DE3414832A1

DE3414832A1 - Extrudierte stegmehrfachplatte mit gewellten stegen sowie verfahren und vorrichtung zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3414832A1
Application number: DE19843414832
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinrich 6109 Mühltal Schanz; Heinz Dr.-Ing. 6101 Roßdorf Vetter
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1984-04-19
Filing date: 1984-04-19
Publication date: 1985-10-31
Also published as: JPS60234818A

Description

Extrudierte Stegmehrfachplatte mit gewellten Stegen sowie
Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine extrudierte Stegmehrfachplatte aus thermoplastischem Kunststoff mit in Extrusionsrichtung gewellten Stegen sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu ihrer Herstellung. Stegmehrfachplatten, bestehend aus zwei parallelen ebenen Außenwänden, gegebenenfalls parallel dazu liegenden Innenwänden und zwischen den Außenwänden einstückig angeordneten Stegen haben als leichtes, wärmeisolierendes, steifes Verglasungs- oder Bedachungsmaterial erhebliche technische Bedeutung erlangt. Infolge der versteifenden Wirkung der Stege können die Stegmehrfachplatten über große Stützweiten in Stegrichtung frei verlegt werden, jedoch läßt die Steifigkeit quer zur Stegrichtung zu wünschen übrig.
Eine höhere Quersteifigkeit haben zwar Stegmehrfachplatten mit in Extrusionsrichtung gewellten Stegen. Wegen des großen apparativen Aufwandes zu ihrer Herstellung haben sie jedoch bisher keine technische Bedeutung erlangt.
Stand der Technik Aus der schweizerischen Patentschrift 457 829 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Hohlprofilplatten mit gewellten Zwischenstegen unter Verwendung einer speziellen Extrusionsdüse bekannt. Die wellenförmige Anordnung wird durch rhythmische seitliche Verschiebung der Kerne, zwischen denen die Stege gebildet werden, innerhalb des Düsenmundes erreicht.
Während die Zwischenstege innerhalb des Plattenbereichs dadurch wellenförmig extrudiert werden, wird der randständige Steg als Vollprofil von wechselnder Breite ausgeführt, was einen erheblichen Materialverbrauch und Spannungen im Material verursacht. Die rhythmische Verschiebung des mit den Kernstücken versehenen Düsenkerns ist technisch aufwendig.
Ein anderes Prinzip zur Wellung der Stege geht aus der DE-OS 27 34 464 hervor. Auch hier wird eine speziell konstruierte Extrusionsdüse benötigt. Durch eine rhythmische Veränderung des Strömungswiderstandes der Formmasse im Düsenmund werden bei der Extrusion des Hohlstranges die zwischen den Ansatz stellen der Stege gelegenen Felder der Außenwände der Stegmehrfachplatte in der Weise abwechselnd dicker und dünner ausgebildet, daß in benachbarten Feldern jeweils eine dicke und eine dünne Zone nebeneinander liegen.
Anschließend wird der Strang im thermoelastischen Zustand zwei- oder dreiachsig gereckt, wobei die dicken Zonen schwächer als die dünnen Zonen gereckt werden. Dadurch rücken die Stege während des Reckens auf unterschiedliche Abstände auseinander, was zu einer Wellung im Rhythmus der aufeinanderfolgenden dicken und dünnen Zonen führt. Nebeneinanderliegende Stege sind in diesem Falle stets gegensinnig gewellt.
Aufgabe und Lösung Ziel der Erfindung war es, die Herstellung von Stegmehrfachplatten aus thermoplastischem Kunststoff mit gewellten Stegen zu vereinfachen, insbesondere das Herstellungsverfahren mit-gebräuchlichen Extrusionsdüsen ohne mechanisch bewegte Teile herzustellen. Weiterhin sollten die Nachteile der nach bekannten Verfahren hergestellten Stegmehrfachplatten vermieden werden.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von extrudierten Stegmehrfachplatten durch Extrusion eines thermoplastischen Kunststoffes durch eine Schlitzdüse, die zur Ausbildung der Stege Kernstücke im Düsenschlitz enthält, zu einem Hohlstrang und durch anschließende Kalibrierung und Abkühlung des extrudierten Hohlstranges in einem Formkanal und Abziehen des erkalteten Hohlstranges nach dem Austritt aus dem Formkanal. Erfindungsgemäß läßt man zur Ausbildung von in Extrusionsrichtung gewellten Stegen auf wenigstens eine Oberfläche des extrudierten Hohlstranges in dem Formkanal in einem Bereich, in welchem sich der Hohlstrang noch oberhalb seiner Erweichungstemperatur befindet, rhythmisch die Richtung wechselnde Reibungskräfte quer zur Extrusionsrichtung einwirken. Zu diesem Zweck wird ein spezieller Formkanal eingesetzt, bei dem ein Abschnitt von wenigstens einer der Formkanalwände im Eingangsbereich des Formkanals quer zur Extrusionsrichtung rhythmisch in wechselnder Richtung bewegbar angeordnet ist und der nachfolgende Abschnitt der Formkanalwand feststehend angeordnet ist.
Durch die Querbewegung der bewegbaren Abschnitte der Formkanalwandungen werden Reibungskräfte quer zur Extrusionsrichtung auf den extrudierten Hohlstrang ausgeübt. Dadurch werden die an den bewegten Formkanalwänden anliegenden Außenwände des Hohlstranges mit bewegt , wodurch die mit den Außenwänden verbundenen Stege einen schräg zur Extrusionsrichtung liegenden Verlauf erhalten. Beim Wechsel der Bewegungsrichtung ändert sich auch die Richtung des schrägen Verlaufs. Auf diese Weise wird durch den rhythmischen Wechsel der Bewegungsrichtung ein wellenförmiger Verlauf der Stege erzielt.
Für das Verfahren der Erfindung können übliche Schlitzdüsen für die Herstellung von Stegmehrfachplatten ohne mechanisch bewegte Einbauten eingesetzt werden. Da der technische Aufbau eines Formkanals wesentlich einfacher als der einer Extrusionsdüse ist, ist der Einbau bewegbarer Abschnitte der Fonnkanalwaadungen mit einem geringeren technischen Aufwand verbunden als der Einbau beweglicher Teile in eine Extrusionsdüse.
Gegenüber den Stegmehrfachplatten, die gemäß dem Stand der Technik mittels einer Schlitzdüse mit oszillierenden Kernstücken erzeugt worden sind, haben die erfindungsgemäßen Stegmehrfachplatten den Vorteil, daß die Randstege eine gleichmäßige Breite haben, wodurch der Materialverbrauch vermindert und Spannungen infolge stark unterschiedlicher Stegbreiten vermieden werden.
Der wellenförmige Verlauf der Stege hat zur Folge, daß die Außenwand abschnitte im Bereich zwischen den Seitenkanten und dem Ansatz des nächstfolgenden Steges im Rhythmus der Stegwellung eine schwankende Dicke aufweisen. Diese Schwankungen kommen dadurch zustande, daß der Außenwand bereich an den Stellen, wo der erste innerhalb des Hohlprofils liegende Steg am weitesten von der Seitenkante der Stegmehrfachplatte entfernt ist, gedehnt ist und umgekehrt an den Stellen, wo der Steg am nächsten an die Seitenkante herangerückt ist, gestaucht ist. Ahnliche Dickenschwankungen in der randständigen Kammer treten aus anderen Gründen auch in den Stegmehrfachplatten, die gemäß der DE-OS 27 34 464 hergestellt sind, auf. Im Unterschied zu diesen sind die Stege in den erfindungsgemäßen Stegmehrfachplatten stets gleichsinnig gewellt, was zu einer erhöhten Quersteifigkeit führt, und die Außenwandbereiche zwischen den Stegansätzen sind ungereckt und von gleichförmiger Dicke.
Im Vergleich zu herkömmlichen Stegmehrfachplatten mit geradlinig verlaufenden Stegen ist die Quersteifigkeit der erfindungsgemäfjen Platten deutlich erhöht. Dieser Effekt nimmt mit der Amplitude der Wellung zu.
Ausführung der Erfindung Es ist von wesentlicher Bedeutung für das Verfahren der Erfindung, daß sich der Hohlstrang in dem Bereich des Formkanals, wo die Reibungskräfte quer zur Extrusionsrichtung einwirken, noch oberhalb seiner Erweichungstemperatur befindet, so daß er thermoplastisch verformbar ist. Die Verformung des Kunststoffmaterials im plastischen Bereich führt nur zu geringen Orientierungen und Rückstellkräften, so daß die einmal herbeigeführte Anderung der Gestalt ohne Anwendung äußerer Kräfte weitgehend beibehalten wird.
Das Verfahren der Erfindung ist mit allen thermoplastischen Kunststoffen durchführbar, die sich in Schlitzdüsen üblicher Bauart im thermoplastischen Zustand zu einem Hohlstrang der beschriebenen Form extrudieren und in einem Formkanal kalibrieren und abkühlen lassen. Zu diesen Kunststoffen gehören Strangpreßmassen aus Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polystyrol u . a.
Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand der Figuren 1-8 erläutert.
F i g u r 1 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Extrusionsanlage.
F i g u r 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Stegmehrfachplatte gemäß der Erfindung.
F i g u r 3 zeigt einen Querschnitt durch die in Fig.2 dargestellte Platte längs der Linie II-II in Fig.2.
F i g u r 4 zeigt in der Draufsicht eine weitere erfindungsgemäße Platte mit verdrillten Stegen, wobei der Ansatz der Stege an der oberen Außenwand mit einer durchgezogenen Linie und der Ansatz an der unteren Außenwand mit einer punktierten Linie dargestellt ist.
F# i g u r e n 5 und 6 zeigen Querschnitte durch die Platte gemäß Fig.4 längs den Linien IV-IV und III-III, wobei die Projektion der verdrillten Stege auf die Schnittebene mit punktierten Linien angedeutet ist.
F i g u r 7 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stegmehrfachplatte in der gleichen Darstellungsweise wie Fig.5.
F i g u r 8 zeigt einen Querschnitt durch die Randzonen der in Fig. 2 und 3 dargestellten Platte.
In Fig. 1 stellt 1 die Schlitzdüse dar, in deren Düsenschlitz 2 zur Ausbildung der Hohlkammern und der sie voneinander trennenden Stege eine Reihe von Kernstücken 3 eingebaut ist.
Je nach der gewünschten Kammerform können die Kernstücke einen rechteckigen, dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt haben. Der an die Schlitzdüse angeschlossene Extruder wird durch 4 symbolisiert.
Der aus der Schlitzdüse extrudierte Hohlstrang 5 tritt in den Formkanal 6 ein. Der Formkanal ist kühlbar, beispielsweise durch ein in den Bohrungen 7 fließendes Kühlmittel. Eine Wellung der Seitenkante der Stegmehrfachplatte ist in der Regel unerwunscht. Die Seitenkanten lassen sich geradlinig ausbilden, wenn sie z.B. durch einen Gasdruck, der höher ist als der Druck, welcher in dem Formkanal auf die seitliche Begrenzung des Stranges einwirkt, in Berührung mit den Seitenwänden des Formkanals gehalten werden. Der Gasdruck kann durch überatmosphärischen Druck innerhalb der randständigen Hohlkammern oder vorteilhafter durch einen Unterdruck im Formkanal erzeugt werden. Die Seitenwände sind feststehend angeordnet. Bevorzugt wird ein Vakuumformkanal verwendet, der in den Formwänden und den Seitenwänden evakuierbare Nuten 8 enthält. Die Seitenwände sind in Fig. 1 nicht dargestellt; sie stellen die Verbindung zwischen der oberen und der unteren Formkanalwand dar.
Am Eingang des Formkanals befindet sich auf wenigstens einer, vorzugsweise auf beiden Seiten des Hohlstranges ein bewegbarer Abschnitt 9 bzw. 9' der Formkanalwandung. Die Bewegungsrichtung verläuft senkrecht zu der in Fig. 1 dargestellten Schnittebene. Zur Bewegung der Wandabschnitte 9 bzw. 9' kann ein beliebiger rhythmisch arbeitender Antrieb verwendet werden, beispielsweise eine rhythmisch angesteuerte Hydraulik oder ein Exzentergetriebe. Ein Exzentergetriebe bewirkt eine nach einer Sinusfunktion zu- und abnehmende Bewegungsgeschwindigkeit, was auch zur Ausbildung eines sinusförmigen Wellenverlaufs führt. Bei gleichförmiger Bewegung, beispielsweise mittels eines rhythmisch umschaltbaren Zahnstangengetriebes, wird ein angenähert zickzackförmiger Wellenverlauf erreicht. Die Bewegung der Formkanalwandabschnitte kann gegebenenfalls an den Endpunkten oder an Zwischenpunkten unterbrochen werden, wodurch sich ein mehr kasten- bzw. stufenförmiger Wellenverlauf ergibt.
Es ist für die Quersteifigkeit der Stegmehrfachplatte von Vorteil, wenn die Wellenamplitude A das 0,5- bis 2-fache des mittleren Stegabstandes B beträgt. Da zwischen der Bewegung der Formkanalwandung und der des Hohlstranges stets ein gewisser Schlupf auftritt, können die Formkanalwände um einen größeren Betrag, beispielsweise das 0,5- bis 4-fache des mittleren Stegabstandes bzw. des mittleren Abstandes der Zwischenräume zwischen den Kernstücken in der Schlitzdüse bewegbar sein.
Der abgekühlte Hohlstrang wird mittels einer Abzugsvorrichtung, beispielsweise dem Walzenpaar 10/11, aus dem Formkanal 6 abgezogen. Der gewünschte Kurvenverlauf wird dadurch erreicht, daß man die Abzugsgeschwindigkeit mit dem Rhythmus des Richtungswechsels der Formkanalwandabschnitte in ein zweckmäßiges Verhältnis bringt. Eine Wellenlänge W vom 1- bis 20-fachen des mittleren Stegabstandes B wird erreicht, wenn der rhythmische Wechsel der Richtung der Reibungskräfte jeweils nach dem Abziehen eines Strangstückes, dessen Länge etwa dem 0,5- bis 10-fachen des mittleren Stegabstandes entspricht, vorgenommen wird.
Wenn nur auf eine Seite des Hohlstranges Reibungskräfte einwirken, wird nur die Ansatzlinie der Stege an dieser Seite wellenförmig ausgebildet, während der Stegansatz auf der anderen Seite geradlinig bleibt. Man erhält auf diese Weise eine Stegplatte mit dem in Fig.7 dargestellten Querschnitt.
Vorzugsweise wirken auf beide Seiten des Hohlstranges Reibungskräfte ein. Wenn die Reibungskräfte stets gleichsinnig wirken, entsteht eine Stegplatte mit dem in Fig. 3 dargestellten Querschnitt. Man erreicht dies am einfachsten dadurch, daß man die Abschnitte 9 und 9' mechanisch koppelt und mit den gleichen Antrieb rhythmisch bewegt. Man kann sie jedoch auch mit einem stets gegensinnig arbeitenden Antrieb bewegen, wodurch die Ansatzlinien der Stege an der oberen und der unteren Außenwand jeweils entgegengesetzt gewellt sind, wie in Fig.4 in der Draufsicht und in den Fig.5 und 6 im Querschnitt angedeutet ist.
Ausführungsbeispiel Aus einem Extruder von 60 mm Schneckendurchmesser wird eine Hohlkammerprofildüse (1) mit einer thermoplastischen Polycarbonat-Formmasse gespeist. Die Massetemperatur beträgt 270 OC, die Düsentemperatur 260 OC. Der Strang (5) wird mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min ausgetragen. Die Breite des Hohlprofilstranges beträgt 250 mm, die Höhe 16 mm. Der Strang hat 16 Hohlkammern von rechteckigem Querschnitt. Die Wanddicke der Außenwände und der Stege ist nahezu gleich und beträgt ca. 1 mm. Der Massestrang wird 20mm nach der Düse in einen 500mm langen Kalibrator (6) eingeführt. In den ersten 100 mm des Kalibrators sind die Kalibrierflächen für die Außenwände des Hohlkammerprofils (9) beweglich angeordnet.
Sie werden gleichsinnig durch einen Exzenterbetrieb quer zur Extrusionsrichtung hin und her bewegt.
Die Temperatur des beweglichen Kalibratorabschnittes wird auf 100 OC eingestellt. Die Temperatur des übrigen Kalibrators beträgt 50 OC. Am beweglichen und am feststehenden Teil des Kalibrators ist ein Vakuum von 500 mm WS angelegt. Die Zeit für eine Hin- und Herbewegung der beweglichen Kalibratorflächen beträgt 6 sec. Die Amplitude der Bewegung beträgt 15 mm entsprechend einem Exzenterraddurchmesser von 30 mm.
Die aus dem Kalibrator ausgetragenen Hohlkammerprofilplatten haben sinusförmig gewellte Stege. Die Amplitude (A) der entstehenden Sinus-Funktion beträgt 8 mm. Die Periodenlänge (W) beträgt 100mm. Der Querschnitt der Hohlkammerplatte ist wie Fig. (3) ausgebildet.
Die Außenwände sind, wie in Fig. 8 dargestellt, im Bereich der Randkammern 12, 13 je nach dem Abstand des ersten inneren Steges 14 bzw. 15 vom Randsteg 16 bzw. 17 durch Streckung dünner (19) oder durch Stauchung dicker (19) ausgebildet als im übrigen Plattenbereich.
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Claims

Extrudierte Stegmehrfachplatte mit gewellten Stegen sowie Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von extrudierten Stegmehrfachplatten mit in Extrusionsrichtung gewellten Stegen durch Extrusion eines thermoplastischen Kunststoffes durch eine Schlitzdüse, die zur Ausbildung der Stege Kernstücke im Düsenschlitz enthält, zu einem Hohlstrang und durch anschließende Kalibrierung und Abkühlung des extrudierten Hohlstranges in einem Formkanal und Abziehen des erkalteten Hohlstranges nach dem Austritt aus dem Formkanal, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Formkanal auf wenigstens eine Oberfläche des extrudierten Stranges in einem Bereich, in welchem er sich noch oberhalb seiner Erweichungstemperatur befindet, rhythmisch die Richtung wechselnde Reibungskräfte quer zur Extrusionsrichtung einwirken läßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf beide Oberflächen des extrudierten Stranges Reibungskräfte einwirken läßt.
3. Verfahren-nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man auf beide Oberflächen im gleichen Rhythmus wechselnde, stets in gleicher Richtung wirkende Reibungskräfte einwirken läßt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man auf beide Oberflächen im gleichen Rhythmus wechselnde, stets in entgegengesetzter Richtung wirkende Reibungskräfte einwirken läßt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rhythmische Wechsel der Richtung der Reibungskräfte jeweils nach Abziehen eines Strangstückes, dessen Länge etwa den 0,5 bis 10 fachen des mittleren Stegabstandes entspricht, aus dem Formkanal vorgenommen wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den randständigen Kammern des extrudierten Hohlstranges ein Gasdruck aufrechterhalten wird, der höher ist als der Druck, welcher in dem F#ormkanal auf die seitliche Begrenzung des Stranges einwirkt.
7. Extrudierte Stegmehrfachplatte aus thermoplastischem Kunststoff bestehend aus zwei parallelen ebenen Außenwanden und dazwischen einstückig angeordneten in Extrusionsrichtung gewellten Stegen, enthaltend Außenwand abschnitte mit im Rhythmus der Stegwellung schwankender Dicke im Bereich zwischen der Seitenkante der Stegmehrfachplatte und dem Ansatz des nächstfolgenden Steges, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege im Innern der Stegmehrfachplatte gleichsinnig gewellt sind und daß die zwischen den Stegansätzen liegenden Bereiche der Außenwände ungereckt und von gleichförmiger Dicke sind.
8. Extrudierte Stegmehrfachplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegansätze an einer der Aueenwände gewellt und an der anderen Außenwand im wesentlichen geradlinig verlaufen.
9. Extrudierte Stegmehrfanhplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegansätze an den beiden Außenwänden jeweils gleichsinnig gewellt sind.
10. Extrudierte Stegmehrfachplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegansätze an den beiden Außenwänden jeweils gegensinnig gewellt sind.
11. Extrudierte Stegmehrfachplatte nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der Stegwellung das 1- bis 20-fache des mittleren Stegabstandes beträgt.
12. Extrudierte Stegmehrfachplatte nach den Ansprüchen 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenamplitude der Stegwellung das 0,5- bis 2-fache des mittleren Stegabstandes beträgt.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, bestehend aus einem Extruder, einer daran angeschlossenen Schlitzdüse, die zur Ausbildung der Stege Kernstücke im D~usensehlitz enthält, und einem hinter der Schlitzdüse angeordneten kühlbaren Formkanal, enthaltend zwei parallele ebene Formkanalwände und die Seiten des Formkanals bildende, feststehende Seitenwände, sowie einer hinter dem Formkanal angeordneten Abzugsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt von wenigstens einer der Formkanalwände in Eingangsbereich des Formkanals quer zur Extrusionsrichtung in rhythmisch wechselnder Richtung bewegbar angeordnet ist und der nachfolgende Abschnitt der Formkanalwand feststehend angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß gleichgroße Abschnitte beider Formkanalwände bewegbar angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte gleichsinnig bewegbar angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte gegensinnig bewegbar angeordnet sind.
17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkanal in den Formwänden und den Seitenwänden mit evakuierbaren Nuten versehen ist.
18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Abschnitte der Formkanalwände um einen Betrag vom 0,5 bis 4-fachen des mittleren Abstandes der Zwischenräume zwischen den Kernstücken in der Schlitzdüse bewegbar sind.