DE4315469A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufextrudieren eines kalibrierten Profilstrangs aus einem thermoplastischen Polymer auf Gegenstände - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufextrudieren eines kalibrierten Profilstrangs aus einem thermoplastischen Polymer auf Gegenstände, bei dem die Gegenstände jeweils im Bearbeitungsbereich eines Handhabungsautomaten positioniert werden, das in einem Extruder aufgeschmolzene Polymer über einen beheizten Druckschlauch einem von dem Handhabungsautomaten geführten und mit einer Extrusionsdüse versehenen beheizten Extrusionskopf zugeführt und auf den Gegenständen extrudiert und abgelegt wird. Die Erfindung betrifft ferner geeignete Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren dieser Art ist in der EP 0 524 092 A1 zum Aufextrudieren eines Rahmens oder eines Rahmenteils auf einer Glasscheibe beschrieben. Aus diesem Dokument ist es darüber hinaus bekannt, mit Hilfe dieses Verfahrens Profilstränge aus einem thermoplastischen Polymer, insbesondere aus einem thermoplastischen Elastomer, auf andere Gegenstände aufzubringen, beispielsweise als Dichtungsprofile auf Autotüren, Kofferraumdeckel oder Sonnendächer, sowie als Dichtungs- oder Rahmenprofile auf beliebige andere Gegenstände.

Bei dem bekannten Verfahren wird nach Beendigung des Extrusionsvorgangs auf einem Gegenstand vor oder bei dem Abheben des Extrusionskopfes von dem Gegenstand der Volumenstrom des plastifizierten Polymers durch Steuerung des Antriebsmotors des Extruders unterbrochen und erst dann wieder in Gang gebracht, wenn nach dem Positionieren des nächsten Gegenstandes der Extrusionskopf auf den Gegenstand angesenkt ist und seinen Weg über den Gegenstand beginnt.

Diese Arbeitsweise, bei der während der Zeitspanne, in der die Gegenstände auf dem Bearbeitungstisch gewechselt werden, der Volumenstrom in dem System unterbrochen wird, ist nicht frei von Nachteilen. Infolge der Trägheit des Systems, einer gewissen elastischen Verformbarkeit des plastifizierten Materials und des beheizten Schlauches unter hohem Druck und infolge des Aufschmelz- und Dosierverhaltens des Extruders ergeben sich bei einem solchen diskontinuierlichen Betrieb Unregelmäßigkeiten, die zu fehlerhaften Profilsträngen und zu einer fehlerhaften Arbeitsweise des Verfahrens führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Produktionssicherheit des Verfahrens erhöht, der Produktionszyklus verkürzt und die Qualität des extrudierten Profilstrangs insgesamt verbessert wird.

Die Erfindung besteht darin, daß am Ende eines jeden Extrusionsvorgangs beim Abheben des Extrusionskopfes von dem Gegenstand der Materialstrom innerhalb des Druckschlauchs aufrechterhalten und bis zum Beginn des nächstfolgenden Extrusionsvorgangs durch eine im Extrusionskopf in der Nähe der Düse vorgesehene Austrittsöffnung aus dem Extrusionskopf abgeleitet wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein kontinuierlicher Betrieb des Extruders aufrechterhalten, so daß sich stationäre Prozeßbedingungen einstellen können, die nicht unterbrochen werden und keine Änderungen erfahren. Insbesondere werden dadurch ein gleichbleibendes Temperatur-, Aufschmelz- und Dosierverhalten des Extruders sowie ein gleichbleibender Druck und ein gleichbleibender Volumenstrom in dem gesamten System erreicht. Infolge dieser Konstanz aller wesentlichen Verfahrensparameter wird gleich zu Beginn eines jeden Extrusionsprozesses ein Profilstrang mit dem definierten gewünschten Querschnitt erzeugt, und auch am Ende des Extrusionsprozesses auf einem Gegenstand behält das extrudierte Profil weitgehend seinen definierten Querschnitt.

Der in der Zwischenzeit zwischen den eigentlichen Extrusionsvorgängen aus dem Extrusionskopf abgeleitete Materialstrom kann verworfen werden. Zweckmäßigerweise wird jedoch dieses aus dem Extrusionskopf abgeleitete Material wiederverwertet, das heißt insbesondere dem Extruder wieder zugeführt. Das kann zum Beispiel in der Weise erfolgen, daß das aus der Öffnung im Extrusionskopf austretende Material in schmelzflüssigem Zustand durch ein beheiztes Rohr mit Hilfe einer Pumpe unmittelbar in den Extruder zurückgeführt wird. Eine andere Möglichkeit für die Wiederverwertung des Materials besteht darin, das Material nach dem Austreten aus der Öffnung im Extrusionskopf wieder zu granulieren und das so erhaltene Granulat beispielsweise über ein pneumatisches Fördersystem dem Extruder wieder zuzuführen. Selbstverständlich kann das Granulat auch zunächst gelagert und zu einem späteren Zeitpunkt dem Prozeß wieder zugeführt, oder gegebenenfalls auch für einen anderen Zweck verwendet werden.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch darauf zu achten, daß der Strömungswiderstand auf den beiden verschiedenen Strömungswegen des Materials, nämlich einerseits auf dem Weg von dem Extruder über den Druckschlauch zu der über die Glasoberfläche gleitenden Extrusionsdüse und andererseits auf dem Weg von dem Extruder über den Druckschlauch zu der Austrittsstelle des im Bypass geführten Materialstrangs aus der Bypass- Rohrleitung, gleich ist. Das bedeutet zum Beispiel, daß die Strömungsquerschnitte der Leitungen, die Temperatur der Leitungen und die Förderung des Materialstrangs innerhalb der Bypass-Leitung durch Pumpen entsprechend eingestellt und aufeinander abgestimmt werden müssen, um diese Bedingung zumindest weitgehend zu erfüllen.

Eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung umfaßt einen Handhabungsautomaten, einen von diesem geführten Extrusionskopf mit einer elektrisch beheizten Extrusionsdüse, einen Extruder, einen den Extruder mit der beheizten Extrusionsdüse verbindenden Druckschlauch und eine den Handhabungsautomaten und den Prozeßablauf steuernde zentrale Steuereinheit. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß der Extrusionskopf in der Nähe der Düse mit einer Austrittsöffnung für den Materialstrom und mit einem von der Steuereinheit angesteuerten Umschaltventil zum Umlenken des Materialstroms von der Düse in die Austrittsöffnung und umgekehrt versehen ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.

Von den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Anlage für die Durchführung des Verfahrens mit Rückführung des plastifizierten Materialstroms;

Fig. 2 eine Anlage für die Durchführung des Verfahrens mit Rückführung des Materials nach Granulierung, und

Fig. 3 einen Extrusionskopf mit den Merkmalen der Erfindung.

In den Zeichnungen sind als Gegenstände, auf die der Profilstrang aufextrudiert wird, mehrere im wesentlichen rechteckige gebogene Glasscheiben 1 dargestellt, auf die am Rand ein rahmenartiges Profil aus einem thermoplastischen Elastomer aufextrudiert wird. Wie bereits eingangs erwähnt, läßt sich das Verfahren aber auch für zahlreiche andere Zwecke anwenden, ohne daß im folgenden hierauf näher eingegangen wird.

Die Glasscheiben 1, die am Rand mit einem rahmenförmigen Profil 3 versehen werden sollen, sind auf verfahrbaren Trägern 2 gelagert und werden nacheinander in die Bearbeitungsstation gefahren, in der das Profil 3 aufextrudiert wird. Sie werden in einer nicht dargestellten vorausgehenden Arbeitsstation sorgfältig vorbereitet, indem ihre Oberfläche in dem Bereich, in dem das Profil aufextrudiert wird, gereinigt und mit einem geeigneten Haftvermittlersystem beschichtet wird.

In der Bearbeitungsstation, in der der Profilstrang 3 aufextrudiert wird, befindet sich ein Roboter 5, an dessen Manipulationskopf 6 ein Extrusionskopf mit einer Extrusionsdüse 9 mit einer kalibrierten Düsenöffnung 10 angeordnet ist. In dieser Bearbeitungsstation wird die jeweils zu bearbeitende Glasscheibe 1 sorgfältig positioniert. Sobald die Glasscheibe 1 ihre genaue Position eingenommen hat, wird der Extrusionskopf von dem Roboter 5 entsprechend dem vorgegebenen Wegprogramm am Rand der Glasscheibe 1 entlanggeführt. Dabei wird der Roboter 5 von einer zentralen Steuereinheit 12 über die Steuerleitung 13 angesteuert.

Mit Hilfe der von dem Roboter 5 geführten Extrusionsdüse 9 wird auf die Glasscheiben 1, die gegebenenfalls zuvor auf eine geeignete Temperatur erwärmt werden, ein thermoplastisches Elastomer aufextrudiert. Die Extrusionsdüse 9 ist mit einem elektrischen Heizelement 11 versehen, durch das der Düsenkörper auf die für die Extrusion des thermoplastischen Polymers notwendige Temperatur erwärmt wird.

Das zu extrudierende thermoplastische Polymer wird als Granulat in den Aufgabetrichter 16 des Schneckenextruders 17 eingeführt, in diesem aufgeschmolzen und unter hohem Druck dem Extrusionskopf zugeführt. Der die Schnecke enthaltende Zylinder 18 des Schneckenextruders 17 ist von mehreren Heizringen 19 umgeben, die den Zylinder 18 einschließlich der darin rotierenden Schnecke auf die erforderliche Temperatur aufheizen.

Die Verbindung zwischen dem Zylinder 18 des Extruders 17 und dem Extrusionskopf wird durch einen elektrisch beheizten Hochdruckschlauch 22 hergestellt. Der Hochdruckschlauch 22 muß so ausgestattet sein, daß er Drücke von etwa 250 bar bei Betriebstemperatur aushält. Andererseits muß er so flexibel sein, daß er den Bewegungen des Extrusionskopfes folgen kann. Zeckmäßigerweise ist am Anfang und am Ende des Schlauchs 22 jeweils ein Rohrdrehgelenk 23 zwischengeschaltet, wodurch vermieden wird, daß beim Extrudieren während des Umlaufs des Extrusionskopfes um die Glasscheibe Torsionskräfte auf den Extrusionskopf übertragen werden.

Wie aus Fig. 3 im einzelnen zu ersehen ist, ist an dem Extrusionskopf seitlich eine Austrittsöffnung 28 für den Materialstrom vorgesehen. An diese Austrittsöffnung 28 ist ein Rohrstutzen 29 angeschlossen. An dem Extrusionskopf ist ein Dreiwegeventil 30 angeordnet, das von einem Stellmotor 31 in zwei Endstellungen verschwenkbar ist. In der in der Zeichnung dargestellten Endstellung wird der durch die Öffnung 26 eintretende Volumenstrom in die Extrusionsdüse 9 gelenkt, wo er durch die Düsenöffnung 10 austritt. In der anderen Endstellung ist die Verbindung zur Extrusionsdüse 9 unterbrochen. Statt dessen ist die Eintrittsöffnung 26 dann mit der Austrittsöffnung 28 verbunden, so daß der Materialstrom bei dieser Stellung des Dreiwegeventils 30 aus dem Rohrstutzen 29 austritt. Die Umsteuerung des Dreiwegeventils 30 durch den Stellmotor 31 erfolgt durch die zentrale Steuereinheit 12 über die Steuerleitung 14 in dem Augenblick, in dem die Extrusion des Profilstrangs 3 auf der Glasscheibe 1 beendet ist und der Extrusionskopf von der Glasscheibe 1 abgehoben wird.

Der Strömungskanal für den Materialstrom im Extrusionskopf durch das Dreiwegeventil bis zur Mündung des Rohrstutzens 29 soll zweckmäßigerweise so dimensioniert sein, daß der Druckverlust, der beim Durchströmen dieses Kanals auftritt, dem Druckverlust entspricht, der sich beim Durchströmen der Düse einstellt. Auf diese Weise werden optimale Bedingungen erreicht.

Unmittelbar nach der Umschaltung des Dreiwegeventils 30 am Ende des Extrusionsvorgangs wird der Extrusionskopf in eine definierte Ruhestellung oberhalb der Glasscheibe 1 bewegt, wobei der Rohrstutzen 29 an ein Kupplungsstück 33 angekoppelt wird. Der aus dem Rohrstutzen 29 austretende Materialstrom fließt durch das Kupplungsstück 33 in eine sich daran anschließende Rohrleitung und wird dem Extruder 17 wieder zugeführt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist an das Kupplungsstück 33 eine beheizte Rohrleitung 35 angeschlossen. Die Rohrleitung 35 wird durch eine geeignete Heizwicklung auf einer Temperatur gehalten, bei der der Materialstrom in dem Rohr im schmelzflüssigen Zustand bleibt, damit er innerhalb der Rohrleitung 35 in den Extruder 17 fließen kann. Um den Materialstrom in dem Rohrleitungssystem 35 aufrechtzuerhalten, ist in dem Rohrleitungssystem beispielsweise eine Zahnradpumpe 37 vorgesehen, die von dem Motor 38 angetrieben wird. Der Antriebsmotor 38 wird über die Steuerleitung 39 von der zentralen Steuereinheit 12 derart gesteuert, daß der Materialstrom in der Rohrleitung 35 solange gefördert wird, wie der Extrusionskopf mit dem Rohrstutzen 29 an das Kupplungsstück 33 angekuppelt ist.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Anlage zum Aufextrudieren des Profilstrangs aus thermoplastischem Polymer die gleiche wie bei dem anhand der Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es wird insoweit auf die Beschreibung der Fig. 1 verwiesen. Mit dem Kupplungsstück 33, an das in der Ruhestellung des Extrusionskopfes der Rohrstutzen 29 angekuppelt wird, ist in diesem Fall ein beheiztes Rohr 42 verbunden, das oberhalb eines Aufgabetrichters 43 mündet. Aus dem Rohr 42 tritt das thermoplastische Material in granulierter Form aus und fällt in den Trichter 43. Unterhalb des Trichters 43 ist ein Gebläse 44 angeordnet, das das Granulat auf pneumatischem Wege durch die Rohrleitung 45 in den Aufgabetrichter 16 des Extruders 17 fördert, wo es von neuem aufgeschmolzen und für die Extrusion des Profilstrangs verwendet wird.

Als thermoplastische Elastomere, die sich für das beschriebene Verfahren besonders gut eignen, haben sich insbesondere thermoplastische Polyolefin-Elastomere aus isotaktischem Propylen und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk bewährt, wie sie im Handel unter der Bezeichnung SANTOPRENE erhältlich sind.

Claims (9)

1. Verfahren zum Aufextrudieren eines kalibrierten Profilstrangs aus einem thermoplastischen Polymer auf Gegenstände, bei dem die Gegenstände jeweils im Bearbeitungsbereich eines Handhabungsautomaten positioniert werden, das in einem Extruder aufgeschmolzene Polymer über einen beheizten Druckschlauch einem von dem Handhabungsautomaten geführten und mit einer Extrusionsdüse versehenen beheizten Extrusionskopf zugeführt und auf den Gegenständen extrudiert und abgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende eines jeden Extrusionsvorgangs beim Abheben des Extrusionskopfes von dem Gegenstand der Materialstrom innerhalb des Druckschlauchs aufrechterhalten und bis zum Beginn des nächstfolgenden Extrusionsvorgangs durch eine im Extrusionskopf in der Nähe der Extrusionsdüse vorgesehenen Austrittsöffnung aus dem Extrusionskopf abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Austrittsöffnung aus dem Extrusionskopf abgeleitete Material in den Extruder zurückgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Austrittsöffnung aus dem Extrusionskopf abgeleitete Material in plastifizierter Form durch eine beheizte Rohrleitung mit Hilfe einer Pumpe in den Extruder zurückgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Austrittsöffnung aus dem Extrusionskopf abgeleitete Material abgekühlt und granuliert, und das Granulat über ein pneumatisches Rohrfördersystem dem Aufgabetrichter des Extruders wieder zugeführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Handhabungsautomaten (5), einem von diesem geführten Extrusionskopf mit einer elektrisch beheizten Extrusionsdüse (9), einem Extruder (17), einem den Extruder (17) mit der beheizten Extrusionsdüse (9) verbindenden beheizten Druckschlauch (22) sowie einer den Handhabungsautomaten (5) und den Prozeßablauf steuernden zentralen Steuereinheit (12), dadurch gekennzeichnet, daß der Extrusionskopf (9) in der Nähe der Düse (10) mit einer Austrittsöffnung (28) für den Materialstrom und mit einem von der Steuereinheit (12) angesteuerten Umschaltventil (30) zum Umlenken des Materialstroms von der Düse (9) in die Austrittsöffnung (28) und umgekehrt versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (28) und der der Austrittsöffnung nachgeschaltete Kanal in dem sich anschließenden Rohrstutzen (29) so dimensioniert sind, daß der auf diesem Weg auftretende Druckverlust dem Druckverlust entspricht, der sich beim Durchströmen der Düse (9, 10) einstellt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ein beheiztes, mit einer Pumpe (37) versehenes und zum Extruder (17) führendes Förderrohrsystem (35), dessen offene Rohrmündung mit einem Kupplungsstück (33) versehen ist, das der Ruhelage des Extrusionskopfes derart benachbart angeordnet ist, daß nach einem Extrusionszyklus der Austrittsrohrstutzen (29) des Extrusionskopfes an die Rohrmündung anlegbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine den aus der Austrittsöffnung (28) des Extrusionskopfes in dessen Ruhestellung austretenden Materialstrom aufnehmende Granuliervorrichtung (42, 43).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Granuliervorrichtung (42, 43) ein zum Aufgabetrichter (16) des Extruders (17) führendes Rohrleitungssystem (45) angeschlossen ist, durch das das Granulat auf pneumatischem Weg förderbar ist.