DE2219473A1 - Extrusionswerkzeug mit schmelzeumlenkkanal und breitschlitzduesenspalt - Google Patents

Description

Bag. 840

B a r m a g

Barmer Maschinenfabrik Aktiengesellschaft

Wuppertal

Extrusionswerkzeug mit Schmelzeumlenkkanal und Breitschlitzdüsenspalt

Die Erfindung bezieht sich auf ein Extrusionswerkzeug zum Herstellen von Bahnen aus Kunststoff, insbesondere aus thermoplastischen Kunststoffen. Es weist einen flach geometrischen Schmelzekanal auf, der aus einem Verteilerkanal, einem Umlenkkanal und einem Breitschlitzdüsenspalt besteht und durch den ein ungeteilter Kunststoffstrom mit angenähert gleich langen Stromfäden fließt.

Es sind Extrusionswerkzeuge bekannt, deren Schmelzekanal so ausgebildet ist, daß die Weglänge für die nebeneinanderliegenden Stromfäden gleich lang gehalten wird. Beim Extrusionswerkzeug nach der DT-PS 1 262 012 mit einem zunächst kreisringförmigen Kanal, der in einen flachbreiten Kanal mit Breitschlitzdüsenspalt übergeht, ist der Obergang durch einen in Fließrichtung aufgeschnittenen und zu einer Geraden aufgeschlagenen Teil des Kanals gebildet.

Beim Extrusionswerkzeug nach der Zeitschrift "Kunststoffe" Band 56, 1966, Heft 8, Seiten 561-564, mit einem zunächst fächerförmigen Verteilerkanal, der in einen gewölbten Umlenkkanal mit Breitschlitzdüsenspalt übergeht, ist der

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Umlenkkanal als Ausgleichszone ausgebildet. In dieser Zone sind die Stromlinien gleich lang und verlaufen so, daß zum Erreichen eines überall gleich starken Masseflusses die Kontinuitätsbedingung erfüllt ist. Ferner sind die Stromlinien geodätische Linien, die senkrecht zu den Isobaren in dieser Zone verlaufen.

Beide Extrusionswerkzeuge weisen komplizierte Kanalkonturen auf, die schwierig herzustellen sind. Eine Kompaktbauart mit geringem Bauvolumen ist nicht möglich und die Kraft aufnehmenden Verbindungsmittel, die die Werkzeugbauteile zusammenhalten, können nur sehr ungünstig angeordnet werden.

In Bezug auf eine Kompaktbauart, die Anordnung des Schmelzekanals und die Kraftaufnahme ist das Extrusionswerkzeug nach der DT-PS 1 156 967 günstiger. Es hat jedoch den wesentlichen Nachteil, daß sich der Schmelzekanal zwischen Ein- und Auslaß mehrfach verzweigt und daß die in verschiedenen übereinanderliegenden Ebenen sich befindenden Schmelzekanalabschnitte flach, elliptisch oder kreuzförmig ausgebildet sind. Ein im Querschnitt S-förmiger Kanal, der sich mehrfach verzweigt, teilt den Schmelzestrom immer wieder in Einzelströme auf. Hierdurch entstehen Fließmarkierungen an den Zusammenflußstellen, die auf jeden Fall vermieden werden sollten.

Bei dem weiter bekannten Extrusionswerkzeug nach der DT-PS 1 231 412 mit einem zunächst fächerförmigen Verteilerkanal, der in einen Umlenkkanal mit Breitschlitzdüsenspalt übergeht, ist ein im Querschnitt U-förmiger Schmelzekanal vorgesehen, dessen parallel zur Düsenachse verlaufende Umlenkflächen in der zur Düsenachse senkrechten Ebene eine zur Düsenachse konkave Krümmung aufweisen. Auch bei diesem Extrusionswerkzeug wird davon ausgegangen,

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daß die Heglänge für die nebeneinanderliegenden Stromfäden gleich lang ist, obwohl dies bei einer fächerförmig verteilten Schmelze durch das unterschiedliche Druckgefälle von Stromfaden zu Stromfaden und die bei der Umlenkung sich ergebende unterschiedliche Wegablenkung nicht zutrifft; denn eine Korrektur im Sinne des Längsausgleichs ist nicht vorgesehen. Hierdurch entsteht der Nachteil, daß nicht überall ein gleich starker Massefluß vorliegt. In Bezug auf ein geringes Bauvolumen ist auch dieses Werkzeug noch verbesserungsfähig.

Ziel der Erfindung ist es, den Schmelzekanal eines Extrusionswerkzeuges der beanspruchten Gattung so auszubilden und anzuordnen, daß sich über die Werkzeugbreite im wesentlichen gleiche Ausstoßmengen bei stets gleichbleibender Spaltweite ergeben, wobei ein Kanallängenausglelch durch eine geometrisch einfache Kanalkontur berücksichtigt ist, und daß gleichzeitig eine geringe Bauhöhe und Baulänge des den Schmelzekanal aufnehmenden Werkzeugteils erzielt werden.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein im Querschnitt S-förmig zusammengefalteter Schmelzekanal mit gleichbleibender Spaltweite vorliegt, bei dem eine Faltstelle für den Kanallängenausgleich über die Werkzeugbreite gekrümmt ausgebildet ist.

Ein solcher Schmelzekanal ist, was den Platzbedarf und was die Verteilung und die Aufnahme der Kräfte anbetrifft, die durch den Schmelzedruck entstehen, sehr günstig in einem kompakten Werkzeug anzuordnen. Die Bauhöhe des Schmelzekanal umfassenden Werkzeugteils beträgt nur etwa 1/6 der Baubreite. Der Schmelzekanal erlaubt des weiteren aufgrund seiner im Querschnitt S-förmigen Ausbildung,

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daß eine baulich und fertigungstechnisch sowie fließtechnisch einfache und günstige Maßnahme für den Kanallängenausgleich vorgesehen werden kann. Die Umlenkung ist in der Werkzeugmitte lang und an den Werkzeugrändern kurz. Die dafür vorgesehene Kanalkrümmung über die Werkzeugbreite ist sehr günstig an einer Faltstelle des Schmelzekanals auszubilden.

Der Schmelzekanal weist ferner einen konstanten Spalt und eine einfache geometrische Form auf. Die Verteilung der Schmelze über die Breite erfolgt gleichmäßig und aufgrund der vorgesehenen gekrümmten Kanalkontur ist ein Kanallängenausgleich mit dem Ergebnis möglich, daß angenähert gleich lange Stromfäden vorliegen. Die Ausstoßmengen über die Werkzeugbreite sind im wesentlichen gleich. Ebenfalls ist die Verweilzeit der einzelnen Schmelzepartikel angenähert gleich und es liegt eine . gute Temperaturvergleichmäßigung vor. Es entstehen keine Unterschiede bezüglich Schergeschwindigkeit und Fließgeschwindigkeit von Stromfaden zu Stromfaden. Hierdurch ergeben sich optimale physikalische Eigenschaften für das Erzeugnis.

Für die Schmelzeverteilung ist lediglich ein verhältnismäßig niedriger Druck erforderlich. Er ist desweiteren nicht mehr wesentlich vom Düsenwiderstand abhängig, sondern wird durch geeignete Fließwiderstände, z.B. Bohrungen oder Druckleitungen, vor dem Schmelzeeinlaß des Extrusionswerkzeuges aufgebaut. Hierdurch ist die Belastung der Schmelzekanalflächen durch den Schmelzedruck verhältnismäßig gering. Die Dimensionierung der Werkzeugbauteile und der erforderlichen Verbindungsmittel ist dem entsprechend gering.

Das Extrusionswerkzeug ist des weiteren universell anzuwenden. Es kann für Kunststoffe eingesetzt werden, die sich bei der Verarbeitung und bei der Ausformung unter-

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schiedlich verhalten. Es ist für eine Reihe verschiedener Kunststoffmaterialien gleich gut anzuwenden, so z.B. für Polyamide/ Polyester, Polyvinylchloride und Polyolefine. Des weiteren ist es für schäumfähige Kunststoffe gut geeignet, da durch die gegebene gleichmäßige Verweiizeit eine gleichmäßige Porenstruktur erzeugt wird.

Aufgrund der gewählten Ausbildung und Anordnung des Schmelzekanals können Anströmrichtung und Ausströmrichtung in nahe beieinanderliegenden Parallelebenen vorgesehen werden. Dies ist von Bedeutung für die günstige Anordnung der in einer Extrusionslinie angeordneten Schneckenpresse vor dem Extrusionswerkzeug und den vorgesehenen Nachfolgevorrichtungen, wie z.B. Gießwalze, Kühlwalze, Glättwalzwerk usw., im Anschluß an das Extrusionswerkzeug. Der weitere Vorteil liegt darin, daß der Schmelzekanal im Querschnitt gesehen mit einem geringen Platzbedarf im Extrusionswerkzeug untergebracht ist. Dennoch weist der Schmelzekanal eine ausreichende Länge für einen günstigen Schmelzefluß und eine günstige Verweilzeit auf. Es befinden sich ferner die durch den Schmelzedruck beaufschlagten Kanalflächen in parallelen Ebenen zueinander. Der ohnehin niedrige Schmelzedruck kann hierdurch günstig durch die vorgesehenen Verbindungsmittel, bevorzugt Schrauben, aufgenommen werden. Diese Schrauben sind im nahen Abstand zum Schmelzekanal über die Werkzeugbreite in einer Reihe verteilt angeordnet.

Ein solches Extrusionswerkzeug ist ferner einfach im Aufbau, die Kanalflächen können günstig gefertigt und bearbeitet werden und die Extrusionswerkzeugbauteile, bevorzugt Plätten, können einfach zusammengebaut und günstig gereinigt werden. Die erforderlichen Heizmittel sind außerdem günstig und nahe am Schmelzekanal anzuordnen.

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Bei Plattenbauweise des Extrusionswerkzeuges können die Platten, die die kurvenförmigen Konturen aufweisen, austauschbar angeordnet werden. Auf diese Art und Weise kann der Schmelzekanal im Bereich des konkav gekrümmten Umlenkspaltes einfach geändert werden, indem Platten mit verschiedenen Konturen gegeneinander ausgewechselt werden.

Die Kanalkontur an den beiden Faltstellen des Schmelzekanals kann eben oder gekrümmt ausgebildet sein. Gekrümmte Faltstellen sind für thermisch empfindliche Schmelzen, wie z.B. Polyvinylchlorid, zu bevorzugen. Zum Zwecke eines beruhigten Schmelzeflusses am Anfang des Schmelzekanals kann im Bereich gegenüber der Mündung des Einlaßkanals eine leicht kehlförmige Ausnehmung im Schmelzekanal vorgesehen sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Extrusionswerkzeug, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

Das Extrusionswerkzeug besteht im wesentlichen aus den Plattengruppen 1 und 2, wobei jede Gruppe in Einzelplatten unterteilt sein kann, und den Seitenplatten 11 und 12. Es weist einen im Querschnitt S-förmig gefalteten Schmelzekanal auf (Fig. 1), dessen einzelne Abschnitte mit 3,4,5,6 und 7 bezeichnet sind. Der Schmelzekanal geht in einen Austrittsdüsenspalt 8 über. Dieser kann auch einen der Strichpunktmarkierung 8* entsprechenden Verlauf aufweisen. Die Abschnitte 4 und 6 sind die Faltstellen des umgelenkten Schmelzekanals. Der Einlaßkanal für das Extrusionswerkzeug ist mit 9 und eine (strichliert) dargestellte Einspeisedruckleitung für die Schmelze 1st mit IO bezeichnet. Der Abschnitt 6 des Schmelzekanals in Form der zweiten Faltstelle 1st als gekrümmter Spalt ausgebildet, und zwar in

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einer Ebene senkrecht zu den parallelen Kanalflächen 3,5 und 7. Es handelt, sich hierbei um einen geometrisch einfachen Bogen- Die Konstruktion erfolgt aufgrund der erforderlichen geometrischen Weglängen, die die einzelnen Stromfäden der Schmelze unter Berücksichtigung der Werkzeugbreite und der Ausbildung des Schmelzekanalabschnitts in Form des Verteilerkanals vom Einlaß bis zum Auslaß zurücklegen. Der gekrümmte Spalt 6 dient allein dem Zweck des Kanallängenausgleichs.Die Umlenkfließwege sind in der Werkzeugmitte, über die Werkzeugbreite gesehen, länger als an den Werkzeugrändern. Aufgrund dieser Kanalkonzeption ist eine gleichmäßige Verteilung der Schmelze über die Werkzeugbreite bei verhältnismäßig niedrigem Schmelzedruck und konstanter Spaltweite zu erreichen, wobei sich ein Strömungsprofil ergibt, das über die Werkzeugbreite im wesentlichen geradlinig verläuft, vergl. SP in Fig. 2.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Extrusionswerkzeug zum Herstellen von Bahnen aus Kunststoff, insbesondere thermoplastischen Kunststoffen, mit einem flach geometrischen Schmelzekanal, der aus einem
   Verteilerkanal, einem Umlenkkanal und einem Breitschlitzdüsenspalt besteht und durch den ein ungeteilter Kunststoff strom mit angenähert gleich langen Stromfäden fließt, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Querschnitt S-förmig zusammengefalteter Schmelzekanal (3-8) mit gleichbleibender Spaltweite vorliegt, bei dem eine Faltstelle (6) für den Kanallängenausgleich über die Werkzeugbreite
   gekrümmt ausgebildet ist.

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