DE2352538A1

DE2352538A1 - Verfahren zur herstellung von strangfoermigen kunststoffprofilen sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2352538A1
Application number: DE19732352538
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Reichert; Eberhard Dipl Ing Uhland
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1973-10-19
Filing date: 1973-10-19
Publication date: 1975-04-30
Also published as: FR2248138A1

Description

CHEMISCHE ¥ERKS HÜLS AG
- RSP PATENTE -

4370 Mari, den18. Oktober I973 7450/Go

Unser Zeichen; O.Z. 2744

Verfahren zur Herstellung von strangförmigen Kunststoffprofilen sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung richtet sich einerseits auf ein Verfahren zur Herstellung von strangförmigen, gegebenenfalls hohlen Kunststoffprofilen, wie z.B. Leisten oder Rohre, welche einen geschäumten Kernkörper aufweisen, der von einem hinsichtlich seiner Wandstärke definierten Mantel aus Kompaktmaterial umschlossen ist. ' .

Andererseits bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens. · .

Es bildet Stand der Technik, einer fließfähigen Schmelze aus thermoplastischem Kunststoff und gegebenenfalls Porenreglersubstanz innerhalb eines Extruders an unterschiedlichen Stellen und unter verschiedenen Bedingungen feste, flüssige oder gasförmige Treibmittel zuzuführen. Ferner ist es'bei einem Schneckenextruder bekannt, die thermoplastische Schmelze nach der Zugabe eines Treibmittels durch der Extruderschnecke zugeordnete Mischeinrichtungen zu durchmischen ο ' ...

Die vorgenannten Verfahren weisen den Machteil auf, daß das Treibmittel der gesamten Schmelze zugegeben und.auch mit der gesamten Schmelze gemischt wird. Nach dem Verlassen des Extrusionswerkzeuges besteht .deshalb die Gefahr, daß die solchermaßen in ihrer Gesamtheit mit Treibmittel versehene Schmelze nicht nur im innenliegenden Kernbereich, sondern auch im Mantelbereich auf-99/72 ·

4 Zeichnungen

5098 18/1134

- 2 - O.Z. 2744

18.10.1973

schäumt. Dies hat zur Folge, daß die Außenfläche des Strangprofils nicht glatt, sondern in der Regel durch aufplatzende Treibmittelbläschen besonders rauh wird. Es ist mithin nicht möglich, die nach diesen Verfahren hergestellten Profile mit einem geschäumten Kernkörper zu versehen, der von einem hinsichtlich der Wandstärke definierten Mantel aus Kompaktmaterial mit glatter Außenfläche umschlossen ist.

Da bei den bekannten Verfahren auch vermieden werden muß, daß die bereits im Extruder mit Treibmittel versehene Kunststoffschmelze noch innerhalb des Extruders und des Ausformwerkzeuges aufschäumt, ist es außerdem erforderlich, die Kunststoffschmelze nach der Treibmittelzugabe unter erheblichem Druck bei gleichzeitiger Temperaturab'senkung zu halten. Dies kann jedoch nur mit einer relativ aufwendigen Verfahrenstechnik durchgeführt werden, wozu weiterhin sehr lange und leistungsstarke Extruder notwendig sind, die dementsprechend teuer sind. Aufgrund der durch die niederen Temperaturen der Schmelze bedingten hohen Viskosität und der relativ großen Schneckendurchmesser und langen Schnecken erfordert die Durchmischung der treibmittelhaltigen Schmelze mit Hilfe der der Extruderschnecke zugeordneten Mischeinrichtungen ein hohes Drehmoment und somit eine große Leistung des Antriebes, wodurch sich die Anlagenkosten beträchtlich erhöhen.

Ferner ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine mit Treibmittel versehene Kunststoffschmelze, aus einem Hohlkammerprofilwerkzeug in eine Kalibrierung extrudiert wird. In der Kalibrierung wird die Außenfläche des Profils stark abgekühlt. Damit wird versucht, die außenliegenden Zonen des Profiles am Aufschäumen zu hindern, während die Kunststoffschmelze nach innen ungehindert in den Hohlraum schäumen kann. Bei diesem Verfahren treten jedoch dieselben Schwierigkeiten wie bei den vorhergenannten Verfahren auf. Außerdem läßt sich kein kompakter Mantel mit definierter Wandstärke erzielen. Aufgrund der geringen Wärmeleitung des Kunststoffes ist ferner keine definierte Zellbildung über den Querschnitt des Profiles nur durch- Berührung mit der gekühlten

5 09818/1134

18.10.1973

Wandung der Kalibrierung erreichbar. Da bei diesem Verfahren die ■ Außenschicht, d.h. der Mantel des Profiles, nicht aufschäumen soll, jedoch auch Treibmittel enthält, wird folglich Treibmittel nutzlos verwendet.

Schließlich zählt eine Vorrichtung zum Stand der Technik, bei der ein nicht schäumbarer thermoplastischer Kunststoff durch eine Schlitzdüse mit in' der Umrißform eines flachen Prismas angeordneten Austrittsschlitzen in eine kastenförmige gekühlte Kalibrierung extrudiert wird. Der zunächst noch genügend plastische Kunststoff wird von einer Ansaugvorrichtung an der Kalibrierwand gleitend gehalten und verfestigt sich in den nachgeschalteten Kühlzonen des Kalibrierraumes als Mantel des Profils. Gleichzeitig tritt aus einer zentrisch angeordneten Düse schäumbarer Kunststoff in den Kalibrierraum aus und füllt den Innenraum des Profils mit Schaum. Diese Vorrichtung erlaubt es zwar, die Wandstärke des Mantels reläiv genau festzulegen, sie setzt jedoch den Einsatz von zwei zusammenwirkenden Extrudern voraus, da für den Mantel ein nicht schäumbarer Kunststoff und für den Kernkörper ein schäumbarer Kunststoff verwendet wird. Auch diese Vorrichtung sowie das mit ihr durchführbare Verfahren sind aufgrund des hohen maschinentechnischen Aufwandes und des Verwendungszwanges von zwei unterschiedlichen Kunststoffen nicht mit wirtschaftlichem Erfolg einsetzbar. '

- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde _a ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, gemäß welchen strangförmige Kunststoffprofile mit einer von der Schaumstruktur des Kernbereichs unabhängigen, einstellbaren Wanddicke des Mantels bei geringem Verbrauch von Treibmitteln und bei einer einfachen verfahrenstechnischen Handhabung hergestellt werden können. '

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrenstechnisch dadurch gelöst^ daß eine Schmelze aus thermoplastischem Kunst- . stoff in mindestens zwei räumlich getrennte, jedoch zueinander

5098 18/1134

- 4 - O.Z. 2744

18.10.1973

im wesentlichen konzentrisch angeordnete Kanäle extrudiert wird, wobei der im äußeren und gegebenenfalls auch im inneren Kanal fließende Mengenanteil des Kunststoffes nach dem Kanalaustritt in eine Kalibrierung überführt wird und zum kompakten Profilmantel ausformt, während dem im inneren bzw. im mittleren Kanal fließenden Kunststoffmengenanteil zusätzlich Treibmittel zugegeben wird, so daß er nach dem Verlassen des Kanals den hier vom kompakten Profilmantel gebildeten Hohlraum ausschäumt. Bevorzugt wird dabei die Kunststoffschmelze aus einem zur Längsachse der Kanäle koaxial oder im Winkel angeordneten Extruder, vorzugsweise einem Schneckenextruder, der Kanalform zugeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet mithin nur eine Extrüsionsanlage und nur einen Kunststoff. Durch die Aufteilung des aus dem Extruder tretenden thermoplastischen Kunststoffstranges in mindestens zwei zueinander annähernd konzentrisch .angeordnete Formkanäle ist es auf kleinstem Räume möglich, die in den Kanälen fließenden Kunststoffmengenanteile für sich gesondert zu behandeln. Auf diese Weise kann beispielsxveise ein rundes Vollprofil mit· einem in der Wandstärke exakt definierten Mantel aus nicht aufgeseh-Eumtem Kunststoff und mit einem Kernkörper aus aufgeschäumtem Kunststoff versehen werden. Zu diesem Zweck wird den im inneren Kanal fließenden Kunststoffmengenanteilen Treibmittel zμgegeben, während die im äußeren Kanal fließenden Kunststoffmengenanteile ohne Zusatz von Treibmittel bleiben. Die Schaumstruktur des Kernkörpers kann-demzufolge völlig unabhängig von dem kompakten Mantel gebildet werden. Die Außenfläche des Mantels bleibt glatt.

Das Verfahren erbringt zudem eine wesentliche Materialersparnis an Treibmitteln, da zur Herstellung des kompakten Mantels keine Treibmittel verwendet werden. Da die Zugabe der Treibmittel nicht im Extruder erfolgt, braucht auch nicht verhindert zu werden, daß der Kunststoff noch im Extruder bzw. im ;Ausformwerkzeug aufschäumt. Der bislang hierzu notwendige hohe Druck gelangt in Fortfall. Es wird somit eine gegenüber dem Stand

509818/1134

- 5 - O.Z. 27kh

18.10.1973

der Technik wesentlich einfachere Verfahrenstechnik angewendet, da das Treibmittel im Mantel nicht durch eine besondere Tempe- raturführung und Werkzeuggestaltung am Aufschäumen gehindert werden muß. Die Extrusionsanlage kann dadurch merklich kürzer gehalten werden. Sie benötigt eine geringere Antriebsleistung und dadurch auch kleinere Getriebe. Die Anlagekosten werden somit

beträchtlich gesenkt. ; '

- ■ ■ «·

Die Erfindung ermöglicht auch den Einsatz sogenannter autogener Extruder mit hohen Schneckendrehzahlen, da eine Verschäumung auch bei relativ hohen Temperaturen erfolgen kann. Durch das natürliche Druckgefälle in Fließrichtung besteht ferner keine Gefahr, daß das Treibmittel in Richtung des Einfülltrichters wandert. Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß das Verweilzeitspektrum der treibmittelbehafteten Kunststoffschmelze enger ist als - wie beim Stand der Technik - bei der Zugabe des Treibmittels im Extruder,

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet darüber hinaus den Vorteil, daß auch Hohlprofile hergestellt werden können, wobei dann sowohl der innere als auch der äußere Mantel des Profiles mit einer definierten Wandstärke ohne Zusa'tz von Treibmittel kompakt hergestellt werden können und der Kernkörper eine Schaumstruktur aufweist. Zu diesem Zweck wird der thermoplastische Kunststoff, aus dem Extruder kommend, in vorzugsweise drei zueinander annähernd konzentrisch liegende Kanäle aufgeteilt. Die im inneren und äußeren Kanal fließenden Mengenanteile des Kunststoffes werden dabei ohne Zusatz von Treibmittel zu den Mantelbereichen ausgeformt, während die im mittleren Kanal fließenden Mengenanteile' einen Treibmittelzusatz erhalten und den geschäumten Kernkörper zwisehen dem Innen -und Außenmantel bilden. ·

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Zugabe der Treibmittel beim .Durchfließen des inneren bzw. mittleren Kanals durchgeführt, wobei es vorteilhaft ist, daß der mit Treibmittel versetzte Mengenanteil des Kunst-

509818/1134

- 6 - O.Z. 2744

18.10.1973

Stoffes durch eine im inneren bzw. mittleren Kanal vorgesehene Mischeinrichtung geführt wird. Die Treibmittelzugabe kann mithin in verschiedenem Abstand vom Austritt aus dem Extruder erfolgen. Durch diese Art der Zugabe des Treibmittels zu der später den Kernkörper bildenden Kunststoffschmelze läßt sich durch Variation des Treibmittel s, des Ortes der Zugabe bzw. des Treibmittelzustandes die Struktur des Schaumkernes in dem gewünschten Umfange einfach beeinflussen. Der Intensivierung der Vermischung .dient dann die Mischeinrichtung.

Nach einem weiteren Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Treibmittelzugabe und die daran anschließende Durchmischung bei Profilen, die einen vom runden Querschnitt abweichenden Querschnitt aufweisen, vorzugsweise in einem Kanalabschnitt durchgeführt wird, der einen runden Querschnitt besitzt.

Ferner ist es aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, daß dem Kunststoff zusammen mit dem Treibmittel oder allein ein Vernetzungsmittel beigegeben wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß innerhalb einer sich axial oder im Winkel an einen Extruder, beispielsweise einen Schneckenextruder, anschließenden, mindestens auf einem Teil ihrer inneren Länge den Umriß des gewünschten Kunststoffprofils aufweisenden Außenform ein in den Außenabmessungen unter dortiger •Kanalbildung um die Dicke des kompakten Mantels gegenüber den Innenabmessungen der Außenform verringerter, mit mindestens einer weiteren kanalartigen längsgerichteten Ausnehmung versehener Einsatz angeordnet ist.

Die Außenform besteht hierbei aus einem Gehäuse, das vorzugsweise mittels eines Flansches an der Stirnwand des Extruders befestigt wird. Der Flansch kann dabei koaxial zu dem Gehäuse oder seitlich des Gehäuses angeordnet sein. Im Innern besitzt die Außenform mindestens im Bereich des Austrittsendes eine sol-

509818/1134

18.10.1973

ehe Kontur, die den Umrissen des gewünschten Profils entspricht. Im Zusammenwirken mit dieser Kontur steht der innenliegende Einsatz, dessen Außenabmessungen so gehalten sind, daß zwischen ihm und der Kontur in der Außenform ein schlitzförmiger Kanalgebildet wird. Ein Mengenteil der Kunststoffschmelze wird mithin durch diesen Kanal fließen und in seinem Endbereich unter Abkühlung die Außenform annehmen, die das spätere Profil erhalten soll. Im Innern besitzt dieser Einsatz mindestens eine längsgerichtete Ausnehmung, durch die ein weiterer Mengenanteil des aus dem Extruder austretenden Kunststoffes fließen kann. Es werden mithin voneinander unabhängige, annähernd konzentrisch zueinander liegende Kanäle gebildet, in denen die jeweiligen Kunststoffmengenanteile einer unterschiedlichen Behandlung unterworfen werden können. Der Einsatz kann in der Außenform lösbar befestigt sein. Er kann aber auch ein fester Bestandteil der Außenform sein. Die Außenform bildet folglich zusammen mit dem inneren Einsatz einen relativ einfach gehaltenen Bauteil, der entsprechend dem geforderten Profil mit wen-igen Handgriffen an der Stirnwand des Extruders ausgewechselt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Einsatz in seinem dem Extruder näehstliegenden Endabschriitt mittels stegartiger, umfangsseitig verteilt angeordneter Rippen in der Außenform festlegbar. Die Rippen dienen dann gleichzeitig der Durchführung von einer oder ' mehreren Treibmittelzüleitungen zu dem inneren Kanal.

Eine weitere zweckmäßige Äusführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die kanalartige Ausnehmung von einer den Einsatz zentrisch auf ganzer Länge durchsetzenden Bohrung gebildet ist. Eine solche Bauart des Einsatzes kann dann _ verwendet werden, wenn die Außenform dem Extruder axial nachgeschaltet ist. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform kann ; aber bei einer axialen Anordnung zum Extruder auch dadurch ge-J kennzeichnet sein, daß die längsgerichteten Ausnehmungen von zwei

509818/113 4

- 8 - O.Z. 2744

18.10.1973

zueinander annähernd konzentrisch angeordneten, vorzugsweise kreisringförmigen Kanälen innerhalb eines mit der Außenform gegebenenfalls einteiligen Einsatzes gebildet sind. Ein solcher Einsatz eignet sich vorzugsweise für die Erzeugung von Hohlprofilen. Hierbei dienen die jeweils innen und außen liegenden Kanäle dazu, den Innen- und Außenmantel des Profils zu formen, wohingegen die im mittleren Kanal fließenden Kunststoffmengenanteile mit Treibmittelzusatz versehen werden und durch Aufschäumen den Kernkörper des Profils zwischen den kompakten Mänteln bilden.

Zur intensiveren Vermischung des Treibmittels in der Kunststoffschmelze kennzeichnet sich ein zweckmäßiges Merkmal der Erfindung dadurch, daß im inneren bzw. im mittleren Kanal eine Mischeinrichtung vorgesehen ist. Dabei kann es vorteilhaft sein, daß die Mischeinrichtung in Abhängigkeit von dem Antrieb des Extruders gestellt ist, wobei die Mischeinrichtung zweckmäßigerweise von einer mit der Schnecke des Extruders verbundenen Verlängerung antreibbar ist. Es ist jedoch auch denkbar, daß das Treibmittel mit einer von der Drehzahl der Extruderschnecke abweichenden Drehzahl in die Kunststoffschmelze eingemischt werden kann. Zu diesem Zweck kennzeichnet sich eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dadurch, daß der Antrieb der Mischeinrichtung über eine Welle erfolgt, die den Schneckenextruder axial durchsetzt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Einsatz von einer in einem Endabschnitt der Außenform befestigten Pinole gebildet, wobei die Außenform mindestens einen lösbaren Bestandteil eines im Winkel angesetzten Extruders bildet, wobei die kanalartige längsgerichtete Ausnehmung die Pinole nur auf einem Teil ihrer Längserstreckung durchsetzt. Bei dieser Ausführungsform tritt die Kunststoffschmelze, aus dem Extruder kommend, seitlich in die Außenform ein. Die Pinole besitzt zu diesem Zweck eine Querbohrung, die mit der inneren kanalartigen Ausnehmung verbunden ist. Auf diese Weise fließt ein Teil der Kunststoffschmelze -in dem von dem Außenumfang der Pinole und

5098 18/1134

18.10.1973

der Innenkontur der Außenform gebildeten Kanal und ein weiterer Teil durch die Querbohrung und durch die längsgerichtete Ausnehmung. Die in dem außenliegenden Kanal fließende Schmelze bildet hierbei später ohne Treibmittelzusatz den kompakten Mantel des Profiles, während die im Innern der Pinole durch den Kanal fließende Schmelze mit einem Treibmittel versehen wird und dann den aufgeschäumten Kernkörper des Profiles bildet. Hierbei ist es zweckmäßig, daß die Treibmittelzufuhr durch die Pinole erfolgt. Zu diesem Zweck besitzt die Pinole eine längsgerichtete Zuführungsbohrung, durch die das Treibmittel in den mittleren Kanal eingeführt werden kann.

Bei dieser letztgenannten Ausführungsform ist es ferner vorteilhaft, daß der Antrieb für die Mischeinrichtung durch den dem Kanalaustritt gegenüberliegenden Endabschnitt der Pinole geführt ist. Auch hier kann der Antrieb in Abhängigkeit von dem Antrieb des Extruders gestellt sein» Es ist jedoch auch denkbar, daß das Treibmittel mit einer von der Drehzahl der Extruderschnecke abweichenden Drehzahl in die Kunststoffschmelze eingemischt wird.

Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung sind in den Kanälen Einbauten, beispielsweise in Form von Lochscheiben oder Engstellen, vorgesehen, wobei der Fließwiderstand in den Kanälen einstellbar ist. Mit Hilfe dieser Maßnahme können die Kunststoffmengen, die durch den .äußeren bzw. den mittleren sowie den inneren Kanal fließen, exakt aufeinander abgestimmt werden.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. .Es zeigen:

Fig.' 1 im vertikalen Längsschnitt eine Vorrichtung zur Erzeugung von strangförmigen Kunststoffprofilen,

Fig. 2 ebenfalls .im vertikalen Längsschnitt ein weiteres Beispiel einer erfinäungsgemäßen Vorrichtung,

50 98 18/113 4

18.10.1973

Pig. 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im vertikalen Längsschnitt in winkliger Zuordnung zu einem Extruder und

Fig. 4 ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung im vertikalen Längsschnitt.

In der Fig. 1 ist mit 1 der Endabschnitt eines Extruders mit horizontalliegender Schnecke 2 bezeichnet. Koaxial zu der Mittelachse der Schnecke 2 ist an der Stirnseite 3 des Extruders eine gehäuseartige Außenform 4 mit Hilfe eines Flansches 5 lösbar befestigt.

Im Inneren der Außenform 4 ist ein Einsatz 6 angeordnet, der mit seinem freien Endabschnitt 7 iⁿ der Ebene des freien Endabschnittes 8 der Außenform 4 liegt. Der innere Endabschnitt 9 befindet sich in nur geringem Abstand von der Spitze 10 der Schnecke 2. Der Einsatz β ist mittels Stegen 11, die am Außenumfang 12 gleichmäßig verteilt vorgesehen sind, in der Außenform 4 festgelegt.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besitzt die Außenform 4 im freien Endabschnitt 8 eine Innenkontur 13, welche dem Außendurchmesser eines runden Kunststoffvollprofiles entspricht. Diese Kontur 13 erweitert sich konisch im mittleren Längenbereich l4 der Außenform 4 bis auf einen Durchmesser 15j der etwa dem Durchmesser des Schneckenkahals 16 im Extruder bemessen ist.

Die der Spitze 10 der Schnecke 2 zugewandte Stirnseite 17 des Einsatzes 6 ist sowohl außen- als auch innenseitig konisch abgeschrägt, so daß eine ringförmige Schneide 18 gebildet wird.

Der Einsatz 6 besitzt ferner eine in Längsrichtung durchgehende Bohrung 19.

Die mit Hilfe der Schnecke 2 plastifizierte Kunststoffschmelze wird in dem Raum 20 zwischen der inneren Stirnseite 17

509818/1 134

- 11 - O.Z. 2744

18.10.1973

des Einsatzes 6 und der Schneckenspitze 10 an der Ringschneide l8 des Einsatzes geteilt und fließt einmal in den äußeren Kanal . 21 und zum anderen in den inneren Kanal 19.

Die den äußeren Kanal 21 durchfließende Kunststoffschmelze wird nach dem Verlassen des Kanals in ein gas- oder flüssigkeits-. gekühltes Kalibrierwerkzeug 22 geführt, worin zusammen mit dem Mantel 27 die äußere Form des Profiles 23 festgelegt und das Profil gleichzeitig abgekühlt wird. Mit 24 ist eine von vorzugsweise zwei Leitungen bezeichnet, die der Zu- bzw. Abführung des Kühlmittels dienen. .

Die im inneren Kanal 19 fließende Kunststoffschmelze wird mit einem Treibmittel 25 versetzt. Dieses Treibmittel wird durch eine Leitung 26 zugeführt, welche quer.zu dem inneren Kanal 19 einen Befestigungssteg 11 des Einsatzes 6 durchsetzt. Es können auch mehrere dieser Leitungen vorgesehen sein.

Die den inneren Kanal 19 durchströmende und Treibmittel enthaltende Kunststoffschmelze schäumt nach Verlassen des Kanals auf und füllt den vom kalibrierten Mantel 27 gebildeten Hohlraum 28 des Profiles 23 aus. Auf diese Weise wird ein Vollprofil erzeugt, das eine definierte Wandstärke 27 aus kompaktem Kunststoff besitzt und eine glatte Oberfläche und einen Kernkörper 29 mit Schaumstruktur aufweist.

Beim Ausführungsbeispiel der Pig. 2 ist auf der Stirnseite 3 des Extruders 1 ebenfalls eine.gehäuseartige Außenform mit Hilfe eines Flansches 5 befestigt, die im wesentlichen der Fig. 1 entspricht. Auch der im Inneren der Außenform 4 vorgesehene Einsatz 6 entspricht im Prinzip demjenigen der Fig. 1. Lediglich hinsichtlich der Innenkontur Ijj^der Außenform 4 bzw. der Außenkontur 12 des Einsatzes 6 bestehen insofern Unterschiede, als die Innenkontur 13 der Außenform 4 auf ganzer Länge durchgehend zylindrisch ausgebildet ist, während die Außenkontur 12 des

5098 18/1134

- 12 - ' O.'£. 274*1

18.10.1973

Einsatzes 6 im mittleren Bereich 30 konisch eingeschnürt ist und im innenliegenden Endbereich 9 einen kleineren Außendurchmesser 31 aufweist als der freie Endabschnitt 7· Auch bei diesem Ausführungsbeispiel soll ein Kunststoffvollprofil mit kreisrundem Querschnitt erzeugt werden.

Im Gegensatz zu der Ausführungsform der Fig. 1 ist im Inneren des den Einsatz 6 zentrisch in Längsrichtung durchsetzenden Kanals I9 eine Mischeinrichtung 32 angeordnet, deren Antriebswelle 33 die Extruderschnecke 2 in Längsrichtung durchsetzt. Dabei ist es möglich, die Mischeinrichtung 32 in Abhängigkeit von dem Antrieb des Extruders zu stellen. Auch ist es möglich, den Antrieb der Mischeinrichtung 32 unabhängig von dem Antrieb des Schneckenextruders zu machen.

Die Mischeinrichtung 32 dient zum besseren Vermischen der im inneren Kanal I9 fließenden Kunststoffschmelze mit dem durch die die Verbindungsstege 11 durchsetzenden Leitungen 26 zugeführten Treibmittel 25.

Auch bei dieser Ausführungsform wird der aus dem äußeren Kanal 21 austretende Kunststoffstrang einem Kalibrierwerkzeug 22 zugeführt, dort gekühlt und außen hinsichtlich der Oberfläche fixiert, so daß ein Mantel 27 mit definierter Wandstärke aus kompaktem Kunststoff und glatter Oberfläche gebildet wird, in den der im inneren Kanal I9 strömende und mit Treibmittel 25 versetzte Kunststoffmengenanteil nach dem Verlassen dieses Kanals ausschäumt und den Kernkörper 29 des Profils 23 bildet.

In der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die thermoplastische Kunststoffschmelze von der Seite her in die gehäuseartige Außenform K eingebracht wird. Dabei kann der Extruder 1 horizontal oder vertikal angeordnet sein. Die von der Schnecke 2 geförderte'Schmelze tritt dabei zunächst durch einen radial gerichteten Kanal 3^· in einen etwa zentrisch in der Außenform 4 angeordneten Raum 35 ein, der sich zum Endbereich 8

509818/1134

- 13 - O.Z. 27hh

18.10.1973

der Außenform 4 konisch verkleinert und in einen zylindrischen Abschnitt 36 ausläuft, der der endgültigen Außenform des gewünschten Profiles, beispielsweise ein rundes Kunststoffvollprofil 23, entspricht. Im Inneren der Außenform 4 ist ein Einsatz 6 in Form einer Pinole 37 vorgesehen. Diese Pinole ist in dem mit der Profilendform 36 versehenen Gehäuseabschnitt 8 gegenüberliegenden Endabschnitt. 38 der Außenform lösbar befestigt.

Die Pinole 37 besitzt zunächst in dem der Radialzuführung 34 nachgeschalteten Eingangsraum 35 einen zentrischen Durchmesser 38, der sich im Bereich 39 konisch verringert und in einen zylindrischen Endabschnitt 40 ausläuft. Von diesem zylindrischen Endabschnitt 40 und dem inneren zylindrischen Endabschnitt 36 der Außenform 4 ist mithin ein Ringkanal 21 gebildet, der der gewünschten Stärke des Mantels 27 des Kunststoffvollprofils 23 . entspricht, · ■

Die von der Schnecke 2 geförderte Kunststoffschmelze tritt über die Radialbohrung 34 in. den Eingangsraum 35 zwischen der Pinole 37 und der Außenform 4 ein und zugleich über eine Radialbohrung 4l in eine längsgerichtete zentrische Ausnehmung 19 der Pinole. Der Mengenanteil der Kunststoffschmelze, der durch den Ringkanal 21 zwischen der Pinole 37 und der Außenform 4 fließt, wird nach dem Verlassen dieses Kanals einer Kalibrierung 22 zugeführt und außenseitig fixiert. Der Kunststoffmengenanteil, der im Inneren der Pinole 37 durch die Längsausnehmung 19 fließt, wird mit Treibmittel 25 versetzt, so daß er nach dem Verlassen des Kanals aufschäumt und den Kernkörper 29 des gewünschten Pro·* fils 23 bildet.

Das Treibmittel 25 wird über eine Leitung 42 in die Längsausnehmung I9 eingeführt, die im wesentlichen im Körper der Pinole 37 eingelassen ist. und diese in Längsrichtung zum Teil durchsetzt.- ...-"; .. "

Zur intensiveren Vermischung des Treibmittels 25 mit der

50 9-8 1.8/113 4

~ ¹^ ~ O.Z. 27hk

18.10.1973

Kunststoffschmelze ist im inneren Kanal 19 eine Mischeinrichtung 32 vorgesehen, deren Antriebswelle 33 mit einer Antriebsvorrichtung 43 verbunden ist, die in Abhängigkeit von dem Schneckenextruder gestellt sein kann. Es ist jedoch auch ein selbständiger Antrieb vorstellbar.

Die Ausführungsform der Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung, gemäß welcher ein rohrförmiges Kunststoffprofil 23 erstellt werden kann.

Zu diesem Zweck besitzt die mit dem Plansch 5 an der Stirnseite 3 des Extruders befestigte Außenform 4 einen vorzugsweise einteiligen Einsatz 6 im freien Endabschnitt 8. Zwischen dem Außenumfang 12 dieses Einsatzes 6 und dem Innenumfang I3 der Außenform 4 ist ein äußerer Ringkanal 21 gebildet. Ferner sind zu diesem konzentrisch zur Mittellängsachse zwei weitere Kanäle 19, 44 in den Einsatz 6 eingearbeitet.

Die von der Extruderschnecke 2 geförderte Kunststoffschmelze gelangt bei diesem Ausiührungsbeispiel zunächst in einen Vorraum 45, von dem sie dann in die drei Kanäle I9, 21, 44 gefördert wird. Die inneren Stirnseiten 46 der die Kanäle begrenzenden Wandabschnitte des Einsatzes sind kegelförmig bzw. kreisringförmig spitz zulaufend ausgebildet.

Der mittlere Ringkanal 44 besitzt im inneren Endabschnitt 47 eine größere Höhe, in die eine Leitung 26 einmündet, durch welche ein Treibmittel 25 zuführbar ist. Zur Vermischung des Treibmittels mit der Kunststoffschmelze in diesem Kanal 44 dient eine Mischeinrichtung 32, die über einen kegelförmigen Ansatz 48 und eine die Schnecke 2 durchsetzende Welle 33 mit dem Antrieb verbunden ist. Der kegelförmige Ansatz 48 besitzt in dem Vorraum 45 Durchbrechungen 49 zum Durchtritt der Kunststoffschmelze« Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die in dem äußeren 21 und in dem inneren Kanal 19 fließenden Kunststoffmengenanteile ohne Treibmittelzusatz aus ihren Kanälen herausgeführt und

509818/1 134

- 15 - O.Z. 2744

18.10.1973

bilden dann mit einer definierten Wandstärke den inneren und äußeren Kompaktmantel 27 des Rohrprofiles 23. Die im mittleren Kanal 44 fließende und.mit Treibmittel 25 versetzte Kunststoffschmelze schäumt nach dem Verlassen des Kanals auf und füllt den Hohlraum 50 zwischen dem inneren und äußeren Mantel 27 zum Kernkörper 29 auf. . ·

a
■j

Anhand der vorstehenden Ausführungsbeispiele sind die Herstellung und Vorrichtungen zur Herstellung von strangförmigen Kunststoffprofilen 23 beschrieben, welche aus einem kreisrunden Vollprofil bzw. aus einem rohrförmigen Profil bestehen. Abweichend hiervon sind selbstverständlich auch Ausführungsformen von Profilen denkbar, welche rechteckige oder andere Querschnittsformen besitzen. Zu diesem Zwecke ist -die Aüßenform 4 zusammen mit dem Einsatz 6 als auswechselbarer Bauteil an der Stirnseite 3 des Extruders leicht lösbar befestigt. ·

5-09818/1-134

Claims

■ ¹⁶ " '" O.Z. 2744

18.10.1973

Patentansprüche;

1J Verfahren zur Herstellung von strangförmigen, gegebenenfalls hohlen Kunststoffprofilen, wie z.B. Leisten oder Rohre, welche einen geschäumten Kernkörper aufweisen, der von einem hinsichtlich seiner YJandstärke definierten Mantel aus Kompaktmaterial umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelze aus thermoplastischem Kunststoff in mindestens zwei räumlich getrennte, jedoch zueinander im wesentlichen konzentrisch angeordnete Kanäle (19, 21) extrudiert wird, wobei der im äußeren (21) und gegebenenfalls auch im inneren Kanal (19) fließende Mengenanteil des Kunststoffes nach dem Kanalaustritt in eine Kalibrierung (22) überführt wird und zum kompakten Profilmantel (27) ausformt, während dem im inneren (19) bzw. im mittleren Kanal (44) fließenden Kunststoffmengenanteil zusätzlich Treibmittel (25) zugegeben werden, so daß er nach dem Verlassen des Kanals den hier vom kompakten Profilmantel (27) gebildeten Hohlraum (28 bzw. 50) ausschäumt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschmelze aus einem zur Längsachse der Kanäle (I9, 21, 44) koaxial oder im Winkel angeordneten Extruder (l), vorzugsweise einem Schneckenextruder, der Kanalform zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibmittel (25) beim Durchfließen des inneren bzw. mittleren Kanals (I9 bzw«, 44) zugeführt werden.

509818/1134

/ .' ■ ■ ■ ■

- 17 - O.Z. 2744

18.10.1973

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Treibe mittel (25) versetzte Mengenanteil des Kunststoffes durch eine im inneren bzw. mittleren Kanal (19 bzw. 4.4) vorgesehene Mischeinrichtung (32) geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichn et , daß die Treibmittelzugabe und die daran anschließende Durchmischung bei Profilen (23), die einen vom runden Querschnitt abweichenden Querschnitt aufweisen, vorzugsweise in einem Kanalabschnitt durchgeführt wird, der einen runden Querschnitt besitzt. .

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kunststoff zusammen mit dem Treibmittel.(25) oder allein ein Vernetzungsmittel beigegeben wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer sich axial oder im Winkel an einen Extruder (l), beispielsweise einen Schneckenextruder, anschließenden, mindestens auf einem Teil ihrer inneren Länge den Umriß des gewünschten Kunststoffprofils (23) aufweisenden Außenform (4) ein in den Außenabmessungen unter dortiger Kanalbildung (21) um die Dicke des kompakten Mantels (27) gegenüber den Innenabmessungen der Außenform (4) verringerter, mit mindestens einer weiteren kanalartigen längsgerichteten Ausnehmung (19) versehener Einsatz (6) angeordnet ist«, .

8. Vorrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (6) in seinem dem Extruder (l) nächstiiegenden Endabschnitt (9) mittels stegartiger, umfangsseitig verteilt angeordneter Rippen (11) .an der Außenform (4) festlegbar ist»

5098 18/1134

- 18 - 0.Z, 2744

18.10.1973

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalartige Ausnehmung (19) von einer den Einsatz (6) zentrisch auf ganzer Länge durchsetzenden Bohrung gebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch J₃ dadurch gekennzeichnet, daß die längsgerichtetea Ausnehmungen von zwei zueinander annähernd konzentrisch angeordneten, vorzugsweise kreisringförmigen Kanälen (19* ²I-²J-) innerhalb eines mit der Außenform (4) gegebenenfalls einteiligen Einsatzes (6) gebildet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im inneren bzw. im mittleren Kanal (19 bzw. 44)· eine Mischeinrichtung (32) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (32) in Abhängigkeit von dem Antrieb des Extruders (l) gestellt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,, daß die Mischeinrichtung (32) von einer mit der Schnecke (2) des Extruders (l) verbundenen Verlängerung antreibbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Mischeinrichtung (32) über eine Welle (33). erfolgt, die den Schneckenextruder (l) axial durchsetzt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (6) von einer in einem Endabschnitt der Außenform (4) befestigten Pinole (37) gebildet ist, wobei die.Außenform (4) mindestens einen lösbaren Bestandteil eines im Winkel angesetzten Extruders (l) bildet.

509818/113 4

- 19 - O,Z.

18.10.1973

16. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 15* dadurch gekennzeichnet, daß die kanalartige längsgerichtete Ausnehmung (19) die Pinole (37) nur auf einem Teil ihrer Längserstreckung durchsetzt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibmittelzufuhr durch die Pinole -(37) erfolgt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 7* H und 15* d a d u r ch gekennzeichnet, daß der Antrieb für die Mischeinrichtung (32) durch den dem Kanalaustritt gegenüberliegenden Endabschnitt der Pinole geführt ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kanälen (19, 21, 44) Einbauten, beispielsweise in Form von Lochseheiben oder Engstellen, vorgesehen sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 7 öder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß /der Fließwiderstand in den Kanälen (19, 21, 44) einstellbar

Yl'

0 9 8 18/1134