DE3031333A1

DE3031333A1 - Verfahren zur partiellen wanddickensteuerung am umfang von durch extrudieren hochmolekularer thermoplastischer schmelzen gebildeten schlaeuchen sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3031333A1
Application number: DE19803031333
Authority: DE
Inventors: Günter R. Dr.-Ing. 5882 Meinerzhagen Langecker
Original assignee: Battenfeld Maschinenfabriken GmbH
Current assignee: Battenfeld GmbH
Priority date: 1980-08-20
Filing date: 1980-08-20
Publication date: 1982-03-04
Also published as: US4563147A; BR8105308A; AU7387081A; DE3031333C2

Description

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMCRICH · GERD MÖLLER · D. GROSSE · F. POLLMEIER - <ζ -

19. August 1980

^f-^{ni 61 O84}

Battenfeld Maschinenfabriken GmbH,
5882 Meinerzhagen 1

Verfahren zur partiellen Wanddickensteuerung am Umfang von durch Extrudieren hochmolekularer thermoplastischer Schmelzen gebildeten Schläuchen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung von durch Extrudieren hochmolekularer, thermoplastischer Schmelzen gebildeter Schläuche, die insbesondere als Vorformling für das Extrusionsblasen von Hohlkörpern dienen können. Dabei betrifft die Erfindung einerseits ein Verfahren zur partiellen Wanddickensteuerung am Umfang dieser Schläuche, bei welchem die Schmelze an mindestens zwei in Umfangsrichtung gleichmäßig zueinander .winkelversetzten Stellen in den Schlauchkopf eingespeist wird und die verschiedenen Schmelzeströme als sich wenigstens teilweise überlappende Schmelzeschichten der Ringdüse des Schlauchkopfe zugeführt werden. Die Erfindung betrifft aber auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bereits durch die DE-OS 21 00 192 und die DE-OS 25 10 bekannt, Schläuche aus thermoplastischem Kunststoff, welche insbesondere als Vorformlinge für das Extrusionsblasen verwendet werden können, durch Extrudieren der thermoplastischen Schmelzen herzustellen, indem die Schmelze an mindestens zwei in Umfangsrichtung gleichmäßig zueinander winkelversetzten Stellen in den Schlauchkopf eingespeist wird und die verschiedenen Schmelzeströme als sich, in Umfangsrichtung überlappende Schmelzeschichten der Ringdüse des 3chlauchkopfes zugeführt werden. Dabei wird in jedem Falle ein gleichbleibender Massefluß der beiden sich überlappenden Schmelzeschichten angestrebt und die gleiche oder ungleiche Wandstärke der beiden Schmelzeschichten durch

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den Bau des Schlauchkopfes vorgewählt.

Durch die DE-OS 26 5 4 001 gehört auch bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergleichmäßigen der Wandstärke von aus thermoplastischem Kunststoff gebildeten Schläuchen zum Stand der Technik, bei welchem bzw. mit welcher eine-partielle Wanddickensteuerung am Umfang der Schläuche erreicht werden kann. Hierbei wird im Bereich zwischen der Vorrichtung zum ■Umformen des Schmelzenstranges in einen Hohlstrang und dem Ringdüsenaustritt mindestens ein plastischer stark deformierbarer Ring angeordnet, mit dessen Hilfe der Ringspalt / oder der Ringdüsenquerschnitt auf seinem Umfang veränderbar ist.

• Als Verstellvorrichtungen zur Deformierung des Ringes können dabei sowohl mechanische Stellglieder, wie Druck- und/oder Zugschrauben sowie Exzenter, als auch servohydraulische Stellzylinder zum Einsatz gelangen.

Der durch die Verfahrensart und die Vorrichtung nach DE-OS 26 54 001 erzielbare Vorteil beim Extrudieren von Schläuchen aus thermoplastischem Kunststoff liegt darin, daß sich bedarfsweise unter Benutzung ein und desselben Schlauchkopfes sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Wanddicken-Variationen am Umfang der Schläuche einstellen lassen, die sich insbesondere für das Extrusionsblasen von Hohlkörpern vorteilhaft auswirken. Hierdurch kann nämlich sowohl beim Extrusionsblasen von symmetrischen Hohlkörpern, deren Konturen gleichmäßige Reckwege erfordern, als auch beim Extrusionsblasen von Hohlkörpern mit ausgefallenen Querschnitten, deren Konturen unterschiedliche Reckwege vorgeben, an allen Stellen das Entstehen weitestgehend gleichmäßiger Wanddicken unterstützt werden.

Obwohl durch die Verfahrensart die Vorrichtung nach der DE-OS 26 54 001 die Schwierigkeiten behoben werden konnten, welche sich vorher durch das für den notwendigen partiellen Wanddickenausgleich vorzunehmende Profilieren der Düsengeometrie ergaben (schwierige Herstellung solcher Düsenprofilierungen und Auswirkung der Düsenprofilierung auf Bereiche des Vorformlings,

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in denen sie nicht gewünscht sind), muß dieser Vorteil jedoch mit einem beträchtlichen technischen Aufwand erkauft werden.

Neben dem in den Schlauchkopf einzubauenden, elastisch stark deformierbaren Ring erfordert die partielle Wanddickensteuerung nach der DE-OS 26 54 001 nämlich noch einen zeit- oder wegabhängig arbeitenden Programmierer für die variabel einstellbare VErformung dieses Ringes.

Zweck der Erfindung ist die Verminderung des zur partiellen Wanddickensteuerung am Umfang von durch Extrudieren hochmolekularer, thermoplastischer Schmelzen gebildeten Schläuchen notwenige technische Aufwand. Deshalb ist der Erfindung das Ziel gesetzt, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, mit dessen bzw. deren Hilfe sich die partielle Wanddickensteuerung an den insbesondere als Vorformlinge für das Extrusionsblasen dienenden Schläuchen nahezu ausschließlich unter Nutzung der den hochmolekularen, thermoplastischen Schmelzen innewohnenden physikalischen Eigenschaften hervorbringen läßt.

Die Erfindung macht sich dabei den umstand zunutze, daß sich bei der Verarbeitung von hochmolekularen thermoplastischen Schmelzen mittels Düsen und Kalibrierwerkzeugen am Düsenaustritt ein Schwellen der Schmelze einstellt. Ursache hierfür ist das Vorhandensein von Normalspannungen in der thermoplastischen Schmelze. Die Größe dieser Normalspannungen hängt dabei für ein und dasselbe hochmolekulare Polymer jeweils von der unterzogenen Deformationsgeschichte und der möglichen Relaxation bei der Verarbeitung ab. Die Normalspannungen lassen bspw. den schlauchförmigen Vorformling sowohl im Durchmesser als auch in der Wanddicke beim Austritt aus der Ringdüse quellen. Sowohl durch die Ausführung der Ringdüse als auch durch die Verarbeitungsbedingungen der thermoplastischen Schmelze kann dabei das Quellen im Durchmesser mehr oder weniger ausgeglichen werden, während sich das Quellen der Wanddicke durch

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eine Düsenspaltverstellung korrigieren läßt.

Basierend auf diesen Gegebenheiten wird die verfahrenstechnische Problemlösung naeh der vorliegenden Erfindung- im wesentlichen durch die im-Kennzeichnungsteil des ersten-Anspruchs angegebenen Verfahrensschritte gewährleistet.

Der besondere Vorteil dieser Verfahrensart liegt darin, daß die Wanddickensteuerung für den extrudierten Schlauch einfach unter Nutzung solcher Schlauchköpfe sich realisieren läßti wie sie üblicherweise für die Herstellung von Schläuchen zum Einsatz gelangen, die über den gesamten Umfang eine gleichmäßige Wanddicke aufweist. D.h. es können Schlauchköpfe zum Einsatz gelangen, die weder eine komplizierte Ringdüsengeometrie aufweisen, noch aufwendige, verstellbare Einbauten erfordern .

Dieser Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensart beruht dabei darauf, daß die Materialeinspeisung in den Schlauchkopf in Form von sich wenigstens teilweise überlappenden Schmelzeschichten erfolgt, die beim Austritt aus der Ringdüse in Richtung des Schlauchumfangs eine gleichmäßig variierende Schichtdickenverteilung entsprechend der am Umfang erfolgten ungleichen axialen Schmelzeeinspeisung bzw. der unterschiedlich erfolgten Deformation der Schmelze ergeben. In Richtung von der jeweiligen Einspeisestelle weg vermindert sich . jeweils die Dicke der Schmelzeschichten in Richtung zur

gegenüberliegenden Einspeisestelle hin.

Sofern die Schmelzeströme bei ihrer Einspeisung in den Schlauchkopf einem oder aber nur einem geringen Gegendruck ausgesetzt sind,verlaufen die beiden Schmelzeschichten jeweils in zueinander entgegengesetzter sichelförmiger Kontur, während sie bei hohem Gegendruck wenigstens—annähernd in konzentrische Ringkonturen, also mit geringer Exzentrizität zwischen ihrem jeweiligen Außen- und Innenumfang ineinanderlaufen. Bei fehlendem oder nur geringem Gegendruck während der Einspeisung der Schmelze-

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ströme stellt sich dann beim Austritt des Schlauches aus der Ringdüse aufgrund der hierdurch vorgegebenen Deformationsgeschichte bzw. des Materialgedächtnisses und der Relaxation der Schmelzeschichten ein Schlauchnuerschnitt mit z.B. kreisförmiger Innenkontur und ovaler Außenkontur ein, und zwar dergestalt, daß dort, wo die beiden Schmelzeströme jeweils größte Schichtdicke aufwiesen, auch der Schlauchkörper die größte Wanddicke hat, während dessen Wanddicke sich nach derjenigen Umfangsstelle hin vermindert, die zur Stelle mit der größten Wanddicke jeweils um 90' versetzt liegt. Sind hingegen die beiden Schmelzeströme während ihrer Einspeisung in den Schlauchkopf einem hohen Gegendruck ausgesetzt, dann ergibt sich beim Austritt des Schlauchformlings aus der Ringdüse die Abhängigkeit von der geschlossenen Ringform der beiden inelnandergeführten Schmelzeströme über den gesamten Umfang -eine gleichmäßige Wanddicke, also ein konzentrischer Schlauchquerschnitt. Diese Verfahrensart basiert demnach auf den weiterbildenden Verfahrensmerkmalen, wie sie im zweiten Anspruch angegeben sind.

Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, die Wanddickensteuerung des Schlauchformlings sowohl nach der Verfahrensmaßnahme des dritten Anspruchs als auch nach der Verfahrensmaßnahme des vierten Anspruchs vorzunehmen» Nach der ersten Verfahrens-Weiterbildung lassen sich in vorteilhafter Weise Schlauchkörper schaffen, die als Vorformlinge zum Blasen von Hohlkörpern benutzbar sind, welche über ihre ganze Länge stetig zunehmende und/oder abnehmende Reckwege über einen Teil ihres Umfangs. erfordern, bspw. konische bzw. doppelkonische Flaschen mit von der Kreisform abweichendem Querschnitt, vorzugsweise mit ovalem oder rechteckigem Querschnitt. Nach der zweiten Verfahrens-Weiterbildung ist es ebenso einfach möglich, den als Vorformling für das Extrusionsblasen von Hohlkörpern dienenden Schläuchen eine Wanddickenverteilung zu geben, aus der sich Hohlkörper' erstellen lassen, die in verschiedenen Umfangs- und Längenbereichen die unterschiedlichsten' Reckwege erfordern.

Die erfindungsgemäße Verfahrensart hat den weiteren wesentlichen

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Vorteil, daß sie sich nicht nur unter Benutzung von Speicherblasköpf.en mit diskontinuierlicher Arbeitsweise, sondern vielmehr auch unter Benutzung von Extrusionsschlauchköpfen mit kontinuierlicher Arbeitsweise durchführen läßt.

Nach der Erfindung zeichnet sich eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Speicherkopf, der einen Stauraum für die thermoplastische Schmelze zwischen der Ringdüse und den Einspeisestellen aufweist, aus dem die Schmelze mittels eines über einen Druckmittelzylinder bewegbaren Ringkolbens diskontinuierlich durch die Ringdüse austreibbar ist, hauptsächlich durch die im fünften Anspruch angegebenen Kennzeichnungsmerkmale aus.

Dabei sind Weiterbildungen dieser Vorrichtung im Sinne der Merkmale möglich, die im sechsten, siebenten und achten Anspruch aufgezeigt werden.

Von wesentlicher Bedeutung ist dabei, daß diese Vorrichtung sich gegebenenfalls auch nachträglich noch Speicherblasköpfen .zuordnen läßt, wie sie bspw. durch die DE-OS 25 10 127 bekanntgeworden sind.

Eine- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die mit einem Extrusionsschlauchkopf arbeitet, "der einen ringförmigen Durchflußspalt für die thermoplastischen Schmelzen zwischen der Ringdüse uhd den Einspeisestellen aufweist, zeichnet sich nach der Erfindung im wesentlichen durch die Kennzeichnungsmerkmale des neunten Anspruchs aus.

Zweckmäßige Ausgestaltungsmerkmale einer solchen Vorrichtung sind dabei durch den zehnten, elften und zwölften Anspruch gekennzeichnet. '

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfol·^ gend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ausführlich erläutert. Hierbei zeigt

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Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Speicherblaskopf in ausführlicher Darstellung, wobei dem vorschubseitigen Druckraum von dessen Druckmittelzylinder ein erfindungsgemäßes Gegendruck—Steuer- und/oder -regelsystem zugeordnet ist,

Figur 2 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Extrusionsblaskopf mit einem das erfindungsgemäße Gegendruck-Steuer- und/oder -regelsystem bildenden, verstellbaren Spaltregelglied im Durchflußspalt für die thermoplastische Schmelze,

Figur 3 in größerem Maßstab und im Querschnitt eine mögliche Masseverteilung für die beiden Schmelzeströme innerhalb des Stauraums des Speicherblaskopfes nach Fig. 1 bzw. innerhalb des Durchflußspaltes im Extrusionskopf nach Fig. 2,

Figur 4 im Querschnitt die Wanddickenverteilung an einem Schlauch, die sich bei einer Masseverteilung der Schmelzeströme gemäß Fig. 3 ergibt,

Figur 5 im Querschnitt eine andere mögliche Masseverteilung der beiden Schmelzeströme im Stauraum des Speicherblaskopfes nach Fig. 1 bzw. im Durchflußspalt des Extrusionskopf es nach Fig. 2 und

Figur 6 im Querschnitt die Wanddickenverteilung an einem Schlauch, welche sich als Folge der aus Fig. 5 ersichtlichen Masseverteilung für die beiden Schmelzeströme einstellt.

In Fig. 1 ist ein Speicherblaskopf 1 zum Ausbringen von Schläuchen aus hochmolekularem, thermoplastischem Kunststoff dargestellt, wie sie bspw. als Vorformlinge für das Extrusionsblasen benötigt werden. Dieser Speicherblaskopf 1 steht dabei mit einer

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Plastifiziervorrichtung 2, bspw. einem Schneckenextruder, in Verbindung, welcher die thermoplastische Schmelzedem Speicherblaskopf 1 zuführt.

Der Speicherblaskopf 1 weist einen Mantel 3 auf, an welchen sich der Düsenmantel 4 anschließt, der wiederum unter Bildungeines Ringspaltes den Düsendorn 5 umgibt.

Der Düsendorn 5 sitzt am unteren Ende einer Düsenpinole 6, deren oberes Ende einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder '7 durchgreift und mit einem darin verschiebbaren Kolben δ axial nachstellbar bzw. justierbar verbunden ist.

Die Düsenpinole 6 ist innerhalb des Mantels 3 von einem Ringkolben 9 umgeben, der wiederum auf einem Teil seiner Länge von einer Hülse 10 umfaßt wird.

Nahe ihrem unteren Ende weist die Hülse 10 an ihrem Außenumfang eine Ringnut 11 auf, der auf gleicher Höhe am Innenumfang des Mantels 3 eine ähnliche Ringnut 12 gegenüberliegt. Von oben her greift zwischen den Mantel 3 und die Hülse 10 eine Trennhülse 13 ein, derart, daß sie die beiden Ringnuten 11 und 12 voneinander trennt, nach unten jedoch für die Ringnut 11 einen Führungsspalt 14,für die Ringnut 12 einen Führungsspalt 15 in einen gemeinsamen Drosselspalt 16 freiläßt, der zwischen einem Innenkonus des Mantels 3 und einem Außenkonus der Hülse 10 gebildet ist. Der Drosselspalt 16 führt dabei nach unten in einen Stauraum 17, welcher einerseits vom Mantel 3 und andererseits vom Ringkolben 9 begrenzt wird. Durch .axiales Verschieben des Ringkolbens 9 läßt sich dabei das Volumen des Stauraumes 17 verändern. Durch axiale Verstellung der Hülse 10 kann auch der Drosselspalt 16 verändert werden,' während sich durch axiale Verstellung der Trennhüise 13 schließlich auch die Führungsspalte T4 und 15 regulieren lassen. . ■

Die Mündung 18 der Plastifiziervorrichtung 2 führt zu einem etwa auf einem Halbkreis zwischen der Innenseite des Mantels 3

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und der Außenseite der Trennhülse 13 verlaufenden Kanal 19, dessen eines Ende durch eine Ausnehmung der Trennhülse 13 mit jder Ringnut 11 und dessen anderes Ende an einer diametral gegenüberliegenden Stelle unmittelbar mit der Ringnut 12 in Verbindung steht. Die von der Plastifiziervorrichtung 2 kommende thermoplastische Kunststoffschmelze wird somit an sich diametral gegenüberliegenden Umfangsstellen gleichzeitig in die durch die Trennhülse 13 gegeneinander abgegrenzten Ringnuten 11 und 12 eingespeist. Sie verteilt sich somit von der jeweiligen Einspeisestelle in die beiden Ringnuten 11 und 12 entsprechend den in den Figuren 3 und 5 angedeuteten Strömungspfeilen 20' und 20" bzw. 21', 21", von den dort angedeuteten Einspeisestellen 22 und 23 aus.

Die beiden Schmelzeströme 20¹, 20" und 21', 21" treten getrennt voneinander durch die Führungsspalte 14 und 15 aus den Ringnuten 11 und 12 nach unten aus und vereinigen sich miteinander im Drosselspalt 16, derart, daß sie sich wechselseitig überlappen, wie dies in den Fig. 3 und 5 angedeutet ist.

Überlappungsform und -ausmaß der beiden Schmelzeströme 20', 2O" und 21', 21" läßt sich durch den zusammen mit dem Mantel 3 den Stauraum 17 des Speicherblaskopfes 1 bestimmenden Ringkolben 9 beeinflussen.

Der Ringkolben 9 wirkt unter Zwischenschaltung einer waagerechten Betätigungsstange für eine Steuereinrichtung mit einem ebenfalls koaxial zur Düsenpinole 6 verschiebbaren Ringkolben -25 zusammen, der in einem Hydraulikzylinder 26 beweglich ist, welcher nur an der Oberseite des Ringkolbens 25 einen Druckraum 27 hat. Der Hydraulikzylinder 26 ist also einfach wirkend ausgebildet, wobei nur die Vorwärts- bzw. Abwärtsbewegung des Ringkolbens 25 durch die Hydraulikflüssigkeit bewirkt wird, während dessön Rückbzw. Aufwärtsbewegung aus einer äußeren Kraft resultiert. Diese äußere Kraft wird dabei von der in den Stauraum 17 einfließenden thermoplastischen Schmelze hervorgebracht, welche auf den

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Ringkolben·9 wirkt und dessen Rück- bzw. Aufwärtsbewegung erzwingt, welche über die Betätigungsstange 24 auf den Ringkolben 25 übertragen wird.

Sofern der Druckraum 27 ties Hydraulikzylinders 26 entlüftet ist* kann durch die in. den Stauraum 17 einfließende thermoplastische Schmelze der Ringkolben 9 und mit diesem auch der Ringkolben 25 praktisch drucklos im Druckraum 27 nach oben geschoben werden, weil dort nur der Normaldruck von etwa.1 bar herrscht."

Aus dem gefüllten Stauraum 1-7 kann die thermoplastische Kunststoffschmelze nach dem durch den Hydraulikzylinder 7 und den Kolben 8 über die Düsenpinole 6 erfolgten öffnen der Ringdüse 4_f 5 dadurch ausgestoßen werden, daß der Druckraum 27 des Hydraulikzylinders 26 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt wird* und dadurch über den Ringkolben 25 und die Betätigungsstange 24 den Ringkolben 9 nach unten schiebt. Hierdurch wird dann aus der Ringdüse 4, 5 der Schlauch in einer dem FüllvoLumen des Stauraums 17 entsprechenden Länge ausgepreßt.

War die Füllung des Stauraumes 17 bei geschlossener Ringdüse 4, 5 bei fehlendem bzw.- nur geringem Gegendruck im Druckraum 27 des Hydraulikzylinders 26 erfolgt, so daß der Ringkolben 9, der in den Stauraum 7 eintretenden thermoplastischen Schmelze praktisch kernen oder nur einen geringen Widerstand -entgegensetzte, dann hatte sich innerhalb des Stauraums 17 eine der Fig. 3 entsprechende Massevertexlung der beiden Schmelzeströme 20', 20" und 21', 21" ergeben, d. h. es ist eine zueinander entgegengesetzte sichelförmige Überlappung zwischen diesen beiden Schmelzeströmen entstanden, wobei jeder derselben eine verhältnismäßig große Exzentrizität zwischen seiner Außenkontur und seiner Innenkontur aufweist. ^:

Aus der hieraus resultierenden Deformationsgeschichte und der möglichen Relaxation der thermoplastischen Schmelze, d. h. aufgrund des der thermoplastischen Schmelze eigentümlichen Materialgedächtnisses nimmt dann beim Ausstoßen der Kunststoffschmelze

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aus dem Stauraum 17 durch den niedergehenden Ringkolben 9 der aus der Ringdüse 4, 5 ausgepreßte Schlauch 28 völlig selbsttätig die aus der Figur ersichtliche Querschnittsgestalt an. Die Innenkontur des Schlauches hat dabei z.B. Kreisform, während seine Außenkontur ovale Gestalt annimt. Die größte Wanddicke des Schlauches 28 liegt dabei jeweils dort, wo auch die beiden Schmelzeströme 20', 20" und 21', 21" ihre größte Mächtigkeit hatten, während die geringste Wanddicke, des Schlauches sich an einer Stelle ergibt, die jeweils zu den Stellen der größten Wanddicke um 90 winkelversetzt ist.

Wird beim Befüllen des Stauraumes 17 der Rücklaufbewegung des Ringkolbens 9 durch entsprechende Druckhaltung im Druckraum 27 des Hydraulikzylinders 26 ein größerer Gegendruck entgegengesetzt, dann nimmt hierdurch die Masseverteilung der beiden Schmelzestrome 2o', 20" und 21', 21" eine andere Gestalt an, wie sie bspw. der Fig. 5 zu entnehmen ist. Je höher nämlich der die Rückstellbewegung des Ringkolbens 9 beeinflussende Gegendruck im Druckraum 27 des Hydraulikzylinders 26 eingestellt wird, umso mehr nähert sich die Masseverteilung der beiden Schmelzestrome 20', 20" und 21', 21" im Stauraum 17 einer in sich geschlossenen Ringform mit nahezu konzentrischen bzw. nur wenig exzentrischen Innen- und Außenkonturen.

Wird dann die thermoplastische Schmelze nach dem Öffnen der Ringdüse 4, 5 durch Niedergehen des Ringkolbens 9 aus dem Stauraum 17 ausgestoßen, dann nimmt der Schlauch 28 nach seinem Austritt aus der Ringdüse 4, 5 mehr oder weniger die in Fig. 6 gezeigte Querschnittsform, mit einer über den gesamten Umfang gleichmäßigen Wanddicke an, d. h. Außenkontur und Innenkontur des Schlauches 28 haben zueinander konzentrische Lage.

Da der Druckraum 27 des·Hydraulikzylinders. 26 für das Niederdrücken des Ringkolbens 9 zum Entleeren des Stauraumes 17 jeweils mit Druckflüssigkeit beaufschlagt wird, ist der Druck-. · raum 27 mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, wenn die Neubeschikkung des Stauraumes 17 mit thermoplastischer Schmelze beginnt.

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Zur Gegendrucksteuerung für den Ringkolben 9 ist es dann lediglich notwendig, die Rücklaufgeschwindigkeit für die Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckraum 27 zu regeln. Hierzu dient das in Fig. 3 nur rein schematisch dargestellte, regelbare Gegendrucksteuer- und/oder -regelsystem 29. Dieses Gegendruck-Steuer- und/oder -regelsystem 29 wird von einem Drossel-Rückschlagventil 30, 31 gebildet, welches in die Haupt-Hydraulikleitung 32 zwischen dem Hydraulikzylinder 26 und einem eine erste Ventil-Steuerstufe bildenden Vier/Dreiwegeventil eingeschaltet ist. Dieses Vier/Dreiwegeventil ist so ausgelegt, daß es selbsttätig in seiner mittleren Sperrstellung für alle Hydraulikleitungen gehalten wird, während es jeweils durch einen Elektromagneten und ein Vorsteuerventil in die beiden möglichen Schaltstellungen bewegt werden kann.

Die Drossel 30 und das Rückschlagventil 31 des Drosselrückschlagventils 29 sind dabei so in die Hydraulikleitung 2 eingebaut, daß sie mit Rücklaufdrosselung arbeiten. Damit die Rücklaufdrosselung sich, je nach Bedarf, entweder stufenlos oder aber stufenweise an- und/oder abschwellend geregelt werden kann, ist im Drosselventil· 30 ein Stellmotor 34 zugeordnet.

Für den optimalen Betrieb des Speicherblaskopfes 1 ist dem Druckmittelzylinder 26 noch eine zweite Ventil-Steuerstufe zugeordnet, die ein Vier/Zweiwegeventil 35 und zwei Drosselrückschlagventile 36 und 37 umfaßt. Diese zweite Ventil-Steuerstufe steht.dabei über eine Hydraulikleitung 38 mit dem Druckmittelzylinder 26 in Verbindung und hat andererseits auch noch Verbindungsleitungen 39»und 40 zur ersten Ventil-Steuerstufe. Die zweite Ventil-Steuerstufe dient dazu, den Ringkolben 25 unter Vermeidung hydraulischer Druckschläge anzufahren.

Das Vier/Zweiwegeventil 35 der zweiten Ventil-Steuerstufe wird selbsttätig in seiner rechten Schaltstellung gehalten, kann aber durch einen Elektromagneten in die linke Schaltstellung bewegt werden. Die Zuordnung der beiden Drosselrückschlagventile 36 und 37 z.um Vier/Zweiwegeventil ist solcherart, daß sie •über das Vier/Zweiwegeventil 35 wechselseitig für Vorlauf- und Rücklaufdrosselung einstellbar' sind. Die Leitung 38a stellt die Pumpenleitung, die Leitung 38b die Rückführleitung zum Vorratsbehälter dar.

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Die zweite Ventilsteuerstufe wirkt auf ein Wechselventil 41 ein, das in der Hydraulikleitung 38 hinter einem Drosselventil 42 sitzt und den Durchfluß vom Drosselventil zum Hydraulikzylinder 26 nur freigibt, wenn das Vier/zweiwegeventil 35 der zweiten Ventil-Steuerstufe entsprechend betätigt wird. Über das Drosselventil 42 wird dann die Vorschubgeschwindigkeit für den Ringkolben 9 beim Ausstoßen der thermoplastischen Schmelze aus dem Stauraum 17 bestimmt.

Während die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur partiellen Wanddickensteuerung am Umfang von durch Extrudieren hochmolekularer thermoplastischer Schmelzen gebildeten Schläuchen 28 mit einem diskontinuierlich arbeitenden Speicherblaskopf ausgestattet ist, weist die für kontinuierliches Arbeiten ausgelegte Vorrichtung nach Fig. 2 als wesentliches Bestandteil einen Extrusionsschlauchkopf 51 auf. Dieser Extrusionsschlauchkopf 51 ist im Grunde genommen ähnlich aufgebaut, wie der Speicherblaskopf 1 nach Fig. 1. Er hat nämlich einen Mantel 53, an dessen unteres Ende sich der Düsenmantel 54 anschließt, welcher zusammen mit dem Düsendorn 55 die Ringdüse bildet. Der Düsendorn 55 sitzt am unteren Ende einer Düsenpinole 56, durch deren Axialverschiebung sich die Ringdüse 54, 55 bedarfsweise schließen und öffnen läßt. Die Bewegung der Düsenpinole 56 kann dabei äquivalent zur Fig. 1 mit Hilfe eines in einem Hydraulikzylinder 7 beweglichen Kolbens 8 erfolgen, wobei die Düsenpinole 56 mit letzterem verbunden ist.

Anstelle des Ringkolbens 9 beim Speicherblaskopf 1 nach Fig. 1 ist im Extrusionsschlauchkopf 51 nach Fig. 2 ein axial verschiebbares Steuerglied 59 vorgesehen, welches die Düsenpinole 56 konzentrisch umgibt. Dieses Steuerelement 59 wird wiederum von einer Hülse 60 umfaßt, welche mit der Hülse 10 nach Fig. 1 übereinstimmt. Deshalb hat die Hülse 60 auch nahe ihrem unteren Ende eine Ringnut 61, welcher auf gleicher Höhe eine Ringnut 62 im Mantel 53 gegenüberliegt. Von oben her ragt zwischen den Mantel 53 und die Hülse 60 auch eine Trennhülse 63 hinein,

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welche die beiden Ringnuten 61 und 62 gegeneinander abgrenzt. Dabei ist einerseits zwischen der Trennhülse 63 und der Hülse 60 ein Führungsspalt 6 4 für die thermoplastische Schmelze gebildet/ während ein ähnlicher Führungsspalt 65 auch zwischen der Trennhülse 63 und dem Mantel 53 gebildet wird. Der Führungsspalt 64 verbindet dabei die Ringnut 61 mit dem Drosselspalt 66, während der Spalt 65 eine Verbindung der Ringnut 62 mit dem Drosselspalt 66 herstellt.

Der Drosselspalt 66 wird durch einen Innenkonus des Mantels 53 und einen Außenkonus am freien Ende der Hülse 60 begrenzt und geht nach unten in einen Drosselspalt 67 über, der außen wiederum vom Mantel 53, nach innen aber durch das untere Ende des Steuerelementes 59 begrenzt wird. Dabei hat das untere Ende des Steuerelementes 59 eine Konusfläche 59', die über einen konvex gewölbten Anschlußabschnitt 59" einstückig an den Zylindermantel des Steuerelementes 59 anschließt.

Durch Axialverschiebung der Hülse 60 läßt sich 'der Drosselspalt 66 einstellen, während durch Axialverschiebung der Trennhülse 63 die Führungsspalte 64 und 65 justiert werden können.

Die Mündung 68 der Plastifiziervorrichtung 52 steht mit einem halbkreisförmigen Kanal 69 in Verbindung, dessen eines Ende Verbindung zur Ringnut 61 hat, während das diametral gegenüberliegende Ende eine Verbindung zur Ringnut 62 aufweist. Bei der Beschickung des Extrusionsschlauchkopfes 51 mit thermoplastischer Schmelze entstehen somit zwei getrennte .Schmelzenströme, die an sich diametral gegenüberliegenden Stellen 22 und 23 gemäß den Figuren 3 und 5 in die Ringnuten 61 und 62 eingespeist werden und sich darin entsprechend den Strömungspfeilen 20', 20" und 21'/ 21" verteilen, so daß sich wenigstens teilweise überlappende Schmelzeschichten entstehen, wie sie den Fig. 3 und 5 entnehmbar sind.

Die Masseverteilung der beiden Schmelzeströme 20', 20" und 21' 21" innerhalb des ringförmigen Durchflußspaltes 67 wird aus-

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schließlich durch das Ausmaß der axialen Verschiebung des Steuerelementes 59 relativ zum Mantel 53 beeinflußt, indem dieses Steuerelement mit seiner Konusfläche 59' und dem konvex gewölbten Anschlußbereich 59" als Spaltregelorgan wirkt.

Wesentlich für die Regelung der Masseverteilung der beiden Schmelzeströme 20', 20" und 21", 21" innerhalb des Durchflußspaltes 67 ist dabei, daß der Durchflußspalt 67 an seinem durch den Mantel 5 3 begrenzten Außenumfang in Fließrichtung der Schmelze eine wellenförmige Kontur 70 aufweist, die aus zwei Wellenbergen 70' und 70'" und einem dazwischenliegenden Wellental 70" besteht. Außerdem ist es wichtig, daß das aus der Konusfläche 59' und dem konvexen Anschlußabschnitt 59" bestehende Spaltregelorgan des Steuerelementes 59 mindestens über dem durch das Wellental 70" und den unteren Wellenberg 70'" bestimmten Längenbereich des Durchflußspaltes 67 axial verstellt werden kann.

Die durch den Drosselspalt 66 vereint dem Durchflußspalt 67 zufließenden beiden Schmelzeströme 20', 20" und 21', 21" können hinsichtlich ihrer Masseverteilung im Durchflußspalt 67 durch Axialverschiebung des Steuerelementes 59 beeinflußt werden, und zwar dadurch, daß der Durchlaßquerschnitt im Durchflußspalt 67 im Bereich zwischen dem unteren Wellenberg 70'" und der Konusfläche 59' des Spaltregelorgans bedarfsweise vergrößert oder verkleinert wird. Ist der Durchlaß zwischen diesen Stellen groß, dann findet kein oder nur ein geringer Gegendruck-Aufbau im Durchflußspalt 67 statt, so daß sich für die beiden Schmelzeströme 20', 20" und 21', 21" etwa die Masseverteilung gemäß Fig. 3 ergibt. Wird hingegen der Durchlaßquerschnitt zwischen den betreffenden Stellen verkleinert, dann ergibt sich ein höherer Gegendruck im Durchflußspalt 67, so daß die Masseverteilung der beiden Schmelzeströme 20', 20" und 21', 21" in Richtung auf den in Fig. 5 gezeigten Zustand beeinflußt wird."

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Verhältnismäßig geringe Axialverschiebungen des Steuerelementes 59 reichen dabei aus, um durch entsprechenden Gegendruckaufbau die jeweils wünschenswerte Masseverteilung zu erreichen, aufgrund welcher sich dann beim Austritt der Schläuche 2 8 aus der Ringdüse 54, 55 die entsprechenden Wanddickenverteilungen gemäß Fig. 4 oder Fig. 6 selbsttätig einstellen.

Für ein einwandfreies Arbeiten eines Extrusionsschlauchkopfes 51 nach Fig. 2 ist es von Vorteil, wenn sich an den regeIba-. ren Durchflußspalt 67 zum Düsenspalt hin ein Verbindungsspalt 71 anschließt, dessen Durchlaßquerschnitt mindestens gleich dem größten einstellbaren Durchlaßquerschnitt des regelbaren Durchflußspaltes 67 ist. In diesem Bereich stellt sich dann ein niedrigerer, zur Schlaucherzeugung ausreichender Druck ein, welcher etwa bei 80 bis 100 bar liegt, während vor dem Durchflußspalt 67 in'der thermoplastischen Schmelze ein Druck in Höhe von bis zu 15O bar aufgebaut werden kann.

Die mit einem Speicherblaskopf 1 nach Fig. 1 arbeitende Vorrichtung zur partiellen Wanddickensteuerung am Umfang von Schläuchen ist zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß mit Hilfe des Gegendruck-Steuer- und/oder -regelsystems 29 im Druckraum 27 des Hydraulikzylinders 26 eine Druckerhöhung bis auf etwa 100 bar hervorgerufen werden kann, während der Druckraum 27 des Hydraulikzylinders 26 zum Ausstoßen der thermoplastischen Schmelze aus dem Stauraum 17 mittels des Ringkolbens 9 auf etwa 250 bis 300 bar gebracht werden muß. Diese Druckerhöhung wird durch die Zusammenarbeit der beiden Ventil-Steuerstufen 3 3 und 35 gewährleistet.

Claims

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMEMCri · GERD MÖLLER ■ D. GROSSE ■ F. POLLMEIER 19. August 1980 f.ni 61 084 Battenfeld Maschinenfabriken GmbH, Meinerzhagen 1 Patentansprüche

1. Verfahren zur partiellen Wanddickensteuerung am Umfang · von, insbesondere aus Vorformlingen für das Extrusionsblasen dienenden, durch Extrudieren hochmolekularer thermoplastischer Schmelzen gebildeten Schläuchen, bei welchem die Schmelze an mindestens zwei in Umfangsrichtung gleichmäßig zueinander winkelversetzten Stellen in den Schlauchkopf eingespeist wird und die verschiedenen Schmelzeströme als sich wenigstens teilweise überlappende Schmelzeschichten der Ringdüse des Schlauchkopfes zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze während ihrer Einspeisung (22; 23) in den Schlauchkopf (1; 51) einem Gegendruck ausgesetzt (27, 29; 59', 70'") und dabei die Masseverteilung für die verschiedenen Schmelzeströme (20¹, 20" und 21', 21") in Umfangsrichtung durch Veränderung (34; 59) des Gegendruckes (27, 29; 59', 70'") gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzeströme (20^!, 20"; 21', 21") als mehr oder weniger geschlossene und in sich exzentrische Ringströme

ineinandergeführt werden (Fig. 3 und 5) und dabei deren Ringgestalt und Exzentrizität ausschließlich durch Veränderung des Gegendrucks (27, 29; 59', 70'") gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck (27, 29; 59', 70'") während der Schmelzeeinspeisung (22, 23) stufenlos an- und/oder abschwellend verändert wird (34; 59).

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4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck (27, 29? 59', 70"') während, der Schmelzeeinspeisung (22, 23) stufenweise an- und/oder abschwellend verändert wird (34; 59).

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Speicherschlauchkopf, der einen Stauraum für die thermoplastische Schmelze zwischen der Ringdüse und den Einspeisestellen aufweist, aus dem die Schmelze mittels eines über einen Hydraulikzylinder bewegbaren Ringkolbens diskontinuierlich durch die Ringdüse austreibbar ist,

dadurch gekennz e'i c h η et , daß dem vorschubseitigen Druckraum (27) des Druckmittelzylinders (26) ein Gegendruck-Steuer- und/oder -regelsystem (29, 30, 31, 34) zugeordnet ist (Fig. 1).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegendruck-Steuer- und/oder -regelsystem (29) aus einem in der Hydraulikleitung (32) zum vorschubseitigen Druckraum (27) des Hydraulikzylinders (26) angeordneten, verstellbaren (34) Drosselrückschlagventil (30, 31) mit Ab- oder Rücklaufdrosselung besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet,.

daß dem Drosselventil (30) ein Stellmotor (34) zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5"bis 7,

bei welcher dem Hydraulikzylinder zwei Ventil-Steuerstufen zugeordnet sind, von denen die erste ein Vier/Dreiwegeventil umfaßt, dag selbsttätig in seiner mittleren Sperrstellung für alle Leitungen gehalten und jeweils durch einen Elektro-

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magneten und ein Vorsteuerventil in die beiden Schaltstellungen bewegbar ist, während die zweite ein Vier/Zweiwegeventil und zwei Drosselrückschlagventile hat, wobei das Vier/Zweiwegeventil selbsttätig in seiner rechten Schaltstellung gehalten aber durch einen Elektromagneten in die linke Schaltstellung bewegbar ist und die Drosselrücksch-lagventile über das Vier/Zweiwegeventil wechselseitig für Vorlauf- und Rücklaufdrosselung einstellbar sind', dadurch gekennzeichnet, daß das als Gegendruck-Steuer- und/oder -regelsystem dienen- · de Drosselrückschlagventil (29) zwischen der ersten Ventil-■ Steuerstufe (33) und dem Druckraum (27) des Hydraulikzylinders (26) in der Hydraulikleitung (32) angeordnet ist (Fig. 1).

9. Vorrichtung zur .Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Extrusionsschlauchkopf, der einen ringförmigen Durchflußspalt für die thermoplastische Schmelze zwischen der Ringdüse und den Einspeisestellen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein der Ringdüse (54, 55) benachbarter Bereich (67) des ringförmigen Durchflußspaltes in seinem Durchflußquerschnitt durch ein verstellbares Spaltregelglied (59, 59", 59") variierbar ist (59¹, 7O'")(Fig. 2).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekenn ze i c h η e t , daß der Durchflußspalt (67) an seinem Außenumfang in Fließ richtung der Schmelze eine wellenförmige Kontur (70)aufweist, die aus zwei Wellenbergen (70', ·70'") und einem Wellental (70") besteht, und daß der Innenumfang des Durchflußspaltes (67) durch eine in Fließrichtung der Schmelze verjüngte Konusfläche (59¹) des Spaltregelorg-ans (59, 59', 59") begrenzt ist, welche über den durch das Wellental (70") und den unteren Wellenberg (70'"·) bestimmten Längenbereich des Durchflußspaltes (67) axial verstellbar ist (59).

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch geke. nnzeichnet, daß die Konusfläche (59') des Spaltregelorgans (59, 59', 59") sich über einen konvex gewölbten Anschlußabschnitt (59") ein stückig an eine zylindrische Hülse . anschließt, koaxial verschiebbar auf der Pinole (56) des Ringdüsendorns (55) und innerhalb einer ortsfesten Hülse (60) des Extrusionsschlauchkopfes (51) geführt ist (Fig. 2).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den regelbaren Durchflußspalt (67) in Richtung zum Düsenspalt hin ein Verbindungsringspalt (71) anschließt, dessen Durchlaßquerschnitt mindestens gleich dem größten einstellbaren Durchlaßquerschnitt des regelbaren Durchflußspaltes (67) ist.