DE2508638A1

DE2508638A1 - Vorrichtung zum extrudieren von kunststoff

Info

Publication number: DE2508638A1
Application number: DE19752508638
Authority: DE
Inventors: John Shao-Tze Hsu
Original assignee: Hoover Ball and Bearing Co
Current assignee: Hoover Universal Inc
Priority date: 1974-03-18
Filing date: 1975-02-28
Publication date: 1975-09-25
Also published as: US3909183A; ES435694A1; JPS50123161A; FR2264657A1; CA1024310A; GB1477616A; JPS5720136B2; IT1032317B; FR2264657B1

Description

_Dn .IN«. OirL-ΙΝβ. M.JC. DIPL.-I'H/J. DR. Dtl»L.-I»HY·. HÖGER - STELLRECHT - GRIESSDACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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24. Februar 1975

Hoover Ball and Bearing Company

315 E. Bennett Street

Saline, Michigan 48176 / U.S.A.

Vorrichtung zum Extrudieren von Kunststoff

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Extrudieren von Kunststoff, insbesondere Kunststoffrohren für Blasformmaschinen.

In erster Linie hat es die Erfindung mit Verbesserungen an Vorrichtungen zum intermittierenden Extrudieren thermoplastischer Kunststoffe aus einem Spritzkopf zu tun, wobei dem Spritzkopf ein Sammelraum vorgeschaltet ist, aus dem das thermoplastische Material intermittierend ausgestoßen wird. Es ist bekannt, beim Blasformen kleiner Gegenstände einen kontinuierlich extrudierten Rohling oder Külbel zu verwenden. Bei der Produktion relativ

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großer Gegenstände durch Blasformung treten jedoch beim stetigen Extrudieren des rohrförmigen Külbels Schwierigkeiten auf. Daher ist es in der Industrie üblich, eine intermittierende oder stoßweise Extrusion anzuwenden, wenn Gegenstände mit einem Rauminhalt größer als etwa 3 bis 4 Liter hergestellt werden sollen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung bei Blasformmaschinen.

Es finden zum Zwecke der Blasformung bereits verschiedene Arten von Vorrichtungen Anwendung, um ein intermittierendes Spritzen von Kunststoffrohlingen zu ermöglichen. So ist es allgemein üblich, einen Stößel oder Kolben zu verwenden, um geschmolzenen Kunststoff aus einem Sammelzylinder auszupressen, wie dies beispielsweise die US-PS 2 887 716 zeigt. Ferner ist es bekannt, ringförmige, hin- und hergehende Kolben in einem ringförmigen Sammelraum zu verwenden, der seinerseits in einem Spritzkopf angeordnet ist, vgl. z.B. US-PS 3 345 690. Bei diesen bekannten Vorrichtungen findet eine Betriebsweise Anwendung, bei der das zuerst in den Sammelraum eingeführte Material im Verlaufe des Spritzzyklus als letztes aus dem Sammelraum wieder ausgestoßen wird. Dies bringt gewisse Nachteile mit sich, so daß man auch bereits Extrudiervorrichtungen entwickelt hat, bei denen das zuerst in den Sammelraum eingebrachte Material diesen Raum auch als erstes Material wieder verläßt. Betriebsweisen dieser Art sind beispielsweise in den US-PS'en Nr. 3 335 457 und 3 611 494 beschrieben. In der an erster Stelle genannten Patentschrift ist ein Extrudiersystem beschrieben, bei dem eine hin- und hergehende Förderschnecke Anwendung findet, um das geschmolzene, thermoplastische Material intermittierend durch einen ringförmigen Kanal im Spritzkopf auszustoßen. Mit Hilfe der in der zuletzt genannten Patentschrift beschriebenen Vorrichtung werden ähnliche Ergebnisse erzielt, jedoch zeigt diese

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Druckschrift einen ringförmigen Kolben in einem ringförmigen Durchlaß des Spritzkopfes, um das geschmolzene, thermoplastische Material aus der Ausstoßdüse des Spritzkopfes herauszupressen. Die Vorrichtung nach der US-PS 3 611 494 ist eine Fortentwicklung der Apparatur gemäß US-PS 3 335 457. Der Spritzkopf nach der US-PS 3 611 494 kann auch mit jedem üblichen Förderschnecken-Extruder verwendet werden, auch wenn dieser keine hin- und herbewegliche Förderschnecke aufweist.

Es besteht eine gewisse Notwendigkeit, diejenigen Extrudiervorrichtungen, bei denen der Sammelraum für das geschmolzene, thermoplastische Material im Spritzkopf angeordnet ist und eine intermittierende Extrusion in der Weise stattfindet, daß das zuerst eingebrachte Material den Sammelraum auch als erstes Material wieder verläßt, zu verbessern. Insbesondere besteht ein Bedarf für einen verbesserten Extrudierkopf, der im Hinblick auf das durch den Extrudierkopf hindurchpassierende, thermoplastische Material optimale Strömungs-Eigenschaften besitzt und optimale Betriebsbedingungen für die Extrusion rohrförmiger Külbel schafft, wobei die letzteren sich insbesondere zu relativ großen Gegenständen blasformen lassen.

Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung, einen Spritzkopf für eine Extrudiervorrichtung zu schaffen, der dem genannten Bedarf entgegenkommt und die Nachteile der bekannten Vorrichtungen vermeidet, d.h. in erster Linie bei kontinuierlichem Durchfluß des Kunststoffmaterials durch den Spritzkopf und den in diesem angeordneten Sammelraum optimale Strömungscharakteristiken zeigt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

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a) Eine Matrize umgibt unter Ausbildung eines ringförmigen Einlaßkanals und einer ringförmigen Ausstoßdüse einen Dorn;

b) zwischen Einlaßkanal und Auslaßdüse ist ein mit ihnen verbundener, ringförmiger Sammelraum zwischen Matrize und Dorn angeordnet;

c) die Matrize ist zur Verkleinerung und Vergrößerung des Sammelraums in axialer Richtung kontrahier- und expandierbar, so daß der Kunststoff beim Expandieren durch den Einlaßkanal in den Sammelraum eindringt und beim Kontrahieren durch die Ausstoßdüse aus dem Sammelraum austritt.

Die Matrize umfaßt einen Matrizenkörper, der seinerseits an der der Ausstoßdüse zugekehrten Seite aus einem stationären Matrizenteil und an der dem Einlaßkanal zugekehrten Seite aus einem beweglichen Teil besteht, der auf dem stationären Teil axial teleskopiert, so daß sich das Volumen des Sammelraums verändern läßt. Auf dem Dorn ist ein Umlenkelement mit Einlaß für das Kunststoffmaterial angeordnet. Dieses Element bildet zusammen mit dem Dorn einen ringförmigen Auslaß, der mit dem zuvor erwähnten Einlaßkanal kommuniziert, durch den das Kunststoffmaterial in den Sammelraum fließen kann. Der bewegliche Matrizenteil ist gegenüber dem Umlenkelement und dem stationären Teil abgedichtet, so daß Kunststoffmaterial kontinuierlich aus dem Umlenkelement in den Sammelraum fließen kann. Der Sammelraum weist in der Nähe des ringförmigen Einlaßkanales eine radial nach außen verlaufende Wand auf, gegen die das Kunststoffmaterial fließt, wenn es vom Sammelraum aufgenommen wird. Es sind ferner Einrichtungen vorgesehen, um den beweglichen Teil des Matrizenkörpers in Richtung auf die Ausstoßdüse des Spritzkopfes vorzuschieben, so daß die erwähnte, radial nach außen verlaufende Wand einen Druck auf das im Sammelraum befindliche Kunststoff-

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material ausübt, um dieses in Form eines Kunststoffrohres oder Külbels aus der ringförmigen Ausstoßöffnung herauszupressen. Auf diese Weise kann das geschmolzene, thermoplastische Material in kontinuierlichem Strom durch den Spritzkopf hindurchfließen, wobei die Expansion und Kontraktion der Matrize gewährleistet, daß der Kunststoff aus dem Spritzkopf immer in der Reihenfolge ausgestoßen wird, wie er in den Kopf eintritt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der bewegliche Matrizenteil Heizglieder, um diesen Teil bei einer vorbestimmten Temperatur zu halten und hierdurch eine genaue Temperatursteuerung des geschmolzenen Kunststoffmaterials zu gewährleisten, wenn dieses rohrförmig aus dem Spritzkopf ausgestoßen wird. Um das Matrizenvolumen beim Extrudieren des rohrförmigen Külbels zu reduzieren, ist mit dem Umlenkelement eine stationäre Montageplatte verbunden. Eine weitere stationäre Montageplatte trägt den ortsfesten, der Ausstaßdüse zugewandten Teil der Matrize. Zwischen diesen beiden stationären Montageplatten ist auf Gleitführungen eine dritte Montageplatte verschieblich, die mit dem beweglichen Teil der Matrize verbunden ist. Pneumatische oder hydraulische Kolben-Zylinder-Aggregate sind an einer der stationären Montageplatte befestigt und greifen mit ihren Zylinderstangen an der beweglichen Montageplatte an, um die Matrize in ihren kontrahierten Zustand zu überführen. Der Sammelraum läßt sich in seine, expandierte Position dadurch überführen, daß auf die oben erwähnte, radial nach außen verlaufende Wand des Sammelraums ein Druck durch den geschmolzenen Kunststoff in diesem Raum ausgeübt wird.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

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Fig. 1 einen Vertikalschnitt entlang der Linie 1-1 in Fig. 3 mit der Darstellung eines Spritzköpfes mit einem Sammelraum in kontrahierter Stellung;

Fig. la eine Schnittansicht ähnlich Fig. 1 mit dem Sammelraum in expandierter Stellung;

Fig. 2 eine Draufsicht des Spritzkopfes;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 und

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4. in Fig.

Der Spritzkopf 10 der Extrudiervorrichtung ist, wie dargestellt, über ein Einlaßglied 14 mit einem konventionellen Extruder verbunden. Der Extruder 12 weist eine umlaufende, an sich bekannte Förderschnecke 16 auf, mit deren Hilfe ein kontinuierlicher Strom geschmolzenen, thermoplastischen Materials in den Spritzkopf 10 aufrecht erhalten wird.

Der Spritzkopf 10 umfaßt einen Dorn 18 mit einer Preßluftleitung 20, die axial durch den Dorn hindurch zu einem Blasstift 22 verläuft. An seinem oberen Ende ist der Dorn 18 über eine Kupplung 26 mit einem Programmier-Zylinder 24 verbunden. Bei dem Programmier- oder Steuerzylinder 24 handelt es sich um einen konventionellen Druckmediumzylinder mit Kolbenstange 28, die über die Kupplung 26 mit dem Dorn verbunden ist, um diesen in der üblichen Weise axial zu verschieben, so daß sich die Wanddicke des aus dem Spritzkopf 10 extrudierten Külbels oder Rohlings einstellen läßt. Der Zylinder 24 ist auf einem Gestell 30 befestigt, welches seinerseits fest mit einem Umlenkelement 32 verbunden ist. Aus Herstellungsgründen besteht das Umlenkelement 32 aus zwei Stücken, nämlich einer Hülse 34 und einem Zubringer

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Der Körper der Matrize 38 ist im Abstand so um den Dorn 18 herum angeordnet, daß sich zwischen diesen beiden Teilen hinter- · einander ein ringförmiger Einlaßkanal 40, ein ringförmiger Sammelraum 42 und eine ringförmige Ausstoßdüse 44 ergeben. Die Matrize 38 umfaßt einen ortsfesten oder stationären Teil 46 und einen beweglichen Teil 48, der über dem ortsfesten Teil 46 teleskopierend angeordnet und relativ zu diesem axial verschieblich ist, so daß sich das Volumen des Sammelraums 42 variieren läßt. Der bewegliche Teil 48 bildet mit dem Dorn 18 den Einlaßkanal 40 und den oberen Abschnitt des Sammelraums 42. Der ortsfeste Matrizenteil 46 bildet mit dem unteren Ende des Dorns 18 die Ausstoßdüse 44 sowie den unteren Abschnitt des Sammelraums 42. Der stationäre Matrizenteil 46 besteht aus mehreren, miteinander verbundenen Einzelteilen, nämlich insbesondere einer Matrizenhülse 50, einem Dichtungsring 52, einem Matrizenring 54, einem Klemmring 56, einer Düsenspitze 58 und einem die letztere umgebenden Heizband 60. Wie aus Fig. 1 und la hervorgeht, ist der ortsfeste Matrizenteil 46 bei 62 nach außen aufgeweitet, so daß sich im oberen Abschnitt des Sammelraums 42 eine Erweiterung ergibt.

Der bewegliche Matrizenteil 48 weist in der Nähe des ringförmigen Einlaßkanals 40 eine komplementär radial nach außen verlaufende Wand 64 auf, gegen die geschmolzenes Kunststoffmaterial fließen kann, wenn es aus dem Kanal 40 in den Sammelraum 42 eintritt. Der bewegliche Matrizenteil 48 ist ferner mit Heizbändern 66 versehen, um das geschmolzene Kunststoffmaterial auf der richtigen Temperatur zu halten, wenn es durch den Kanal 40 in den Sammelraum 42 einströmt.

Das Umlenkelement 32 ist mit einem Einlaß 68 versehen, durch den

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hindurch geschmolzener Kunststoff aus dem Extruder 12 gegen eine Ringschulter 7O fließen kann, die an der unteren Kante der Hülse 34 ausgebildet ist und für eine gleichförmige Verteilung des Kunststoffes zwischen.Dorn 18 und Zubringer 36 sorgt. Der Zubringer 36 und der Dorn 18 bilden miteinander einen ringförmigen Auslaß 72, der in direkter Verbindung mit dem ringförmigen Einlaßkanal 40 steht und auf diese Weise einen stetigen Strom der Kunststoffschmelze aus dem Extruder 12 in den Sammelraum 42 gewährleistet.

Der Spritzkopf 10 umfaßt ferner eine ortsfeste Montageplatte 74, die fest mit dem Umlenkelement 32 verbunden ist. Weiterhin ist eine stationäre Montageplatte 76 vorgesehen, an welcher der ortsfeste Matrizenteil 76 befestigt ist. Schließlich ist mit dem beweglichen Matrizenteil 48 eine verschiebliche Montageplatte 78 verbunden. Die Platte 74 ist über mehrere Führungsstangen 80 mit der Platte 76 verbunden. Auf diesen Stangen ist die Platte 78 derart verschieblich, daß sich eine axiale Expansion und Kontraktion des Sammelraums 42 erzielen läßt.

Auf der ortsfesten Montageplatte 74 sind mehrere, herkömmliche Druckmedium-Kolben-Zylinder-Aggregate 82 mit Kolben 84 angeordnet, deren Kolbenstangen 86 dem Absenken der Platte 78 dienen, wenn dies erwünscht ist. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung dienen die Zylinder 82 dazu, aus der Ausstoßdüse 44 einen zur Blasformung geeigneten, rohrförmigen Külbel 88 rasch auszupressen. Ferner sind die Zylinder 82 auch dazu geeignet, den beweglichen Matrizenteil 4 8 anzuheben, falls dies erwünscht ist.

Wenn im Normalbetrieb des Spritzkopfes der Sammelraum 42 im kontrahierten Zustand gemäß Fig. 1 ist, fließt aus dem Extruder 12 durch den Einlaß 68 geschmolzenes, thermoplastisches Material

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zum Einlaßkanal 40 und von dort in den Sammelraum 42. Das thermoplastische Material fließt dabei an der Fläche der radial nach außen verlaufenden Wand 64 entlang und übt gegen diese Wand einen Druck aus, durch den der bewegliche Matrizenteil 48 nach oben in die in Fig. la gezeigte Stellung verschoben wird. Der Widerstand gegen ein Ausströmen des Kunststoffes aus der Ausstoßdüse 44 ist dabei größer als der Widerstand gegen eine Verschiebung des Matrizenteils 48, so daß der letztere in die in Fig. la gezeigte Stellung gelangt, ohne daß dabei ein bemerkenswerter Ausstoß an Plastikmaterial aus der Düse 44 erfolgt. Wenn der Matrizenteil 48 in seiner angehobenen Lage ist, kann er durch die Wirkung der Kolben-Zylinder-Aggregate 82 in Abhängigkeit eines entsprechenden Steuersignals in die Stellung gemäß Fig. 1 zurückgeführt werden, wodurch eine Ladung geschmolzenen Kunststoffes aus der Ausstoßdüse 44 extrudiert wird. Während dieser Vorgänge bleibt die Dichtung zwischen den teleskopierend miteinander verbundenen, ortsfesten und beweglichen Teilen 48 und 46 bzw. 48 und 32 aufrecht erhalten. Weiterhin gewährleisten die Heizbänder 60 und 66 am stationären und beweglichen Matrizenteil 46 und 48 sowie ein Heizband 90 am Umlenkelement 32 eine optimale Temperatursteuerung des durch den Spritzkopf 10 fließenden Kunststoffes.

Aus dem Voranstehenden ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur eine akkurate Temperatursteuerung des geschmolzenen Thermoplasten ermöglicht, sondern daß dieses Material auch stetig durch den Sammelraum 42 hindurchfließt, so daß das an der Düse 44 ausgestoßene Kunststoffmaterial optimale, physikalische Eigenschaften besitzt, die wiederum die einwandfreie Herstellung blasgeformter Gegenstände mit relativ großen Abmessungen gewährleisten.

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Der Dorn 18 weist einen entfernbaren Einsatz 90 auf, so daß auf Wunsch dieser Einsatz und die Spitze 58 mit dem Ring ausgetauscht werden können, um Variationen im Durchmesser des aus der Düse 44 extrudierten Külbels 88 zu ermöglichen.

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Claims

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Patentansprüche;

1Λ Vorrichtung zum Extrudieren von Kunststoff, insbesondere I
\_J Kunststoffrohren für Blasformmaschinen, gekennzeichnet durch

die Kombination folgender Merkmale:

a) Eine Matrize (38) umgibt unter Ausbildung eines ringförmigen Einlaßkanals (40) und einer ringförmigen Ausstoßdüse

(44) einen Dorn (18);

b) zwischen Einlaßkanal (40) und Ausstoßdüse (44) ist ein mit ihnen verbundener/ ringförmiger Sammelraum (42) zwischen Matrize und Dorn angeordnet;

c) die Matrize (38) ist zur Verkleinerung und Vergrößerung des Sammelraums (42) in axialer Richtung kontrahier- und expandierbar, so daß der Kunststoff beim Expandieren durch den Einlaßkanal in den Sammelraum eindringt und beim Kontrahieren durch die Ausstoßdüse aus dem Sammelraum austritt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (38) zwei ineinander teleskopierende Teile (46, 48) aufweist, deren gegenseitige Axialverschiebung das Volumen des Sammelraums (42) verändert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (38) mit einem Umlenkelement (32) versehen ist, das einerseits über einen Einlaß (68) mit einem Kunststoff-Extruder (12) verbunden ist und andererseits mit dem Dorn (18) einen ringförmigen Auslaß (72) bildet, der über

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den Einlaßkanal (40) mit dem Sammelraum (42) in Verbindung steht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine teleskopierende, auf der Seite der Ausstoßdüse (44) gelegene Teil (46) der Matrize (38) ortsfest ist, während der andere teleskopierende, auf der Seite des Einlaßkanals (40) gelegene Matrizenteil (48) über den ortsfesten Teil

(46) beweglich ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Matrizenteil (4 8) teleskopierend über das Umlenkelement (32) geschoben ist.
6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement (32) an einer ersten, ortsfesten Kolben-Zylinder-Aggregate (82) tragenden Montageplatte (74) und der ortsfeste Matrizenteil (46) an einer zweiten, ortsfesten, mit der ersten Platte (74) durch Führungsstangen (80) verbundenen Montageplatte (76) befestigt ist, und daß auf den Führungsstangen (80) eine dritte, mit dem auf dem Umlenkelement (32) und dem Matrizenteil (4 6) teleskopierenden Matrizenteil (48) fest verbundene Montageplatte (78) gleitverschieblich vorgesehen ist, die durch die Kolben-Zylinder-Aggregate (82) angetrieben ist.
7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Matrizenteil (48) in der Nähe des Einlaßkanals (40) eine radial nach außen verlaufende Wand (64) aufweist, gegen die der in den Sammelraum (42) einströmende Kunststoff drückt und hierdurch den beweglichen Matrizenteil verschiebt.

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8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Matrizenteil (48) gegenüber dem Umlenkelement (32) und dem ortsfesten Matrizenteil (46) abgedichtet ist.
9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Umlenkelement (32) , den Matrizenteilen (46, 48) und/oder der Ausstoßdüse (44) Heizglieder (60, 66, 90) zugeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Aggregate (82) zum Antrieb des beweglichen Matrizenteils (48) auf der stationären Montageplatte (76) angeordnet sind.

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