DE29514043U1 - Extrusionsdüse mit verstellbarer Wellenmembran - Google Patents

Extrusionsdüse mit verstellbarer Wellenmembran

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Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine ein- oder mehrkanalige Extrusionsdüse zur Extrusion von thermoplastischem Kunststoff, bei der zumindest ein Kanal mit einer, mit Hilfe von Stellmittein justierbaren, Wellenmembran mit ebenen Dichtflächen ausgestattet ist, mit deren Hilfe der Querschnitt des Schmelzestroms in diesem Kanal reguliert werden kann.
Stand der Technik
Bei der Extrusion von Polymerschmelzen ergibt sich immer wieder die Anforderung zusätzlich zur Regulierung des Austrittsquerschnitts auch den Querschnitt eines der Fließkanäle lokal zu vergrößern oder zu verkleinern, um über den Druckverlust die Strömungsgeschwindigkeit zu beeinflussen.
Üblicherweise wird diese Anforderung dadurch erfüllt, daß ein Teil der Fließkanalwand als verschiebbarer Einsatz , der auch als Staubalken bezeichnet wird, ausgeführt wird (siehe z. B. US 4 372 739). Die Verstellung des Staubalkens erfolgt durch geeignete Verstellschrauben. Ist eine unterschiedliche Verstellung quer zur Fließrichtung gewünscht, so kann dies durch eine dünne Ausführung des Einsatzes und eine Verspannung durch Zug- und Druckschrauben erreicht werden.
In DE 39 29 002 wird anstelle eines verschiebaren Einsatzes ein Teil der Fließkanalwand sehr dünn und damit flexibel ausgeführt. Damit besteht die Möglichkeit, die Fließkanalwand durch Druckschrauben lokal zu deformieren. Der Nachteil besteht hier jedoch darin, daß nur sehr kleine Deformationen innerhalb des elastischen Bereiches zulässig sind.
Groß et al. (Kunststoffe 84 (1994) 10, S. 1352 - 1358) schlagen die lokale Regulierung des Schmelzestroms mit Hilfe einer einseitig gekrümmten Verstellmembran vor. Wesentlich ist dabei, daß die Membran durch ihre
einseitige Krümmung in wesentlichen biegebelastet wird. Dadurch können relativ große Versteliwege im linear elastischen Bereich verwirklicht werden.
Aufgrund des gekrümmten Membranverlaufs ergibt sich bei dieser Lösung eine gekrümmte Dichtfläche zwischen dem oberen Düsenteil mit der deformierbaren Membran und dem darunterliegenden Düsenteil. Solche nicht ebenen Dichtflächen sind verfahrenstechnisch schwer zu beherrschen, da sie eine Mehrfachpassung darstellen. Die Mehrfachpassung verlangt eine eine äußerst paßgenaue Fertigung bei der Herstellung der beiden Düsenteile. Desweiteren besteht die Gefahr, daß die Paßgenauigkeit nachträglich durch den Materialabtrag bei Uberschlerfen der Dichtflächen zum Zwecke der Reinigung beeinträchtigt wird, so daß auch bei ursprünglich guter Paßgenauigkeit nach kurzem Gebrauch Undichtigkeiten auftreten können.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Extrusiondüse bereitzustellen, die eine effiziente Verstellmöglichkeit für den Fließkanal aufweist und zugleich Abdichtungsprobleme vermeidet. Die Aufgabe wird gelöst durch eine ein- oder mehrkanalige Extrusionsdüse mit regulierbarem Querschnitt für zumindest einen Schmelzekanal (15), dadurch gekennzeichnet, daß der im Querschnitt regulierbare Schmelzekanal (15) mit einem elastisch deformierbaren Wellenmembranelement (1) mit ebenen Dichtflächen (2), einer Wellenmembran (3) und einem stärker ausgeführten Bereich (4), auf den Stellmittel (5) einwirken, ausgestattet ist.
Durch die Verwendung einer Wellenmembran ist eine reversible Veränderung des Fließkanalquerschnitts innerhalb eines weiten Bereichs möglich.
Vor allem ist das Wellenmembranelement (1) erfindungsgemäß mit ebenen Dichtflächen (2) versehen, so daß Mehrfachpassungen der Düsenteile entfallen. Auf diese Weise wird Dichtproblemen wirkungsvoll vorgebeugt.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Figuren erläutert, ist aber nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
Fig. 1a, b und c: Beispiele für mögliche Formgebungen der Wellenmembran (3) als Bestandteil des Wellenmembranelements (1) in räumlicher Darstellung; Ansicht schräg von oben 1a: Oval umlaufend; 1b: U-förmig umlaufend; 1c: bergartig länglich
Fig. 2 : Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Extrusionsdüse mit U-förmig umlaufender Wellenmembran
Fig. 3 : Querschnitt bezogen auf die Linie A-A von Figur 2
Fig. 4 : Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Extrusionsdüse mit angepaßtem Fließkanalboden; Ausführung mit zwei Wellenmembranen
Fig. 5 : Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Extrusionsdüse mit Blechstreifen unter dem Stellelement
Fig. 6 : Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Extrusionsdüse mit Stellelement in Zugankerausführung
Fig. 7 : Querschnitt bezogen auf die Linie B-B aus Figur 6
Bezugszeicheniiste:
1 : Wellenmembranelement
2 : Ebene Dichtflächen des Wellenmembranelements 3: Weilenmembran 4 : Stärker ausgeführter Bereich des Welienmembranelements 5: Stellmittel 6 : Untere Hälfte des Düsenkörpers 7: Blechstreifen 8: Verbindungsbolzen 9: Zugblech 10: Formklotz 11 : Druckblech 12: Lamellenbleche 13 : Zuganker 14: Zugankerschlitz 15: Schmelzekanal
d-j : Dicke des stärker ausgeführter Bereich (4) des Wellenmembranelements d£ : Dicke der Wellenmembran (3) d3 : Abstand der Schlitze im Zuganker d4 : Breite der Schlitze im Zuganker
F : Angabe der Fließrichtung mit Pfeil
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Ausführung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Extrusionsdüse kann sowohl ein- als auch mehrkanalig ausgeführt sein. Wesentlicher Bestandteil einer erfindungsgemäßen Extrusionsdüse ist eine flexible Fließkanalwand , die in Form eines Wellenmembranelements (1) mit ebenen Dichtflächen (2) ausgeführt ist. Bei einer mehrkanaligen Extrusionsdüse ist zumindest einer der Schmelzekanäle (15) mit einem Wellenmembranelement (1) versehen. Das Wellenmembranelement (1) besteht aus einem durchgehenden Stück Stahl und weist die eigentliche zug- bzw. druckelastische Wellenmembran (3) mit einer Dicke d2 sowie einen stärker ausgeführten Bereich (4) mit einer Dicke d-j auf. Die Wellenmembran (3) ist durch die Übertragung der Druck- bzw. Zugkräfte von Stellelementen (5) auf den stärker ausgeführten Bereich (4) senkrecht zur Fließrichtung verbiegbar. Hierdurch wird erreicht, daß keine unzulässig hohen Dehnungen in Fließrichtung auftreten.
Die Dicke d£ der Wellenmembran (3) liegt im Bereich von ca. 0,5 - 1,5 mm. Die Dicke d-j des stärker ausgeführten Bereichs (4) kann ca. 2 bis mm betragen.
Die Wellenmembran (3) des Wellenmembranelements (1) kann auf verschiedene Weise gestaltet sein. Sie kann z.B. oval umlaufend (Fig. 1a), U-förmig umlaufend (Fig. 1b) oder auch bergartig länglich (Fig 1 c) gestaltet sein.
Das Wellenmembranelement (1) ist an den Dichtflächen (2) mit der unteren Hälfte des Düsenkörpers (6) ebenflächig verbunden. Gegebenfalls kann die Form des Fließkanalbodens der unteren Hälfte des Düsenkörpers der Form der Wellenmembran (3) angepaßt werden (Figur 4).
Bei den Stellmitteln (5) kann es sich z. B. um eine Reihe von Stellschrauben handeln, die quer zur Fließrichtung (F) über dem stärker ausgeführter Bereich (4) des Wellenmembranelements (1) angeordnet sind. Die Stellschrauben können gegebenfalls mittels Elektromotoren verstellt werden, die über Regelkreise angesteuert werden können. Ebenso können z. B. auch Dehnbolzen oder Piezotranslatoren als Stellelemente (5) verwendet werden.
Eine größere Dicke d-| kann vorteilhaft errreicht werden, indem ein Blechstreifen (7) über dem stärker ausgeführten Bereich (4) des Wellenmembranelements angeordnet wird (Figur 5). Dies bietet den Vorteil, daß durch die Auswahl bzw. den Austausch des Blechstreifens (7) die Steifigkeit des stärker ausgeführter Bereiches (4) des Weüenmembranelements leicht variiert werden kann. Zum anderen wird dadurch die Steifigkeit nur quer zur Fiießrichtung (F) und nicht längs zu dieser erhöht, was bedeutet daß die Flexibilität der Wellenmembran (3) praktisch unbeeinflußt bleibt. Die Dicke des Blechstreifens (7) kann z. B. von 0,5 bis 5 mm betragen.
Eine Verdopplung des Stellbereichs der Wellenmembran kann erzielt werden, wenn das Wellenmembranelement (1) bzw. die Wellenmembran (3) nicht durch Druck- sondern auch durch Zugkräfte deformiert werden kann. Dies kann vorteilhaft durch die Verwendung eines Zugankersystems erreicht werden. Eine entsprechende Anordnung ist beispielhaft in den Figuren 6 und 7 dargestellt.
Der Zuganker (13) ist Bestandteil des Wellenmembranelements (1) und durch Zugankerschlitze (14) in den Abständen dß von ca. 1 bis 3 mm mit einer Breite d4 von ca. 0,1 bis 0,5 mm unterteilt, um eine Erhöhung der Quersteifigkeit zu vermeiden (Siehe Figur 7). Auf den Zuganker (13) sind Lamellenbleche (12) aufgeschoben, deren Dicke d3 vorteilhaft den Abständen der Zugankerschlitze entspricht. Die Lamellenbleche (12) haben Aussparungen zur Aufnahme des Zugankers (13) und eines
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Formklotzes (10). Ein Formklotz (10) sitzt jeweils in mehreren, z. B. 3 bis 20 Lamellenblechen (12). Der Formklotz (10) ist über einen Verbindungsbolzen (8) mit einem oben liegenden Zugblech (9) und unten liegenden Druckblech (11) verbunden. Das Zugblech (9) und das Druckblech (11) dienen zur besseren Verteilung der Kräfte über die Breite, die zwischen Formklotz (10) und den Lamellenblechen (12) anliegen. Der Verbindungsbolzen (8) hat in seinem oberen Teil ein Innengewinde, in das eine Stellschraube als Stellmittel (5) eingeschraubt ist.
Die erfindungsgemäße Extrusionsdüse eignet sich zur Extrusion thermoplastischer Kunststoffe wie z. B. Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat oder Polyethylen. Insbesondere können bei der Ausführung als Mehrkanaldüse Mehrschichtfolien oder mehrschichtige Kunststoffplatten mit besonders gleichmäßigen Schichtdicken erzeugt werden. Durch die ebenen Dichtflächen ist das Risko von Undichtigkeiten auch nach vielfachen Reinigungen sehr gering. Dies bewirkt eine hohe Betriebssicherheit und trägt zu einem störungsfreien Extrusionsbetrieb bei.

Claims (5)

SCHUTZANSPRÜCHE
1. Ein oder mehrkanalige Extrusionsdüse mit regulierbarem Querschnitt für zumindest einen Schmelzekanal (15), dadurch gekennzeichnet, daß der im Querschnitt regulierbare Schmelzekanal (15) mit einem elastisch deformierbaren Wellenmembranelement (1) mit ebenen Dichtflächen (2), einer Wellenmembran (3) und einem stärker ausgeführten Bereich (4), auf den Stellmittel (5) einwirken, ausgestattet ist.
2. Extrusionsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenmembran (3) oval umlaufend oder U-förmig umlaufend oder bergartig länglich ausgeführt ist.
3. Extrusionsdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem stärker ausgeführten Bereich (4) des Wellenmembranelements und den Stellmitteln (5) ein Blechstreifen (7) vorhanden ist.
4. Extrusionsdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellmittel (5) Stellschrauben, Dehnbolzen oder Piezotranslatoren verwendet werden.
5. Extrusionsdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenmembran (3) mit einem Zugankersystem versehen ist.
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