DE3430825A1

DE3430825A1 - Extrusionswerkzeug, insbesondere strangpresskopf

Info

Publication number: DE3430825A1
Application number: DE3430825A
Authority: DE
Inventors: Paul B. Dr.-Ing. 5206 Neunkirchen Junk
Original assignee: Battenfeld Fischer Blasformtechnik GmbH
Current assignee: Battenfeld Fischer Blasformtechnik GmbH
Priority date: 1984-08-22
Filing date: 1984-08-22
Publication date: 1986-03-06

Description

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH -.GFROlMULLEEr-O. GRCSSE · P. POLLMEIER -

' 20. AUG. 1äöt f.us. 66 095

Battenfeld Fischer Blasformtechnik GmbH Hermann-Löns-Straße 7, 5204 Lohmar 1

Extrusionswerkzeug, insbesondere Strangpreßkopf

Die Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug, insbesondere einen Strangpreßkopf, zur Herstellung von Strangkörpern aus Kunststoffen, die kritische Schubspannungsgrenzen, Schergeschwindigkeitsgrenzen oder Grenzen ihrer elastischen Deformation aufweisen, z.B. aus mittel- oder hochmolekularen Polyäthylenen, an dessen.Gehäuse eine Düse sitzt, die austrittsseitig mindestens von einem Mantel begrenzt ist.

Extrusionswerkzeuge, insbesondere Strangpreßköpfe, gelangen nicht nur zur Herstellung von Hohlsträngen oder ähnlichen Vorformlingen für das Blasformen von Hohlkörpern zum Einsatz, sondern sie werden auch zur Rohr- oder Folienfertigung sowie zum Extrudieren von Vollsträngen benutzt.

Bei der Verarbeitung von Kunststoffen, die kritische Schubspannungsgrenzen, Schergeschwindigkeitsgrenzen oder Grenzen elastischer Deformation aufweisen, beispielsweise bei der Verarbeitung von mittel- und/oder hochmolekularen Polyäthylenen, durch Extrudieren bzw. Strangpressen, stellt sich vielfach der Nachteil einer ausgeprägten Streifenbildung an der Obeflache der Fertigprodukte ein. Sofern dabei der zur Herstellung der Fertigprodukte eingesetzte Kunststoff seine natürliche Farbe aufweist oder aber hell eingefärbt ist, tritt die Streifenbildung nicht so sehr als störender Oberflächen-

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effekt in Erscheinung. Von der Streifenbildung herrührende, störende Oberflächeneffekte an den Fertigprodukten stellen sich jedoch verhältnismäßig leicht ein, wenn die verarbeiteten Kunststoffe eine dunkle Einfärbung haben, wie das beispielsweise vielfach gefordert wird, wenn durch Blasformen aus Hohlsträngen oder ähnlichen Vorformlingen Verpackungsbehälter für Produkte der chemischen Industrie und auch der Mineralölindustrie hergestellt werden sollen.

Da bei dunkel eingefärbten Kunststoffen, insbesondere mittel- und/oder hochmolekularen Polyäthylenen, an den Fertigprodukten der Obeflächeneffekt der Streifen aufgrund ihrer unterschiedlichen Reflektionseigenschaften gegenüber den benachbarten Bereichen extrem deutlich in Erscheinung tritt, können solche Fertigprodukte wegen ihres minderwertigen Aussehens oft nicht verkauft werden/ obwohl sie im übrigen alle Bedingungen für den vorgesehenen Einsatz zweckvoll erfüllen.

Auch durch Extrudieren als Fertigprodukte hergestellte Rohre, Folien und Vollstränge mit von der Streifenbildung herrührenden störenden Oberflächeneffekten können vielfach wegen ihres minderwertigen Aussehens nicht verkauft werden.

Bisher liegen zwar noch keine eindeutigen Erkenntnisse vor, worauf die Streifenbildung an den aus Kunststoffen mit kritischen Schubspannungsgrenzen, Schergeschwindigkeitsgrenzen oder Grenzen elastischer Deformation, z.B. aus mittel- und/oder hochmolekularen Polyäthylenen, hergestellten Produkten, und zwar vornehmlich durch Blasformen hergestellten Hohlkörpern zurückzuführen ist. Es hat sich jedoch ergeben, daß die Ursache dieser Streifenbildung von den Bedingungen abhängt, welche in die Kunststoffschmelze vor ihrem Austritt aus der Düse unterworfen ist. Es handelt sich hierbei um die Temperatur, die Schergeschwindigkeit im Extrusionswerkzeug und die Gesamtscherdeformation sowie die Aufenthaltszeiten der Kunststoff-

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schmelze im Extrusionswerkzeug bis zu ihrem Austritt aus der Düse.

Es liegt nun auf der Hand, dem Effekt der Streifenbildung durch Beeinflussung der Parameter entgegenzuwirken, denen die Kunststoffschmelze im Extrusionswerkzeug von ihrem Austritt aus der Düse unterliegt.

Als am ehesten beeinflußbarer Parameter erscheint dabei die Temperatur von Schmelzeschichten innerhalb des Extrusionswerkzeuges. Es ist jedoch nicht möglich, die Temperatur der Schmelze auf ihrem gesamten Weg durch das Extrusionswerkzeug zu variieren, weil sich hierdurch andere, ebenso unerwünschte Effekte am Fertigprodukt einstellen würden.

Gezeigt hat sich auch, daß eine Temperaturbeeinflussung der Kunststoffschmelze über den gesamten Düsenbereich problematisch ist, weil sich dort dann leicht ein unkontrollierbarer Wechsel zwischen drei prinzipiell verschiedenen Bearbeitungszuständen einstellen kann. Bei zu hoher Schmelzentemperatur tritt nämlich die unerwünschte Streifenbildung an den Fertigprodukten auf. Bei abgesenkter Temperatur stellt sich eine gute Oberfläche an den Fertigprodukten ein. Eine zu niedrige Temperatur der Kunststoffschmelze führt schließlich zum Auftreten von großflächigen Stick-Slip-Effekten innerhalb der Düse.

Die Ursache für diese in wechselnder Folge und auch in unterschiedlichen Zeitabständen auftretenden, verschiedenen Verarbeitungszuständen der Kunststoffschmelze liegt, wie Versuche ergeben haben, darin begründet, daß es ausgesprochen schwierig ist, die Temperatur der Düse mit Hilfe der üblicherweise zum Einsatz gelangenden Heizbänder und Thermoelemente innerhalb eines relativ engen Temperaturbereiches konstant zu halten. Dabei wurde gefunden, daß der Variationsbereich der zur Erzielung eines einwandfreien Arbeitsergebnisses einzu-

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haltenden Temperaturtoleranz um so kleiner ausfällt, je langer an der Düse der Bereich gewählt wird, innerhalb welchem die Absenkung der Schmelzentemperatur herbeigeführt werden soll.

Auf der Grundlage dieser Erkenntnis zielt die Erfindung darauf ab, ein Extrusionswerkzeug insbesondere einen Strangpreßkopf, der eingangs näher definierten Gattung so auszulegen, daß die Temperaturbeeinflussung der Kunststoffschmelze innerhalb der Düse auf einer möglichst kurzen Wegstrecke und mit einem gewissen Abstand vom Düsenaustritt bewirkt werden kann.

Erreicht wird dieses Ziel der Erfindung nach dem Kennzeichen des Anspruches 1 im wesentlichen dadurch, daß i'n den den Düsenmantel bzw. Düsenkern bzw. Dorn begrenzenden Wandungen mit Abstand vor dem Düsenaustritt mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende Trennzone ausgebildet ist und daß dabei die vor und hinter dieser Trennzone liegenden Längenabschnitte der die Düse begrenzenden Wandungen unabhängig voneinander temperierbar sind.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Trennzone wirkt sich insofern vorteilhaft aus als der Wärmefluß bzw. Wärmestrom zwischen den verschiedenen, hintereinanderliegenden Längenabschnitten der die Düse begrenzenden Wandungen von Düsenmantel und Düsenkern beträchtlich verringert wird und dadurch gegebenenfalls erhebliche Temperaturunterschiede in den verschiedenen Längenabschnitten der die Düse begrenzenden Wandungen hervorgebracht und/oder aufrechterhalten werden können.

Als besonders vorteilhaft hat sich dabei nach der Erfindung die Ausgestaltung erwiesen, bei der nach Anspruch 2 die oder jede Trennzone aus einem in die die Düse begrenzenden Wandungen eingearbeiteten Ringspalt besteht.

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Wenn das Extrusionswerkzeug, beispielsweise ein als Extrusionsblaskopf oder Speicherblaskopf ausgelegter Strangpreßkopf, an seinem Gehäuse eine Ringdüse aufweist, deren Ringspalt von einem Düsenmantel und einem Düsenkern bzw. -dorn begrenzt ist, . erweist es sich erfindungsgemäß nach Anspruch 3 als besondere vorteilhaft, wenn die oder jede Trennzone zumindest den Wandungen des Düsenmantels zugeordnet ist. Es ist jedoch oft auch noch sinnvoll, Trennzonen in dem Düsenkern bzw. -dorn vorzusehen. Ein solches Extrusionswerkzeug eignet sich in besonders vorteilhafter Weise zur Herstellung von Hohlsträngen oder ähnlichen Vorformlingen für das Blasformen von Hohlkörpern.

Ein weiterbildendes Ausgestaltungsmerkmal des erfindungsgemäßen Extrusionswerkzeuges wird nach Anspruch 4 darin gesehen, daß der oder jeder dem Düsenaüstritt benachbarte Längenabschnitt der die Düse begrenzenden Wandungen von Düsenmantel und/oder Düsenkern einen eingearbeiteten Ringkanal aufweist, der von einem Temperiermedium durchströmbar ist. Als besonders vorteilhaft erweist es sich in diesem Falle, daß die die Düsen begrenzenden Wandungen von Düsenmantel und/oder Düsenkern im Bereich des Ringkanals eine gegenüber ihren üblichen Längenbereichen beträchtlich verringerte Dicke aufweisen, so daß dort die Wirksamkeit des Temperiermediums intensiviert ist.

Als dem Ringkanal zugeführtes Temperiermedium kann ein Luft- ' strom benutzt werden, wenn dafür gesorgt ist, daß im Ringkanal, beispielsweise durch angeformte Rippen, eine möglichst große Oberfläche gebildet wird. Als bevorzugte Temperiermedien lassen sich jedoch Flüssigkeiten, z.B. öl, einsetzen, die im Kreislauf von einem einstellbaren Temperiergerät aus durch den mit mindestens einem Zu- und einem Ablauf versehenen Ringkanal gefördert werden, Das Temperiergerät seinerseits kann wiederum mit einer Rückkühlung oder Rückheizung versehen sein.

Ist das Extrusionswerkzeug als Strangpreßkopf, bspw. als Extrusionsblaskopf oder Speicherblaskopf, mit einer Ringdüse ausgestattet,

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deren Ringspalt von einem Düsenmantel und einem Düsendorn begrenzt wird, dann erweist es sich erfindungsgemäß nach Anspruch 5 als zweckmäßig, daß der Ringkanal den Wandungen des Düsenmantels und/oder den Wandungen des Düsendorns zugeordnet ist.

In jedem Fall läßt sich die Wirksamkeit eines erfindungsgemäßen Extrusionswerkzeuges, insbesondere Strangpreßkopfes, dadurch optimieren, daß nach Anspruch 6 die die Düse begrenzenden Wandungen am Düsenmantel und/oder am Düsenkern in ihrem hinter der Trennzone - austrittsseitig - liegenden Längenabschnitt eine geringere Dicke aufweisen als in ihrem vor der Trennzone - gehäuseseitig - liegenden Längenabschnitt. Die Temperatur des gehäuseseitigen Längenabschnitts der Wandungen des Düsenmantels läßt sich in diesem Falle mit Hilfe der üblicherweise zum Einsatz gelangenden Heizbänder und Thermoelemente beeinflussen, und zwar insbesondere innerhalb eines relativ engen Temperaturbereichs konstant halten, während der austrittsseitige Längenabschnitt der die Düse begrenzenden Wandungen hiervon unabhängig durch das Temperiermedium beaufschlagbar ist und dabei durch einen schnellen Wärmetransport eine optimale Düsentemperierung im Austrittsbereich ermöglicht.

In der Regel wird das dem Ringkanal zugeführte Temperiermedium als Kühlmedium benutzt, um den austrittsseitigen Längenabschnitt der Düse auf eine Temperatur zu bringen, die tiefer liegt als die Temperatur der verarbeiteten Kunststoffmasse. Es besteht jedoch ohne weiteres auch die Möglichkeit, das dem Ringkanal zugeführte Temperiermedium als Heizmedium zu benutzen, wenn es erforderlich sein sollte, den austrittsseitigen Längenabschnitt der Düse auf ein höheren Temperaturniveau als die Temperatur der verarbeiteten Kunststoffmasse zu bringen.

Eine bevorzugte bauliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Extrusionswerkzeuges bzw. Strangpreßkopfes ergibt sich, wenn

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gemäß Anspruch 7 der die Trennzone bildende Ringspalt durch eine unmittelbar in den Außenumfang des Düsenmantels eingestochene, schmale Umfangsrille bestimmt ist, die unmittelbar an eine abgesetzte Schulter des Düsenmantels anschließt, während der Ringkanal von einer ebenfalls unmittelbar im Außenumfang des Düsenmantels ausgeformten Profilnut mit relativ großem Querschnitt und einer diese abdichtend umfassenden Büchse gebildet ist.

Nach Anspruch 8 wird hierbei zwischen der Umfangsrille und der Profilnut am Außenumfang des Düsenmantels ein Bund ausgebildet, der von dem einen Ende der Büchse umfaßt wird, welches bis an die Profilnut heranreicht. Der Bund enthält eine Aufnahmenut für eine Dichtung, die am Innenumfang der Büchse oberhalb einer Stützschulter zur Anlage kommt, die an der der Profilnut benachbarten Stirnfläche des Bundes anliegt.

Der die Trennzone bildende Ringspalt am Düsenkern läßt sich nach Anspruch 9 durch eine Nut bilden, die vom Umfang einer Bohrung in der Düsenpinole ausgeht und durch einen Stopfen überbrückt ist, welcher sich am Düsenkern befindet und über Gewinde in der Bohrung gehalten ist

Ferner ist es in diesem Falle nach Anspruch 10 besonders zweckmäßig, daß der· Ringkanal von einer Ringnut gebildet wird, die sich, von einer radialen Schulter am Düsenkern ausgehend, konzentrisch zu diesem in Richtung zum Düsenaustritt hin erstreckt sowie durch eine Gegenschulter an der Düsenpinole abgedichtet ist.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Extrusionswerkzeuges bzw. Strangpreßkopfes ist nach Anspruch 11 vorgesehen, daß der Ringkanal in einem Ringkörper aus gut wärmeleitendem Werkstoff angeordnet ist, der eine konische Innenwand aufweist, mit welcher er gegen eine komplementär kegelförmig gestaltete Außenfläche des Düsenmantels verspannbar ist, wobei der Düsenmantel selbst vorzugsweise ebenfalls aus gut wärmeleitendem Werkstoff 'bestehen sollte. Der die Trennzone

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bildende, radiale Ringspalt wird in diesem Falle zwischen einer in Radialrichtung verlaufenden Endfläche des Düsenmantels und einer ebenfalls in Radialrichtung verlaufenden Endfläche des Ringkörpers, die einander zugewendet sind und mit Abstand voneinander angeordnet sind, gebildet. Auch in diesem Falle kann der dem Düsenaustritt benachbarte Abschnitt des Düsenmantels mit einer relativ geringen Wandstärke ausgeführt werden und daher der Ringkanal den umgebenden Ringkörper relativ dicht an der die äußere Begrenzung der Düse bildenden Innenumfangsflache des Düsenmantels zu liegen kommen. Es ist dadurch eine optimale Einwirkung des Temperiermediums auf den dem Ringkanal benachbarten Längenbereich des Düsenmantels gewährleistet. Es ist in diesem Falle möglich, eine größere Anzahl von Ringkörpern mit in ihrer Querschnittsform unterschiedlich gestalteten Ringkanälen bereitzuhalten und durch Austausch der dem Düsenmantel zugeordneten Ringkörper eine einfache Anpassung an unterschiedliche Bedürfnisse herbeizuführen.

Nach Anspruch 12 besteht ein anderes Weiterbildungsmerkmal der Erfindung darin, daß der Ringkanal im Ringkörper eine Ausbildung aufweist, bei der seine der Außenfläche des Düsenmantels zugewandte Begrenzung an ihren beiden Enden unterschiedliche Abstände von der Außenfläche des Düsenmantels bzw. von der Innenfläche des Ringkörpers hat. Der Wärmefluß zwischen dem Ringkörper und dem Düsenmantel findet bei dieser Ausgestaltung des Ringkanals jeweils im Bereich der geringeren zu überwindenden Wanddicke schneller statt als im Bereich der größeren zu überwindenden Wanddicke. In entsprechender Weise tritt daher auch eine unterschiedliche Temperaturbeeinflussung der Kunststoffschmelze innerhalb der Düse ein.

Bevorzugt wird eine Ausbildung des Ringkanals, bei der seine der Außenfläche des Düsenmantels zugewendete Begrenzung stromaufwärts des Düsenaustritts einen kleineren Abstand von der Außenfläche des Düsenmantels bzw. von der Innenfläche des Ringkörpers hat als in der Nähe des Düsenaustritts. Umgekehrt ist es natürlich auch möglich, den Ringkanal im Ringkörper

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so vorzusehen, daß seine der Außenfläche des Düsenmantels zugewendete Begrenzung stromaufwärts des Düsenaustritts einen größeren Abstand von der Außenfläche des Düsenmantels bzw. von der Innenfläche des Ringkörpers hat als in der Nähe des Düsenaustritts. Die jeweils zum Einsatz gelangte Ausgestaltung des Ringkörpers ist dabei abhängig von dem zu verarbeitenden Kunststoff.

Die Erfindung sieht nach Anspruch 13 weiterhin vor, daß der Ringkörper aus einem Innenring und einem Außenring zusammengesetzt ist, wobei der Innenring den nach seinem Außenumfang hin offenen Ringkanal sowie diesem zugeordnete Dichtungsaufnahmenuten enthält, während der Außenring mit seinem Innenumfang den Außenumfang des Innenrings zur Abdichtung umgreift und über Befestigungselemente, z.B. Schrauben, gegen den Düsenmantel verspannbar ist. In diesem Falle kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn nach Anspruch 14 nur der Innenring des Ringkörpers aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff besteht, und dadurch die Einwirkung des Temperiermediums auf den Düsenmantel verbessert wird. Nach Anspruch 15 ist vorgesehen, daß der Ringkanal im Ringkörper erfindungsgemäß eine rechteckige Querschnittsform hat, während nach Anspruch 16 auch die Möglichkeit besteht, dem Ringkanal im Ringkörper einen solchen winkelförmigen Querschnitt zu geben, daß der eine Winkelschnekel im wesentlichen parallel zur Längsachse der Düse liegt.

Schließlich wird noch eine Ausgestaltung vorgeschlagen, bei der der Ringkanal durch mehrere Trennwände in Ringsegmente unterteilt ist, von denen jedes einen Eintritt und einen Austritt für das Temperiermedium aufweist. Durch Verbindung der Eintritte und Austritte dieser Ringsegmente mit einem Verteiler, kann der Durchfluß des Temperiermediums durch die Ringsegmente auf die jeweiligen Bedürfnisse problemlos abgestimmt werden. Die Arbeitsweise des Extrusionswerkzeuges bzw. Strangpreßkopfes läßt sich hierdurch variieren und optimieren.

Weitere Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung

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werden nachfolgend an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematisch vereinfachter Darstellung und im Längsschnitt das mit einer Ringdüse versehene Ende eines Strangpreßkopfes, wie er zum Extrudieren von Hohlsträngen aus thermoplastischen Schmelzen benutzt wird, die

Fig. 2 bis 4 den in Fig. 1 mit II gekennzeichneten Bereich des Strangpreßkopfes in größerem Maßstab und in verschiedenen Ausfuhrungsformen, während

Fig. 5 den in Fig. 1 mit II gekennzeichneten Bereich des Strangpreßkopfes in größerem Maßstab und in einer bevorzugten Bauform wiedergibt.

In Fig. 1 der Zeichnung ist das düsenseitige Ende eines Strangpreßkopfes 1 dargestellt, wie er zum Ausbringen von Hohlsträngen, beispielsweise Schläuchen, aus thermoplastischem Kunststoff benutzt wird. Solche Hohlstränge bzw. Schläuche werden bspw. als Vorformlinge für das Extrusionsblasen von Hohlkörpern, wie Flaschen oder ähnlichen Behältern, benötigt. Ein solcher Strangpreßkopf 1 kann dabei entweder als kontinuierlich arbeitender Extrusionsblaskopf oder aber als diskontinuierlich arbeitender Speicherblaskopf ausgeführt werden.

Zumindest ähnlich aufgebaute Strangpreßköpfe lassen sich aber auch zur Herstellung von Folien oder Rohren benutzen. Ebenso lassen sie sich auch als Extrusionswerkzeuge zur Fertigung von Vollsträngen benutzen.

Gemäß Fig. 1 steht der Strangpreßkopf 1 bzw. das Extrusionswerkzeug in üblicher Weise mit einer Plastifiziervorrichtung, bspw. einem Schneckenextruder, in Verbindung, welcher ihm die thermoplastische Schmelze zuführt. Er weist einen Mantel 2 auf,

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an den sich der Düsenmantel 3 anschließt, welcher wiederum unter Bildung eines Ringspaltes 4 den Düsendorn 5 umgibt. Dieser Düsendorn 5 ist dabei am freien Ende einer Düsenpinole angeordnet, die innerhalb des Mantels 2 des Strangpreßkopfes gehalten und geführt ist sowie auf einem Teil ihrer Länge von einem Ringkolben oder einer Hülse 7 umgeben wird, der bzw. die zum Mantel 2 hin an einen konzentrischen Ringraum 8 als Durchströmguerschnitt für die Plastifiziervorrichtung kommende, thermoplastische Schmelze freiläßt.

Bei einem als Extrusionsblaskopf ausgebildeten Strangpreßkopf 1 dient die Hülse 7 durch Axialverschiebung zur Regulierung des Durchflußspaltes für die thermoplastische Schmelze zu der durch den Düsenmantel 3 und den Düsendorn 5 gebildeten Ringdüse hin. Bei einem als Speicherblaskopf ausgebildeten Strangpreßkopf 1 wird hingegen der Ringkolben 7 durch Axialverschiebung zur Volumensänderung des der Ringdüse zugeordneten Stauraumes für die thermoplastische Schmelze benutzt.

In den den Ringspalt 4 der Ringdüse 3, 5 begrenzenden Wandungen des Düsenmantels 3 ist mit relativ geringem Abstand vor dem Düsenaustritt 10 eine in Umfangsrichtung verlaufende, in sich ringförmig geschlossene Trennzone 11 ausgebildet. Diese liegt vorzugsweise auf einer radialen Ebene zur Längsachse des Düsenmantels 3 und bildet an diesem zwei hintereinanderliegende Längenabschnitte 3¹ und 3" aus, die über die Höhe der Trennzone 11 nur durch einen verhältnismäßig kleinen Ringquerschnitt 3'" einstückig miteinander in einer wärmeleitenden Verbindung stehen. Besonders bewährt hat es sich dabei, die Trennzone 11 durch einenzum Außenumfang hin offenen, schmalen Ringspalt II¹ zu bilden. Der Abstand der Trennzone 11 bzw. des Ringspaltes 11' von der Ebene des Düsenaustritts 10 wird in Abhängigkeit von der Größe der jeweiligen Düse 3, 5 unterschiedlich große gewählt, und zwar bspw. so, daß er bei der größten zum Einsatz gelangenden Düsen-Abmessung nicht größer als 50 mm ausfällt.

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Während es bei einem Strangpreßkopf 1 nach dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel durchaus möglich ist, eine ringförmige Trennzone auch am Düsendorn 5 vorzusehen, besteht bei einem Extrusionswerkzeug, das zur Herstellung von Vollsträngen benutzt wird, nur die Möglichkeit, die Trennzone in den Wandungen des Düsenmantels in ähnlicher Weise vorzusehen, wie das aus Fig. 1 hervorgeht.

Der sich an den Düsenaustritt 10 anschließende Längenabschnitt 3" des Düsenmantels 3 ist von einem Ringkanal 12* umgeben, der mit einem Kühlmedium, beispielsweise einem Luftstrom oder einer Flüssigkeit beaufschlagt werden kann. Dieser Ringkanal 12' ist bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 4 jeweils in einem Ringkörper 12 ausgebildet, welcher vorzugsweise aus einem gut wärmeleitendem Werkstoff besteht. Dieser Ringkörper 12 weist dabei eine konische Innenwand 13 auf, mit welcher er gegen eine komplementär kegelförmig gestaltete Außenfläche 14 am Längenabschnitt 3" des Düsenmantels 3 verspannbar ist und dadurch eine gute Wärmeleitung an den sich berührenden Kontaktflächen gewährleistet.

Durch das im Ringkanal 12' ständig in Umlauf gehaltene Tempe- ■ riermedium kann der hinter der Trennzone 11 liegende, dem Düsenaustritt 10 benachbarte Längenabschnitt 3" des Düsenmantels 3 ständig auf einer Temperatur gehalten werden, die innerhalb eines ganz bestimmten, eng begrenzten Temperaturbereiches liegt. Dieser'Temperaturbereich kann dabei beispielsweise so gewählt werden, daß er von einer die Streifenbildung im Fertigprodukt verursachenden Temperatur abweicht, jedoch auch so eingestellt ist, daß ein Auftreten von großflächigen Stick-Slip-Effekten innerhalb der Düse 3, 5 unterbunden wird.

Dem der Trennzone 11 nachgeordneten Ringkanal 12' im Ringkörper sind jeweils Zulaufkanäle 15 und Ablaufkanäle 16 für das Tempe-

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riermedium zugeordnet, die sich gemäß Fig. 1 in Umfangsrichtung des Ringkörpers 12 diametral gegenüberliegen können und an dessen Außenumfang ausmünden. Möglich ist es aber auch/ den Ringkanal 12' durch mehrere in Umfangsrichtung .verteilt angeordnete Trennwände (nicht gezeigt) in Ringsegmente zu unterteilen, von denen jedes einen Zulaufkanal 15 und einen Ablaufkanal 16 für das Temperiermedium aufweist. Über einen besonderen Verteiler können dann die einzelnen Ringsegmente unabhängig voneinander mit dem Temperiermedium beaufschlagt werden. Einander benachbarte Umfangsbereiche des Längenabschnitts 3" am Düsenmantel 3 lassen sich hierdurch in optimaler Weise temperieren und damit optimal an unterschiedliche Bedürfnisse anpassen.

In Fig. 2 der Zeichnung ist deutlich ein Teilstück des Düsenmantels 3 im Querschnitt gezeigt. Dabei ist ohne weiteres erkennbar, daß der Düsenmantel .3 auf dem von seiner kegelförmig gestalteten Außenfläche 14 bestimmten Längenbereich 3" insgesamt eine relativ geringe Wanddicke bis zur inneren Begrenzungswandung 9 hin aufweist. Der den Ringkanal 12' enthaltende Ringkörper ist hier aus einem Innenring 17 und einem Außenring 18 zusammengesetzt. Der Innenring 17 enthält dabei den Ringkanal 12', und zwar ist dieser so eingearbeitet, daß er nach dem Außenumfang des Innenrings 17 hin einen umlaufenden Öffnungsspalt 19 hat. Beidseitig von diesem Öffnungsspalt 19 sind in den Außenumfang des Innenrings 17 jeweils Nuten 20 und 21 eingestochen, die ein Dichtungselement aufnehmen können. Der Außenring 18 des Ringkörpers 12 umfaßt mit seinem Innenumfang den Außenumfang des Innenrings 17, und zwar so, daß er nicht nur den Öffnungsspalt 19 der Ringnut 12' verschließt, sondern auch hoch mit den in den Dichtungsnuten 20 und 21 untergebrachten Dichtungselementen zusammenwirkt. Der Außenring 18 des Ringkörpers 12 stützt sich gemäß Fig. 2 gegen einen Flansch 22 des Innenringes 17 in Axialrichtung ab, wobei der Außenring 18 und der Flansch 22 des Innenrings 17 von Spannschrauben 23 durchdrungen werden, die in Gewinde 24 am Düsenmantel 3 eingreifen und so angezogen

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werden, daß die konische Innenfläche 13 des Ringkörpers 12 gegen die komplementär kegelförmig gestaltete Außenfläche 14 des Düsenmantels 3 fest verspannt werden kann.

Aus Fig. 2 geht aber auch hervor/ daß der Ringkanal 12' im Ringkörper einen winkelförmigen Querschnitt aufweist und dabei so angeordnet ist/ daß der eine Winkelschenkel sich parallel zur Ebene des Ringkörpers 12 erstreckt und radial auswärts den Ringspalt 19 begrenzt, während sein anderer Querschnittsschenkel parallel zur Achse der Ringdüse 3, 5 gerichtet und dabei dem Düsenaustritt 10 zugewendet ist. Die Lage des Ringkanals 12' innerhalb des Ringkörpers 12 ist dabei solcher Art, daß seine der konischen Innenfläche 13 des Rihgkörpers 12 bzw. der kegelförmigen Außenfläche 14 des Düsenmantels zugewendete Begrenzung stromaufwärts des Düsenaustritts 10 einen Abstand 25 aufweist, der wesentlich geringer ist als der Abstand 26 in der Nähe des Düsenaustritts 10. Hierdurch wird erreicht, daß im Abstandsbereich 25 der Temperatüraustausch zwischen dem Ringkörper 12 und der Innenfläche 9 des Düsenmantels 3 schneller stattfindet als im Abstandsbereich 26. Diese Wirkungsweise wird noch verbessert, wenn der Innenring 17 des Ringkörpers 12 aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff gefertigt ist, während der Außenring 18 desselben aus einem weniger wärmeleitenden Material gefertigt werden sollte. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Ringkanal 12' im Ringkörper 12 so zu profilieren, daß seine der konischen Innenfläche 13 des Ringkörpers 12 zugewendete Begrenzung stromaufwärts des Düsenaustritts 10 einen größeren Abstand hiervon aufweist, also in der Nähe des Düsenaustritts 10.

In Fig. 3 der Zeichnung ist ein der Fig. 2 entsprechender Ausschnittbereich der Ringdüse eines Strangpreßkopfes 1 gezeigt, welcher jedoch eine etwas abgewandelte Bauart des Ringkörpers 12 aufweist. Dort hat nämlich einerseits der Ringkanal 12' einen

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flach rechteckigen Querschnitt/ wobei seine größte Querschnittsausdehnung sich parallel zur Ebene des Ringkörpers 12 erstreckt. Andererseits ist dort der Außenring 18 an seinem einen Ende mit einem radial einwärts gerichteten Ringflansch 27 versehen, der sich gegen die Stirnfläche des Innenringes 17 stützend anlegt, wenn der Ringkörper 12 durch die in die Innengewinde 24 des Düsenmantels 3 eingreifenden Befestigungsschrauben 23 axial verspannt wird, damit seine konische Innenfläche 13 in Kontaktberührung mit der kegelförmigen Außenfläche 14 des Düsenmantels 3 gelangt.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß der durch den Innenring 17 und den Außenring 18 gebildete Ringkörper 12 auch bei einer grundsätzlich mit der Fig. 2 übereinstimmenden Bauart mit einem Ringkanal 12' versehen werden kann, der ein flach rechteckiges Querschnittsprofil hat.

Für eine optimale Wirkungsweise der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen von mit einer Trennzone 11 ausgestatteten Strangpreßköpfen 1 ist es von wesentlicher Bedeutung, daß der den mit dem Temperiermedium beaufschlagbaren Ringkanal 12' enthaltende Ringkörper 12 mit dem Düsenmantel 3 der Ringdüse 3, 4 nur über seine konische Innenfläche 13 Kontaktberührung hat, während zwischen den in Radialrichtung ■ verlaufenden, einander zugewendeten Endflächen 28 des Düsenmantels 3 und 29 des Ringkörpers 12 ein Trennzone 11 bildende Abstandsspalt 30 aufrechterhalten wird.

In Fig. 5 der Zeichnung ist in größerem Maßstab der in Fig. 1 mit II gekennzeichnete Ausschnittsbereich einer weiteren Ausführungsform eines Strangpreßkopfes 1 gezeigt.

Unterschiedlich zu den Stranpreßköpfen 1 nach den Fig. 1 bis,4 ist der Strangpreßkopf nach Fig. 5 mit einem in baulicher Hin-

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sieht beträchtlich vereinfachten, zugleich jedoch in seiner Wirkungsweise verbesserten Düsenmantel 3 ausgestattet, Auch der Düsenmantel 3 nach Fig. 5 ist dabei mit einer Trennzone 11 zwischen seinen beiden Längenabschnitten 3' und 3" ausgestattet, die vorzugsweise durch einen Ringspalt 11', vorzugsweise eine unmittelbar in den Außenumfang des Düsenmantels 3 eingestochene, schmale Umfangsrille 30 gebildet wird. Diese Umfangsrille 30 schließt dabei einerseits unmittelbar an die Endfläche 28 des Düsenmantels 3 an, während sie andererseits durch einen am Außenumfang des Düsenmantels 3 ausgebildeten Bund 31 begrenzt ist. Die Umfangsrille 30 ist dabei so tief in den Außenumfang des Düsenmantels 3 eingestochen, daß in ihrer Nachbarschaft nur ein Ringquerschnitt 3"¹ stehenbleibt, der beträchtlich kleiner ist als die Ringquerschnitte in den unmittelbar an die Umfangsrille 30 anschließenden Bereichen der Längenabschnitte 3¹ und 3".

Unterhalb des Bundes 31 ist in den Außenumfang des Längenabschnittes 3" des Düsenmantels 3 eine Profilnut 33 mit relativ großem Querschnitt eingearbeitet, die von einer axial aufgeschobenen Büchse 33 abdichtend umfaßt wird, so daß hier der mit dem Temperiermedium beaufschlagbare Ringkanal 12' entsteht. Die Büchse 33 ist dabei nahe ihrem einen Ende am Innenumfang mit einer eingeformten Ringnut 34 zur Aufnahme einer Dichtung versehen, während ihr anderes Ende eine Ausdrehung mit einer Ringschulter 36 hat, von der der Bund 31 umgriffen wird. In einer Ringnut 37 des Bundes 31 sitzt dabei eine Dichtung 38, die im Bereich von Ausdrehung und Stützschulter 36 mit dem Innenumfang der Büchse 33 zusammenwirkt.

Der besondere Vorteil der in Fig. 5 dargestellten Ausbildung eines Strangpreßkopfes 1 liegt darin, daß der mit dem Temperiermedium beaufschlagbare Ringkanal 12' unmittelbar im Material des Düsenmantels 3 liegt und dadurch eine optimale Temperaturbeeinflussung des Düsenmantels 3 in seinem der Trennzone

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11 zum Düsenaustritt 10 hin nachgeordneten Längenabschnitt 3" gewährleistet.

us Fig. 5 geht noch hervor, daß auch der Düsenkern bzw. -dorn 5 mit einer Trennzone 11" versehen werden kann, die seine Längenabschnitte 5' und 5" durch einen Ringspalt 39 voneinander trennt, der von einer Nut 40 gebildet ist, welche vom Umfang einer Bohrung 41 radial nach auswärts verläuft, die koaxial in das dem Düsenaustritt 10 zugewandte Ende der Düsenpinole 6 eingearbeitet ist. Durch einen Stopfen 42, welcher sich am Düsenkern bzw. -dorn 5 befindet und der in der Bohrung 41 durch Gewinde gehalten wird, ist der Ringspalt 39 überbrückt.

Im Anschluß an den Stopfen 42 hat der Düsenkern 5 eine radiale Schulter 44, in die konzentrisch eine Ringnut 43 eingearbeitet ist, welche sich in Richtung zum Düsenaustritt 10 hin erstreckt. Die Ringnut 43 wird dabei durch eine Gegenschulter 45 abgedichtet, welche sich radial an die Bohrung 41 der Düsenpinole 6 anschließt. Der so gebildete Ringkanal 12" im Düsenkern 5 wird mit Temperiermedium beschickt, das den Endabschnitt 5" des Düsenkerns 5 bedarfsabhängig beeinflußt.

Während die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele von Strangpreßköpfen 1 zur Temperaturbeeinflussung des der Trennzone zum Düsenaustritt hin nachgeordneten Längenabschnitts des Düsenmantels bzw. Düsenkerns mit Ringkanälen ausgestattet sind, die mit einem flüssigen Temperiermedium beaufschlagt werden sollen, ist es natürlich auch ohne weiteres möglich, diese Ringkanäle so zu gestalten, daß sie mit einem Luftstrom als Temperiermedium beaufschlagt werden können. Hierbei wird dann vorteilhaft die hauptsächlich den Wärmefluß übernehmende Wandung mit in den Querschnitt des Ringkanals hineinragenden Rippen versehen.

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Claims

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERIC1+· -GtFO MULJLErt * T). GB03SE · F. POLUWtTCFT U b /C EO. AUG. 198^ f.ni 66 095 Battenfeld Fischer Blasformtechnik GmbH, Hermann-Löns-Straße 7, 5204 Lohmar 1 Patentansprüche

1. Extrusionswerkzeug, insbesondere Strangpreßkopf, zur Herstellung von Strangkörpern aus Kunststoffen, die kritische Schubspannungsgrenzen, Schergeschwindigkeitsgrenzen oder Grenzen ihrer elastischen Deformation aufweisen, z.B. aus mittel- und/oder hochmolekularen Polyäthylenen, an dessen Gehäuse eine Düse sitzt, die austrittsseitig mindestens von einem Mantel begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Düse (3, 5) begrenzenden Wandungen (9; 9') mit Abstand (3¹) vor dem Düsenaustritt (10) mindestens eine in Umfangrichtung verlaufende Trennzone (11, 11*, 30; 11") ausgebildet ist, und daß dabei die vor und hinter dieser Trennzone (11, 11',. 3.0; 11") liegenden Längenabschnitte * (3¹ und 3"; 5' und 5") der die Düse (3, 5) begrenzenden Wandungen (9; 9') unabhängig voneinander temperierbar sind ' (12, 12')·

2. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1, · dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Trennzone (11, 11', 30; 11") aus einem Ringspalt (11'; 11") in den die Düse (3, 5) begrenzenden Wandungen (9; 9¹) besteht.

3. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Trennzone (11, 11', 30; 11") den Wandungen (9) des Düsenmantels (3) und/oder den Wandungen (9¹) des Düsenkerns bzw. -dorns (5) zugeordnet ist.

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4. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet/ daß der oder jeder dem Düsenaustritt (10) benachbarte Längenabschnitt (3"; 5") der die Düse (3, 5) begrenzenden Wandungen (9; 9¹) einen eingearbeiteten Ringkanal (12¹, 12") aufweist, der von einem Temperiermedium durchströmbar ist (Fig. 5).

5. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet/ daß der Ringkanal (12') den Wandungen (9) des Düsenmantels (3) und/oder der Ringkanal (12") den Wandungen (9¹) des Düsenkerns bzw. -dorns (5) zugeordnet ist.

6. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Düse (3, 5) begrenzenden Wandungen (9; 9') am Düsenmantel (3) und/oder am Düsenkern bzw. -dorn (5) in ihrem hinter der Trennzone (11; 39) - austrittsseitig liegenden Längenabschnitt (3"; 5") eine geringere Dicke aufweisen als in ihrem vor der Trennzone (11; 39) - gehäuseseitig - liegenden Längenabschnitt (3'; 5').

7. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Trennzone (11) bildende Ringspalt (11') durch eine unmittelbar in den Außenumfang des Düsenmantels (3) eingestochene, schmale Umfangsrille (30) bestimmt ist, die unmittelbar an eine abgesetzte Schulter (28) anschließt, während der Ringkanal (12') von einer ebenfalls unmittelbar im Außenumfang des Düsenmantels (3) ausgeformten Profilnut (32) mit relativ großem Querschnitt und einer diese abdichtend umfassende Büchse (33) gebildet ist (Fig. 5) .

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8. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Umfangsrille (30) und der Profilnut (32) am Außenumfang des Düsenmantels (3) ein Bund (31) ausgebildet ist, der von der Büchse (33) umfaßt ist (Fig. 5).

9. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der die Trennzone (11") bildende Ringspalt (40) von einer Nut gebildet ist, die vom Umfang einer Bohrung (41) in der Düsenpinole (6) ausgeht und durch einen Stopfen (42) überbrückt ist, welcher sich am Düsenkern bzw. -dorn (5) befindet über Gewinde in der Bohrung (41) gehalten ist (Fig. 5) .

10. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (12") von einer Ringnut (43) gebildet ist, die sich von einer radialen Schulter (44) am Düsenkern bzw. -stopfen (5) ausgehend, konzentrisch zum Düsenkern bzw. -dorn (5) in Richtung zum Düsenaustritt (10) hin erstreckt sowie durch eine Gegenschulter (45) an der Düsenpinole (6) abgedichtet ist.

11. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (12¹) in einem Ringkörper (12) aus gut wärmeleitendem Werkstoff untergebracht ist, der eine konische Innenwand (13) aufweist, mit welcher er gegen eine komplementär kegelförmig gestaltete Außenfläche (13) des Düsenmantels (3) verspannbar ist, wobei der Düsenmantel (3) selbst vorzugsweise ebenfalls aus gut wärmeleitendem Werkstoff besteht.

12. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (12') im Ringkörper (12) eine Aus-

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bildung aufweist, bei der seine der Außenfläche (14) des Düsenmantels (3) zugewendete Begrenzung an ihren beiden Enden unterschiedliche Abstände (25 und 26} von der Außenfläche (14) des Düsenmantels (3) bzw. von der Innenfläche (13) des Ringkörpers (12) hat (Fig. 2 bis 4).

13. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis sowie 11 und 12,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (12) aus einem Innenring (17) und einem Außenring (18) zusammengesetzt ist, wobei der Innenring (17) den nach seinem Außenumfang hin offenen (19) Ringkanal (12¹) sowie diesem zugeordnete Dichtungsaufnahmenuten (20,21) enthält, während der Außenring (18) mit seinem Innenumfang den Außenumfang des Innenringes (17) umgreift und über Befestigungselemente , z.B. Schrauben (23), gegen den Düsenmantel (3) verspannbar ist (13, 14, 23, 24).

14. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis sowie 11 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, daß nur der Innenring (17) des Ringkörpers (12) aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff besteht.

15. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis sowie 11 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (12¹) im Ringkörper (12) eine rechteckige Querschnittsform hat (Fig. 3 und 4).

16. Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis und 11 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (12') im Ringkörper (12) einen winkelförmigen Querschnitt hat und dabei der eine Winkelschenkel parallel zur Längsachse der Ringdüse (3, 5) liegt (Fig. 2).

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