolzene und durch die Schnecke (2) des Extruders (1) ausgedrückte Werkstoff kontinuierlich einem erwärmten Extruderkopf (3) mit einer freien Düsenöffnung (4) zugeführt und dann der geschmolzene Werkstoff in einem mit einem Wassermantel versehenen Kalibrier- und Kühlkopf (8) zunächst durch unmittelbare Berührung des Anfangsabschnittes der Innenseite des Kalibrierkopfes mit der geschmolzenen Masse und dann durch die Einwirkung einer zwischen der Innenfläche des Endabschnittes ä des Kalibrierkopfes und dem sich verfestigenden Strang (10) befindlichen Plüssigkeitsschicht zur Verfestigung gebracht wird, und anschließend auf die Fortbewegung des Stranges eine kontinuierliche und in einer solchen Weise gesteuerte Bremswirkung ausgeübt wird, daß ein Gegendruck gegen den durch den Extruder erzeugten Werkstofffluß erzeugt wird, und schließlich der verfestigte Strang vollständig abgekühlt wird (24).
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    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeschmolzene und durch die Schnecke ausgedrückte Masse vermittels eines Filters in eine Vielzahl von Strängen unterteilt und dann durch eine stark verengte und einstellbare Düsenöffnung (*J) in dem Extruderkopf (3) durchgeführt und die Abgäbegeschwind!gkeit bei gleichzeitiger Verringerung des innerhalb des Kalibrierkopfes (8) auf den Werkstoff einwirkenden Druckes auf einen Maximalwert gesteigert wird.
    3. Vorrichtung zur Durchführung des kontinuierlichen Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, unter Verwendung eines an sich bekannten Extruders und eines vermittels eines Wassermantels gekühlten Kalibrier- und Kühlkopfes, dadurch gekennzeichnet, daß dem Extruder (1) ein erwärmter Extruder kopf (3) mit einer freien, stark verengten und einstellbaren Düsenöffnung (1O nachgeschaltet und unter Zwischenfügung einer isolierenden Ringdichtung (9) unmittelbar mit dem einen Wassermantel aufweisenden Kalibrierkopf (8) gekoppelt ist, dem ein eine Kühlflüssigkeit enthaltender Behälter (13) zugeordnet ist, der dazu dient, zwischen der Innenfläche des freien Endabschnittes des Kalibrierkopfes und der sich verfestigenden geschmolzenen Masse einen Flüssigkeitsfilm zu erzeugen, und daß auf der Abstromseite des Kalibrierkopfes eine vermittels einer Druckflüssigkeit
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    betätigbare und unmittelbar auf die Außenfläche des Stranges (10) zur Einwirkung bringbare Bremsschuhe (21, 22, 23) aufweisende Bremsvorrichtung (14) und ein zweiter Behälter (24) mit einer zur vollständigen Abkühlung des verfestigten Stranges dienenden Flüssigkeit vorgesehen sind.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Dichtung aus einem wäreeisolierenden Ring (9), vorzugsweise aus Asbestzement, besteht, der eine mit den geschmolzenen Werkstoff in Berührung stehende und mit Metall ausgekleidete zylindrische Innenfläche aufweist.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Kalibrierkopf zugeordnete erste Behälter aus einem kleinen Wasserbehälter (13) besteht, in den der Endabschnitt des Kalibrierkopfes (8) eingetaucht ist.
    6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Kalibrierkopf und Bremsvorrichtung bestehende Anordnung vollständig in dem Wasserbehälter eingetaucht ist.
    7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsvorrichtung vermittels eines vorkragenden Halterahmens (15, 16) unmittelbar von dem Extruderkopf gehalten wird und aus einem koaxial zu dem
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    -ι1* - ?0/'rU
    Strang angeordneten zylindrischen Hohlkörper (17) besteht, in dem eine verformbare Manschette (18) angeordnet ist, die auf vorzugsweise drei in Berührung mit dem Strang stehende kreisförmige Metallsektoren (21, 22, 23) einwirken und diese in einen Reibungseingriff mit dem Strang beaufschlagen kann, und daß der zylindrische Hohlkörper und die verformabare Manschette koaxial zueinander ausgerichtet sind und eine Druckkammer für eine zur Einwirkung auf die verformbare Manschette dienende Druckflüssigkeit bilden·
    8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3-7» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schnecke (2) und dem heißen Extruderkopf (3) ein aus wenigstens einer perforierten dünnen Platte bestehendes Filter angeordnet ist» das dazu dient, den geschmolzenen Werkstoff in einzelne, getrennte Stränge zu unterteilen und den innerhalb des Kalibrierkopf es auf den Werkstoff einwirkenden Druck zu verringern.
    1 0 9 r·. -j -> / ι r, 7 ο
DE19702044544 1969-09-12 1970-09-09 Verfahren und Vorrichtung zur kontinu lerhchen Herstellung von strang oder stab formigen Profilen aus thermoplastischen Werkstoffen Pending DE2044544A1 (de)

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