DE2105756A1

DE2105756A1 - Strangpreßwerkzeug mit Druckrohrleitungssystem zum Verteilen der Kunststoffschmelze

Info

Publication number: DE2105756A1
Application number: DE19712105756
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 5630 Remscheid Schippers
Original assignee: Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1971-02-08
Filing date: 1971-02-08
Publication date: 1972-09-14
Also published as: CH528362A

Description

Strangpreßwerkzeu mit Druckrohrleitun SB Stern zum Verteilen der Kunststoffschmelze Die Erfindung bezieht sich auf ein Strangpreßwerkzeug mit einer Breitschlitz- oder Ringschlitzdüse und einem zum gleichmäßigen Verteilen einer Kunststoffschmelze, insbesondere thermoplastischen Kunsttoffschmelze, im Strangpreßwerkzeug vorgesehenen System verteilt angeordneter, beheizbarer Kanäle zwischen dem Schmelzeeintritt und dem Düsenaustritt des Strangpreßwerkzeuges mit gleich lang ausgebildeten Kanallängen.
Die bekannten Strangpreßwerkzeuge mit einer Breitschlitz- oder Ringschlitzdüse erhalten die Schmelze von einem zentralen Einlaß, der im Strangpreßwerkzeug vorgesehen ist. Die Schmelze wird dann mit Hilfe eines Kanalsystems auf die gesamte Breite bzw. den gesamten Umfang des Ddsenschlitzes verteilt. Das Kanalsystem zum Verteilen der Schmelze ist hierbei ebenfalls im Strangpreßwerkzeug untergebracht. Bei bekannten Breitschlitzdosen befinden sich die sctimelzeflthrenden Kanäle entweder in verschiedenen ilbereinanderliegenden Ebenen (D.P. 1.156.967, DAS 1.264.744,Fr.P. 1.534.429) oder bilden einen in Flußrichtung aufgeschnittenen und zu einer Geraden aufgeschlagenen Kanalteil (D.P. 1.262.012).
Bei den bekannten Ringschlitzdüsen werden im Strangpreßwerkzeug zur gleichmäßigen Verteilung der Kunststoffschmelze auf den Umfang des Düsenschlitzes eine Anzahl von Verzweigungskanälen gebildet, indem auf dem Umfang der Mantelfäche eines vorhandenen Dorns gleichmäßig verteilte Strömungslnseln angeordnet sind (D.Gbm 1.927.405).
Ein wesentlicher Nachteils der bekannten Kanalsysteme zum Verteilen der Kunststoffschmelze in Breitschlitz- oder Ringschlitzdüsen besteht darin, daß die einzelnen Kanäle im Strangpreßwerkzeug selbst ausgebildet sind.
Es ist insbesondere schwierig, in dem Kanalsystem gleiche Druckverluste und gleiche Verweilzeiten für alle Schmelzeteilströme zu erhalten. Die Ausbildung der Strangpreßweekzeuge ist daher verhältnismäßig komliziert und nur durch Aufwendung von Präzisionswerkzeugmaschinen und hoch qualifiziertem Fachpersonal herzustellen. Sofern eine Teilbauweise des Strangpreßwerzeuges vorgesehen ist, ergeben sich schwierig zu bewältigende Dichtprobleme bei den vorliegenden hohen Schmelzedrücken. Außerdem haben die bekannten Systeme zum Verteilen der Schmelze den Nachteil, daß sie nitht gleichmäßig beheizt und nicht lang genug auf einer erforderlichen Betriebstemperatur gehalten werden können. Dies liegt im wesentlichen daran, daß die vorgesehenen lIeizmittel den schmelzeführenden aanalen nicht unmittelbar zugeordnet werden können, da sie sich außen am Werkzeuggehäuse befinden. Aus diesem Grunde ist die zu installierende Helzleiatung oft aehr hoch.
Großflächige Strangpreßwerkzeuge mit nritschlitzdUsen abn den Nachteil, daß sie unter dem Einfluß des im Innern hrrschenden Massedruckes zum Durchwölben im Mittelteil neigen. Die Durchbiegung der Werkzeughälften in der senkrecht zum Düsenschlitz liegenden Ebene nimmt mit der Breite des Werkzeuges exponentiell ZU, so daß Cür großflächige Breitschlitzdüsenwerkzeuge ein sehr großer konstruktiver Aufwand, beispielsweise die üblichen Jochkonstruktionen oder Hydrauliksysteme erforderlich sind. Bei durch Strömgsinseln gebildeten Verteilerkanälen (US-PS 2.734.224, D.Gbm 1.924.139, ;bm 1.927.405) entstehen an den Stellen, an denen die Teilströme zusaninenfließen im mittleren Bereich Fließmarkierungen, wodurch die Oberfläche und die Festigkeit des zu erzeugenden Produktes beeinträchtigt wird.
Eine strömungsgUntige Ausbildung der Kanäle zum Verteilen der Schmelze bei den bekannten Strangpreßwerkzeugen erfordert unbezwingt die langwierige Bearbeitung der Werkzeughälften auf einer moplerfräsmaschine und die Herstellung einer Matrize, wodurch einerseits die Herstellungkosten für das Strangpreßwerkzeug belastet werden und andererseits leicht Enypässe bei der Belegung der Werkzeugmaschinen einer Werkstatt auftreten.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zum Verteilen der Schmelze zu schaffen, durch das der übliche Aufbau des Strangpreßwerkzeuges vermieden wird, und bei dem die Aufnahme der Massedrücke sowie die Beheizung der Schmelzekanäle günstig zu S6sen sind.
Dabei soll das Verteilsystem für die Kunststoffschmel:e so ausgebildet werden, daß ein verhältnismäßig einfacher Aufbau des Strangpreßwerkzeuges vorliegt, und daß durch die Vorrichtung eine gieicnmäßige Verteilung der Schmelze mit gleichmäßiger Temperatur, gleichmäßigerVerweilzeit und gleichem Druck an allen Stellen des Düsenschlitzes gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß erreicht man dies dadurch, daß eine Anzahl von Druckleitungsrohren mit gleichem Druckverlust fUr jeden Schmelze zetejistrom zum Verteilen der Kunststoffschmelze im Strangpreßwerkzeug vorgesehen ist, wobei die einzelnen Druckleitungsrohre an einen gemeinsamen Düsenkörper angeschlossen und von einem festen, flüssigen oder gasförmigen Wärmeübertragungsmedium umgeben sind.
Einem solchen System zur Verteilung der Kunststoffschmelze ist das vorgesehene Wärmeübertragungsmedlum unmittelbar zuzuordnen; beispielsweise kann das Wärmeübertragungsmittel kondensierender Dampf sein, oder Kupferspäne, die in einem Behälter oder Kasten vorliegen, von den das Druckrohleitungssystem umgeben st. Zum anderen können die e Druckrohre aber auch in einem beheizbaren Aluzniniumbiock eingebettet vorliegen. Die vorgesehenen Mittel und Maßnahmen schließen ein, daß die Druckleitungsrohre auch gegebenenfalls gekühlt werden können.
ie Temperatur des Wärmeübertragungsmediums kann durch eine ein zige Regelstelle für das gesamte Verteilersystem vorteilhaft überwacht und geregelt werden.
Durch die unmittelbare Zuordnung des Wärmeübertragungsmediums zu den einzelnen Druckleitungsrohren aes Systems kann die Schmele gleichmäßig und mit geringen Energieverlusten beheizt oder gekühlt werden. Auch kann das System ohen großen Energieaufwand eine bestimmte Zeit lang auf einer gewünschten, unter Umständen hohen Betriebstemperatur gehalten werden. Die problemlose Temperaturregelung derSchmelze in allen Druckleitungsrohren des System gewährleistet somit beieiner konstanten mittleren Verweilzeit aller Schmetzeteilströme im Strangpreßwerkzeug eine Vergleichmäßigung der Produktionsqualität.
Das erfindungsgemäße Druckleitungsrohrsystem ist in der tage, die Massedrücke allein aufzunehmen. Diese Massedrücke können unter Umständen sehr hoch sein, etwa in einer Größenordnung bis Soo at. Der evtl. vorgesehene Behälter oder Kasten für das Wärmeübertragungsmedium übt dabei eine zusätzliche Stützfunktion bei hohen Drücken aus, indem die Tendenz der gekrümmt ausgebildeten Druckrohrleitungen sich gerade zu verformen unterbunden wird.
Der Aufbau des vorgesehenen Systems zum Verteilen der Kunststoffschmelze, das im wesentlichen aus Druckleitungsrohren besteht, ist verhältnismäßig einfach und leicht Uberschaubar. Es läßt sich einfach herstellen, und auch die Anschlußverbindungen für die Druckleitungsrohre zum Schmelzeeintritt einerseits und zum gemeinsamen Düsenkörper andererseits lassen sich durch Schweißverbindungen vorteilhaft herstellen.
Die Anordnung der Druckleitungsrohre ist so gewählt, daß aufgrund gleicher Anschlußabstände am Umfang der gemeinsamen Schmelzezuführungsrohrleitung jedes Druckleitungsrohr den gleichen Anteil an Kern- und Randschmelze aus dem von der Schnekkenpresse zugeführten Schmelzegesamtstrom erhält. Weiterhin gewährleisten gleiche Anschlußabstände am Düsenkörper, daß dem DUsenschlitz an mehreren Stellen gleiche Schmelzamengen zugeführt werden, wobei die Schmelze überall die gleichen thermodynamischen und rheologischen Meßwerte aufweist und gleiche mittlere Verweilzeiten der Schmelzeteilatröme vorhanden sind.
Nach bevorzugten Ausftlhrungsformen kann das Druckleitungsrohrsystom zum Verteilen der Kunststoffnchmelze im Strangpreßwerkzeug aus einzeln angeordneten Druckrohren, die in im wesentlichen gleichen Seitenabständen einerseits mit der Schmelzezuführungsrohrleitung des Strangpreßwarkzeuges und andererseits mit dem gemeinsamen Düsenkörper verbunden sind, einem sogenannten Strahlansystem bestehen, oder es kann aus sich gabelnden Druckrohrleitungsteilen, einem sog. Gabelsyztem, oder aus einer Kombinatiön der vorgenannten Leitungssysteme bestehen.
In jedem Fall muß aber gewährleistet sein, daß die Kanallängen und die Druckverluste für alle Teilströme gleich sind.
In vielen Fällen ist es zweckmäßig, die Druckleitungsrohre innen poliert auszubilden, um die Rohrreibungswiderstände bzw.
Druckverluste für die fließende Schmelze zu verringern. Dies macht sich in einer gleichmäßigeren Schmelzoverteilung bemerkbar, wenn beispielsweise ein verhältnismäßig hoher Schmelzedurchsatz pro Zeiteinheit vorgesehen ist.
Eine fertigungstechnisch einfache und auch bei hohen Drücken dichte Verbindung der einzelnen Leitunsrohre mit dem Schmelze eintritt und mit dem Düsenkörper erfolgt bevorzugt durch Verschweißen. Entsprechend den vorliegenden Schmelzedrücken können die Wandstärken der Druckleitungsrchre bei relativ kleinen Durchmessern verhältnismäßig dünn gewählt werden, so daß eine gewichtsparende Ausführungsform des Strangpreßwerkzeuges vorliegt.
Entsprechend den Erfordernissen der Produktion kann zwischen dem Schmelzeeintritt und dem erfindungsgemäßen Druckleitungsrohrsystem eine Pumpe oder für ein oder mehrere Druokleitungsrohre des Verteilersystems je eine Pumpe vorgesehen werden.
In einigen Anwendungsfllen ist es vorteilhaft, wenn mehrere Druckleitungsrohrsysteme, die von verschiedenen Schneckenpressen oder Dosierpumpen gespeist werden, dem gemeinsamen DUsankörper zugeordnet wertigen, Dies ist beispielsweise bei der Verteilung eines Farbstoffes oder Pigmentes oder beider Verteilung verschiedener Kunststoffschmelzearten erwünscht. Die k@mblnlerte Vertellung der Schmelzen und der Zusatze kante belspielsweise für die Herstellung einer Mehrschicht- oder Verbundfolle erwünscht elrl.
Das Wärmeübertragungsmedium für das Schmelzeverteilsystem kann auch zusätzlich dem Düsenkörper des Strangpreßwerkzeuges zugeordnet sein. Hierdurch können die für die Druckleitungsrohre vorgesehene Mittel ebenfalls günstig für den gemeinsamen Düsenkörper angewandt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strangpreßwerkzeuges ist der Düsenkörper mit einem an sich bekannten, für alle Druckleitungsrohregemeinsamen Sammelraum fUr die Kunststoffschmelze versehen. Dieser Sammelraum kann ferner ein über die Länge des Düsenspaltes sich erstrekendes Sieb, einen Filter oder eine Lochplatte aufweisen.
Durch ein derartiges Element wird eine zusätzliche Vergleichmäßigung den Schmelzedruckes er die gesamte Länge des Dilsenschlitzes ei zielt. werner werden hierdurch nach dem Zusammenfließen der Schmelzeteilströme die Fließmarkierungen weitgehnd verwischt.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen des Strangpreßwerkzeuges ann die lichte Weite des DUsenschlitzes des Düsenkörpers durch n ich bekannte, verstellbar angeordnete Justiermittel eingestellt werden. Außerdem kann das Druckleitungsrohrsystem zum Verteilen der Kunststoffschmelze dem Düsenkörper auswechselbar zugeordnet werden, E:ntsprechend können bei einem Strangpreßwerkzeug zur Herstellung einer Mehrschichtfolie Teile des Düsenkörpers mit einem der Druckleitungsrohrsysteme auswechselbar verbunden. sein.
Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 die schematische Anordnung einer Breitschlitzdüse mit fest angeschlossenen, einzelnen Druckleitungsrohren; Fig. 2 den Schnitt A - A gemäß Fig. 1; Fig. 3 den Querschnitt eines Düsenkörpers entsprechend Fig. 1 mit einem zusätzlichen Sammelraum für die Kunststoffschmelze und einem Filterelement; Fig. 4 die schematische Anordnung eines Druckleitungsrohrsystems zum Verteilen der Schmelze in Strahlenform s Fig. 5 die schematische Anordnung eines Druckleitungsrohrsystems in Gabelform Fig. 6 die schematische Anordnung eines kombinierten Strahlen/Gabelsystems; Fig. 7 die schematische Anordnung einer Ringschlitzdüse mit fest angeschlossenen einzelnen DruckleStungsrohren.
Der Düsenkörper 1 mit Breitschlitz 2 nach Fig. 1 und 2 ist an ein System zur Verteilung der Kunststoffschmelze angeschlossen, das aus einer Anzahl von Druckleitungsrohren 4 besteht. Die Druckleitungsrohre weisen untereinander gleiche Länge auf und sind mit einer zentralen Schmelzezuführungsrohrleitung 5 verbunden. Die Druckleitungsrohre 4 sind mit im wesentlichen gleichen Seitenabständen an das Schmelzezuführungsrohr 5 angeschlossen, damit jedes Druckleitungsrohr des Verteilersystems den gleichen Anteil an Xern- und Randschrnelze erhält. Die Schmelze fließt aus der (nicht dargestellten) Kunststoff verarbeitenden Maschine, beispielsweise einer Schneckenpresse, zu, wobei die Kern- und Randschmelze üblicherweise mit unterschiedlichen Temperaturen vorliegt.
Alle schmelzeftihrenden Duckleitungsrohre 4 sind von einem BehAlter oder Kasten 6 umgeben, in dem ein den Druckrohren gemeinsames, wirkungsvolles Wärmeübertragungsmedium vorgesehen ist.
Der Eintritt für das Wärmeübertragungsmedium ist mit 7, der Austritt mit 8 bezeichnet.
Der Düsenkörper 1 nach Fig. 3 weist zusätzlich im Bereich des 8chmelzezuflusses zur Lippenzone des Breitschlitzea 2 einen gemeinsamen Sammelraum 3 und ein über die Länge des Schlitzes reichendes Filterelement 9 auf. Der Düsenkörper 1 kann ferner an den Anschlußstellen für die Druckleitungsrohre 4 mit (nicht dargestellten} sich vrzweigenden Kanälen versehen sein.
Nach Fig. 4 liegt das Druckleitungsrohrsystem 10 zum Verteilen der Schmelze als Strahlensystem vor; nach Fig. 5 besteht das Druckleitungsrohrsystem aus gabelförmig aneinandergeschlossenen Druckrohrleitungsteilen 17, 18 ..; nach Fig. 6 liegt eine kombinierte Anordnung eines Strahlen- und eines Gabelsystems vor, wobei an die strahlenförmig angeordneten Druckrohre 13 eines Strahlensysteins je ein Nabenteil 19 angeschlossen ist.
Der Düsenkörper 11 mit Ringschlitz 12 nach Fig. 7 weist in gleichen Abständen auf dem Umfang der Schmelzezufilhrungsrohrleitung 15 verteilt angeordnete Druckrohre 14 zum radialen Verteilen der Schmelze auf. Die Druckrohre 14 sind untereinander gleich lang ausgebildet. Sie sind einersetts mit dem gemeinsam.n Düsenkörper 11 und andererseits mit der zentralen Schmelzezuleitung verbunden. Die Druckrohre 14 sind von. einem gemeinsamen Behälter oder Kasten 16 für ein geeignetes Wärmeübertragungsmedium umgeben. Ein- und Auslaß für das Wärmeübertragungsmedium sind mit 20, 21 bezeichnet. Das Wärmedäwmittel für den lleizkasten und den gemeinsamen Düsenkörper ist mit 22 bezeichnet.

Claims

Patent ansprüche

10 Strangpreßwerkzeug mit Breitschlitz- oder Ringschlitzdflse und einem zum gleichmäßigen Verteilen einer Kunststoffschmelze, insbesondere theraoplastischen Kunststoffschmelze, im Strangpreßwerkzeug vorgesehenen System verteilt angeordneter, beheizbarer Kanäle zwischen dem zentralen Schmelzeeintritt und dem Düsenaustritt des Strangpreßwerkzeuges mit gleich lang ausgebildeten Kanallängen, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Druckleitungsrohren (4;10;13;14;17;18 ..) mit gleichem Druckverlust für jeden Schmelzeteilstrom zum Verteilen der Kunststoffschmelze im Strangpreßwerkzeug, wobei die einzelnen Druckleitungsrohre an einem gemeinsamen Düsenkörper f angeschlossen und von einem festen, flüssigen oder gasförmigen W&rmeubertragungsmedium umgeben sind.
2. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckleitungsrohrsystem aus einzeln angeordneten Druckrohren (4,14...) gebildet ist, die in im wesentlichen gleichen Seitenabständen einerseits mit der Schmelzezurhrungarohrleitung (5,15) des Strangpreßwerkzeuges und andererseits mit dem gemeinsamen Düsenkörper (1,11) verbunden sind (Fig. 1,4,7).
3. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckleitungsrohrsystem aus sich gabelnden Druckrohrleitungsteilen (17,18...) gebildet ist (Fig. 5).
4. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Druckleitungsrohrsystem zum Verteilen der Kunststoffschmelze mit strahlenförmig angeordneten Rohrleitungen, die sich vor dem Anschluß an den gemeinsamen Düsenkörper verzweigen (Fig. 6).
5. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dein Schrnelzeeintritt und dem Druckleitungsrohrsystem eine Pumpe angeordnet ist.
6. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schmelzeeintritt und einem Druckleitungsrohr oder mehreren Druckleitungsrohren des Verteilersystems je eine Pumpe angeordnet ist.
7. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Druckleitungrohrsysteme, die von - verschiedenen Schneckenpressen oder Dosierpumpen gespeist werden, dein gemeinsamen Dsenkörper (1,11:" zugeordnet sind.
8. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmedium zusätzlich für den Düsenkörper (1,11)- vorgesehen ist.
9. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper einen an sich bekannten Ssnmelrauia (3) für die Kunststoffschmelze aufweist.
10. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper ein im Sammelraum (3) für die Kunststoffschmelze angeordnetes, sich über die ganze Länge des Düsenspaltes erstreckendes Vergleichinäßigungselement, vorzugsweise in Form eines Siebes (9), eines Filters oder einer Lochpaltte, aufweist.
11. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite des Düsenschlitzes des Düsenkörpers durch an sich bekannte Justiermittel einstellbar ist.

L2. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch einon dem Druckleitungsrohrsystem zum Verteilen aer Kunststoffschmelze auswechselbar zugeordneten Düsenkörper oder au.waschselb2r zugeordnete Düsenkörperteile.