DE2343660C2

DE2343660C2 - Schlitzdüse

Info

Publication number: DE2343660C2
Application number: DE2343660A
Authority: DE
Inventors: Marvin Ellwerth 93111 Santa Barbara Calif. Wallis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-09-05
Filing date: 1973-08-30
Publication date: 1983-11-24
Also published as: JPS49133463A; FR2197716B3; JPS5835860B2; US3861850A; GB1439830A; CA1017511A; DE2343660A1; FR2197716A1

Description

a) eine oder beide der die Spaltöffnung (31) bildenden Innenwände (32, 39) sind zur Ebene der Spaltöffnung (31) konkav verlaufend und in Richtung auf die Spaltöffnung (31) konvergierend ausgebildet;

b) die Umrißlinien der Seitenabschnitte (43, 44) sind als Gerade ausgebildet, die unter einem Winkel von 20 bis 35° gegen die Mittellinie geneigt sind; und

c) die Lippen (38) sind im zentralen Abschnitt (42) breiter ausgebildet als in den beiden Seitenabschnitten (43,44).

2. Schlitzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltöffnung (31) in ihrem zentralen Abschnitt (42) schmaler als in den Seitenabschnitten (43,44) ist.

40

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schlitzdüse zum Extrudieren von Folien aus hochviskosem, thermoplastischem Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Schlitzdüse ist aus der US-PS 31 62 897 für hochviskose thermoplastische Kunststoffe bekannt. Eine biaxiale Streckung der extrudierten Folie und eine entsprechende Ausrichtung der Moleküle beim Spritzvorgang verbessert die Festigkeitseigenschaften der Folie. Im bekannten Falle wird diese biaxiale Streckung teilweise durch die Ausbildung der Schlitzdüse und zum anderen dadurch erreicht, daß die Folie schneller aufgewickelt wird als dies der Spritzgeschwindigkeit entspricht. Wenn die Folie verwendet werden soll, um unmittelbar Gegenstände einzuhüllen, so läßt sich die biaxiale Streckung nur umständlich erzielen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schlitzdüse anzugeben, die aufgrund ihrer Ausgestaltung unmittelbar zu einer biaxialen Streckung der extrudierten Folie führt und der Extrusionsvorgang beliebig angehalten und gestartet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schlitzdüse ist dem einzigen Unteranspruch zu entnehmen.

Dabei wird davon ausgegangen, daß es aus der US-PS 29 73 551 bei einer Breitschlitzdüse bereits bekannt ist, beide der die Spaltöffnung bildenden Innenwände zur Ebene der Spaltöffnung konkav verlaufend und in Richtung auf die Spaltöffnung konvergierend auszubilden.

Weiterhin ist es bei einer Breitschlitzdüse nach der US-PS 29 71222 bekannt, die Spaltöffnung :n ihrem zentralen Abschnitt schmaler als in den Seitenabschnitten auszubilden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht einer Verpackungsvorrichtung, bei der eine Schlitzdüse Verwendung findet,

Fig.2 eine Ansicht der Schlitzdüse, gesehen in Richtung der Pfeile II-II in F i g. 1,

F i g. 3 eine vergrößerte Seitenansicht der in F i g. 1 gezeigten Schlitzdüse,

Fig.4 eine Vorderansicht der Schlitzdüse nach F i g. 3, gesehen in Richtung der Pfeile IV-IV,

Fig.5 eine Rückansicht der Schlitzdüse gemäß F i g. 3, gesehen in Richtung der Pfeile V-V,

F i g. 6 einen Vertikalschnitt durch die in den F i g. 3 bis 5 gezeigte Schlitzdüse, entlang der Linie VI-VI in Fig. 4,

F i g. 7 einen Vertikalschnitt durch die in den F i g. 3 bis 5 gezeigte Schlitzdüse, entlang der Linie VII-VII in Fig. 6,

F i g. 8 einen Vertikalschnitt längs der Linie VIII-VIII in F i g. 6,

F i g. 9 einen Horizontalschnitt durch die Schlitzdüse, entlang der Linie IX-IX in F i g. 6, und

Fig. 10 einen Horizontalschnitt durch die Schlitzdüse, entlang der Linie X-X in F i g. 6.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schlitzdüse 11 wird in Verbindung mit einer Verpackungsmaschine beschrieben, wie sie in der US-PS 31 62 897 erläutert ist. Die Schlitzdüse 11 extrudiert einen Bogen oder Folie 12 aus geschmolzenem Kunststoff; die Folie 12 wird unmitttlbar um Gegenstände 13 in der dargestellten Art herumgelegt und als Hülle verschlossen. Dies stellt einen bevorzugten Anwendungsfall der Schlitzdüse 11 dar, sie kann jedoch auch zum Extrudieren einer geraden Folie 12' oder Bogens verwendet werden, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist, wobei der Förderer unter der Schlitzdüse 11 weggelassen ist, so daß lange Bahnen der Folie 12' gekühlt und auf eine Rolle zur späteren Verwendung aufgewickelt werden können.

Wie man aus den Fig.3 bis 10 erkennt, weist die Schlitzdüse U einen Grundkörper 16 auf, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Basisteil 16a und eine Kappe 16i> besitzt, die zusammen einen inneren zentralen Hohlraum 17 umschließen, wie man am besten aus F i g. 6 erkennt. Mit dem Hohlraum 17 steht ein Einlaßkanal in Verbindung, der durch eine zentrale Bohrung 18 gebildet wird, die sich bei der üblichen Anordnung der Schlitzdüse 11 vertikal nach unten in den Hohlraum 17 von einem darüberliegenden, einen Kunststoffvorrat aufnehmenden Kanal 19 erstreckt. Der Kanal 19 ist in einem Schlitzdüsenträger 21 ausgebildet, der in den F i g. 6, 7 und 8 mit strichpunktierten Linien dargestellt ist und eine untere horizontale Fläche 22 aufweist, an der die Schlitzdüse 11 mittels Schrauben 26, 27, 28 und 29 in der dargestellten Weise angeschraubt ist. Der Schlitzdüsenträger 21 kann durch den unteren Abschnitt eines Speicherbehälters oder einer Kammer zur Zwischenspeicherung des geschmolzenen Kunststoffs gebildet werden, die über der Schlitzdüse 11 angeordnet ist.

Auf diese Weise wird der hochviskose flüssige Kunststoff unter Druck nach unten durch den Etigangskanal der Schlitzdüse 11 gedrückt, der durch die Bohrung 18 gebildet wird, und in den Hohlraum 17 hinein; von dort wird der Kunststoff als dünne Folie 12 oder Bogen durch eine Spaltöffnung 31 LXtrudiert, die sich am Umfang um einen Teil des Hohlraumes 17 erstreckt Die geometrische Gestalt des Hohlraums 17 und der Spaltöffnung 31 ist von wesentlicher Bedeutung für die Herstellung einer geeigneten Folie 12. Die Schlitzdüse 11 Ist im wesentlichen so gestaltet, daß die Folie 12 über eine schmale oder dünne Lippe 38 oder einen Streifen an der Spaltöffnung 31 geformt wird, der den Hohlraum 17 von der Außenseite der Schlitzdüse 11 trennt .

Im einzelnen ist der Hohlraum 17 so geformt, daß eine innere Hohlraumwand 32 im Basisteil 16a gebildet wird, die in einer durch den Grundkörper verlaufenden Ebene konkav gekrümmt ist, wobei im vorliegenden Beispiel diese Ebene durch die Schnittlinien VII-VII in Fig.6 angedeutet ist Die konkave Krümmung der Innenwand 32 erkennt man am besten in Fig. 7, in der diese Ebene in der Zeichenebene liegt. In dieser Ebene und benachbart dazu liegt eine konvexe Außenfläche des Grundkörpers 16, die hier von den Flächen 36 und 37 des Basisteils 16a und der Kappe 16£> gebildet wird, wobei diese Flächen 36 und 37 im wesentlichen angenähert parallel zu der inneren Innenwand 32 in der obengenannten Ebene verlaufen. Wie man am besten aus F i g. 7 erkennt, begrenzen die Innenwand 32 und die äußere Fläche 36 des Basisteils 16a einen schmalen Streifen oder eine längliche Lippe 38 in der Ebene der F i g. 7, der sich in dieser Ebene am Umfang um die Innenwand 32 und die äußere Fläche 36 erstreckt.

Die Lippe. 38 begrenzt zusammen mit einer gegenüberliegenden, durch eine Ausnehmung gebildete Innenwand 39 der Kappe \6b die Spaltöffnung 31, wie man am besten aus F i g. 6 erkennt. Die Spaltöffnung 31 wird daher von dem Teil der Innenwand 39 gebildet, der sich mit der Lippe 38 deckt, so daß die Folie 12 aus *o einem zentral angeordneten Hohlraum 17 radial nach außen von dort (Pfeile 41 in Fi g. 7) durch eine schmale Öffnung extrudiert wird, die sich am Umfang um einen Teil des Hohlraums 17 erstreckt.

Um das gewünschte fächerartige Ausbreiten oder Spreizen der Folie 12 von der Schlitzdüse 11 nach außen zu erreichen, wie es in F i g. 8 dargestellt ist, sind die Innenwand 32 und die Außenflächen 36 und 37 so gestaltet, daß die Spaltöffnung 31 von einem zentral angeordneten halbkreisförmigen Abschnitt 42 und zwei >" geraden Seitenabschnitten 43 und 44 gebildet wird, die im wesentlichen tangential zum Abschnitt 42 verlaufen. Auf diese Weise erstreckt sich die Spaltöffnung 31 in ihrer Längsrichtung innerhalb der Ebene der F i g. 7 am Umfang um den halbkreisförmigen Abschnitt 42 und im wesentlichen geradlinig längs der geraden tangentialen Seitenabschnitte 43 und 44. Dadurch wird die Folie 12 radial zu dem Abschnitt 42 und im wesentlichen senkrecht von den Seitenabschnitten 43 und 44 extrudiert.

Es hat sich gezeigt, daß der Winkel, unter dem die Seitenabschnitte 43 und 44 der Schlitzdüse 11 von der radialen Mittellinie des halbkreisförmigen Abschnitts 42 verlaufen, im dargestellten Beispiel entsprechend der vertikalen Mittellinie durch die Schlitzdüse, von großer ^b5 Bedeutung ist, um das gewünschte fächerartige Ausbreiten der Folie 12 zu erreichen. Die seitlichen Abschnitte 43 und 44 verlaufen mil ihrer Längsrichtung tangential nach außen von dem Abschnitt 42 weg, und zwar unter einem Winkel von 20 bis 35° in bezug auf die vertikale Linie, wie in F i g. 7 dargestellt Dadurch erreicht man, daß die Folie 12, die sich von den Seiienabschnitten 43 und 44 wegbewegt, sich nicht nur radial aus dem Hohlraum 17 herausbewegt, sondern auch mit einer Komponente nach vorn von der Schlitzdüse 11 weg, d. h. in diesem Falle nach unten und weg von dem Schlitzdüsenträger 21.

Eine größere vertikale Neigung der Seitenabschnitte 43 und 44 kann dazu führen, daß die Folie 12 an ihren äußeren Abschnitten Falten wirft Andererseits kann eine größere horizontale Neigung der Seitenabschnitte 43 und 44 dazu führen, daß die Folie 12 so schnell extrudiert wird, daß sie nicht mehr handhabbar ist

Bei der dargestellten Schlitzdüse, bei der der Radius des Abschnitts 42 ungefähr 12 mm (V₂ Zoll) beträgt und die Seitenabschnitte 43, 44 ebenfalls ungefähr 12 mm (V₂ Zoll) lang sind, sind die Abmessungen der Spaltöffnung 31 und die Breite der Lippe 38 wie folgt Die Spaltöffnung 31 kann einen Spalt zwischen 0,08 und 0,64 mm (0,003 und 0,025 Zoll) zwischen den gegenüberliegenden Flächen aufweisen. Wie dargestellt, wird hier der Spalt durch die Innenwand 39 der Ausnehmung an der Kappe 166 gebildet; die Ausnehmung kann durch Schleifen oder in anderer Weise hergestellt sein. Die Breite der Lippe 38 kann im Bereich von 0,25 bis 2,0 mm 11 bis 0,080 Zoll) liegen. Diese Breite kann außerdem ■: '.albkreisförmigen Abschnitt 42 im Vergleich zu den S^itenabschnitten 43 und 44 bewußt unterschiedlich gewählt werden, um eine Einflußmöglichkeit auf die extrudierte Folie 12 zu schaffen. In diesem Fall ist die Breite der Lippe 38 nahe dem Abschnitt 42 1 mm (0,040 Zoll) und damit größer als die Breite von 0,76 mm (0,030 Zoll) entlang den Seiten. Die größere Lippenbreite am Abschnitt 42 führt dazu, daß man eine gleichmäßigere Verteilung der Folie 12 erhält, weil dadurch mehr Material an dem schmaleren Lippenabschnitt an der Seite austritt.

Der Winkel der Seitenabschnitte 43 und 44, die Breite der Lippe 38 und die Spaltbreite der Spaltöffnung 31 können relativ zueinander so eingestellt werden, daß man die Bildung der Folie 12 steuert, insbesondere die Foliendicke und die Strömungsgeschwindigkeit. Der Neigungswinkel der Seitenabschnitte 43 und 44 beeinflußt den horizontalen Vorschub der Folie 12, ebenso die Breite der Lippe 38 an den Seiten. Eine Erhöhung des horizontalen Vorschubs oder der horizontalen Bewegungskomponente der Folie 12 wirkt wie die Flügelklappen eines Flugzeugs und setzt die Geschwindigkeit der Folienextrusion herab.

Wichtig ist auch, daß der Hohlraum 17 so geformt ist, daß die Innenwände 32 und 39 zu der Spaltöffnung 31 abfallen oder konvergieren. Diese Gestaltung des Hohlraums 17 führt zu einer sanften und unbehinderten Beschleunigung des durch Druck vorgetriebenen Materials, so daß es beim Erreichen der Spaltöffnung 31 seine geeignete Austrittsgeschwindigkeit erhaben hat. Im einzelnen ist die Innenwand 32 so gestaltet, daß zusammen mit der gegenüberliegenden Wand 46 und der Innenwand 39 der Ausnehmung der Kappe 16i>, der Hohlraum 17 so begrenzt wird, daß ein innerster Teil von größtem Querschnitt nahe zur Bohrung 18 und entfernt von der Spaltöffnung 31 liegt. Von dieser innersten Stelle fällt die Innenwand 32 zu der Ebene der Spaltöffnung 31 in radialer Richtung nach außen ab, so daß sie die Spaltöffnung 31 am Umfang schneidet und mit der Lippe 38 zusammenkommt, wie in den F i g. 6, 7,

9 und 10 dargestellt.

Der obere Abschnitt des Hohlraums 17 ist hier durch eine Wand 47 begrenzt, die in dem Basisteil 16a ausgebildet ist und sich nach außen von einem Schnittbereich der Bohrung 18 mit der Wand 47 zu den oberen Enden der Seitenabschnitte 43 und 44 erstreckt, wie in F i g. 7 dargestellt. Die Spaltöffnung 31 ist an den oberen Enden der Seitenabschnitte 43 und 44 durch eine obere Schulter 48 der durch eine Ausnehmung gebildeten Innenwand 39 begrenzt; die Schulter 48 ist ungefähr dort angeordnet, wo die Wand 47 mit den Seitenabschnitten 43 und 44 der Lippe 38 zusammentrifft.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Schlitzdüse 11 ist der Hohlraum 17 einseitig im wesentlichen innerhalb des Basisteiis 16a ausgebildet; eine (nicht gezeigte) Alternative des Schlitzdüsenaufbaus kann darin bestehen, einen gleichen Hohlraumabschnitt innerhalb der Kappe 166 vorzusehen, so daß beide Innenwände 32, 39, die den Hohlraum 17 bilden, zur Austrittsöffnung abfallen. Die Bohrung 18 kann rechtwinklig oder länglich-oval geformt sein und mit derartigen doppelten Hohlräumen zusammenpassen, so daß die Strömung des Kunststoffs über die Lippe 38 glatt und unbehindert erfolgen kann.

Das von der Schlitzdüse 11 gebildete Gehäuse ist vorzugsweise mit einem Ventil versehen, das so nahe wie möglich am Hohlraum 17 angeordnet ist, um die Strömung des viskosen Kunststoffes zu dem Hohlraum 17 anzuhalten, um die extrudierte Folie 12 plötzlich zu unterbrechen oder zu starten. Dazu ist beim geschilderten Ausführungsbeispiel ein Ventilschieber oder Zylinder 51 vorgesehen, der drehbar innerhalb einer Bohrung 51 angebracht ist, die sich quer zu der Bohrung 18 erstreckt und diese schneidet. Der Zylinder 51 ist mit einer Ventilöffnung 53 versehen, die sich quer zu dem Zylinder erstreckt, so daß sie mit der Bohrung 18 zum Fluchten gebracht werden kann, wie in F i g. 6 dargestellt, um eine freie Strömung des Kunststoffs nach unten in den Hohlraum 17 zu ermöglichen. Vorzugsweise erstrecken sich die Bohrung 18 und die Ventilöffnung 53 in ihrer Längsrichtung im wesentlichen fluchtend mit der Öffnung 31 und münden in den Hohlraum 17 an einer Stelle, die von der Öffnung 31 entfernt ist. Dies ermöglicht eine glatte Strömung des hochviskosen Kunststoffs unmittelbar durch den Hohlraum 17 hindurch zur Extrusion an der Spaltöffnung 31.

Der Zylinder 51 ist durch eine Betätigungseinrichtung 56 drehbar, wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt, die auf einen Achszapfen 57 wirkt, der mit dem Zylinder verbunden ist, um diesen wahlweise ungefähr um 7₄ Umdrehung zu drehen, um die Öffnung 53 außer Fluchtung zu bringen und dadurch den Eintrittskanal zu schließen oder zu blockieren, der durch die Bohrung 18 gebildet wird.

Das Ventil oder der Zylinder 51 wird in der Schlitzdüse 11 dadurch gehalten, daß er mit seinem axialen Ende am Zapfen 57 gegen eine Endwand 58 der Bohrung 52 anliegt, die durch eine Wand 46 der Kappe 166 gebildet wird, und daß das andere Ende durch ein Abstandsstück 59 gehalten wird. Ein Haltering 61 isl innerhalb der Bohrung 52 angebracht, wie in F i g. 6 gezeigt, um das Abstandsstück 59 festzulegen. Es sind Dichtungen vorgesehen, im vorliegenden Beispiel in Form von federbelasteten PTFE-Ringen in O-Ring-Nuten 62 und 63, die sich am Umfang um das Ventil oder den Zylinder 51 erstrecken, um den Austritt von Flüssigkeit aus der Bohrung 52 zu verhindern. Dieser Flächenbereich zwischen den Ringen 62 und 63 kann kegelförmig sein, wobei federbelastete Ringe an den Enden des Kegels angeordnet sind.

Der Zapfen 57 ist drehbar in einer Büchse 64 gelagert, die innerhalb einer Bohrung 66 der Kappe 16i angeordnet ist, wie in der Zeichnung dargestellt. Zwischen einem oberen Abschnitt der Bohrung 18 und dem Träger 21 ist ebenfalls eine Dichtvorrichtung vorgesehen, hier in der Form eines O-Rings 67.

Die Kappe 166 ist mittels zweier Paßstifte 68 und Schrauben 71 und 72 am Basisteil 16a zentriert und befestigt, wobei die Wand 46 eine Fläche des Basisteils 16a in der Ebene der Lippe 38 berührt.

Um eine stärkere Ansammlung von Kunststoff an der Austrittsseite der Spaltöffnung 31 zu verhindern, sind das Basisteil 16a und die Kappe 166 mit sich am Umfang erstreckenden Nuten 73 und 74 versehen, um die Flächen 36 und 37 nahe der öffnung zu verringern und dadurch eine Materialansammlung darauf zu verhindern.

Wenn der Kunststoff dem Hohlraum 17 der Schlitzdüse 11 in geschmolzenem viskosem Zustand mit optimaler Temperatur zugeführt wurde, ist es wichtig, diese Temperatur an der Extrusionsöffnung aufrechtzuerhalten. Zu diesem Zweck sind thermoplastisch gesteuerte Heizelemente 76 und 77 für das Basisteil 16c und die Kappe 166 (in Fig.3, 4 und 5 mit strichpunktierten Linien dargestellt) an dem Basisteil 16c bzw. der Kappe 166 der Schlitzdüse 11 angebracht Der Kunststoff wird auf diese Weise genau auf der optimalen Extrusionstemperatur gehalten, beispielsweise 204⁰C (400⁰F.), bis der Kunststoff durch die Spaltöffnung 31 abgegeben wird.

Mit dem beschriebenen Extrusionskopf 11 ist es möglich, eine Folie oder einen Bogen zu erzeugen, dessen Breite 5 bis 20mal größer ist als die Längenabmessung der Spaltöffnung 31, d. h. die gestreckte Länge der Öffnung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schlitzdüse zum Extrudieren von Folie aus hochviskosem, thermoplastischem Kunststoff, welche zum Einhüllen von Gegenständen geeignet ist, bestehend aus einem Düsenkörper mit einem darin angeordneten Hohlraum, der von zwei Innenwänden begrenzt wird, die in eine längliche Spaltöffnung übergehen, wobei die äußere Umrißlinie der durch Lippen gebildeten Spaltöffnung in der Ebene der Extrusionsrichtung gesehen, einen konvex verlaufenden, zentral angeordneten halbkreisförmigen mittleien Abschnitt aufweist, an den sich jeweils seitlich ein Seitenabschnitt anschließt, dessen Umrißlinie sich tangential in den halbkreisförmigen Abschnitt erstreckt, und dem über einen Einlaß der hochviskose Kunststoff zugerührt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: