DE3149334A1

DE3149334A1 - Extruder zur herstellung von rohrfoermigen kunststoffgegenstaenden od.dgl.

Info

Publication number: DE3149334A1
Application number: DE19813149334
Authority: DE
Inventors: Aarne Juho Henrik 15210 Lahti Heino; Erkki Ilmari 15560 Nastola Puolakka; Pertti Olavi 33730 Tampere Törmälä
Original assignee: PROPLAST Oy
Current assignee: PROPLAST Oy
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1981-12-12
Publication date: 1982-07-15
Also published as: GB2089717A; IT8149931A0; SE8107529L; JPS57128521A; DK541681A; ES508640A0; NL8105611A; FI803964L; ES8300571A1; IT1172161B; FR2496546A1

Description

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DR. ING. HANS LiCHTI ■ DIPL."ING. HEINER LICHTI DIPL.-PHYS. DR. JOST LEMPERT PATENTANWÄLTE

D-7500 KARLSRUHE 4MGRoTZINCEN) · DURLACHER STR. 3! (HOCHHAUS)

TfeLEFON (0721) 48511

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PROPLAST OY

^NorOkatu5 6234/81 Le

SF-15230 LAHTI 23 / Finnland

Extruder zur Herstellung von rohrförmigen Kunststbffgegenständen od. djgl.

Die Erfindung betrifft einen Extruder zur Herstellung von rohrförmigen Kunststoff gegenständen od. dgl., mit einem äußeren Zylinder, einer Transportschnecke, die drehbar innerhalb des Zylinders gelagert isf, einem Torpedo im Bereich des vorderen Endes der Schnecke und einer Werkzeugöffnung, die das Torpedo umgibt.

Zur Herstellung rohrförmiger Kunststoffgegenstände mittels eines Extruders wird das Kunststoff material im Extruder geschmolzen und durch die gemeinsame Einwirkung von Hitze und Scherwirkung der Extruderschnecke vergleichmäßigt. Die geschmolzene Masse tritt durch einen Extruderkopf und wird in diesem in verschiedene Stränge durch Rippen geteilt,· die ei nen Körper eines Torpedos oder Verdrängungskörpers im Gehäuse des Extruderkopfes halten. Hinter den Rippen vereinigt sich die Masse wieder und bildet das durch die Abmessungen des Torpedos und der dieses umgebenden Werkzeugöffnung bestimmte Endprodukt.

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Ein erster Nachteil eines herkömmlichen Extruders ist, daß, wenn die durch di e Rippen des Torpedokörpers geteilte,zu extrudierende Masse sich wieder vereint, ein Verbindungsbereich entsteht, dessen Stärke weit geringer ist als die Stärke des Restes des Erzeugnisses. Die Herstellung einer soliden Verbindung erfordert eine lange Zeitdauer und ausreichend hohe Temperatur und ausreichend hohen Druck. Diese Faktoren reduzieren aber wieder die Herstellungsrate. Oft ist die Konstruktion eines solches Extruderkopfes recht kompliziert.

Die Mikrostruktur von Kunststoffmaterial auf der molekularen Ebene hat eine starke Einwirkung auf die makroskopischen mechanischen Eigenschaften. Ein typischer Mikrostruktur-Parameter ist die molekulare Orientierung oder Ausrichtung, d.h. die einheitliche Orientierung der Polymermoleküle in einer bestimmten Richtung relativ zu den makroskopischen Abmessungen des Kunststoffgegenstandes. Solch eine Orientierung kann hergestellt werden, wenn geschmolzenes Kunststoff material mit hoher Geschwindigkeit in einem engen Kanal fließt oder ein Gegenstand im geschmolzenen ocjer zähflüssigen Zustand in einer bestimmten Richtung gezogen wird. ^;

Bei der üblichen Herstellung von Rohren od. dgl. wird eine Ausrichtung in Längsrichtung des Rohres aus den genannten Gründen bewirkt. Deswegen ist die Stärke oder Festigkeit des Rohres in axialer Richtung üblicherweise größer als in radialer Richtung. Jedoch ist unter Druck die Bean-, spruchung einer Rohrwand in Querrichtung größer als in Längsrichtung. Es ergibt sich dann, daß die Wanddicke eines Rohres größer sein muß, als sie bei optimaler Orientierungssituation sein könnte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe? zugrunde, unter Vermeidung der genannten Nachteile einen Extruder zu schaffen, mittels dessen Rohre

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mit optimalen Stärke- bzw. Festigkeitseigenschaften geschaffen werden können.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß das Torpedo drehbar gelagert ist.

Durch das erfindungsgemäße Merkmal wird die Möglichkeit zur Optimierung der Stärke- oder Festigkeitseigenschafteh eines herzustellenden Produktes geschaffen, indem auf die innere Struktur des Kunststoff materials eingewirkt werden kann. Durch das drehbare Torpedo wird erreicht, daß der Grad und die Richtung der Orientierung des herzustellenden Rohres in verschiedenen Tiefen der Rohrwand unterschiedlich ist. Die orientierten Lagen bewirken eine Verstärkung der Wand, so daß der hergestellte Gegenstand ausgezeichnete mechanische Eigenschaften aufweist. Durch geeignete Steuerung der Ausrichtung kann eine Situation erreicht werden, in der das Verhältnis der Stärke in verschiedenen Richtungen dem Verhältnis der Beanspruchung durch Belastung in optimaler Weise entspricht und so eine geringe Wänddicke starker Festigkeit erreicht werden kann.

Gemäß einer äußerst bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Torpedo als Verlängerung der Schnecke ausgebildet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Extruders oder Extruderkopfes zur Herstellung von insbesondere rohrförmigen Kunststoffgegenständen wird also neben einer senkrechten Ausrichtung der Moleküle an der inneren Seite des Rohres relativ zur Zug- oder Extrusionsrichtung und damit einer Erhöhung der Festigkeit des Gegenstandes erreicht, daß der Schmelzfluß des Kunststoff materials nicht in mehrere Teile im Kanal des Extruderkopfes aufgeteilt wird, wodurch Verbindungsbereiche entstehen können, die bei bekannten Extrudern einen nachteiligen Einfluß auf die Stärke oder Festigkeit des herzustellenden Gegenstandes haben.

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Mit anderen Worten erreicht der erfindungsgemäße Extruder eine variierende Orientierung von einer zur anderen Lage des herzustellenden Gegenstandes und verhindert gleichzeitig eine Aufteilung des geschmolzenen Kunststoffmaterials in verschiedenen Kanälen eines Extruderkopfes.

Wei tere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den An-³ Sprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Extruders ausgehend von einem bekannten Extruder unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Figur 1 Einen herkömmlichen Extruderkopf im Schnitt;

Figur 2 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform

eines erfindungsgemäßen Extruders; und

Figur 3 einen Längsschnitt eines Extruderkopfes einer

zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Extruders.

Zur Herstellung von röhrenförmigen Kunststoffgegenständen mittels eines Extruders wird üblicherwei se ein Extruderkopf verwendet, wie er in der Figur 1 dargestellt ist. Im Extruder wird das Kunststoffmaterial geschmolzen und homogenisiert. Dies geschieht durch die gemeinsame Einwirkung von Hitze, die durch die Zylinderwand 1 übertragen wird und durch die Scherwirkung der Schnecke 2. Die geschmolzene Masse wird in den Extruder- oder Spritzkopf 3 gedrückt, wo sie in mehrere, zunächst voneinander getrennte Stränge geteilt wird, deren Anzahl von der Anzahl der Rippen 4' bestimmt ist, die den Körper 4 des (Extruder-) Torpedos 5 am Gehäuse des Extruderkopfes 3 tragen. Hinter den Rippen A¹- vereinigt sich die zu extrudierende Masse und bildet das Erzeugnis, dessen Abmessungen durch

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die Abmessungen des Torpedos 5 und die Werkzeugöffnung 6 bestimmt ist.

Gegenüber di esem bek ahnten Extruder ist bei einem erfindungsge'mäßen Extruder, wie er in Figur 2 dargestellt ist, die Schnecke 11 in ihrem Inneren in axialer Richtung aufgebohrt, so daß das Innere der Schnecke 11 über die gesamte Länge hin hohl ist. Ein Torpedo 12 ist mit der Schnecke über eine Lagerung 13 verbunden. Die Verbindung wird beispielsweise mittels eines Gegengewindes 14 hergestellt. Die Welle 15 des Torpedos 12 erstreckt sich durch die Schnecke 11 und am dem Extruderkopf entgegengesetzten Ende am Getriebegehäuse 17 desExtrüders mittels eines Lagers befestigt. Mittels eines Motors und des Getriebegehäuses 17, kann das Torpedo 12 in eine Drehbewegung gewünschter Richtung und Geschwindigkeit versetzt werden.

Zur Herstellung eines röhrenförmigen Gegenstandes mittels des in Fig. 2 dargestellten Extruderkopfes ist es zunächst nicht notwendig, die Kunststoffmasse in einzelne Komponentenstränge entsprechend den einzelnen Kanälen des Extruderkopfes aufzuteilen. Weiterhin wird in Abhängigkeit von der Reibung zwischen dem Torpedo 12 und der zu ext rudi er enden Masse und der Drehgeschwindigkei t des Torpedos. 12 die Innenseite des herzustellenden Rohres in eine Drehbewegung versetzt, wodurch auf der Innenseite des Rohres eine transversale oder umfangsmäßige Orientierung erreicht wird, die zur Außenseite der Wand hin kontinuierlich in eine Längs- oder Axial ausrichtung übergeht. Wenn eine geeignete Richtung für die erzeugte Orientierung ausgewählt wird, können die Festigkeitseigenschaften des Materials in optimaler Weise eingesetzt werden. Gewünschte mechanische Eigenschaften können bei einer geringeren·Wanddicke erzielt werden, wodurch sich Rohmateri al ei nsparungen ergeben.

Ein erfindungsgemäßer Extruder in der bevorzugten Ausgestaltung nach der Figur 2 eröffnet interessante Möglichkeiten für Materialien, deren

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Fähigkeit zur Verbundbildung relativ schlecht sind. Ais Beispiet eines solchen Materials soll vernetztes Polyethylen genannt werden, dessen Verbundfähigkeit starb abnimmt, wenp der Vernetzungsgrad größer wird» Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Extruders ist es möglich, teilweise Verbindungen von Rohmaterial innerhalb des Extruders zu erlauben und trotzdem ein Endprodukt zu erhalten, das im Hin-f blick auf seine Härte voll einsetzbar ist.

Die Drehbewegung des Torpedos 12 bqi der Ausgestaltung nach Figur 2 kann auch mittels eines herkömmlichen Werkzeugs erreicht werden. In einem solchen Falle tritt das Torpedo durch eine Rahmenstruktur und wird mittels eines Gegengewindes gehalten.

Ein zweites mögliches Ausführungsbeispiel, das einfacher und in seinen E insatzmög Ii ehielten begrenzter ist, ist in der Figur 3 dargestellt. Bei dieser Ausgestaltung dreht sich das Torpedo 12 mit der Schnecke 11.

Innerhalb des Erfindungsgedankens sind weitere abweichende Ausführungen möglich. Dje dargestellten Ausführungsbeispiele dienen nur beispielhaft zur Erläuterung des Erfindungsgedankens. So kann das Torpedo mittels eines separaten Körpers oder Gehäuses getragen werden, welches mit einer Bohrung für das Torpedo versehen ist. In einem solchen Falle wird das Torpedo, beispielsweise in herkömmlicher Weise, vom Gehäuse des Extrusionskopfes mittels den Rippen getragen.

Die in der vorsiehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln afs auch in belie bigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichen-Li ste fj„ 6234/81 Le

1 Zylinderwand

2 Schneck e

3 Extruderkopf

. 4 Torpedokörper

4¹ Rippen

5 Torpedo

6 Werkzeugöffnung

11 Schnecke

12 Torpedo

13 Lager

14 Gegengewinde

15 Welle

16 Lager

17 Getriebegehäuse

Leerseite

Claims

DR. ING. HANS LICHItI · DIPL."ING. HEINER LICHTI DlPL.-PHYS. DR. JOST LEMPERT PATENTANWÄLTE D-7500 KARLSRUHE 41 (G ROTZ I N C E N > · DURLACHER STR. 31 (HOCHHAUS) TKLEFON (0721) 48511 PROPLAST OY . H- P"2Zt Norokatu 5 . 6234/81 Le SF-15230 LAHTI 23 / Finnland PATENTANSPRÜCHE

1.; Extruder zur Herstellung von rohrförmigen Kunststoffgegenständen od. dgl. mit einem äußeren Zylinder, einer Transportschnecke, die drehbar innerhalb des Zylinders gelagert ist, einem Torpedo im Bereich des vorderen Endes der Schnecke und einer Werkzeugöffnung, die das Torpedo umgibt,

dadurch gekennzeichnet, daß das Torpedo (12) drehbar gelagert ist.

2. Extruder, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Torpedo (12) als Verlängerung der Schnecke (11) ausgebildet ist.

3. Extruder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Torpedo (12) starr mit dem vorderen Ende der Schnecke (11) verbunden ist, so daß es sich mit der Schnecke (11) dreht.

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4. Extruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Torpedo (12) drehbar an der Schnecke (11) mittels einer Welle (15) angeordnet ist, die sich durch die Schnecke (11) hindurch erstreckt.

5. Extrudernach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die

■ Welle (15) mit einem Getriebe (17) od. dgl. verbunden ist, durch welche sie in beliebige Drehrichtung und Geschwindigkeit unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Schnecke (11) versetzbar ist.

6. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Torpedo (12) mittels eines separaten Rahmens drehbar gelagert ist, der eine Bohrung für das Torpedo (12) aufweist.

7. Extruder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen Jn an sich herkömmlicher Weise am Gehäuse des Extruderkopfes durch Rippen gehalten wird.