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Extruderkopf.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Extruderkopf zur Extrusion
von Schlauchfolien im Folienblasverfahren aus hochmolekularen Polyolefinen, welcher
Kopf einen ringförmigen Strömungskanal aufweist, der zwischen einem einen Düsenring
umfassenden Düsenkörper und einen Führungsdorn gebildet ist, und der in einem ringförmigen
Düsenspalt mit axial verlaufenden parallelen Wänden endet, und unmittelbar hinter
diesem einen Spitzenkanalteil mit in der Strömungsrichtung gleichmässig abnehmender
Kanalbreite hat.
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Unter hochmolekularen Polyolefinen sind in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung solche Polyolefine zu verstehen, deren Molekulargewicht mehr als 100.000,
vorzugsweise wesentlich mehr, beträgt.
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Kunststoffe dieser Art haben besonders gute Festigkeitseigenschaften
und sollten deshalb als Materialien für Folien wohlgeeignet sein, die bei wesentlich
geringerer Stärke als die bisher bekannten Folien,
dieselben oder
bessere Festigkeitseigenschaften sollten erzielen konnen.
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Es hat sich indessen ergeben, dass die betreffenden Kunststoffe sehr
schwer zu bearbeiten sind, und erst neulich ist es gelungen, eine einwandfreie Extrusion
solcher Materialien zu erzielen. Selbst in Yerbindung mit einer derartigen Extrusion
ist es indessen schwierig für das Folienblasverfahren verwendbare Schläuche mit
einer Materialwandstärke von weniger als ungefahr 0,2 - 0,4 mm zu erzeugen, was
wiederum zur Folge hat, dass während man bei dem bisher bekannten Folienblasen mit
einer solchen Erweiterung des Durchmessers des extrudierten Schlauches auskommen
konnte, dass die Wandstärke bis zwischen 1/2 und 1/10 der Wandstarke des Ausgangschlauches
abnimmt, so erfordert das Blasen von Folien aus hochmolekularen Polyolefinen eine
derartige Ausdehnung des Schlauches, dass die Wandstärke bis auf 1/30 der Wandstärke
des Ausgangschlauches verringert wird. Selbst bei der bestmUglichen Anpassung zwischen
der Lngsverstreckung und der Durchmesser-.vergrBsserung des Schlauches war es bisher
aus der genannten Kunststoffe nicht möglich, Folien ganz gleichmässiger Stärke und
ohne Falten- oder Rissbildungen herzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist einen Extruderkopf der genannten Art
so auszubilden, dass es mBglich wird auch aus Polyolefinen mit einem Molekulargewicht
von mehr als 100.000, z.B. um 500.000, Schläuche zu extrudieren, die die bei der
Herstallung von Blasfolien nötige kräftige zweidimensionale Reckung ohne Schwierigkeiten
vertragen können.
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Diese Aufgabe wird ertindungsge«Ess dadurch gelost, dass der DEsenspalt
eine Länge hat, die hßchstens zehnmal, vorzugsweise ungefahr fflnfmal und mindestens
zweimal ihrer Breite ist, Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung eines
derart beispiellos kurzen DUsenspaltes zur Folge hat, dass die Kunststoffmol
@@ü.@,
die sich bei der Extrusion des Kunststoffes mittels bisher bekannter Extruderk5pfe
hauptaächlich in der Axialrichtung des Schlauches orientieren, sich im großen Ausmass
in der Umfangsrichtung des Schlauches orientieren, was sich als hinreichend ergeben
hat um zu sichern, dass der extrudierte Schlauch beim Blasen und Längsverstreckung
sich fehlerfrei im nötigen Nasse recken lässtX Bei den bekannten Extruderkbpfen
der betreffenden Art erstreckt sich der Spitsenkanalteil über den grössten Teil
des sich nach den Halterungsvorrichtungen des Fuhrungsdorns befindlichen Teils des
Strömungskanals, welcher Teil ungebrochen ringförmig ist, und falls der sehr kurze
Düsenspait die einzige Änderung im Verhfltnis zu den bekannten Extruderkd.pfen sei,
so wäre ein verhäitnismässig grosser Ausstossdrück oder Staudruck im Kopf erforderlich,
falls der kurze DUsenspalt die genannte Orientierung des Kunststoffes ii der Schlauchwand
sichern soll. Man kann in Bezug auf den Ausstossdruck weit freier gestellt werden,
falls der Spitzenkanalteil in der Strönungsrichtung gegen einander konvergierende
Wände aufweist, von denen die Aussenwand auf einer in der Strömungsrichtung ruspitzenden
Kegelflche liegt, während die Innenwand auf einer entgegengerichteten zuspitzenden
Kegelflgche liegt.
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Hierdurch wird erreicht, dass beim Eintritt zum Spitzenkanalteil eine
verhältnismässig jähe Steigerung der Durchströmungsgeschwindigkeit und des Druckes
des Kunststoffes wird, was voraussichtlich der Grund ist, weshalb die erstrebte
Orientierung erzielt werden kann, ohne dass besonders hohe ExtruderdrUcke erforderlich
sind.
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Besonders vorteilhaft ist es, falls weiter in einem Axialschnitt
durch den Spitzenkanalteil dessen Wände unter sich einen gegenseitigen Winkel von
zwischen 15 und 45°, vorzugsweise um 300 herum bilden, und die kräftigate Orientierung
der KunststoffimolekUle in der thnfangsrichtung der Schlauchuand hat sich ergeben,
falls ausserdem die
Kegelflächen, welche die Seitenwände des Spitzenkanalteils
definieren, annähernd gleich grosse Scheitelwinkel haben.
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Eine Voraussetzung dafUr, dass die hergestellten Blasfolien immer
glerchmassig sind, ist dass auch der extrudierte Schlauch immer und überall eine
vollkommen gleichmässige Materialverteilung aufweist. Dies kann selbst mit den schwer
zu behandelnden hochmolekularen Polyolefinen gesichert werden, falls in weiterer
AusfUhrung des Erfindungsgedankens vorgesehen ist, dass der Spitzenkanalteil von
einem Kanalteil ausgeht, dessen Wände wesentlich geringer als die Wände des Spitzenkanalteils
konvergieren, und eine Länge von zwischen 2 und 8, vorzugsweise etwa fünfmal der
Länge des Düsenspaltes hat, sodass das Material verhältnismässig gleichmässig und
mit einer gleichmässigen und geringen Änderung der Geschwindigkeit und des Druckes
gegen den Spitzenkanalteil strdmen kann, und erst im verhältnismässig kurzen Spitzenkanalteil
kräftigeren Bwegungsänderungen unterworfen wird.
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Wie vorstehend angedeutet, konvergiert in einem Extruderkopf zur
Extrusion von fUr das Folienblasverfahren vorgesehenen Schläuchen gewöhnlich die
Aussenwand des Stromungskanels von einer Kanalzone etwas hinter dem DUsenspalt,
wo der Str8mungskanal immer noch ungebrochen ringfonaig ist, gegen die Achse des
Kopfes, und indem bei den bekannten Extruderkdpfen so zu sagen der ganze gegen die
Achse des Kopfes konvergierende Teil des Strßmungskanals den Spitzenkanalteil ausmacht.
Wird eine solche an sich bekannte Ausbildung in Verbindung mit dem erfindungsgemässen
Extruderkopf verwendet, wie es oft um die nötige stabile Halterung des Führungsdorns
zu sichern vorzuziehen ist, kann es erfindungsgemäss vorteilhaft sein, dass der
Strmungskanal zwischen der genannten Zone und dem DUsenspalt und etwas hinter diesem
eine Einengung aufweist, und von
dieser erst Uber eine Strecke eine
nichtabnehmende, vorzugsweise zunehmende Kanalbreite hat und dann eine gleichmässig
gegen den Eintritt des Spitzenkanalteils abnehmende Breite, wodurch erzielt wird,
dass das Durchströmungsareal des Kanals mit der Abnahme des mittleren Kanaldurchmessers
verglichen verhhltnismässig langsam in der Längsrichtung dieses abnimmt. wodurch
eine gleichmässige und über die Länge des Kanals langsam zunehmende Vergrösserung
der Geschwindigkeit und Druckaufbau des durchströmenden plastifizierten Kunststoffes
gesichert wird, was, wie es sich herausgestellt hat, von grosser Bedeutung fUr die
glatte und vollkommen gleichmässige Extrusion des Schlauches ist.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung, die einen Axialschnitt
durch ein Ausfilhrungsbeispiel eines Extruderwerkzeuges mit einem erfindungsgemässen
Extruderkopf zeigt, näher erläutert.
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Das gezeigte Werkzeug , das für vertikale Aufwärtsextrusion des von
einem horizontal angeordneten Extruder abgegebenen Kunststoffes vorgesehen ist,
ist mit einem thnlenkkörper 10 versehen, der an seiner einen Seitenfläche einen
ringförmigen Flansch 12 aufweist, womit der Körper 10 an dem ausstosseitige Ende
eines nicht gezeigten Extruders befestigt werden kann. Von der Mitte des vom Flansch
12 umschlossenen Seitenflächenteils geht ein im Körper 10 ausgebildeter Kanal 14
hinaus, der im Körper in einem Winkel von 900 verläuft und in eine kreisrunde Vertiefung
16 an der Oberseite des Körpers 10 einmUndet, in welcher Vertiefung der Extruderkopf
18 befestigt ist.
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Der Extruderkopf 18 weist einen Mantel 20 auf, dessen unterer Teil
in der Vertiefung 16 eingebettet und befestigt ist, Der Mantel 20 umschliesst einen
Unterteil 22, eine Dornhalterung 24 und einen Düsenring 26. Der ringförmige Unterteil
22, der dichtend gegen den Boden der Vertiefung 16 anliegt, hat einen sich nach
oben kegelförmig
erweiterenden Mittelkanal id, der mit dem Kanal
14 des Umlenkk5rpers 10 kommuniziert. Die Dornhalterung 24 besteht aus einem aussen
ringfarbigen Zylinderteil 30, dessen Innendurchmesser dem Aussendurchmesser des
Kanals 28 an der Oberseite des Unterteils 22 entspricht, und einem in der Mitte
angeordneten hohlen, unten mittels eines nach unten kegelförmig zugespitzten Bodens
32 geschlossenen Dorntrgerzylinder 34.
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Dieser ist mit dem Ringteil 30 verbunden u.z. mittels zwei oder mehr
gegenseitig getrennter, mit sowohl dem Ringteil 30 als auch dem Dorns trägerzylinder
23 in einem StUck ausgebildeter Rippen 36, zwischen welchen mit dem Kanal 28 kommunizierende
axial verlaufende Kanäle gebildet sind.
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Die Dornhalterung 24 und der Unterteil 22 werden gegenseitig und gegen
den Boden der Vertiefung 16 zusamsengedrückt gehalten u.z. mittels eines inneren
Ringflansches 40 am Mantel 20. Durch einen durch den Mantel 20, den Ringteil 30,
eine der Rippen 24 und den Zylinder 34 sich erstreckenden Kanal 42 kann der Hohlraum
des Zylinders 34 mit einer Druckluftquelle verbunden werden.
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Der Düsenring 26 wird mittels einer am oberen Ende des Mantels 20
eingeschraubten Nippelmuffe gegen den Ring flansch 40 gedrUckt. Der Düsenring weist
eine nach einer Kegelfläche verlaufende Innenwand 46 auf, deren untere Durchmesser
den Innendurchmessern des Ringflansches 40 und des Ringteils 30 entspricht. Die
genannte Kegelfläche hat einen Scheitelwinkel von ungefähr 300. Ueber eine ganz
kurze Strecke 48 am oberen Ende des DUsenrings 26 ist dessen Innenwand jedoch mit
der Ringachse parallel.
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Im Oberteil des Dorntrgerzylinders 34 ist durch Einschrauben ein
Führungadorn 50 befestigt, dessen Aussenseite Uber ungefrtfrtf 1/3 des Uber die
Dornhalterung 24 hinaufragenden Dornteiles aus einem zylindrischen Teil 52 besteht,
wonach ein annähernd ebenso langer kegel.
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bonmiger Teil 54 folgt, der auf einer Kegel fläche mit einem Scheitelwinkel
von
ungefähr 350 liegt Des Teil 54 folgt ein zylindrischer Teil 5&, der wiederum
in einen verbältnismässig kurzen, sich nach oben kegelförmig erweiternden Teil 58
hinübergeht, der auf einer Kegelfläche mit einem Scheitelwinkel von angefEhr 300
liegt, und der in einem dem Wandteil 48 entsprechenden und mit dieses parallel verlaufenden
Wandteil 60 endet, der von gleicher Länge wie der Wandteil 48 ist. Der Aussendurchmesser
des Wandteils 60 ist zweimal der gewUnschten Wandstärke des zu extrudierenden Schlauches
weniger als der Innendurchmesser des Wandteils 48. Da diese WandstKrke gering ist,
z.B. nur 0,3 mm , ist in der Zeichnung, wie es bei Zeichnungen von ExtruderktSpfen
immer notwendig ist, der zwischen den Wandteilen 48 und 60 gebildete DUsenspalt
62 mit einer Breite gezeigt, die vielmals grösser ist als entsprechend der im übrigen
angewandten Abmessungen, was durch eine unbedeutende Korrektion des Winkels der
Wand 46 mit der senkrechten Achse erzielt worden ist.
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Die von den Längen der Wandteile 48 und 60 bestimmte Länge des Ausströmungspaits
62 beträgt bei des geseichneten Extruderkopf fünfmal der Spaltbreite, z.B. 1,5 M.
Diese Lange hat sich als am zweckmXssigsten ergeben, kann aber im Raboen der Erfindung
zwischen zweimal der Spaltbreite und zehnmal derselben schwenken.
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Innerhalb des DUsenspaltes 62 ist zwischen dem Dornwandteil 58 und
der Dilsenringwand 46 ein Spitsenkanalteil 64 erzeugt, dessen Wände in der Strornungsrichtung,
d.h. in aufwärtiger Richtung, konvergieren und, wie es aus dem vorstehenden hervorgeht,
auf zwei entgegengesetzt gerichteten Kegeiflächen liegen, beide mit einem Scheitelwinkel
von ungefähr 300. Der Spitzenkanalteil 64 kann z.fl. in Verbindung mit den obigen
Abmessungen eine Länge von 8 - haben, entsprechend ftlnünal der Länge des Düsonapaltes
62, aber auch diese Länge kann im Rahmen der Brfindung zwischen zweimal der Spaltlänge
und achtmal derselben schwenken.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist der sich zwischen der konischen
Innenfläche 46 des Dtisenrings und dem Führungsdorn 54 Uber dem Dornträger 24 befindliche
Strömungskanal mit ungebrochenem ringförmigem Querschnitt, dessen sich nächst dem
Dornträger 24 befindliche Zone mit 65 bezeichnet ist, am Uebergang zwischen den
Dornoberflachenteilen 52 und 54 eine Einengung 66 aus, wonach folgt ein zwischen
der DUsenringwand 46 und dem Dornwandteil 54 gebildeter Kanalteil 68, dessen Kanalbreite
gleichmässig zunimmt, sodass eine im Vergleich mit der Verminderung des Durchschnittsdurchmessers
des Kanals langsame Abnahme des Durchstrdmungsareals Uber diesen Kanalteil 68 erzielt
wird. Dasselbe ist der Fall innerhalb des zwischen dem zylindrischen Dornwandteil
56 und der Wand 46 gebildeten Kanalteils 70 infolge der in diesem Kanalteil über
die Länge wesentlich geringeren Reduktion des mittleren Durchmessers des Kanals.
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Es hat dies zur Folge, dass erst im Spitzenkanalteil 64, d.h.
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Uber eine verhältnismässig kurze Strecke, eine kräftige Verminderung
des Durchströmungsareals und damit eine Erhöhung der Durchströmungsgeschwindigkeit
und des Druckes erzeugt wird, was eine Aufstauung von Material bewirkt, die wiederum
in Verbindung mit dem kurzen und engen Düsenspalt 62 bewirkt, dass das Material,
wenn es durch den Spalt 62 zur Bildung eines Schlauches hinausgestossen wird, seine
Moleküle in allem Wesentlichen in der Umfangsrichtung des Schlauches orientiert
bekommt.
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Aus der Zeichnung ist ebenfalls ersichtlich, dass der ganze Str&nungskanal
65, 66, 68, 70 überall eine wesentlich grdssere Kanalbreite hat, als normalerweise
bei Extruderkpfen zum Extrudieren von Schläuchen für Blasfolien verwendet wird,
was aber dazu beiträgt, die pltitzliche Vergrdsserung der Geschwindigkeit und des
Druckes vor dem Spalt 62 zu erzielen.
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Der Zentrierung des Düsenrings 26 im Verhältnis zum Dorn 50 dient
auf an sich bekannte Weise eine Anzahl, z.B. vier, durch den Mantel 20 geschraubter
Verstellschrauben 72 aber auch andere Zentriervorrichtungen, wovon mehrere grundsätzlich
verschieden wirkende bekannt sind, können natürlich geordnet, verwendet werden.
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Vertikal durch den Dorn hinauf, und in dessen Mitte angeordnet, erstreckt
sich ein Luftkanal 74, wodurch zum Dornträgerzy linder 34 durch den Kanal 42 geführte
Druckluft in das Innere des extrudierten Schlauches geleitet werden und dadurch
dessen für das Folienblasen charakteristische Ausdehnung bewirken kann.
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In der gezeigten Aus filhrungs form macht der Düsenring 26 den ganzen
Düsenkörper des Extruderkopfes aus; es ist aber auch möglich, dass der innere Teil
des Strömungskanala auf an sich bekannte Weise von einem im Mantel 20 fest angeordneten
DUsenkdrper begrenzt werden kann, während der wegen der Zentrierung notwendige Düsenring
nur den äußeren Teil des Strömungskanals begrenzt, indem der Düsenring jedoch vorzugsweise
mindestens den Düsenspalt 62, den Spitzenkanalteil 64 und einen Teil des Kanalteils
70 begrenzen soll.
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Es sei auch bemerkt, dass während bei der gezeigten Ausführungsform
verhältnismässig scharfe Übergänge zwischen den Dornwandteilen 52, 54 und 56 vorhanden
sind, so kennen diese Wandteile auch derart ausgebildet werden, dass sie einer sanften
Kurve folgen.
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Ausserdem sei bemerkt, dass während der gezeigte Extruderkopf für
vertikale Aufwärtsextrusion angeordnet ist, er auch für vertikale Abwärtsextrusion
oder, was möglicherweise noch zweckmässiger ist, für horizontale Extrusion angeordnet
werden kann,