DE60028031T2

DE60028031T2 - Gerät zum kontrollieren der kunststoffviskosität

Info

Publication number: DE60028031T2
Application number: DE60028031T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Ibar
Original assignee: Stratek Plastics Ltd
Current assignee: Stratek Plastics Ltd
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 2000-06-12
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2020-06-13
Also published as: KR100469850B1; IL146007A0; DE60028031D1; TR200103596T2; EP1185405A4; HK1053082A1; IL164741A0; KR20020016824A; HUP0203026A2; NZ528327A; US6210030B1; ATE326322T1; NO321843B1; AU777566B2; PL354511A1; RU2262438C2; WO2000076735A1; UA73128C2; NO20016026L; EP1185405A1

Description

QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGEN ANTRAG
Dies ist eine Teilfortführung des mit METHOD AND APPARATUS TO CONTROL VISCOSITY OF MOLTEN PLASTICS PRIOR TO A MOLDING OPERATION [METHODE UND GERÄT ZUR REDUZIERUNG DER VISKOSITÄT EINER KUNSTSTOFFSCHMELZE VOR EINEM SPRITZGUSSVORGANG] am 15. Juni 1999 eingereichten Antrags US 6,210,030 .
FELD UND HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die gegenständliche Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Spritzgussformung mit Polymeren und im Besonderen auf ein neues und nützliches Gerät und eine ebensolche Methode zur Reduzierung der Viskosität durch Strukturviskosität und/oder Herauslösung, sowie auf spezielle Maßnahmen zur Reduzierung der Viskosität von Polymermaterial, welches nach Abkühlung bei einer solchen Temperatur zur Kristallisation fähig ist, die verhindert, dass die Herauslösung bei optimalen Bedingungen stattfindet. Dies ist beispielsweise bei semikristallinen Polymeren wie Nylon 66 der Fall.
Es ist bekannt, dass die Verarbeitungsparameter bei der Spritzgussformung von Polymermaterial (z.B. Temperaturen, Drücke, Fließgeschwindigkeiten, Fließweg usw.) eine direkte Folge der Viskosität der Schmelze sind, welche vom Zustand der Verflechtung der Makromoleküle bestimmt wird. Der „Schmelzindex" des Kunstharzes charakterisiert normalerweise die Fließeigenschaften der Schmelze und kann zur Spezifizierung der für einen bestimmten Spritzgussvorgang geeigneten Kunstharzqualität angewandt werden. Der Schmelzindex ist eine Funktion des Molekulargewichts der Makromolekülketten. Ein hoher Schmelzindex entspricht einem Kunstharz mit hohem Fluss. Das mechanische Leistungsverhalten eines spritzgegossenen Produkts ist auch in hohem Maß eine Funktion seiner Molekulargewichtscharakteristika; je länger die Makromolekülketten, desto fester und steifer das Endprodukt. Leider verursacht die von den Kunststoffen im Gebrauch geforderte hohe Festigkeit häufig mangelhafte Fließfähigkeit während des Spritzgießvorgangs, was zu hohen Betriebskosten beim Spritzguss und zu häufigen Spritzgussmängeln (Bindenähten, Einfallstellen usw.) führt. Eine auf die Kompensation der mangelhaften Steuerung der Fließfähigkeit der Schmelze ausgelegte akzeptierte Praxis beinhaltet die Verringerung des Molekulargewichts der für den Spritzguss verwendeten Makromoleküle. Sie senkt zwar die Viskosität und verbessert den Fließweg erheblich, resultiert jedoch häufig in einer Reduzierung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Festigkeit und Formsteife. Darüber hinaus lässt sich die Praxis in jenen Fällen nicht anwenden, in denen das spritzgegossene Endprodukt sehr klein und/oder dünn sein muss, wie beispielsweise in dünnwandigen Spritzgießanwendungen.
Durch Mischen von Kunstharzqualitäten mit unterschiedlichen Molekulargewichten ist es den Kunstharzerzeugern gelungen, der Kunststoffindustrie Mittel zur Senkung der Viskosität zu liefern und so die Verarbeitung zu erleichtern oder die Schmelzelastizität zu erhöhen. Das Problem mit dieser Lösung besteht darin, dass auch das mechanische Leistungsverhalten der Polymere mit niedrigeren Molekulargewichten stark verringert ist; dies ist der Preis für die bessere Verarbeitbarkeit, den die Verarbeiter zu zahlen haben.
Die Industrie würde ein Verfahren begrüßen, welches die Senkung der Viskosität von Kunststoffschmelzen ermöglicht, ohne dass hierfür das Molekulargewicht der Kunstharze verändert werden muss; dies hätte den zusätzlichen Vorteil einer Reduzierung der Anzahl von Kunstharzqualitäten, die von den Herstellern angeboten werden müssten.
Die Strukturviskosität von Kunststoffmaterialien ist allgemein bekannt und wird in der Praxis zur Verringerung der Viskosität von Schmelzenwährend des Füllstadiums des Spritzgusses durch Anhebung der Geschwindigkeit des Einspritzkolbens angewandt. Dies ist besonders bei dünnwandigem Spritzguss nützlich, wenn in jenen Fällen, in denen die Viskosität der Schmelze in einem quasi-Newton'schen Zustand verharrt, zum Auffüllen der Spritzgussform erhebliche Kräfte erforderlich sind.
Ebenso ist allgemein bekannt, dass eine Strukturviskosität bei einer gegebenen Temperatur entweder durch Erhöhung der Schergeschwindigkeit oder der Schwingungsfrequenz der Schmelze bei einer konstanten Schwingungsamplitude erreicht werden kann. Insbesondere ist allgemein bekannt, dass die Viskosität einer Kunststoffschmelze durch eine durch Vibrationen verursachte Strukturviskosität reduziert werden kann. Siehe US-Patent 4,793,954 an Lee; J. P. Ibar, „Melt Viscosity Reduction of Plastics by Vibration during Filling in Injection Molding", ANTEC 1997, Toronto, SPE Reprints (1997); sowie J. P. Ibar, „Smart Processing of Plastics Through Vibration Controlled Shear Thinning and Orientation", 1997 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. Nachdruck MD-Bd. 79, SS 223–348, 1997.
Strukturviskosität ruft nicht denselben Mechanismus der Viskositätsreduktion auf, der für die Erzeugung einer langfristigen Viskositätsreduktion durch Herauslösung erforderlich ist. Siehe beispielsweise US-Patent 5,885,495 an Ibar. Strukturviskosität entsteht aus der Kooperativität des Interaktionsnetzwerks zwischen den als Conformer bezeichneten Makromolekülen. Die Viskositätsreduzierung ist unmittelbar und hält nur bei Vibration an, d.h. dass sie aufhört, sobald die Vibrationen aufhören. Strukturviskosität kann jedoch nützlich sein und kann nach der gegenständlichen Erfindung in einem Kunststoff auf verschiedene Arten optimiert oder bevorzugt werden, die den Personen mit gewöhnlichen Kenntnissen und Fähigkeiten auf diesem Gebiet weder bekannt noch offensichtlich sind.
Durch Vibrations-Strukturviskosität ausgelöste Viskositätsreduzierung ist bekannt. Ein Beispiel wird in J. P. Ibar, „Smart Processing of Plastics Through Vibration Controlled Shear Thinning and Orientation", 1997 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition beschrieben.
US-Patent 5,885,495 sagt aus, dass es drei Kategorien bekannter Verfahren gibt, bei denen Schwingungen zur Veränderung des Spritzgussvorgangs und/oder der Eigenschaften der spritzgegossenen Materialien eingesetzt werden:

1. Mechanische Schüttel-/Schwingungsgeräte oder Ultraschallvibrationsgeräte zur Homogenisierung und Steigerung der Dichte des spritzgegossenen Materials entweder im flüssigen Stadium oder im Stadium der Verfestigung und entweder auf makroskopischer oder auf mikroskopischer Ebene. Siehe US-Patent 4,288,398 an Lemelson, US-Patent 3,298,065 an Pendleton sowie US-Patent 4,925,161 an Allen et al. Diese Patente betreffen weder den Einsatz von Vibrationen zur Senkung der Viskosität einer Schmelze für die verbesserte Verarbeitbarkeit während der Umwandlung direkt, noch sprechen sie die Verwendung von Packungsschwingungen zur Steigerund der Elastizität der Schmelze an.
2. Prozesse, die auf der Tatsache beruhen, dass die Materialrheologie eine Funktion nicht nur von Temperatur und Druck sondern auch von Schwingungsfrequenz und Amplitude ist: Siehe US-Patent 4,469,649, EP-Patent 0 273 830, US-Patent 5,306,129, US-Patent 4,919,870, CA-Patent 1,313,840 sowie EP-Patent 0 274 317, alle an Ibar. Die Lehren dieser Patente ändern jedoch die Viskosität der Schmelzen nicht dergestalt, dass die Reduzierung der Viskosität erhalten bleibt, auch optimieren sie die Wirkung der Strukturviskosität durch Einführung von Dehnschienen an der Oberfläche zur Schaffung schwingender Dehnströmung nicht.
3. Prozesse, welche Vibrationen zur lokalen Erzeugung von Wärme durch innere Reibung oder zur Verminderung von Oberflächenspannungen an Wandschnittstellen zwischen der Schmelze und dem Zylinder oder der Gießform zur Steigerung des Durchsatzes einsetzen: Siehe beispielsweise Casulli et al. „The Oscillating Die: A Useful Concept in Polymer Extrusion" Polym. Eng. Sci.; 30 (23), 1551 (1990), sowie Wong et al. „Flow of Thermoplastics in an Annular Die under Parallel Oscillations", Polym. Eng. Sci.; 30 (24), 1574 (1990). Diese Prozesse versuchen nicht, die Viskosität der Schmelze an sich auf eine Art zu ändern, die mit der Reduzierung des Molekulargewichtsdurchschnitts der Makromoleküle Ähnlichkeit hätte.

Der Polymerspritzguss-Sektor würde ein Gerät und/oder eine Methode stark begrüßen, mit dem/der die Viskosität der Makromoleküle ohne Veränderung ihrer mechanischen Leistungsmerkmale gesenkt werden könnte. Ein solcher Prozess ist im US-Patent 5,885,495 an Ibar beschrieben, bei dem die Makromoleküle zur Erzeugung des für die Reduzierung der Viskosität verantwortlichen Herauslösungseffekts auseinander gezogen werden.
Generell ist es für den Einsatz von für die industrielle Anwendung wirtschaftlich praktikabel bleibenden Frequenzen zur oszillierenden Dehnströmung erforderlich, die Temperatur der Schmelze in einen weit innerhalb des gummiartigen Fließbereichs des Polymers liegenden Bereich abzusenken.
Bei amorphen Polymeren ist die niedrigste Temperaturschwelle, bei der ein Fluss stattfinden kann, die Glastemperatur Tg des Polymers. Unterhalb dieser Temperatur ist das Polymer keine Schmelze mehr sondern verwandelt sich vielmehr in fließunfähiges festes Glas. Bei diesen Polymeren ist es allgemein möglich, eine Verarbeitungstemperatur zur Herauslösung weit über der Temperatur Tg zu ermitteln, bei der das Polymer noch fließen und mechanisch bei konstanter Temperatur nach US-Patent 5,885,495 behandelt werden kann. Semikristalline Polymere wie Nylon 66 sind oberhalb ihrer Kristallisationstemperatur Tc amorphe Schmelzen, unterhalb dieser Temperatur Tc sind sie feste Stoffe mit einer kristallografischen Struktur. Allgemein liegt die Glastemperatur der verbleibenden vorhandenen, mit der kristallinen Phase koexistierenden amorphen Phase weit unter der Temperatur Tc und damit im Festzustandsbereich des Polymers. Bei diesen kristallinen Polymeren steht nur ein eingeschränktes Verarbeitungsfenster für die Herauslösung zur Verfügung, da es nur oberhalb der Temperatur Tc liegen kann.
Bei einigen semikristallinen Polymeren wie beispielsweise ENGAGE 8180, einem Markennamen für ein von Dupont-Dow Elastomers LLP vertriebenes Metallocen-Polyethylenpolymer, ist der Umfang der Herauslösung so hoch und die daraus resultierende Elastizität der Schmelze gegenüber der Wirkung der Scherschwingung so empfindlich, dass die Schmelze mithilfe handhabbarer niedriger mechanischer Frequenzen (unter 50 Hz) in jenen optimierten elastischen Bereich gebracht werden kann, der für die ausgeprägte Strukturviskosität günstig ist, welche in der Lage ist, sogar bei Temperaturen weit über der Kristallisationstemperatur eine Herauslösung [2] zu erzeugen. So liegt beispielsweise die Kristallisationstemperatur Tc von ENGAGE 8180 bei 60°C und der günstigste Temperaturbereich, der die Strukturviskosität optimiert, bei welcher eine Herauslösung erzeugt werden kann, zwischen 110°C und 160°C. Daher treten bei der Erzeugung eines hohen elastischen Zustands für ein fließfähiges und extrudierbares ENGAGE 8180 keine Störungen oder Einschränkungen durch das Phänomen der Kristallisation ein. Bei anderen semikristallinen Polymeren wie Nylon 66, für die sich die wünschenswerten hochelastischen Zustände unter der kombinierten Wirkung von Scherschwingung (bei handhabbaren Frequenzen) und Temperatur bei über der Kristallisationstemperatur Tc des Polymers liegenden Temperaturen nicht herbeiführen lassen, ist dies nicht der Fall. Bei diesen semikristallinen Polymeren kann die Temperatur nicht genügend abgesenkt werden, bevor die Kristallisationstemperatur erreicht wird, wodurch der Herauslösungsprozess gestört wird.
US-Patentspezifikation Nr. US-A-2,969,960 beschreibt ein Gerät für das Zusammenmischen von Flüssigkeiten, insbesondere für das Mischen der Bestandteile eines Polyurethankunststoffs. Es wird ein Gerät beschrieben, das über eine Mischkammer verfügt, welche mit den Mitteln zur Einspritzung von Bestandteilen eines Polyurethankunststoffs in dieselbe sowie mit Umwälzungsmitteln ausgestattet ist, die ein aus einem im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildeten Teil mit einer Vielzahl zahnähnlicher Vorsprünge bestehendes Wellen- und Rührelement umfasst, wobei die Mischkammer mit dem kegelstumpfförmigen Teil des Rührelements im Wesentlichen konzentrisch und nur etwas größer im Querprofilmaß ist, sodass die Kapazität der Mischkammer relativ gering ist. Die Spezifikation beschreibt auch, dass der Rührer in Form von zwei Kegelstümpfen ausgebildet ist, deren Grundflächen aneinander liegen, um das Gerät selbstreinigend zu machen. Der an der Welle endende kegelstumpfartig geformte Teil ist vorzugsweise mit schrägen Dehnschienen versehen, welche als Pumpenschaufeln dienen, die dazu neigen, die Flüssigkeit in der Kammer in Richtung Austrittsende zu treiben. Der zweite kegelstumpfartig geformte Teil, d.h. der an den mit den Schaufeln ausgestatteten kegelstumpfartig geformten Teil anliegende Teil verfügt über die seine Rührfähigkeit verbessernden zahnähnlichen Vorsprünge.
Die gegenständliche Erfindung sieht ein neues Gerät und eine neue Methode vor, welche den in US-Patentspezifikation Nr. 5,885,495 beschriebenen Herauslösungsprozess für den Einsatz im industriellen Maßstab anwendet und welche auch zusätzliche Maßnahmen benennt, in denen neuartige und nach dem bisherigen Stand der Technik nicht offensichtliche Temperaturregelungs- und Strukturviskositätsmethoden zur Anwendung kommen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die gegenständliche Erfindung beseitigt die Probleme und Unzulänglichkeiten des bisherigen Stands der Technik durch eine Methode und ein Gerät, die/das ein neuartiges Produkt erzeugen, in welchem auf geschmolzenen Kunststoff Dehnscherschwingungen ausgeübt werden, während dieser kontinuierlich extrudiert wird, um bei festgelegter Temperatur, Frequenz und Schwingungsamplitude während einer bestimmten Zeit und unter spezifischen Schwingungsbedingungen an jeder einzelnen Station zur Erzielung eines kontrollierten Maßes an Strukturviskosität (elastischen Zustands) durch Bearbeitungsstationen zu passieren, was geeignet ist, in einer progressiven Abnahme von Herauslösungen zwischen den Makromolekülen zu münden, damit die Viskosität der extrudierten Schmelze erheblich und steuerbar in einer Weise abgesenkt werden kann, die sich auf zukünftige, eine niedrigere Viskosität der Schmelze erfordernden Spritzgussoperationen vorteilhaft auswirken kann.
Es werden eine Methode und ein Gerät für die kontinuierliche Reduzierung der Viskosität von Polymeren wie beispielsweise Metallocen-Polyethylen oder -Polykarbonat vor oder während eines Formungsvorgangs wie Spritzguss, Extrusion, Thermoformung, Blasformung oder Compounding beschrieben. Wenn eine erhebliche Absenkung der Viskosität wünschenswert ist, wird die Kunststoffschmelze auf regelbare Art und Weise der Einwirkung spezifischer mechanischer Dehnscherschwingungen bei minimalem oder ohne jeden Außendruck innerhalb eines bestimmten Amplituden- und Frequenzbereichs der Schmelzenschwingung ausgesetzt, um die Schmelze hochelastisch zu machen und gleichzeitig unter Dehnströmungsbedingungen über einen bestimmten Zeitraum hinweg zu ermüden, wobei dieser hochelastische, einem hohen Maß an Strukturviskosität entsprechende Zustand aufrecht erhalten wird, bis sich die Makromoleküle zum Teil oder vollständig herausgelöst haben, in welchem Stadium die Schmelze für einen Formungsvorgang wie beispielsweise eine einfache Kühloperation oder einen Extrusionsvorgang mit nachfolgendem Kühlbad zur Erzeugung von Pellets oder Verbindungen mit einer bei erneuter Schmelzung besseren Mischung oder niedrigeren Viskosität, oder für einen Spritzguss- oder einen ähnlichen Formungsvorgang bereit ist, bei dem die Viskosität der Schmelze zur besseren Verarbeitbarkeit des Spritzgussteils erheblich reduziert wurde, was beispielsweise die Anwendung einer niedrigeren Einspritztemperatur, eines niedrigeren Einspritzdrucks oder beider zulässt, oder sogar in einem Ventilkörper oder Extruder, wo die Oberflächen von Welle, Stößel, Rotor oder Schraube dieser Geräte mit den Dehnschienenmitteln der gegenständlichen Erfindung ausgestattet und entsprechend der gegenständlichen Erfindung zur Erzielung eines Strukturviskositäts- und Viskositätsreduktionseffekts bewegt werden können.
Daher besteht einer der Gegenstände dieser Erfindung in einem Formgebungsgerät und/oder einer Formgebungsmethode, die die Viskosität von Schmelze in einem gegebenen regelbaren Umfang durch Strukturviskosität/Herauslösung der Makromoleküle reduziert, solange sich das Kunstharz im Schmelzzustand befindet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht in einem Formgebungsgerät und/oder einer Formgebungsmethode, die kontinuierlich Kunstharze von reduzierter Viskosität erzeugen kann, welche entweder als Spezialpellets mit niedriger Schmelzviskosität aufbewahrt und in Säcke abgefüllt oder zum sofortigen Gebrauch zu einer anderen Formgebungsstelle gepumpt werden können.
Diese und weitere Gegenstände werden durch die Einführung eines neuartigen Geräts und/oder einer neuartigen Methode zur Benutzung desselben erreicht. Dieses neue Gerät umfasst unter Anderem mindestens eine Station, welche einen Hohlraum, einen Verarbeitungshohlraum festlegt, in welchen geschmolzenes formbares Material eintreten und/oder durch welchen es fließen kann, um so aufbereitet zu werden, dass es zumindest teilweise herausgelöste Schmelzen oder sogar Schmelzen erzeugen kann, die nur der Strukturviskosität unterliegen, d.h. entsprechend dem im US-Patent 5,885,495 beschriebenen Prozess.
Die Bearbeitungsstation des Geräts umfasst Mittel zur Ausübung eines Scherwiderstands bei einer bestimmten Scherverformungsgeschwindigkeit des geschmolzenen formbaren Materials bei seinem Fluss vom Einlass zum Auslass der Bearbeitungsstation.
Die Bearbeitungsstation des Geräts umfasst Dehnschienenmittel zur Ausübung einer Veränderung des Scherwiderstands des geschmolzenen formbaren Materials bei seinem Fluss vom Einlass zum Auslass der Bearbeitungsstation dergestalt, dass eine Dehnbeschleunigung/Dehnverzögerung des Flusses erzeugt wird.
Das Gerät umfasst Mittel zur Fortbewegung der Schmelze, d.h. zum kontinuierlichen Schub und/oder Zug und/oder Pumpen der im Hohlraum der Bearbeitungsstation befindlichen Schmelze von der Einlassleitung zur Auslassleitung.
Ebenso umfasst das Gerät Mittel zur Veränderung der Fuge, die das geschmolzene formbare Material passieren und/oder durchströmen kann.
Weiters umfasst das Gerät Mittel zur kontinuierlichen Belüftung des Bearbeitungshohlraums zur Vorbeugung gegen Blasen- oder Hohlraumbildung während der Bearbeitung.
Auch umfasst das Gerät verschiedene bekannte Überwachungs- und Regelvorrichtungen für die auf das im/in den Bearbeitungshohlraum/-hohlräumen befindliche geschmolzene formbare Material ausgeübten Temperaturen, Drücke und Drehmomente.
Ein weiterer Gegenstand der gegenständlichen Erfindung besteht in der Verfügbarmachung einer neuartigen Methode der Verarbeitung semikristallierbarer Polymere zur Herauslösung ihrer Schmelze ohne Störung durch Kristallisation, durch Veränderung der Temperatur während der Strukturviskosität oder der Herauslösungsbearbeitung auf kontrollierte Art und Weise, die den Beginn der Kristallisation auf einen niedrigeren Temperaturpunkt herunterdrückt und daher die Anwendung niedrigerer Temperaturen zur Steigerung der Elastizität der Schmelze mithilfe von Scherschwingungsmethoden zulässt.
Andere Gegenstände, Aspekte und Vorteile der gegenständlichen Erfindung sind den Personen mit Kenntnis der Technik nach Lektüre der Spezifikation und der nachfolgenden beigelegten Ansprüche offensichtlich.
Die verschiedenen die Erfindung kennzeichnenden Neuartigkeitsmerkmale werden insbesondere in den dieser Beschreibung beigelegten und einen integralen Bestandteil derselben bildenden Ansprüchen dargelegt. Für ein besseres Verständnis der Erfindung, ihrer Betriebsvorteile und der durch ihre Verwendung erzielten spezifischen Gegenstände wird auf die beiliegenden Zeichnungen und Beschreibungen verwiesen, in denen die Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A, 1B, 1C, 1D, 1E und 1F sind schematische Darstellungen der Ausführungsbeispiele eines entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Strukturviskositäts- und/oder Herauslösungsgeräts mit einer einzigen Zuführungseinheit und einem einzigen Bearbeitungshohlraum, in welchem die Scherschwingung unter Dehnströmung durch Rotieren einer einkommenden Schmelze, welche auswärts über zumindest auf einer Oberfläche angebrachte Dehnschienen fließt, bei konstanter Geschwindigkeit und/oder modulierter Geschwindigkeit und/oder durch reine Schwingung erzeugt wird.
2A ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Herauslösungsgeräts mit einer einzigen Zuführungseinheit und einem einzigen Bearbeitungshohlraum, in welchem die Scherschwingung unter Dehnströmung durch Zuführung von geschmolzenem formbarem Material durch eine Fuge erzeugt wird, die aus mindestens einer rotierenden und/oder schwingenden Oberfläche besteht, welche in ihrer Kontur ein Profil präsentiert, über welches das geschmolzene Material fließt und/oder geschleppt werden kann und/oder durchgeschoben und/oder durchgepumpt wird.
2B ist eine entlang der Achse von 2A abgenommene Querschnittsansicht von 2A.
3 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Strukturviskositäts- und/oder Herauslösungsgeräts mit einer einzigen Zuführungseinheit und mehr als einem durch einen Pumpenabschnitt getrennten Bearbeitungshohlraum, in welchem die Scherschwingung unter Dehnströmung im Bearbeitungshohlraum durch Zuführung von geschmolzenem formbarem Material durch eine Fuge erzeugt wird, die aus mindestens einer rotierenden und/oder schwingenden Oberfläche besteht, welche in ihrer Kontur ein Profil präsentiert, über welches das geschmolzene Material fließt und/oder geschleppt werden kann und/oder durchgeschoben und/oder durchgepumpt wird. 3 illustriert auch die Verwendung der Erfindung in einem Extruder.
4 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Bearbeitungshohlraums des Herauslösungsgeräts, in welchem die Scherschwingung unter Dehnströmung in der Fuge von relativ zueinander in Bewegung befindlichen konzentrischen konischen Oberflächen erzeugt wird, wobei mindestens eine von ihnen eine Anordnung von Dehnschienen und Erhebungen aufweist und mit konstanter und/oder modulierter Geschwindigkeit und/oder in einem reinen Schwingungsmodus rotiert.
5 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Bearbeitungshohlraums des Herauslösungsgeräts.
6 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Bearbeitungshohlraums des Herauslösungsgeräts.
7 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Herauslösungsgeräts, in welchem die Zuführungseinheit aus einem Extruder und/oder Kolben besteht; die Herauslösungsbearbeitung findet in einer Reihe von mit Zahnrad- oder Schraubenpumpen verbundenen Stationen statt, wobei der Sammler der letzten Station mit einer Pelletieranlage und/oder der Zuführungseinheit eines Extruders, einer Spritzgießanlage oder eines Spritzgießhohlraums verbunden ist.
8 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Bearbeitungshohlraums des Herauslösungsgeräts, in welchem die Scherschwingung unter Dehnströmung in der Fuge zwischen miteinander in enger Berührung befindlichen und eine rollende oder vibrierende Wand bildenden zylindrischen oder kegelförmigen Rollen und einer in der Mitte liegenden zentralen Oberfläche erzeugt wird, wobei mindestens eine Oberfläche mit konstanter und/oder modulierter Geschwindigkeit und/oder in einem reinen Schwingungsmodus rotiert.
9 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Bearbeitungshohlraums des Herauslösungsgeräts, in welchem die Scherschwingung unter Dehnströmung durch die relative Bewegung im geschmolzenen formbaren Material eines aus U-Boot-förmigen Wagen bestehenden Zuges erzeugt wird, die bei konstanter oder modulierter Geschwindigkeit in einem mit einer Auslass- und einer Einlassleitung kommunizierenden Torusring kreisen.
10 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Herauslösungsgeräts, in welchem die Zuführungseinheit aus einem Extruder und/oder Kolben besteht; die Herauslösungsbearbeitung findet in einer Reihe von übereinander liegenden und miteinander verbundenen sowie durch eine röhrenförmige Spur definierten Ringstationen statt, durch welche Züge von U-Boot-förmigen Wagen mit geregelter Geschwindigkeit kreisen; der Sammler der letzten Station ist mit einer Pelletieranlage und/oder der Zuführungseinheit eines Extruders oder einer Spritzgießanlage verbunden.
11 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Kraftübertragung des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Strukturviskositäts-/Herauslösungsgeräts, in welchem der durch die reine Rotation erzielte Scherfluss und die kontrollierte, durch die Schwingung erzeugte Dehnungsermüdung des geschmolzenen formbaren Materials in einem Bearbeitungshohlraum unabhängig voneinander an beide Achsen eines Differenzials angelegt werden, welches sowohl Rotation als auch Schwingung in sich vereint (auch Planetenantrieb genannt).
12A ist eine schematische Ansicht eines Endes eines Ausführungsbeispiels der entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Übertragung der Scherschwingung des Herauslösungsgeräts, in welchem die Scherschwingung in dem im Bearbeitungshohlraum befindlichen geschmolzenen formbaren Material durch Schwingungen des inneren Kegels eines mit einer Achse des Planetendifferenzials verbundenen konzentrischen kegelförmigen Aufbaus erzeugt werden, wobei die Rotationsschwingung durch eine Nocke und einen Kolben erzeugt wird.
12B ist eine Seitenansicht von 12A.
13 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Bearbeitungshohlraums des Herauslösungsgeräts, in welchem die Scherschwingung unter Dehnströmung im geschmolzenen formbaren Material durch die relative Bewegung zweier konzentrischer kegelförmiger Oberflächen bei konstanter oder modulierter Geschwindigkeit oder bei einer Kombination aus konstanter und modulierter Geschwindigkeit erzeugt wird, während das geschmolzene formbare Material von der Einlassleitung zur Auslassleitung geschoben und/oder geschleppt und/oder gepumpt wird.
14A ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Herauslösungsgeräts, in welchem eine oder mehrere Zuführungseinheiten geschmolzenes formbares Material einer Serie röhrenförmiger, vermaschter oder nicht vermaschter Hohlräume zuführen, welche selber direkt oder über Pumpenabschnitte mit einer anderen Serie röhrenförmiger Hohlräume verbunden sind usw. bis zur letzten Serie von Bearbeitungsstationen, welche mit einem Sammler und einer Pelletieranlage und/oder mit der Zuführungseinheit einer Extruder- oder Spritzgießanlage verbunden sind.
14B ist eine der 14A ähnliche Ansicht, zeigt jedoch eine andere Betriebsart.
15A, 15B und 15C sind schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Herauslösungsgeräts, in welchem die Dehnschienenmittel aus Dehnschienen/Erhebungen auf mindestens einer mit dem geschmolzenen formbaren Material in Berührung stehenden Oberfläche bestehen, zur Schaffung eines bestimmten Profils der Verformungsgeschwindigkeit und der Schwankung der Verformungsgeschwindigkeit unter Dehnung eine spezifische Form aufweisen und zur Erzeugung eines gewissen Ausmaßes an Schleppströmung in einer bestimmten Weise an der Achse der Oberflächendrehung ausgerichtet sind. 15A bis 15C definieren einige Formparameter und den Neigungswinkel. Die Konturen der Dehnschienen sind so kalkuliert, dass jede Möglichkeit von Turbulenzen oder anderer nicht-linearer Mängel in der Strömung ausgeschaltet werden und die Strömung linear bleibt. Die Höhe e der Dehnschiene, die Breite w der Dehnschienen, die Radien R1, R2 und R3, welche die Krümmung zur Beschleunigung (R1) oder Verzögerung (R3) der Strömung definieren, können entlang der Schnittbilder aa und bb unterschiedlich ausfallen (das Schnittbild bb ist hier nicht dargestellt). Der Vektor der Verformungsgeschwindigkeit zerfällt in zwei Komponenten, wodurch zwei Schleppströmungsrichtungen definiert werden. Die Form der Dehnschienen entlang der einzelnen Achsen aa oder bb richtet sich nach dem in diesen Richtungen gewünschten Verformungsgeschwindigkeitsprofil (Beschleunigung, gefolgt von Verzögerung). Beide Profile können zur Definition der Bedingungen von Scherschwingung und/oder Dehnungsermüdung eingesetzt werden, die zur Optimierung der Elastizität der Schmelze (Strukturviskosität) gekoppelt werden können, wodurch sich Herauslösungseffekte ergeben.
16 ist ein Diagramm, in welchem das spezifische Volumen (in cm³/g) von Zytel 101, einem Nylon 66 von Dupont de Nemours (Genf, Schweiz), im Bezug zur Temperatur (°C) bei zwei unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten dargestellt ist, wobei eine von ihnen einer langsamen Abkühlung entspricht, die andere einer Abschreckung, die für die beispielsweise beim Spritzgießen erzielten Abkühlgeschwindigkeit typisch ist. Diese Kurven entsprechen einem 2 mm starken, von 300°C auf Raumtemperatur abgekühlten Block Nylon 66.
17 ist ein Diagramm, in welchem die relative Elastizität von Nylon 66 im Schermodus, G'/G* bei einer Abkühlgeschwindigkeit von 10°C/min dargestellt ist. G' ist der Elastizitätsmodul und G* der komplexe Modul bei einer Frequenz von 10 rad/s.
18 ist eine Schnittdarstellung eines mit zwei konzentrischen Bearbeitungskammern ausgestatteten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
19 ist eine partielle seitliche Draufsicht eines Rotors, einer Stange oder eine Stößels mit den wabenförmigen Dehnschienenmittel entsprechend der Erfindung.
20 ist eine der 19 ähnliche Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem Schienenmittel als die Dehnschienenmittel der Erfindung verwendet werden.
21 ist eine vergrößerte Perspektivansicht der Schienenmittel.
22 ist eine axiale, zum Teil erhöhte Schnittansicht eines entsprechend der Erfindung hergestellten Ventilkörpers.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die gegenständliche Erfindung bezieht sich auf Geräte zur Reduzierung der Viskosität formbarer Materialien (z.B. von Polymeren) durch ein Herauslösungsverfahren. Sie bezieht sich auch auf die Verwendungsmethoden dieser Geräte.
Das in der gegenständlichen Erfindung enthaltene Gerät umfasst mindestens einen Schlitzhohlraum, den Bearbeitungshohlraum, durch den das geschmolzene formbare Material unter Bedingungen durchfließt, bei denen Scherschwingung unter Dehnströmung eintritt, durch welche eine Herauslösung stattfinden kann. Das Gerät ist nicht auf eine spezielle Hohlraumkonstruktion oder -konfiguration beschränkt, sofern eine Laminarströmung ohne Turbulenz oder Hohlraumbildung vorherrscht. Der Hohlraum kann beispielsweise eine konstante oder eine variable Fuge haben. Der Hohlraum kann in Abschnitte mit konstanten Fugen unterteilt sein, gefolgt von Abschnitten mit variablen Fugen. Die Abmessungen des Fugenquerschnitts an einem gegebenen Punkt im Fließweg bestimmen die Umformung und Umformungsgeschwindigkeit des geschmolzenen formbaren Materials an diesem Punkt. Beispiele für die Berechnung von Umformung und Umformungsgeschwindigkeit finden sich in J. D. Ferry, „Viscoelastic Properties of Polymers", Anhang C, Seite 640, Zweite Ausgabe, John Wiley & Sons, NY. Library of Congress Katalogkartennr. 76-93301. Bei einer ringförmigen Öffnung wird der Querschnitt der Fuge von Radius und Höhe der Fuge bestimmt. Druckabfall, Scherspannung an der Wand sowie Fließgeschwindigkeit sind eine enge Funktion der Schmelzviskosität, die je nach Umformungsgeschwindigkeit, Temperatur und Fugenprofil variiert. Kurz gesagt, das Fugenprofil ist nicht nur für die Bestimmung des Fließumfangs, d.h. des Durchsatzes sondern auch für die Umsetzung einer bestimmten Art des Flusses entscheidend. So wird beispielsweise durch eine Fugenkonvergenz eine Beschleunigung des Flusses und seiner Dehnung hervorgerufen. Umgekehrt resultiert ein Auseinanderlaufen der Fuge in einer Verlangsamung und Schrumpfung des Flusses. Natürlicherweise führt eine Folge von Einschränkungen und Vergrößerungen der Fuge auf dem Fließweg des geschmolzenen formbaren Materials zu periodischen Schwankungen der Umformungsgeschwindigkeit zwischen Beschleunigung und Verzögerung, sowie der Umformung zwischen Dehnung und Schrumpfung. Wenn Dehnschienen auf mindestens einer Oberfläche regelmäßig verteilt angebracht sind, die mit der Schmelze, welche in einer durch zwei benachbarte Oberflächen gebildete Fuge fließt, in Berührung steht, dann wird unter Dehnströmung eine periodische Scherschwingung erzeugt, welche entsprechend der gegenständlichen Erfindung unter Zuhilfenahme der in US-Patent 5,885,495 dargelegten Betriebsbedingungen bezüglich der Umformungsgeschwindigkeit und der Umformung so eingestellt werden kann, dass sie einen für die Auslösung von Herauslösungseffekten günstigen hochelastischen Zustand (Strukturviskosität) erzeugt. Nach Lektüre der Spezifikation wissen Personen mit Kenntnis der Technik, welche Arten der Fugengeometrie und -konfiguration bei der praktischen Ausführung der Erfindung angewandt werden können. So können beispielsweise für den Herauslösungsprozess eine Extrudertrommel/Schraubform oder eine Ventilkörperbuchse/Ventilstößel, welche so verändert sind, dass sie jene Merkmale der Dehnschienenmittel aufweisen, die in der Lage sind, die Schmelze in das von US Patent 5,885,495 zur Erzielung der Herauslösung erforderliche Verarbeitungsfenster zu bringen, als Hohlraum dienen. Dies kann durch Umkonstruktion des Schraubprofils und der Fuge zwischen Trommel und Schraube und durch Hinzufügen speziell entworfener Fugen und/oder Rillen sowohl an der Innenoberfläche der Trommel als auch an der Schraube geschehen. Die modifizierte Schraube dreht sich in der eng anliegenden Trommel und schert dabei das geschmolzene formbare Material über die mit Profil versehene Fuge. Es kann ein Bearbeitungshohlraum mit mehreren Schrauben gebaut werden, in welchem die Gewindegänge der Schrauben ineinander greifen. Wenn dies der Fall ist, besteht die Aktion der ineinander greifenden Schraube darin, dass sie neben der Erzeugung eines Vibrationsflusses unter Dehnung das geschmolzene formbare Material aufgrund der positiven Verdrängung in der einer Zahnradpumpe nicht unähnlichen Art vorwärts bewegt. Einzelschraubenhohlräumen und nicht ineinander greifenden Herauslösungshohlräumen mit mehreren Schrauben fehlt diese positive Verdrängung, jedoch können die Dehnschienen und Rillen in Bezug auf die Drehbewegung so verteilt und angeordnet werden, dass der von der Druckströmung verursachten Umformungsgeschwindigkeit eine längslaufende hinzugefügt wird. Nach Lektüre der Spezifikation wissen Personen mit Kenntnis der Technik, welche Arten von Dehnschienen und Rillen in einer Extrudertrommel und auf Schraubenformen zur praktischen Anwendung der Erfindung und zur gleichzeitigen Schaffung eines Pumpeffekts angebracht werden können.
Die Anwendung der Erfindung in einem Ventilkörper wird weiter unten in dieser Beschreibung in Verbindung mit 22 besprochen. 22.
Generell wird der bevorzugte Aufbau des Bearbeitungshohlraums der gegenständlichen Erfindung teilweise von der Art des Kunstharzes, das herausgelöst oder elastisch gemacht werden soll, vom gewünschten Durchsatz und von den dem praktischen Anwender der Erfindung zur Verfügung stehenden Ressourcen abhängen. Wenn beispielsweise ausreichende Ressourcen vorhanden sind, ist ein aus mehreren Herauslösungsstationen bestehendes Gerät wünschenswert, in welchem jede einzelne Station auf die Optimierung des Durchsatzes, nicht der Herauslösungswirksamkeit eingestellt ist, jedoch die Viskositätsreduktion an jeder Station im Verbund geschaltet ist und so als Ergebnis eine endgültige herausgelöste, mit hoher Geschwindigkeit erzeugte Schmelze mit dem richtigen Schlussverhältnis der Viskositätsreduktion produziert wird. Beispielsweise erzeugt ein Herauslösungsgerät mit 5 Stationen, die mit einem niedrigen Wirkungsgrad von 27,5 pro Station arbeitet (μ_out/μ_in = 0,725), eine Schmelze mit einer endgültigen Viskositätsreduktion von 5, was gleich (0,725)^–5 ist. Der Durchsatz eines solchen Herauslösungsgeräts mit mehreren Stationen ist viele Male höher als der Durchsatz einer einzelnen Station, die in Bezug auf die Viskositätsreduktion auf das gleiche Ergebnis hinarbeitet. Auch liegen die Betriebskosten pro erzeugter Gewichtseinheit wesentlich niedriger.
Der Einlass, durch welchen das geschmolzene formbare Material den Bearbeitungshohlraum durchläuft, ist für die Bearbeitung von geschmolzenem formbarem Material mit mindestens einer Zuführungseinheit verbunden. Die Zuführungseinheit ist in einem Abstand zum Bearbeitungshohlraum und zu etwaigen anderen vorhandenen Zuführungseinheiten angeordnet. Die Zuführungseinheit umfasst ein Mittel zum Ausstoß des geschmolzenen formbaren Materials durch ihren Auslass. Der Ausstoßvorgang kann durch jedes den Personen mit Kenntnis der Technik bekannte geeignete Mittel durchgeführt werden. Zu den Beispielen von Zuführungseinheiten, die mit solchen Ausstoßmitteln ausgestattet sind, zählen Schraubenpumpen, wie sie in Extrusions- und in Spritzgießgeräten verwendet werden, Doppelschrauben, wie in Mischsystemen verwendet, Kolben, wie sie in zweistufigen Gießformgeräten eingesetzt werden, Zahnradpumpen und ähnliche. Dieser Ausstoßvorgang kann Mittel zur Abgabe von Druckimpulsen an die Schmelze umfassen, mit denen der Fluss ermöglicht werden soll, wie in Referenzen [12, 13, 14–16, 19, 20] beschrieben, wiewohl die gegenständliche Erfindung diese Art der Bearbeitung nicht erfordert.
Auch mit einer Mehrzahl an Zuführungseinheiten ausgestattete Geräte liegen innerhalb des Umfangs dieser Erfindung. Wird eine Mehrzahl von Zuführungseinheiten eingesetzt, dann muss nicht in jeder das gleiche geschmolzene formbare Material aufbereitet werden. Beispielsweise kann jede Zuführungseinheit das gleiche Material enthalten. Sie können auch das gleiche Material enthalten, jedoch mit unterschiedlicher Temperatur und/oder mit unterschiedlichen Molekulargewichtsmerkmalen und/oder mit unterschiedlichem Grad der Herauslösung. Speziell kann es sich bei dem Material in einer Zuführungseinheit um eine von einer anderen (nachgeschalteten oder anderen) Bearbeitungsstation kommende stark herausgelöste Fraktion handeln, während ein anderes Material vielleicht nicht so stark herausgelöst ist. Dies verändert die Konzentration der herausgelösten Fraktionen und erlaubt die Schaffung spezifischer bimodaler Qualitätsmischungen mit unterschiedlichen Herauslösungszuständen. Die separaten Zuführungseinheiten können auch verschiedenes Material enthalten, Primärmaterial in der einen, rezykliertes Material in der anderen. Darüber hinaus können die Zuführungseinheiten gänzlich andersartiges Material oder mit Fasern gefülltes oder nicht gefülltes Material, Füllstoffe (wie beispielsweise Holz, Mehl oder ESD-Pulver, um nur einige zu nennen), Mischungen von Polymeren und/oder von Polymeren/Flüssigkeitskristallpolymeren in verschiedener Konzentration, Pigmente, Antioxidantien, Feuer hemmende Verbindungen und ähnliche und/oder beliebige Kombinationen derselben enthalten. Die zweite oder dritte Zuführungseinheit kann in das Herauslösungssystem in der Einlassstufe der Mehrfachstationen eingeleitet werden, welche zur kontinuierlichen Produktion herausgelöster Schmelzen von vorgegebener Viskosität hintereinander Kopf an Fuß verkettet sind.
Das Gerät kann auch mindestens einen (1) Sammler zur Aufnahme des aufbereiteten geschmolzenen formbaren Materials umfassen, bevor dieses entweder an ein Pelletiersystem oder an eine Pumpstation weitergeleitet wird. In einem Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung umgrenzt der Sammler einen Hohlraum, in welchem die aufgefangene herausgelöste Schmelze weiter geschert wird und der eine Reihe untergetauchter, ineinander greifender Rollen mit Dehnschienen an der Oberfläche enthält, die den Herauslösungszustand aufrecht erhalten sollen, bis die Schmelze durch die kontrollierte Aktivierung einer Schrauben- oder Zahnradpumpe aus dem Sammler gepumpt wird. Ein nicht einschränkendes Beispiel der Aufrechterhaltung dieser Herauslösung ist das in 8 dargestellte Gerät. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung wird die herausgelöste Schmelze in eine Pelletieranlage gepumpt, in der die herausgelöste Schmelze rasch zu Pellets gefroren wird, welche anschließend getrocknet und in Säcke, bereit zum Versand, abgefüllt werden. Hierfür kann jede Art von Pelletieranlage eingesetzt werden. Nach Lektüre dieser Spezifikation wissen Personen mit Kenntnis der Technik, welche Art von Pelletieranlage dem Sammler hinzuzufügen ist, damit zur praktischen Anwendung der Erfindung das durch die Bearbeitung erzielte Stadium der Herauslösung eingefroren werden kann.
Die Bearbeitungsstation umfasst Mittel zur Ausübung einer Scherschwingung, gekoppelt mit der Dehnströmung des im Bearbeitungshohlraum befindlichen geschmolzenen formbaren Materials. Die Schwingungen werden entweder durch direkte Schwingungsmittel oder indirekt durch die Drehung mindestens einer mit Profil versehenen Oberfläche (das heißt mit Dehnschienenmitteln) erzeugt, welche sich in Kontakt mit dem geschmolzenen formbaren Material befindet. Mit anderen Worten, selbst die reine kontinuierliche Drehung in nur eine Richtung kann die Schmelze durch das Vorhandensein der Dehnschienenmittel lokal in Schwingung versetzen, da diese die Schmelze auf ihrem Weg über die Dehnschienen, Erhebungen oder Rillen der Bearbeitungsfuge periodisch und örtlich beschleunigen und verzögern. In einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung wird ein Welle, welche eine mit dem geschmolzenen formbaren Material in Berührung stehende Oberfläche stützt, durch ein Mittel oder durch eine Kombination von Mitteln, welche einer Person mit Kenntnis der Technik bekannt sind, in Schwingung versetzt. Eine Rotationsschwingung kann durch hydraulische, pneumatische, elektrische, elektromagnetische Mittel und durch die Verwendung von Nocken, Verbindungsstangen und/oder Kurbelwellen hervorgerufen werden. Jede Person mit Kenntnis der Technik weiß, wie eine Rotationsschwingung mit einer Frequenz zwischen 1 Hz und 100 Hz und einer Amplitude zwischen 0,1 und 20 Grad, je nach Größe des Geräts, erzeugt werden kann. Die erzeugte periodische Bewegung erfordert keine reine Sinuswelle, sondern kann zur Erzeugung solcher periodischer Schwingungen wie Rechteckwellen, Dreieckwellen und ähnliche aus einer Mischung mehrerer Sinuswellen bestehen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung sind die Schwingungen der Welle, welche mit mindestens einer mit dem geschmolzenen formbaren Material in Kontakt stehenden Oberfläche verbunden ist, mit einer bei einer gewissen Drehzahl pro Minute stattfindenden kontinuierlichen Drehung der Welle gekoppelt. Die Koppelung dieser zwei Bewegungen kann durch Programmierung des kombinierten Bewegungsprofils erfolgen, das einer modulierten Drehung entspricht, sowie durch Anweisung an den PID-Controller, dem gewünschten Signal zu folgen. Bei dieser Lösung kann jedoch ein Aufwand von außen durch Elektromotoren oder hydraulische Stellantriebe erforderlich werden; in einem anderen Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung werden die zwei Bewegungen durch separate unabhängige Mittel wie beispielsweise zwei Elektromotoren umgesetzt und zur Nachbildung der modulierten Drehung der Welle des Bearbeitungshohlraums durch ein Umlaufdifferenzial kombiniert. Für die praktische Anwendung der Erfindung werden in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung die zwei Schwingungsbewegungen unterschiedlicher Frequenz und Amplitude zur Optimierung der Schervibration und der Dehnungsermüdung des geschmolzenen formbaren Materials über das Umlaufdifferenzial kombiniert.
Ein weiterer Gegenstand der gegenständlichen Erfindung ist die Ermöglichung einer Schervibration unter Dehnströmung bei voller Regelung der Umformungsgeschwindigkeit sowie der Beschleunigung und der Verzögerung der Scherumformung. US-Patent 5,885,495 beschreibt, wie sowohl die Frequenz als auch die Amplitude einer Schervibration bei einer gegebenen Temperatur einzustellen ist, damit ein hochelastischer Zustand der Schmelze, durch den eine für die Herauslösung der Makromoleküle vorteilhafte starke Strukturviskosität ausgelöst wird, und eine Reduzierung der Viskosität der Schmelze erreicht werden können. Jedoch sind Umformung, Umformungsgeschwindigkeit und Umformungsbeschleunigung gegenseitige Derivate, die sich nicht unabhängig voneinander einstellen lassen. Wie bereits weiter oben ausgeführt, erlaubt die Verwendung von Dehnschienen und/oder Rillen und/oder Erhebungen (hier gemeinschaftlich und einzeln „Dehnschienenmittel" genannt) zur Profilierung und Modulation der Fugenabmessung, in Verbindung mit der relativen Bewegung jener Oberflächen, auf welchen diese Dehnschienen/Rillen angebracht sind, eine weitere Regelung des Ausmaßes von Dehnströmung, Schmelzermüdung sowie Beschleunigung/Verzögerung des Schmelzflusses. Die Anzahl von Dehnschienen/Rillen, die Abstände zwischen den Dehnschienen/Rillen, die Höhe der Dehnschienen/Rillen, die Breite der Dehnschienen/Rillen, die Oberfläche der Dehnschienen im Vergleich zur Oberfläche der Rillen, alle diese stellen Parameter der gegenständlichen Erfindung dar, welche für die Herstellung eines hochelastischen Zustands der Schmelze zur Erzeugung einer hohen Reduzierung der Viskosität und der Herauslösung eingestellt werden. Durch Hinzufügen von Dehnschienenmitteln kann (abhängig davon, ob 1 oder 2 Oberflächen mit Dehnschienen/Rillen strukturiert sind) der Freiheitsgrad für die Anwendung einer gewählten Umformungsgeschwindigkeit, Umformungsamplitude und Frequenz der Schervibration unter Dehnermüdung bei der Schmelze von 2, wie im US-Patent 5,855,495 beschrieben, auf 3 oder 4 erhöht werden. Der Vorteil der zusätzlichen Freiheitsgrade kann in einem bestimmten Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung zur Optimierung der Viskosereduzierung und der Herauslösungseffekte, d.h. zur Senkung der für die Herauslösung einer bestimmten Menge nicht herausgelösten Kunstharzes benötigten Energie und/oder zur Steigerung des Durchsatzes mittels Beschleunigung der Kinetik eingesetzt werden. Nach Lektüre dieser Spezifikation wissen Personen mit Kenntnis der Technik, wie die Abmessungen der Dehnschienen, ihre Anzahl und die Drehzahl der lateralen Schleppströmung zu berechnen sind, damit zur praktischen Anwendung der Erfindung die erwünschte und geregelte Umformungsgeschwindigkeit und Beschleunigung/Verzögerung im Bearbeitungshohlraum erzeugt werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung ist die obere Oberfläche der Dehnschienen/Erhebungen zur Glättung scharfer Winkel gekrümmt, was sich nachteilig auf den Fluss auswirken könnte, insbesondere hinsichtlich nichtlinearer Strömungsmängel, die durch ungeglättete Winkeln entstehen könnten, wie beispielsweise die Bildung von Mikrobläschen. Speziell die Form der Erhebungen/Dehnschienen ist so zu halten, dass sie diese nicht-linearen Strömungsmängel vermeidet.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung wird die Form und die relative Disposition (Steigung) der Dehnschienen/Erhebungen von ihrer Fähigkeit zur Erzeugung eines lokalen Spannungsfeldes bestimmt, welches in ein Kooperationsnetz für spezielle Bedingungen von Drehgeschwindigkeit Ω, Frequenz φ und Amplitude α der Schervibration sowie für Temperatur einsickern kann. Das heißt, das Spannungsfeld einer Dehnschiene muss das einer anderen Dehnschiene überlappen.
Ebenso umfasst dieses Gerät Mittel für die kontinuierliche Bewegung der Schmelze, d.h. für das Schleppen und/oder Pumpen der im Bearbeitungshohlraum der Station befindlichen Schmelze von der Einlassleitung in Richtung ihrer Auslassleitung. Dies wird durch Mittel für die Anordnung der Dehnschienen im Verhältnis zur Drehrichtung des Flusses erreicht. Wenn die Dehnschienen senkrecht auf die Drehrichtung angeordnet sind, wird das geschmolzene formbare Material in diese Richtung geschleppt; jede Bewegung in Längsrichtung wird durch die am Einlass des Bearbeitungshohlraums ausgeübte Druckströmung verursacht. Druck kann nachteilige Auswirkungen auf die Strukturviskosität und/oder die Kinetik der Herauslösung haben; aus diesem Grund ist er in einem Bereich zu halten, der die Bearbeitung nicht nachteilig beeinflusst. Durch Ausrichtung der Dehnschienen in einem bestimmten Winkel zur Drehachse kann man eine längsgerichtete Widerstandskomponente mit eigener Umformungsgeschwindigkeit und -beschleunigung schaffen. Diese längsgerichtete Komponente der Drehbewegung erzeugt einen Pumpeffekt, durch den der für die Herstellung einer bestimmten Fließgeschwindigkeit erforderliche Druck gesenkt wird und der zur Beförderung und zur Herauslösung des geschmolzenen formbaren Materials beiträgt. Nach Lektüre dieser Spezifikation wissen Personen mit Kenntnis der Technik, welche Ausrichtung der Dehnschienen zur praktischen Anwendung der Erfindung den gewünschten und geregelten Pumpeffekt im Bearbeitungshohlraum erzeugt.
In einem der Ausführungsbeispiele der gegenständlichen Erfindung wird das Oberflächenprofil der Dehnrippen/Rillen durch Span abhebende Bearbeitung und permanente Einkerbung von Rillen in die Oberfläche des Bearbeitungshohlraums erzeugt, in einem anderen Ausführungsbeispiel der gegenständliche Erfindung werden separat gefertigte Folien aus Profilstreifen angebracht, zum Beispiel durch Heftschweißung auf dem Körper der Bearbeitungsoberfläche. In einem der Ausführungsbeispiele der gegenständlichen Erfindung sind diese Streifen aus einem metallischen Material hergestellt, in einem anderen Ausführungsbeispiel aus einem beliebigen anderen Material, das in der Lage ist, der Kombination aus Scherkraft, Schwingungen und Temperatur, welche für die Bearbeitung notwendig sind, zu widerstehen.
Die Bearbeitungsstation umfasst Mittel für die Veränderung der Amplitude der am geschmolzenen formbaren Material bei seinem Durchfluss vom Einlass zum Auslass der Bearbeitungsstation angewandten Schervibration. US-Patent 5,885,495 legt dar, dass bei einer hohen Amplitude der Scherschwingungen der Schmelze ein Schlupf eintreten kann, der die Leistungsfähigkeit des Herauslösungsvorgangs stört. Wird die für die Herauslösung gewünschte Amplitude zur Gänze sofort angelegt, erhöht sich das Schlupfrisiko; es empfiehlt sich daher eine allmähliche Erhöhung der Amplitude der Umformungsvibration, bis die richtige Prozent-Kombination aus Frequenz, Temperatur und Umformung erreicht ist. In einem diskontinuierlichen Prozess, wie er in US-Patent 5,885,495 beschrieben wird, werden die Einstellungen und Parameter so programmiert, dass die Veränderung allmählich erfolgt und dadurch das Schlupfproblem vermieden wird. Wenn eine bestimmte Temperatur und Frequenz der Schwingung gegeben ist, wird speziell der Prozentsatz der Umformung der Schervibration schrittweise und den kleinen Schritten erhöht. Ebenso wird bei einer gegebenen Temperatur und einem gegebenen Prozentsatz der Umformung die Frequenz nur in kleinen Schritten angehoben, bis die gewünschte Einstellungskombination erreicht ist. Bei einem kontinuierlichen Herauslösungsprozess lässt sich die allmähliche Steigerung des Prozentsatzes der Umformung durch eine allmähliche Veränderung der Geometrie der Fuge entlang des Fließwegs der Schmelze erreichen. Wie bereits vorher erläutert, ist die Umformungsamplitude eine Funktion der Fugengeometrie. So kann beispielsweise der Prozentsatz der Scherumformung durch Erhöhung des Radius der Zylinder der ringförmigen Kreise gesteigert werden, welche die Fuge bilden. Speziell ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung benutzt zur Definition der Fugen im Bearbeitungshohlraum ein Paar konzentrischer kegelförmiger Oberflächen. Dieses Ausführungsbeispiel bietet den zusätzlichen Vorteil, dass es in der Lage ist, durch Ziehen der Innenoberfläche des Kegels gegenüber der Außenoberfläche des Kegels die Fuge leicht verändern zu können. Auf diese Art lassen sich Fugen zwischen 0,5 mm und 5 mm erzielen, welche dann im laufenden Betrieb während des Flusses des geschmolzenen formbaren Materials im Bearbeitungshohlraum eingestellt werden können. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel besteht aus konzentrischen zylindrischen Oberflächen, deren Radius beim Fortgang des Flusses vom Einlass zum Auslass des Bearbeitungshohlraums stufenweise zunimmt.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung ist die Fugenhöhe über einen Stellantrieb und einen Controller, welche eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Fuge in unterschiedlichen Intervallen erlauben, automatisch einstellbar, wodurch die Fugenabmessung auf regelbare Weise verändert werden kann.
Ebenso umfasst dieses Gerät ein Mittel zur Regelung der Temperatur des Materials innerhalb des/der Zuführungseinheit(en), Sammler und/oder Bearbeitungshohlraums. Bei der praktischen Anwendung diese Erfindung lassen sich alle geeigneten Mittel zur Regelung der Temperatur einsetzen.
Zu den Beispielen geeigneter Mittel zur Temperaturregelung zählen die Ausführungen folgender: (a) durch Durchläufe der Einspritzmaschine, des Sammlers, der Einspritzdüse und/oder der Gießform zirkulierendes heißes und kaltes Öl, (b) in der Einspritzmaschine, dem Sammler, der Einspritzdüse und/oder der Gießform positionierte Widerstandseinsätze, (c) in die Einspritzmaschine, den Sammler, die Einspritzdüse und/oder die Gießform eingetauchte heiße Rohre und/oder (d) eine in die Einspritzmaschine, den Sammler, die Einspritzdüse und/oder die Gießform eingebettete Flüssigkeit, deren Temperatur durch dielektrische Mittel geregelt werden kann. Personen mit Kenntnis der Technik sind in der Lage, nach der Lektüre dieser Spezifikation diejenigen Temperaturregelungsmittel auszuwählen, die ihren Erfordernissen am besten entsprechen.
Ebenso umfasst dieses Gerät ein Mittel für die Regelung des Drucks des in der/dem/den Zuführungseinheit(en), Sammler(n) und/oder Bearbeitungshohlräumen für die Herauslösung befindlichen geschmolzenen formbaren Materials. Insbesondere die Fließgeschwindigkeit in der/den Schraubenpumpe(n), Zahnradpumpe(n), Bearbeitungshohlräumen und im Extruder lässt sich über den mittels Druckfühler und Messwertgeber gemessenen Druck der Schmelze im Bearbeitungshohlraum regeln. Bei der praktischen Anwendung dieser Erfindung lassen sich alle geeigneten Mittel zur Regelung des Drucks einsetzen. Personen mit Kenntnis der Technik sind in der Lage, nach der Lektüre dieser Spezifikation diejenigen Druckregelungsmittel auszuwählen, die ihren Erfordernissen am besten entsprechen.
Ebenso umfasst dieses Gerät ein Mittel zur Überwachung und/oder Regelung des Materials innerhalb des Bearbeitungshohlraums. Das Drehmoment steht in direkter Beziehung zum Modul des geschmolzenen formbaren Materials, das bearbeitet wird, und gibt den Zustand der Viskosität wieder. Bei der praktischen Anwendung diese Erfindung lassen sich alle geeigneten Mittel zur Überwachung und/oder Regelung des Drehmoments einsetzen.
Zu den Beispielen geeigneter Mittel zur Drehmomentregelung zählen die Ausführungen folgender: (a) Messung der Stromaufnahme des Motors/der Motoren zur Aufrechterhaltung einer gegebenen Umdrehung der Welle, welche die relative Bewegung mindestens einer der mit dem herauszulösenden geschmolzenen formbaren Material in Kontakt stehenden Oberfläche antreibt, (b) Einbau eines Scherbelastungsmessfühlers am Ende des Bearbeitungshohlraums, (c) Messung der Geschwindigkeit der Übertragung und Abschwächung der Ultraschallwellen durch die Fuge im Bearbeitungshohlraum. Personen mit Kenntnis der Technik sind in der Lage, nach der Lektüre dieser Spezifikation diejenigen Drehmomentregelungsmittel auszuwählen, die ihren Erfordernissen am besten entsprechen.
Neben den oben aufgezählten kann das Gerät zahlreiche verschiedene optionale Funktionsmerkmale umfassen. So kann das Gerät beispielsweise mit einem Reinigungsventil ausgestattet sein, das zwischen dem Sammler/den Sammlern und der Gießform und/oder zwischen der/den Zuführungseinheit(en) und dem Sammler/den Sammlern angeordnet werden kann.
Ein weiteres optionales Funktionsmerkmal, das in die gegenständliche Erfindung aufgenommen werden kann, ist eine in der Flussbahn des Einlasses zum Bearbeitungshohlraum und/oder am Auslass des Bearbeitungshohlraums angeordnete Mischkammer. Mithilfe dieser Mischkammer, die in einem der Ausführungsbeispiele aus einem statischen Mischer bestehen kann, lassen sich Temperatur und Viskosität des geschmolzenen formbaren Materials homogenisieren und die Durchmischung der verschiedenen Scheiben des in der Fuge des Bearbeitungshohlraums bearbeiteten geschmolzenen formbaren Materials optimieren. Werden mehrerer Zuführungseinheiten eingesetzt, dann erzeugt die Mischkammer eine homogenere Mischung der verschiedenen Inhaltsstoffe.
Spezifische Ausführungsbeispiele dieser Erfindung sind in den Darstellungen abgebildet. Diese Darstellungen sind lediglich Beispiele der verschiedenen Arten, in welchen die Erfindung praktisch angewendet werden kann. In keiner Weise wird durch sie beabsichtigt, den Umfang dieser Erfindung einzuschränken.
Andere Gegenstände, Aspekte und Vorteile der gegenständlichen Erfindung sind den Personen mit Kenntnis der Technik nach Lektüre der Spezifikation und der nachfolgenden beigelegten Ansprüche offensichtlich.
Ein vollständigeres Verständnis der gegenständlichen Erfindung und vieler der mit ihr einhergehenden Vorteile lassen sich schnell erkennen, da durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den unten kurz beschriebenen Begleitdarstellungen gelesen wird, die Erfindung besser verstanden werden kann.
Unter Bezug auf 1A bis 1F handelt es sich bei 1A um die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Herauslösungsgeräts, welches mit einer einzigen Zuführungseinheit 4 und einem einzigen Bearbeitungshohlraum 3 zwischen einer unteren Oberfläche 2 eines oberen Elements 54 und einer oberen Oberfläche 56 eines unteren Elements 58 ausgestattet ist, in welchen die Schervibration unter Dehnströmung durch eine Drehung bei gleich bleibender Geschwindigkeit und/oder bei modulierter Geschwindigkeit und/oder durch eine Schwingungen einer einkommenden Schmelze 1 erzeugt wird, die über auf mindestens einer Oberfläche 2 angeordneten Dehnschienen oder Dehnschienenmittel 5 nach außen fließt. Das geschmolzene formbare Material 1 fließt kreisförmig von der Mitte der Scheibe zum Rand, wo es von einem Streifmesser gesammelt und von einer Zahnradpumpe positiv vom Bearbeitungshohlraum weg verdrängt wird. Die Hohlraumfuge 3 ist durch die Dehnschienen 5 strukturiert, die auf unterschiedliche Weise geformt und konfiguriert sein können, wie in 1C, 1D, 1E und 1F dargestellt, wobei die Dehnschienen speziell so aufgebaut sind, dass sie die maximale Kontrolle über die Umformungsgeschwindigkeit, die periodische Veränderung der Umformungsgeschwindigkeit bei einer gegebenen Frequenz und Dehnungsumformung beim Fluss der Schmelze über die Dehnschienenmittel vom Einlass zum Auslass sowie zur Optimierung ihrer Herauslösung gewähren.
In einem der Ausführungsbeispiele der gegenständlichen Erfindung dreht sich eine mit der Schmelze in Berührung befindliche Oberfläche mit der konstanten Geschwindigkeit Ω, während die andere Oberfläche fixiert ist. Die Umformungsgeschwindigkeit wird örtlich durch das Vorhandensein der Dehnschienen moduliert, welche die zur Erzeugung des für die Strukturviskosität und, nach einer Zeit, für die Herauslösungseffekte verantwortlichen hochelastischen Zustands erforderliche Dehnvibration produzieren. Die Anzahl der Dehnschienen, der Abstand zwischen ihnen, die Höhe der Dehnschienen, die Breite der Dehnschienen und die Höhe der Fuge zwischen den Dehnschienen, alle diese stellen untereinander in Beziehung stehende Parameter der gegenständlichen Erfindung dar, welche speziell zur Erzeugung der richtigen periodischen Umformungsgeschwindigkeit mit der zutreffenden Frequenz, Umformungsamplitude und der zur Erzeugung der Herauslösungseffekte geeigneten Frequenz, wie in US 5,855,495 dargelegt, festzulegen sind. So kann beispielsweise für eine Fugenhöhe zwischen 0,5 and 4 mm die Dehnschienenhöhe etwa 25% der Fugenhöhe und die Dehnschienenbreite 50% der Fugenhöhe betragen. Die Anzahl der in regelmäßigen Abständen anzuordnenden Dehnschienen hängt von der zur Erhöhung der Elastizität/Strukturviskosität für den Herauslösungsprozess erforderliche Umformung und Frequenz sowie von der Drehgeschwindigkeit ab, welche die Winkelgeschwindigkeit und damit die Tangentialgeschwindigkeit über die Dehnschienen bestimmt. Wenn der Platz zwischen den Dehnschienen relativ wichtig ist, sollte darauf geachtet werden, die Ecken der Dehnschienen so zu konstruieren und die Winkel so zu formen, dass lokale Turbulenzen und andere nichtlineare Flussmängel vermieden werden. 1A bis 1F zeigen mehrere mögliche geometrische Anordnungen der Dehnschienen 5. In einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung (1F) ist die Höhe der Dehnschienen nicht über den gesamten Radius hinweg konstant, sondern steigt von der Mitte der Scheibe zur Kante oder umgekehrt leicht an. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung ist die Oberfläche der Dehnschienen nicht flach sondern vielmehr in regelmäßigen Abständen senkrecht zur radialen Flussrichtung gekerbt (1C und 1D).
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung dreht sich die bewegte Oberfläche nicht sondern schwingt mit einer bestimmten Amplitude α und einer Frequenz ω vorwärts und rückwärts. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung wird auf die bewegte Oberfläche eine Kombination aus Schwingung und konstanter Drehung ausgeübt. Zur Steigerung des Elastizitätswerts der Schmelze und durch Strukturviskosität werden die Werte für die Amplitude und die Schwingungsfrequenz sowie der Wert der Temperatur der Schmelze entsprechend US-Patent 5,885,495 ermittelt. Ebenso wird die konstante Drehungsgeschwindigkeit Ω ermittelt, damit die Schmelze in das entsprechenden Verarbeitungsfenster gebracht werden kann, in welchem die Herauslösung eintritt; auch wird ihr Wert, zusammen mit der Anzahl und der Geometrie der Dehnschienen sowie deren Anordnung in Bezug auf die Flussrichtung der Schmelze so eingestellt, dass die Herauslösung optimiert wird, d.h. dass die Kinetik der Viskositätsreduzierung bevorzugt wird, damit sie so wirksam wie möglich in der kürzestmöglichen Zeit erfolgt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung sind beide in Berührung mit dem geschmolzenen formbaren Material stehenden Oberflächen mit Dehnschienen und/oder Rillen versehen. In noch einem weiteren wichtigen Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung befinden sich beide in Berührung mit dem geschmolzenen formbaren Material stehenden Oberflächen in voneinander unabhängiger geregelter Bewegung. Obwohl in diesem Fall das Gerät in Aufbau und Betrieb komplizierter ist, ist die Herauslösung wirksamer und tritt tiefer im gesamten Bearbeitungshohlraum auf, was die Verwendung von breiteren Fugen erlaubt und damit die Produktivität steigert.
2A und 2B sind schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Herauslösungsgeräts mit einer einzigen Zuführungseinheit und einem einzigen Bearbeitungshohlraum, in welchem die Scherschwingung unter Dehnströmung durch Zuführung von geschmolzenem formbarem Material 3 durch eine (ebenfalls durch die Ziffer 3 gekennzeichnete) Fuge erzeugt wird, die aus mindestens einer rotierenden und/oder schwingenden Oberfläche 6 oder 7 besteht, die in ihrer Kontur ein Profil präsentiert, über welches das geschmolzene Material fließt und/oder geschleppt werden kann und/oder durchgeschoben und/oder durchgepumpt wird. In 2B kann die äußere Oberfläche 6 mit einer konstanten Geschwindigkeit Ω und bei konstanter Frequenz und Schwingungsamplitude (sobald Schwingungen eingesetzt werden) gedreht/in Schwingung versetzt werden, während die andere, beispielsweise zylindrische Oberfläche 7 fixiert sein kann, oder es kann umgekehrt Oberfläche 7 bei konstanter Geschwindigkeit gedreht/in Schwingung versetzt werden (2A), während Oberfläche 6 fixiert sein kann, oder aber beide Oberflächen können unabhängig voneinander gedreht/in Schwingung versetzt werden. Die Umformungsgeschwindigkeit wird örtlich durch das Vorhandensein der Dehnschienen und/oder Rillen entweder auf Oberflächen 6 und 7 oder auf beiden Oberflächen moduliert, welche den Dehnungs- und Ermüdungsfluss mit der zur Entstehung des Herauslösungseffekts erforderlichen Vibration erzeugen. Wie bereits betont, handelt es sich bei der Anzahl der Dehnschienen/Rillen, der Höhe der Dehnschienen/Rillen und der Breite der Dehnschienen/Rillen um untereinander in Beziehung stehende Parameter der gegenständlichen Erfindung, welche speziell zur Erzeugung der richtigen Umformungsgeschwindigkeit, Umformungsamplitude und der zur Erzeugung der Herauslösungseffekte geeigneten Frequenz, wie in US-Patent 5,855,495 dargelegt, festzulegen sind. So kann beispielsweise die Dehnschiene auf einer Oberfläche als eine in einer rechten Spirale ausgeführte fortlaufende Erhebung sein, während ihr Gegenstück der gegenüberliegenden Oberfläche auf der anderen Seite der Fuge als eine weitere Spirale mit derselben Steigerung, jedoch links drehend ausgeführt sein kann. Die beiden Spiralen können in einem Winkel zur Achse der Spirale gerillt sein, um auf diese Weise eine periodische Änderung der Fugenhöhe entlang der oberen Oberfläche der spiralförmigen Dehnschienen zu erzeugen. In einem solchen Fall, in welchem die beiden Oberflächen durch die Drehung von mindestens einer Oberfläche in relative Bewegung versetzt werden, wird die Schmelze unter Dehnströmung nicht nur geschert sondern auch in Richtung Austrittsende geschleppt. Das geschmolzene formbare Material 3 fließt spiralförmig vom Einlass des Bearbeitungshohlraums, in 2A links, in Richtung Auslass rechts, wo es gesammelt und von einer Zahnradpumpe positiv weg vom Bearbeitungshohlraum verdrängt wird, oder es wird zur Auffüllung eines Hohlraums in der Gießform verwendet, was geschieht, wenn die Erfindung in Verbindung mit einem Ventilkörpersystem beispielsweise in Heißkanalanwendungen angewandt wird. Die Hohlraumfuge 3 besitzt ein durch Dehnschienen bestimmtes Profil, welches auf verschiedene Art und Weise, wie bereits in den 1A bis 1F dargestellt, geformt und konfiguriert werden kann; sie ist speziell so ausgelegt, dass sie die maximale Kontrolle über die Umformungsgeschwindigkeit, die Veränderung der Umformungsgeschwindigkeit und die Dehnungsumformung beim Fluss der Schmelze vom Einlass zum Auslass sowie die Optimierung der Viskositätsreduzierung und der Herauslösung gewährt. Bandheizelemente 8 sind um die den Hohlraum begrenzenden metallischen Oberflächen angeordnet; sie werden durch Thermoelemente (in 2A nicht dargestellt) in PID-Regelkreisen 32 gesteuert.
Das Gerät der Erfindung, wie in 2A und 2B dargestellt, ist daher für die kontinuierliche Reduzierung der Viskosität von geschmolzenem formbarem Polymermaterial 3 durch Schervibration unter Dehnströmung bestimmt, durch welche für die Herauslösung ideal geeignete Strukturviskositätszustände hergestellt werden, wobei das Gerät mindestens eine Bearbeitungshohlraumstation umfasst, welche durch eine aus zwei eng getrennten, in relativer Bewegung zueinander bei einer gegebenen Geschwindigkeit stehenden und/oder relativen Schwingungen bei einer gegebenen Frequenz und Amplitude ausgesetzten Oberflächen 6 und 7 bestehenden Fuge begrenzt wird, wodurch eine Scherumformung des geschmolzenen formbaren Materials 3 und eine kontrollierte Veränderung der Fugenausdehnung durch axiale, den Umfang betreffende, radiale oder andere Wellenbewegungen einer oder beider Oberflächen 6 und 7 erzeugt wird, die in ihren Konturen ein aus Dehnschienen und/oder Erhebungen und/oder Rillen bestehendes Profil aufweisen, über welches das geschmolzene formbare Material 3 fließen kann und/oder geschleppt und/oder durchgeschoben und/oder durchgepumpt wird. Der Bearbeitungshohlraum weist einen Einlass 30 auf, durch welchen das geschmolzene formbare Material 3 in den Bearbeitungshohlraum eintreten kann, sowie einen Auslass 31, durch den es ihn verlassen kann. Die Geometrie des Bearbeitungshohlraums lässt eine regelbare Veränderung der auf das durchfließende geschmolzene formbare Material ausgeübten Scherumformung und Scherumformungsgeschwindigkeit zu. Mindestens eine Zuführungseinheit 33 ist für die Aufbereitung des geschmolzenen formbaren Materials 3 bestimmt; die Zuführungseinheit umfasst ein Mittel für den Ausstoß des geschmolzenen formbaren Materials durch seinen Auslass in den Einlass 30 der Behandlungshohlraumstation. In diesem Ausführungsbeispiel ist auch mindesten ein (1) Sammler 34 zur Aufnahme des aufbereiteten geschmolzenen formbaren Materials vorgesehen, bevor dieses entweder an ein Pelletiersystem, an eine Pumpstation oder an den Hohlraum einer Gießform weitergeleitet wird. Mittel wie die Antriebseinheit 35 sind für die Ausübung von Schervibrationen einer gegebenen Frequenz und Amplitude, gekoppelt mit der Ermüdungsdehnströmung auf das im Bearbeitungshohlraum enthaltene geschmolzene formbare Material 3 vorgesehen. Ein Beispiel der Mittel für die regelbare Veränderung der Fugenabmessungen, durch welche das geschmolzene formbare Material passieren und/oder fließen kann, ist im Ausführungsbeispiel der 6 dargestellt; dort ist ein zentrales Element des Geräts generell konisch und kann zur Veränderung der Fuge axial (lateral) bewegt werden. Ein Beispiel der Mittel zur kontinuierlichen Belüftung des Bearbeitungshohlraums zur Verhinderung der Blasen- oder Hohlraumbildung während der Bearbeitung ist bei 36 in 2A schematisch dargestellt. Ein Beispiel der Mittel zur Überwachung und Regelung der Temperatur des in der Zuführungseinheit 33 enthaltenen geschmolzenen formbaren Materials ist in 2A bei der Zahl 37 schematisch dargestellt; die schematische Darstellung des Bearbeitungshohlraums ist bei 38, die der Pumpstation bei der Zahl 39. Ein Beispiel der Mittel zur Überwachung und Regelung des Drucks des in der Zuführungseinheit, im Bearbeitungshohlraum und in der Pumpstation enthaltenen geschmolzenen formbaren Materials ist bei 47, 48 bzw. 49 schematisch dargestellt. Ein Beispiel der Mittel zur Überwachung und Regelung des auf das im Bearbeitungshohlraum befindliche geschmolzene formbare Material ausgeübten Drehmoments ist bei 50 in 2A und 2B dargestellt. Bei mehreren durch Zahnradpumpen oder Schraubenpumpen wie bei 11 in 3 oder 26 in 7 miteinander verbundenen Stationen ist in der Kette der Bearbeitungsstationen eine erste Station direkt oder über eine Zahnradpumpe und/oder einen statischen Mischer (z.B. 52 in 7) mit einem Extruder, und eine letzte Station mit einer Pelletieranlage oder Pumpstation oder aber mit einem Gießformhohlraum zur sofortigen Verwendung der herausgelösten Schmelze verbunden.
In einem der Ausführungsbeispiele der gegenständlichen Erfindung wird eine mit der Schmelze in Berührung stehende Oberfläche, welche ein Dehnschienenmuster aufweist, wie in 1A erläutert, in Längsrichtung mit der Geschwindigkeit V bewegt, wie bei der Oberfläche 7 in 2A gezeigt, während die andere Oberfläche gedreht/in Schwingung versetzt wird. Die Schmelze wird dabei dem Effekt einer auf den optimalen Herauslösungseffekt eingestellten kombinierten periodischen (tensorischen) Umformungsgeschwindigkeit mit deren beiden Komponenten in Längs- und in Drehrichtung unterworfen. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung tritt die in Längsrichtung verlaufende Bewegung von 7 mit modulierter periodischer Geschwindigkeit auf, um eine Schwingungskomponente einzubeziehen, die dazu neigt, die Steigerung der Elastizität des geschmolzenen formbaren Materials in der Fuge zu erleichtern, während die laterale Drehung von 6 mit oder ohne eigene Schwingung unter anderem zur Dehnermüdung beiträgt, um die Schmelze entsprechend US-Patent 5,885,495 herauszulösen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung dreht sich die bewegte Oberfläche nicht, sondern schwingt mit einer Amplitude α und einer Frequenz ω vor und zurück. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung wird auf die bewegte(n) Oberfläche(n) eine Kombination aus Schwingung und konstanter Drehung ausgeübt. Zur Steigerung des Elastizitätswerts in der Schmelze und um die Schmelze bei einem gegebenen Elastizitätswert (Strukturviskositätswert) der Dehnströmung und Dehnermüdung, zwei für den Eintritt der Herauslösung unerlässlichen Bedingungen, auszusetzen, werden die Werte für Amplitude und Schwingungsfrequenz sowie der Wert der Temperatur der Schmelze und die konstante Drehgeschwindigkeit Ω entsprechend US-Patent 5,885,495 ermittelt. Insbesondere ist die Anzahl der Erhebungen sowie ihre Geometrie und ihre Anordnung in Bezug auf die Flussrichtung der Schmelze so ausgelegt, dass sie nicht nur bestimmte Beschleunigungs- und Verzögerungsmuster in der zur Bevorzugung der Kinetik der Herauslösung neigenden Hohlraumfuge erzeugt, sondern gleichzeitig auch einen bestimmten Pumpeffekt der Schmelze in Richtung Auslass des Bearbeitungshohlraums durch einen Schleppeffekt des Umformungsgeschwindigkeits-Tensors zulässt, der sich an der Längsrichtung des Flusses ausrichtet.
3 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Herauslösungsgeräts, welches über eine einzelne Zuführungseinheit und mehr als einen durch Pumpenabschnitt 11 getrennten Bearbeitungshohlraum verfügt, in welchem die Schervibration unter Dehnströmung im Bearbeitungshohlraumabschnitt durch Zuführung des geschmolzenen formbaren Materials 3 durch eine aus mindestens einer drehenden und/oder vibrierenden Oberfläche 10 bestehenden Fuge erzeugt wird, die in ihrer Kontur ein Profil 12 aufweist, über welches das geschmolzene Material fließt und/oder geschleppt werden kann und/oder durchgeschoben und/oder durchgepumpt wird, sowie aus einer Trommel 9, die ebenfalls gedreht/in Schwingungen versetzt werden oder stationär bleiben kann und welche durch Fremdmittel (nicht dargestellt) beheizt/gekühlt wird. Das/die Oberflächenprofil(e) der Dehnschienenmittel 12 besteht aus verschiedenen Mustern, welche sich nach der Lage der Bearbeitungsstation entlang der Extrusionsachse richten und der progressiven Veränderung der Viskosität angepasst sind. 3 zeigt einige mögliche Muster wie kleine quadratische/runde Erhebungen auf der Oberfläche oder geneigte oder gelängte Dehnschienen, die eine Teilung der Umformungsgeschwindigkeit entlang der Dreh- und Längsachse erzeugen, jedoch sind viele andere Bauformen denkbar, in ihrer Gesamtheit hier Dehnschienenmittel genannt, zu deren Anpassung Personen mit Kenntnis der Technik nach der Lektüre dieser Offenlegung in der Lage sind. Die Pumpstation 11 besteht aus den wenigen Schraubengängen einer Schraubenpumpe mit gegebener Steigung und gegebenem Spiralwinkel, um die Schmelze durch Drehung der zentralen Oberfläche 10 mit einer gegebenen Geschwindigkeit von einer Bearbeitungsstation zur anderen zu pumpen. Das in 3 beschriebene Gerät lässt sich so adaptieren, dass eine Koppelung mit der grundlegenden Hardware eines Extruders möglich ist, der bereits über eine Trommel 9, über Erhitzungs- und Kühlungsmittel und über einen Motor zur Erzeugung der Drehung der beweglichen Oberfläche 10 verfügt, die die Extruderschraube ersetzen würde. In einem der Ausführungsbeispiele der gegenständlichen Erfindung ist die Zuführungseinheit, welche flüssiges geschmolzenes formbares Material dem Bearbeitungshohlraum zuführt, selbst ein weiterer Extruder oder ein an eine Zahnradpumpe angeschlossener Extruder. So wird beispielsweise das geschmolzene formbare Material vom ersten Extruder erzeugt und durch eine Lochscheibe und ein Querhaupt-Werkzeug zum Einlassabschnitt des zweiten Extruders senkrecht auf den ersten Extruder, weitergegeben, der durch Elemente 23 und 24 am linksseitigen Ende von 3 und wie in 7 dargestellt befestigt ist. Die bewegliche Oberfläche 10 wird vom zweiten Extruder gedreht; seine Trommel 9 ist stationär. Die Gesamtlänge der Trommel ist einstellbar und ist eine Funktion der Anzahl von Stationen, die zur Erzielung der Viskositätsreduzierung in einem bestimmten Umfang und des gewünschten Durchsatzes erforderlich ist.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nur ein einziger Extruder benötigt, jedoch wird die Länge der Schraube, die zur praktischen Anwendung der gegenständlichen Erfindung durch das in 3 beschriebene Bearbeitungsgerät ersetzt wird, erheblich erhöht, damit der erste Abschnitt wie eine normale Schraube mit ihren eigenen Schmelz-, Mess- und Druckzonen funktioniert, gefolgt von den in 3 beschriebenen Herauslösungszonen. 3.
4 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Bearbeitungshohlraums des Herauslösungsgeräts, in welchem die Scherschwingung unter Dehnströmung in der Fuge 3 von relativ zueinander in Bewegung befindlichen konzentrischen konischen Oberflächen 13 und 14 erzeugt wird, wobei mindestens eine von ihnen eine Anordnung von Dehnschienen und Erhebungen 12 aufweist und sich mit konstanter Geschwindigkeit Ω und/oder modulierter Geschwindigkeit [Ω + Σα_i·sin(ω_i·t + Θ_i)] dreht und/oder sich in einem reinen Oszillationsmodus Σα_i·sin(ω_i·t + Θ_i) befindet, wobei α_i, ω_i und Θ_i die jeweilige modulierte Amplitude, die Frequenz bzw. die Phase der Schwingung darstellen (und sich der tiefgestellte Index „i" auf den Zerfall der periodischen Bewegung in ihre Fourier-Bestandteile bezieht). Wie bereits oben erläutert, stehen die Drehgeschwindigkeit, die Schwingungsparameter, die Steigung zwischen den Dehnschienen, die Form und die Abmessung der Dehnschienen/Erhebungen und der Rillen (zwischen den Dehnschienen) sowie der Neigungswinkel in Bezug auf die Kegelachse der Dehnschienen in einer Wechselbeziehung zueinander und hängen von der zur Herstellung der Herauslösung erforderlichen Umformungsgeschwindigkeit und -beschleunigung ab, wie in US-Patent 5,885,495 dargelegt.
In 4 kann die Fugenhöhe durch die relative laterale oder axiale Umsetzung der konzentrischen Kegel erhöht oder verringert werden; dies kann durch Ausführung von Linearlagern auf der Welle in Richtung des geraden Doppelpfeils erfolgen. In einem bestimmten und speziellen Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung ist die Fugenbreite über einen Stellantrieb und einen Controller, welche die Fuge öffnen und schließen und dadurch eine Vergrößerung der Fuge in unterschiedlichen Intervallen erlauben, automatisch einstellbar, um die Extrusion des bearbeiteten geschmolzenen formbaren Materials aus dem Bearbeitungshohlraum zu ermöglichen. Die Gründe für ein solches Funktionsmerkmal sind leicht zu erkennen: Der Herauslösungsprozess erfordert zur Umsetzung der Umformungs- und Umformungsgeschwindigkeitsbedingungen, die zur Herauslösung der Schmelze neigen, eine relative enge Fuge; diese Zustände sind jedoch für den Durchsatz ungünstig. Durch periodisches Öffnen und Schließen der Fuge zwischen einem für die Bearbeitung vorteilhaften Wert und einem für den Durchsatz vorteilhaften Wert kann ein Kompromiss gefunden werden, der den Herauslösungsprozess optimiert. Die Periode zwischen zwei aufeinander folgenden Öffnungen der Fuge kann zwischen einer Sekunde und 10 Minuten ohne Ausschluss der anderen Werte programmiert werden. Die Veränderung der Fugenbreite oder -höhe zwischen ihrem Mindest- und Höchstwert kann zwischen 5% und 200% des Bearbeitungswerts programmiert werden.
Die Steuerung der Werte aller Parameter des Herauslösungsprozesses durch einen zentralen Computer ist ein weiterer Gegenstand der gegenständlichen Erfindung. Speziell in 4 wird gezeigt, dass die Gegenstände 8 und 15 Bandheizelemente bzw. Kühlkreisläufe darstellen, welche die Temperatur des Körpers der mit dem geschmolzenen formbaren Material in Berührung kommenden Oberflächen genau regeln. In der Nähe des geschmolzenen formbaren Materials werden Temperaturfühler (nicht dargestellt) eingebracht, welche zur Aktivierung von Heizungs- oder Kühlungsmittel für die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur in der Fuge elektrische Signale an die zentrale Verarbeitungsanlage senden. Der Bediener kann mit Hilfe eines benutzerfreundlichen Computerbildschirms alle für den Betrieb des Herauslösungsgeräts entsprechend der gegenständlichen Erfindung erforderlichen Parameter eingeben. So gibt der Bediener z.B. den Wert der Temperatur im Bearbeitungshohlraum, die Drehgeschwindigkeit des inneren Kegels 14, die Amplitude und Frequenz der Schwingungen des Kegels (welche 0 sein können, wenn lediglich eine dauernde Rotation erfolgt und die Dehnschienenmittel allein zur Erzeugung des Vibrationseffekts im Stande sind) sowie Periode und Amplitude der periodischen Öffnung der Fuge ein (deren Abwandlung ebenfalls 0 sein kann).
5 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Bearbeitungshohlraums des Herauslösungsgeräts, in welchem die Scherschwingung unter Dehnströmung in der Fuge einer Serie relativ zueinander in Bewegung befindlicher konzentrischer zylindrischer Oberflächen 13 und 14 von zunehmend größerem Durchmesser erzeugt wird, wobei mindestens eine von ihnen eine Anordnung von Dehnschienen und Erhebungen aufweist und mit konstanter und/oder modulierter Geschwindigkeit und/oder im reinen Schwingungsmodus rotiert.
6 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Bearbeitungshohlraums des Herauslösungsgeräts, in welchem die Scherschwingung unter Dehnströmung in aufeinander folgenden Abschnitten des Bearbeitungshohlraums erzeugt wird, der eine variable, sich aus der relativen Trennung von relativ zueinander in Bewegung befindlichen konzentrischen Oberflächen ergebende Fuge aufweist, wobei mindestens eine von ihnen spezielle konfigurierte und angeordnete Dehnschienen und Erhebungen 12 aufweist und mit konstanter und/oder modulierter Geschwindigkeit und/oder in einem reinen Schwingungsmodus rotiert. Wie in 6 gezeigt, ist die Form der Dehnschienen/Erhebungen und ihre relative Position entlang des Fließweges des geschmolzenen formbaren Materials im Bearbeitungshohlraum je nach Höhe des lokalen Drucks der Schmelze, der Größenordnung der gewünschten Längswiderstands-Umformungsgeschwindigkeit sowie nach Geschwindigkeit und Rotationsmodus der beweglichen Oberfläche unterschiedlich,
7 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Herauslösungsgeräts, in welchem die Zuführungseinheit 23 aus einem Extruder und/oder Kolben besteht und die Herauslösungsbearbeitung in einer Reihe von mit Zahnrad- oder Schraubenpumpen 26 verbundenen Stationen 24 erfolgt. In jeder der Stationen 24 sind Mittel 25 zur Drehung und/oder Oszillation von mindestens einer mit dem sie passierenden geschmolzenen formbaren Material in Berührung kommenden Oberfläche vorhanden, um die für die Herauslösung vorteilhaften Fließbedingungen zu erzeugen, wie in US-Patent 5,885,495 und in dieser Offenlegung beschrieben. Temperatur, Geschwindigkeit der Umdrehung, Amplitude und Frequenz der Oszillation werden für jede Station separat eingestellt, jedoch von einer zentralen Verarbeitungsanlage gesteuert, die alle Aspekte dieses auf mehreren Stationen betriebenen Herauslösungsprozesses überwacht. Für die praktische Anwendung der weiter oben in diesem Patentantrag beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele können Stationen 24 und die Mittel 25 durch herkömmliche Extruderantriebe gestellt werden; dafür können Trommel und Schraube speziell adaptiert und modifiziert werden, sodass sie den in 3, 4, 5 oder 6 spezifizierten Offenlegungen entsprechen. Bei 26 können Mischkammern hinzugefügt werden, wie auch bei 25 Mittel zur periodischen Modulation der Fugenabmessungen. Am Ende der Mehrfachstationen wird die herausgelöste Schmelze in einen in 7 nicht dargestellten, jedoch in dieser Offenlegung beschriebenen Sammler gepumpt werden, um die neuerliche Verschränkung der Schmelze zu vermeiden; dieser Sammler ist mit einer Pelletieranlage und/oder mit der Zuführungseinheit eines Extruders oder einer Spritzgießanlage verbunden, oder aber die austretende Schmelze wird direkt in einen Hohlraum wie beispielsweise in den Gießformhohlraum eines Heißleitersystems gesandt, bei welchem ein für die gegenständliche Erfindung modifizierter Ventilkörper zum Einsatz kommt.
8 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Bearbeitungshohlraums des Herauslösungsgeräts, in welchem die Scherschwingung unter Dehn strömung eines geschmolzenen formbaren Materials 3 in der Fuge zwischen miteinander in enger Berührung befindlichen zylindrischen oder kegelförmigen Rollen 27 und einer in der Mitte 28 befindlichen zentralen, entweder zylindrisch oder konisch geformten Oberfläche mit Dehnschienen, Erhebungen oder Rillen 12 erzeugt wird. 8 ist als Schnittbild des Zylindersystems zu sehen, das man sich als vertikal vorzustellen hat, wobei die Achsen der Zylinder senkrecht zur Abbildung stehen und der Fluss des geschmolzenen formbaren Materials vom Einlass oben entlang der Achse der Zylinder oder Kegel in Richtung Auslass am Boden stattfindet. Allgemeiner gesagt, dreht sich mindestens eine der Oberflächen 27 oder 28 mit konstanter Geschwindigkeit und/oder mit modulierter Geschwindigkeit und/oder im reinen Oszillationsmodus, wie in einigen der obigen Abbildungen erläutert. Beispielsweise drehen sich beide Oberflächen mit einer konstanten Geschwindigkeit Ω und Ω'. Die Rotation der Rollen 27 kann durch individuelle Kraftquellen oder durch einen gemeinsamen Antrieb, in 8 als 29 dargestellt, erfolgen, dies kann ein Riemen oder ein anderer der Technik bekannter entsprechender Antriebsmechanismus sein. Zumindest eine der Oberflächen weist einen Satz Dehnschienen/Erhebungen 12 oder Rillen auf, welche für die praktische Anwendung der Erfindung geformt, angeordnet und konfiguriert sind, wie bereits einige Male bei den anderen Abbildungen dargelegt. Das Vorhandensein der Dehnschienen/Erhebungen oder Rillen auf dem Kernzylinder 28 ist einfach zu begreifen. Einige sind in 8 dargestellt. Rollen 27 liegen nahe aneinander, berühren einander jedoch nicht direkt, sodass sie sich in die gleiche Richtung drehen können (in 8 gegen den Uhrzeigersinn). In einem der Ausführungsbeispiele der gegenständlichen Erfindung ist der sie trennende Zwischenraum sehr gering, in der Größenordnung von 0,03 bis 0,05 mm, um das geschmolzene formbare Material 3 daran zu hindern, durch den Zwischenraum einzudringen. Ein Satz federbelasteter Kugellager kann eingesetzt werden, um die Rollenzylinder bei ihrer Drehung in dieselbe Richtung durch Mittel 29 sehr nahe aneinander zu halten. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung können auf der Oberfläche der Rollen 27 Dehnschienen und Erhebungen so angeordnet sein, dass sie im Bereich der größten Nähe ineinander greifen. Ein Beispiel dieses Ausführungsbeispiels ist in 14 unten dargestellt. Beginnend ab der Drehgeschwindigkeit Ω c haben die Schichten des in Kontakt mit 27 stehenden geschmolzenen formbaren Materials durch die Drehgeschwindigkeit der Rollen genügend Elastizität aufgebaut, um die Konturen der Fuge, die sich an der Stelle bildet, wo die Rollen ineinander greifen oder sich in unmittelbarer Nähe zueinander befinden, zu „überspannen", d.h. zu ignorieren und eine homogene runde, kreisförmig drehende Schicht zu bilden, welche bei ihrer Drehung den Rest des in der Fuge zwischen den Rollen 27 und der Rolle 28 eingeschlossenen geschmolzenen formbaren Materials zu verkapseln und vorwärts zu treiben. Diese durch die über die drehenden Rollen zusammenwirkende Bewegung erzeugte überspannende und sich bewegende Wand kann in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung zur Minimierung von oder Vorbeugung gegen Schlupf bei der praktischen Durchführung des Herauslösungsprozesses durch Drehung/Schwingung von 28 eingesetzt werden. Darüber hinaus lässt dieses Ausführungsbeispiel eine viel größere Geschwindigkeit der Extrusion durch den Bearbeitungshohlraum zu, als dies normalerweise bei einem geringeren Druckabfall möglich ist, da der Schlupf der Wand einen raschen Durchsatz der Extrusion bekanntlich verhindert. Nicht zuletzt kann die Verarbeitung des geschmolzenen formbaren Materials unter Bedingungen, bei denen eine Überspannungsschicht erzeugt wird, je nach Drehgeschwindigkeit von 28 für die Kinetik der Herauslösung positive Vorteile haben.
9 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Bearbeitungshohlraums des Herauslösungsgeräts, in welchem die Scherschwingung unter Dehnströmung durch die relative Bewegung im geschmolzenen formbaren Material 17 eines Zuges von länglichen Elementen oder ovalförmigen Wagen 16 erzeugt wird, die bei konstanter oder modulierter Geschwindigkeit in einem mit einer Einlassleitung 21 und einer Einlassleitung 22 kommunizierenden Torusring kreisen. Die Bewegung von 16 wird durch einen Zylinder 19 über Verbindungen 18 angetrieben. Der Antrieb des Zylinders 19 erfolgt durch einen mit einem Motor verbundenen Stellantrieb. Bei den Verbindungen 18 handelt es sich um einen 19 und 16 starr verbindenden Speichenring, der den Fluss ohne Widerstand oder Störung passieren lässt. Der Torus ist von einer Thermoflüssigkeit und/oder Bandheizelementen umhüllt; Wasserdurchlässe ermöglichen die Temperaturreglung im Inneren des Rings. Während des Antriebs der Bewegung von 16 im geschmolzenen formbaren Material 17 durch 19 vergrößert oder verkleinert sich die Fuge an jeder beliebigen spezifischen Stelle des Rings beim Durchgang der ovalförmigen Wagen periodisch; auf diese Weise werden periodische Scherumformungsbedingungen mit intensiver Dehnströmung um die Wagen erzeugt. Wenn zur praktischen Anwendung von US-Patent 5,885,495 die Bedingungen der Umformungsgeschwindigkeit und der Veränderung der Umformungsgeschwindigkeit (Beschleunigung/Verzögerung) eingestellt werden, wird die bearbeitete Schmelze vorwärts in Richtung der Auslassöffnung 22 geschoben, welche mit dem Einlass 21 des eine Station weiter liegenden nächsten Torusrings kommuniziert. Eine Anordnung von aufeinander gestapelten und über ihre jeweiligen Einlass- und Auslassöffnungen kommunizierenden Torusringen 67 ist in 10 dargestellt. 10.
10 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Herauslösungsgeräts, in welchem die Zuführungseinheit aus einem Extruder und/oder Kolben besteht, der das in 21 des Torusrings befindliche geschmolzene formbare Material zuführt; die Herauslösungsbearbeitung findet in jeder Reihe von übereinander liegenden und miteinander verbundenen sowie durch eine röhrenförmige Spur definierten Ringstationen 17 statt, durch welche ein Zug von ovalförmigen Wagen 16, angetrieben durch einen an die Wagen angehängten gemeinsamen Kernzylinder 19 mit geregelter Geschwindigkeit kreist. Das geschmolzene formbare Material wird entsprechend der gegenständlichen Erfindung bearbeitet, wie in 9 beschrieben, und verlässt eine Ringstation durch 22, welche direkt mit dem Einlass der darunter liegenden Ringstation verbunden ist. Bei jeder Station wird die Temperatur angeglichen, um der durch die Herauslösung verursachten Viskositätsveränderung Rechnung zu tragen. Am unteren Ende der Säule in 10 ist der Auslass des letzten Rings mit einem Sammler 20 verbunden, der wiederum mit einer Pelletieranlage und/oder der Zuführungseinheit einer Extrusions- oder Spritzgießanlage (nicht dargestellt) verbunden ist.
11 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Kraftübertragung des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Herauslösungsgeräts, in welchem die Schervibration und die kontrollierte Dehnungsermüdung des geschmolzenen formbaren Materials im Bearbeitungshohlraum an beide Achsen 310 und 320 eines Umlaufdifferenzials angelegt werden. Ein Umlaufdifferenzial besteht aus drei Hauptelementen: (a) dem Planetenträger 310, (b) der Drehmomentarmbuchse mit Planetengetriebe 320 sowie c) dem Sonnenrad mit Mittelbohrung 330. Diese 3 Elemente sind durch die Sonnen- und Planetenräder mechanisch miteinander verbunden, aus welchen das Umlaufdifferenzialgetriebe besteht.
Die mit der Oberfläche verbundene Welle zur Drehung und/oder Oszillation in der Bearbeitungsstation der gegenständlichen Erfindung führt zu 330. Die Willis-Formel definiert die Beziehung zwischen den Drehgeschwindigkeiten der 3 Elemente 310, 320 und 330 und lässt bei 330 die Koppelung der drei Bewegungen zu, die unabhängig voneinander bei 310 und 320 ausgeübt werden: N3 = ρN2 + N1/Kwobei N1 die Drehgeschwindigkeit des Gehäuses 310 darstellt, N2 die momentane Drehgeschwindigkeit der Bewegung der Drehmomentarmbuchse 320 und N3 die für die Bewegung des Rads mit der Mittelbohrung festgestellte Drehgeschwindigkeit. ρ ist das interne Verhältnis zwischen 320 und der Mittelbohrung 330, d.h., sofern keine Drehung an der Achse 310 stattfindet (die Buchse wird in fester Position gehalten). Ebenso handelt es sich bei K in der Willis-Gleichung um das Reduktionsverhältnis zwischen der Buchse 310 und der Mittelbohrung 330, d.h., sofern an N2 keine Drehoszillation anliegt. Damit funktioniert das Differenzial als Getriebe mit dem Untersetzungsverhältnis K.
Speziell können an 320 eine Drehschwingbewegung sowie an 310 eine reine Drehbewegung bei einer gegebenen regelbaren Drehgeschwindigkeit eingestellt werden. Die Bewegungen an den Achsen 310 und 320 sind gänzlich unabhängig voneinander und können separat programmiert werden. Die Kombination der Bewegungen 310 und 320 ergibt sich auf natürliche Weise an 330 ohne oder mit nur minimalem Rückprall. Nach einem der Ausführungsbeispiele der gegenständlichen Erfindung kann ein Umlaufgetriebe das Getriebe ersetzen, über welches der Motor eines Extruders mit der die Schraube antreibenden Welle verbunden ist. Dieser Ersatz lässt die gleichzeitige Drehung und Oszillation einer wie in 3 oder 4 beschriebenen, in die Trommel eingeführten Welle zu, sofern die andere Achse des Umlaufdifferenzials durch ein Drehvibrationsgerät angetrieben wird. Dieses Gerät kann auch durch Kombination von Drehung und Schwingung der Schraube zum Antrieb der Schraube einer Spritzgussmaschine eingesetzt werden, da diese Kombination durch umfangreiche Strukturviskosität einen leichteren Fluss erzeugt.
12 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Übertragung der Scherschwingung des Herauslösungsgeräts, in welchem die Schwerschwingung in dem im Bearbeitungshohlraum befindlichen geschmolzenen formbaren Material durch Schwingungen des inneren Kegels eines mit einer Achse des Planetendifferenzials verbundenen konzentrischen kegelförmigen Aufbaus 114 erzeugt wird, wobei die Rotationsschwingung durch eine Nocke 110 und einen Kolben 112 erzeugt wird. In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Bearbeitungshohlraum aus einem Paar konzentrischer Kegel, wie in 4 beschriebenen, mit einem konstanten Fugenabstand 114, wo das (114 auffüllende) geschmolzene formbare Material durch das über einen Kolben 112 betätigte Griffstück 110 geschert sowie hin- und hergeschwungen wird. Rahmen 116 umfasst den mit Thermoflüssigkeit gefüllten Erwärmungs-/Kühlmantel sowie das Thermoelement zur Temperaturregelung. Die Abstandsfuge der beiden Kegel kann am Beginn der Operation zwischen 0,5 mm und 5 mm eingestellt werden. Nach der Einstellung bleibt sie während der gesamten Bearbeitung gleich. Der Kolbenarm kann am Griffstück 110 in Positionen unterschiedlicher Höhe 113 befestigt werden, wodurch die Amplitude der Scherdrehvibrationen zusammen mit dem verfügbaren Drehmoment verändert werden kann. Auch die Verdrängung des Kolbens kann verändert werden, wodurch ein weiterer Grad an Freiheit bei der Veränderung der Amplitude der Drehung der Drehoszillation gewährt wird. Das geschmolzene formbare Material wird in das Gerät durch einen Extruder und eine Zahnradpumpe, dargestellt als 111, eingeführt und aus den Kegelaufbau durch eine andere Zahnradpumpe 115 herausgezogen. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel führt die Zahnradpumpe am Auslass den Durchsatz über einen separaten Anschluss zu Einlass 111 zurück und lässt dabei mehrere Durchläufe zu, bevor die Schmelze aus dem Herauslösungsgerät gepumpt wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird die herausgelöste Schmelze intermittierend, jedoch auf fortlaufende Art und Weise erzeugt. Während mehrere Durchläufe von geschmolzenem Material durch den Bearbeitungshohlraum in einem geschlossenen Kreislauf erfolgen, sind das Einlassventil am Extruder und das Auslassventil 117 zur Pelletieranlage sind beide geschlossen. Wenn nach mehreren Durchläufen die erwünschte Reduzierung der Viskosität erreicht ist, wird dem Extruder signalisiert, eine neue Charge von unbearbeitetem geschmolzenem formbarem Material in den Bearbeitungshohlraum einzulassen. Während dieser Säuberung kann die Fugenspalte weiter geöffnet werden, um zu verhindern, dass die herausgelöste Schmelze unter Druck gesetzt wird. Während der Säuberung des Bearbeitungshohlraums bleibt das Auslassventil 117 zur Pelletieranlage offen und das (nicht dargestellte) Rückführungs-Auslassventil geschlossen. Umgekehrt sind diese Ventile während der über mehrere Durchläufe ergehenden Bearbeitung geschlossen bzw. offen.
13 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Bearbeitungshohlraums des Herauslösungsgeräts, in welchem die Scherschwingung unter Dehnströmung im geschmolzenen formbaren Material durch die relative Bewegung zweier konzentrischer kegelförmiger Oberflächen bei konstanter oder modulierter Geschwindigkeit, d.h., bei einer Kombination aus konstanter und vibrierter Geschwindigkeit oder unter reiner Rotationsoszillation erzeugt wird, während das geschmolzene formbare Material von der Einlassleitung 220 zur Auslassleitung 270 geschoben und/oder geschleppt und/oder gepumpt wird (13). Im Unterschied zu dem in 12 besprochenen Ausführungsbeispiel, welches für die intermittierende Freisetzung des bearbeiteten geschmolzenen Materials gilt, definieren in diesem Ausführungsbeispiel der Bearbeitungshohlraum und dessen Anbauten klar eine Station wie beispielsweise Position 24 in 7, die für einen kontinuierlichen Herauslösungsprozess geeignet ist. In 13 ist klar, dass die Flanschen 220 und 270 identisch sind und damit bei anderen Stationen eine Wiederholung dessen erlauben, was in der Beschreibung dieser Station als Standardfunktionsausstattung gelten kann. Geschmolzenes formbares Material 250 tritt durch den Einlass 220 in die Bearbeitungsstation ein, passiert eine Spinne und füllt den von zwei konzentrischen, eine Spalte begrenzenden Kegeln gebildeten Hohlraum. Einlass 220 kann an eine Zahnradpumpe oder Schraubenpumpe angeschlossen werden. Wie in 7 dargestellt, wird bei der ersten Station vor der Zahnradpumpe ein Extruder eingesetzt, der das geschmolzene formbare Material aufbereitet und bis zu einem bestimmten Wert unter Überdruck setzt. Der innen liegende Kegel wird über den Bearbeitungsabschnitt 260 hinausgeführt und verwandelt sich dann zu 280; Letzteres ist mit dem Umlaufdifferenzial mit seinen zwei voneinander unabhängigen Bewegungsachsen verbunden, wie in 11 beschrieben. Das geschmolzene formbare Material 250 fließt aufgrund der Kombination von Druckfluss und der Drehung des inneren Kegels sowie des Vorhandenseins von geneigten Dehnschienen auf der Oberfläche des inneren und äußeren Kegels vom Einlass 220 zum Auslass 270, wie in 4 und 6 erläutert. Beim Passieren des geschmolzenen formbaren Materials durch die von den Kegeln gebildete Fuge wird es aufgrund der kombinierten Aktion von Rotation und/oder Oszillation des inneren Kegels 260 durch die Welle 280 herausgelöst. Temperatur und Druck des geschmolzenen formbaren Materials werden an mehreren Stellen 210 entlang des Fließwegs von 220 nach 270 gemessen. Um den Rahmen sind Bandheizelemente 230 gewickelt; die Wasserdurchgänge 240 und 242 sind zur Kühlung von 250 sowohl von außen (240) als auch von innen (242) bestimmt, um dessen Temperatur präzise geregelt zu halten. Der Auslass 270 kann an eine Zahnradpumpe oder Schraubenpumpe angeschlossen werden. Im Fall einer Zahnradpumpe wird die Drehgeschwindigkeit der Pumpe so geregelt, dass der Druck der Schmelze wieder auf den für die nächste Bearbeitungsstation erforderlichen Druck hochgefahren wird. 7 zeigt, wie eine vollständige Kette von Bearbeitungsstationen wie die in 13 gezeigte aufzubauen ist, um Polymerkunstharz kontinuierlich und wirtschaftlich herauszulösen. Die Kegel können durch zylindrische Hohlräume ersetzt werden.
14A und 14B sind schematische Darstellungen eines entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Ausführungsbeispiels des Herauslösungsgeräts, in welchem eine oder mehrere Zuführungseinheiten 420 geschmolzenes formbares Material einer Serie röhrenförmiger, vermaschter oder nicht vermaschter röhrenförmiger Hohlräume 450 zuführen, welche selber direkt (14B) oder über Pumpenabschnitte 400 mit einer anderen Serie röhrenförmiger Hohlräume verbunden sind, bis hin zur letzten Anordnung von Bearbeitungsstationen, welche mit einem Sammler 410 und einer Pelletieranlage und/oder mit der Zuführungseinheit einer Extruder- oder Spritzgießanlage (nicht dargestellt) verbunden sind. Die Oberflächen der röhrenförmigen Hohlräume sind mit Dehnschienen/Erhebungen und/oder Rillen 450 bedeckt, die so ausgelegt sind, dass sie das entsprechende Umformungsprofil zur Erzielung der Herauslösung aufbauen und das geschmolzene formbare Material zur nächsten röhrenförmigen Station und entlang der Achse der röhrenförmigen Hohlräume schleppen. Mindestens eine der Oberflächen 430 ist zur Scherung der Schmelze unter Vibration und zur Erzielung der Dehnermüdung beweglich; dies sind die beiden Erfordernisse zur wirtschaftlichen Erzeugung der Herauslösung. Sie kann durch Drehung des Rotors 430 bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit, durch Drehvibration des Rotors 430 mit einer bestimmten Frequenz und Amplitude oder durch eine Kombination der beiden vorhergehenden Bewegungen ausgeübt werden. In 14B sind zwei röhrenförmige Hohlräume so positioniert, dass sie in ihrer Mitte entlang ihrer Achse ineinander greifen; dies ist ein Ausführungsbeispiel, dessen Einsatz beim Sammler am abschließenden Auslass vor der Pelletieranlage nützlich ist, um das Wiederaufleben der Herauslösung zu verhindern.
15A bis 15C sind schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines entsprechend der gegenständlichen Erfindung aufgebauten Herauslösungsgeräts, in welchem die Dehnschienen/Erhebungen auf mindestens einer mit dem geschmolzenen formbaren Material in Berührung stehenden Oberfläche zur Schaffung eines bestimmten Profils der Verformungsgeschwindigkeit und der Schwankung der Verformungsgeschwindigkeit unter Dehnung eine spezifische Form aufweisen und zur Erzeugung eines gewissen Ausmaßes an Schleppströmung in einer bestimmten Weise an der Achse der Oberflächendrehung ausgerichtet sind. 15A bis 15C definieren einige Formparameter und den Neigungswinkel. Die Konturen der Dehnschienen sind so kalkuliert, dass jede Möglichkeit von Turbulenzen oder von anderen, nicht-linearen Strömungsmängeln ausgeschaltet wird und die Strömung linear bleibt. Die Höhe e der Dehnschiene, die Radien R1, R2 und R3, welche die Krümmung zur Beschleunigung (R1) oder Verzögerung (R3) der Strömung definieren, können entlang der Schnittbilder aa und bb unterschiedlich ausfallen (Schnittbild bb ist hier nicht dargestellt). Der Vektor der Verformungsgeschwindigkeit zerfällt in zwei Komponenten, wodurch zwei Schleppströmungsrichtungen definiert werden. Die Form der Dehnschienen entlang der einzelnen Achsen aa oder bb richtet sich nach dem in diesen Richtungen gewünschten Verformungsgeschwindigkeitsprofil. Beide Profile können zur Definition der Bedingungen von Scherschwingung und/oder Dehnungsermüdung eingesetzt werden, die zur Optimierung der Strukturviskosität und der Herauslösungseffekte gekoppelt werden können.
Entsprechend einem weiteren Gegenstand dieser Erfindung werden die Temperaturregler der Formungsvorrichtung verändert, um die Kühlung der Schmelze mit einer bestimmten Geschwindigkeit bis zum Erreichen einer bestimmten Temperatur zu ermöglichen, während gleichzeitig zur Aufrechterhaltung eines spezifischen Elastizitätszustand in der Schmelze, durch den die Wirksamkeit der Herauslösung begünstigt wird, die Frequenz der Scherschwingung als Funktion der Temperatur der Schmelze geregelt wird. Entsprechend einer weiteren Methode der Erfindung wird die Temperatur der Schmelze so geregelt, dass sie während der Herauslösung oder während eines einfachen Schervorgangs durch abwechselnde Kühlung und Erwärmung der Schmelze zwischen zwei Temperaturwerten wechselt, während gleichzeitig zur Aufrechterhaltung eines spezifischen Elastizitätszustand in der Schmelze, durch den die Wirksamkeit der Herauslösung begünstigt wird, die Frequenz der Scherschwingung als Funktion der Temperatur der Schmelze geregelt wird.
In einem der Ausführungsbeispiele der gegenständlichen Erfindung wird die Temperatur der Schmelze entlang des Fließweges des durchlaufenden Extrudats durch allmähliche Änderung der Schnelligkeit einer durch die Kühlmittelkanäle in den Trommelwänden fließenden Thermokühlflüssigkeit Schwankungen unterworfen; damit soll ein Kühleffekt mit einer festgelegten Geschwindigkeit vom Einlass der Station zum Auslass erreicht werden, sofern die niedrigste Temperatur höher als die Temperatur Tc liegt, deren Wert von der gegebenen Abkühlungsgeschwindigkeit bestimmt wird.
In einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung zirkulieren Kühlflüssigkeiten in den in den kurzen Abschnitten der Bearbeitungsstation befindlichen Kanälen, wobei jeder Abschnitt mit seiner eigenen Fließgeschwindigkeit über das Ausmaß der Öffnung/Schließung eines am Einlass oder Auslass des Kühlabschnitts befindlichen Nadelschiebers geregelt wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung kann ein Kühleffekt innerhalb einer Bearbeitungsstation durch Erhöhung oder Verringerung des Querschnitts der Kanäle und/oder durch Veränderung ihrer Lage im Vergleich zu der in Bearbeitung befindlichen bewegten Schmelze und/oder durch den Einschub von Materialien, Kühlkörper oder Kühlspalte von unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit (wie beispielsweise von Luftlöchern) zwischen dem Kühlmedium und dem Fließweg der Schmelze erreicht werden.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung ändert sich die Temperatur der durch die eingebauten Kanäle fließenden Thermoflüssigkeit beispielsweise durch kontrollierte Mischung von zwei Flüssigkeiten mit zwei verschiedenen Temperaturen oder durch die unbegrenzt wiederholte Abfolge des aufeinander folgenden Durchflusses zweier auf unterschiedlicher Temperatur gehaltener Flüssigkeiten.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung wird die Temperatur der Schmelze in der Bearbeitungsstation lokal mithilfe dielektrischer Heizelement und/oder Mikrowellenheizelemente in Kombination mit Leitmitteln verändert.
Bei der praktischen Anwendung diese Erfindung lassen sich alle geeigneten Mittel zur Regelung der Temperatur einsetzen. Personen mit Kenntnis der Technik sind in der Lage, nach der Lektüre dieser Spezifikation diejenigen Temperaturregelungsmittel auszuwählen, die ihren Erfordernissen am besten entsprechen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung wird das Gerät, welches unter Dehnung der Schmelze Scherschwingungen erzeugt, als Funktion der Temperatur der Schmelze ständig geregelt, während die Herauslösungsbearbeitung in der Station erfolgt, um auf diese Weise die relative Elastizität (G'/G*) auf dem einem vorher festgesetzten Wert gleichen Niveau zu halten. Zur praktischen Anwendung der Erfindung können alle für die Regelung der Oszillationsfrequenz und Amplitude als Funktion der Temperatur geeigneten Regelungsmittel angewandt werden, insbesondere Regeleinrichtungen mit geschlossener Schleife, PID-Controller, Fuzzy-Logic-Controller und ähnliche. Personen mit Kenntnis der Technik sind in der Lage, nach der Lektüre dieser Spezifikation diejenigen Regelungsmittel auszuwählen, die ihren Erfordernissen am besten entsprechen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung werden die Mittel, welche bei konstanter Geschwindigkeit der Schmelze durch die relative Bewegung der die Schmelze begrenzenden Oberflächen eine kontinuierliche Schleppung erzeugen, als Funktion der Temperatur der Schmelze ständig geregelt, während die Herauslösungsbearbeitung in der Station erfolgt, um auf diese Weise die relative Elastizität (G'/G*) auf gleichem Niveau wie einen vorher festgesetzten Wert zu halten. Zur praktischen Anwendung der Erfindung können alle für die Regelung der Schleppgeschwindigkeit als Funktion der Temperatur geeigneten Regelungsmittel angewandt werden, insbesondere Regeleinrichtungen mit geschlossener Schleife, PID-Controller, Fuzzy-Logic-Controller und ähnliche.
16 demonstriert die Wirkung der Kühlgeschwindigkeit auf den Wert des Eintritts der Kristallisationstemperatur Tc einer semikristallinen Polymerschmelze. Eine langsam, mit etwa 10°C/min abgekühlte Schmelze beginnt bei 240°C zu kristallisieren. Das entspricht dem mit der Bildung einer dichteren Phase, den Kristalliten, verbundenen starken Abfall des spezifischen Volumens in der unteren Verlaufslinie von 16. 17 zeigt, dass die Schmelzelastizität des amorphen Zustands durch das Vorhandensein von Kristalliten, welche Verknüpfungspunkte für die Vernetzung zwischen den Makromolekülen bilden, unterbrochen und gestört wird. Der starke Anstieg der rela tiven Elastizität wird nicht durch eine steigende kooperative Wechselwirkung zwischen den Makromolekülen erzeugt, welche ein Kriterium zur Einleitung der Herauslösung ist, sondern vielmehr durch die Zunahme der Verknüpfungspunkte.
Die obere Verlaufslinie in 16 entspricht einer mit etwa 200°C/min abgekühlten Schmelze. Der Beginn der Kristallisation liegt nun bei Tc = 180°C, dies ist 60°C unter der Kristallisationstemperatur der langsam abgekühlten Schmelze.
Als Konsequenz des Effekts der Abkühlungsgeschwindigkeit auf den Wert von Tc wird die amorphe Natur der Schmelze bis in niedrigere Temperaturen, hier um eine zusätzliche Spanne von 60°C, aufrechterhalten. Wird die Schmelze einer hohen Abkühlungsgeschwindigkeit ausgesetzt, dann verringert sich die Temperatur und erreicht schließlich die Temperatur Tc, bei der die Kristallisation erfolgt. Beispielsweise dauert die Abkühlung von 240°C auf 180°C bei 200°C/min 18 Sekunden. Wenn wir die Temperatur dergestalt regeln, dass sie anzusteigen beginnt, unmittelbar bevor sie die neue Temperatur Tc erreicht hat, dann kristallisiert die Schmelze nicht sondern verbleibt vielmehr über eine erweiterte Spane von 60°C amorph; dies kann für Herauslösungszwecke durch Steigerung der Elastizität mithilfe von Scherschwingung unter Dehnermüdung verfügbar gemacht werden. Wenn man beispielsweise beschließt, die Herauslösung einer amorphen Schmelze bei einer relativen Elastizität (G'/G*) = 0,83 durchzuführen, dann zeigt 17, dass es bei einer Frequenz von 10 rad/s nicht möglich ist, dieses Elastizitätsniveau ohne Störung durch eine intensive Kristallisation, welche bei Tc = 242°C einsetzt, zu erreichen. Bei dieser Frequenz beträgt der Wert von (G'/G*) beim Einsetzen der Kristallisation lediglich 0,3. Dieser Wert kann durch Verwendung höherer Frequenzen bei der Scherschwingung gesteigert werden. Wendet man das für das rheologische Verhalten viskoelastischer Schmelzen geltende Zeit-/Temperatur-Superpositionsprinzip an, dann lässt sich die zur Anhebung der Elastizität der Schmelze bei T = 242°C von (G'/G*) = 0,3 auf (G'/G*) = 0,83 anzuwendende Frequenz berechnen. Die vorgeschlagene Frequenz beträgt 5.382 rad/s (857 Hz). Eine solche Schwingungsfrequenz zu erreichen liegt zwar im Bereich des Möglichen, wäre jedoch wirtschaftlich nicht gangbar und/oder würde in einem Produktionsumfeld ernsthafte Lärmprobleme verursachen. Eine diesbezügliche Lösung ist genau der Zweck der gegenständlichen Erfindung. Wenn die Temperatur auf 220°C abgesenkt werden kann, was unter der Temperatur Tc bei geringer Abkühlungsgeschwindigkeit liegt (und daher ohne die Mittel der gegenständlichen Erfindung nicht durchführbar wäre), jedoch über der Temperatur Tc bei hoher Abkühlungsgeschwindigkeit, verändert sich die Oszillationsfrequenz zur Anhebung von (G'/G*) auf den geeigneten Herauslösungsbereich zu 166 rad/s (27 Hz), was aus wirtschaftlichen Aspekten in einem gangbaren Bereich annehmbarer industrieller Lösungen liegt. Eine weitere Absenkung der Temperatur auf 200°C würde zur Aufrechterhaltung desselben Werts von (G'/G*) die Oszillationsfrequenz sogar noch stärker vermindern.
Nach der gegenständlichen Erfindung, wie sie beispielsweise auf Nylon 66 anwendbar ist, wird die Temperatur der Schmelze während des Herauslösungsvorgangs dergestalt abgesenkt, dass die Temperatur Tc durch den Effekt einer hohen Kühlgeschwindigkeit auf Tc beispielsweise um 60°C abgesenkt und anschließend angehoben wird, um eine Abkühlung auf unter 180°C, nämlich die Temperatur Tc der rasch abgekühlten Schmelze, zu vermeiden, bis eine andere Temperatur erreicht ist, zu welchem Zeitpunkt der Abkühlungszyklus erneut beginnt. Genauer gesagt, kann die obere Temperatur T = 245°C betragen, die untere Temperatur 185°C. Die Zykluszeit für die Umkehrung der Temperatur beträgt 18 Sekunden. Dies kann von Personen mit Kenntnis der Technik auf verschiedene Art und Weise erreicht werden; auch sind diese in der Lage, diejenigen Temperaturregelungsmittel auszuwählen, die ihren Erfordernissen am besten entsprechen. Eine vorteilhafte und wirtschaftliche Methode besteht darin, alternativ eine bei zwei unterschiedlichen Temperaturen in isothermisch geführten Tanks aufbewahrte Thermoflüssigkeit bei hoher Fließgeschwindigkeit durchzupumpen, wobei eine der beiden Temperaturen um etwa 15°C über der oberen Temperatur des Zyklusbereichs liegt, die andere um ebenfalls 15°C unter der unteren Temperatur des Bereichs. Die einzelnen Flüssigkeiten werden nur während eines Teils der Zykluszeit durchgepumpt, um beim Wechsel der Flüssigkeiten den Trägheitseffekt nachwirken zu lassen. Damit das für den Herauslösungsprozess geeignete Temperaturprofil erreicht wird, lässt sich die Temperatur der Flüssigkeit im Tank sowie die anteilige Zeitdauer für den Wechsel beim Pumpen der beiden Flüssigkeiten einstellen. Personen mit Kenntnis der Technik wissen, wie ein solches, aus Temperaturreglern, Themoelementen, Erwärmungs- und Abkühlungsmitteln und einem servogesteuerten Schaltventil bestehendes, in einer Servoschleife problemlos über einen Hauptcomputer programmierbares System aufzubauen und zu regeln ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Erfindung wird die Schmelztemperatur entlang des Fließwegs der Schmelze durch die Regelung der Anströmgeschwindigkeit der abkühlenden Flüssigkeit profiliert, die in Kühlmittelkanälen oder Kühlmänteln im Inneren des Gesenks und/oder der Trommel des Bearbeitungshohlraums zirkuliert. Beispielsweise kann die Kühlmittelflüssigkeit vom Ausgangsende der Bearbeitungsstation in Richtung des Einlasses in einem spiralförmigen Läufer eines abnehmenden Querschnitts zirkulieren, der sich umso weiter entfernt von dem Schmelzhohlraum befindet, je mehr sie sich dem Einlassende der Station nähert, was zu einem Abfall der Kühlkapazität entlang der Schmelzstromachse führt. Weitere den Personen mit Kenntnis der Technik bekannte Mittel zur Temperaturregelungsmittel wie Bandheizkörper, Wärmerohre, Kühlkörper, Luftspalte usw. können so eingesetzt werden, dass sie den korrekten Temperaturunterschied zwischen dem Einlass und dem Auslass der Bearbeitungsstation herstellen, um während des Durchflusses der Schmelze das gewünschte Kühlungsgeschwindigkeitsprofil zu erzeugen. Dasselbe Temperaturprofil kann von Station zu Station wiederholt werden, wobei die Schmelze in einem amorphen Zustand gehalten wird, während die Herauslösung stattfindet.
Bei einer gegebenen Temperatur steigt die Elastizität mit der Frequenz. Bei einer gegebenen Frequenz steigt die Elastizität mit fallender Temperatur. Zur genauen Regelung des Elastizitätsumfangs der Schmelze bei den einzelnen Temperaturen sieht eines der Ausführungsbeispiele der gegenständlichen Erfindung die Abstimmung des Frequenzwerts der Scherschwingung für die optimierte Herauslösung bei jeder Schmelztemperatur vor. Daher variiert in einem der Ausführungsbeispiele der gegenständlichen Erfindung die Anzahl der Dehnschienen, Erhebungen und Rillen pro Umdrehung der sich drehenden Oberflächen der Bearbeitungsstation mit der Temperatur der Schmelze an der betreffenden Stelle. Mit fallender Temperatur fällt die Dichte der Dehnschienenmittel ab und steigt umgekehrt mit dem Anstieg der Temperatur entlang des Fließwegs an.
Wenn das Herauslösungssystem aus einer Reihe kleiner, unabhängig voneinander mechanisch und thermisch regelbarer Abschnitte besteht, kann die Temperatur jedes Abschnitts mit den optimalen Herauslösungsvariablen bei dieser Temperatur gekoppelt werden: mit der besten Oszillationsfrequenz, der besten Drehgeschwindigkeit und der besten Umformungsamplitude für die Dehnungsermüdung. Das Temperaturprofil wird von der Temperaturdifferenz zwischen benachbarten Abschnitten bestimmt.
Wird die Temperatur der Thermoflüssigkeit rechtzeitig getaktet, dann wird die Oszillationsfrequenz so synchronisiert, dass sie entsprechend einem Programm zur Aufrechterhaltung des gewünschten Elastizitätsprofils variiert, welches die Herauslösung zu allen Zeiten optimiert. Für die meisten praktischen Anwendungen lässt sich die Frequenz zwischen 1 und 100 Hz einstellen.
18 stellt das Ausführungsbeispiel der Erfindung 500 dar, welches ein Paar Kammern oder ringförmige (zylindrische oder kegelförmige oder beide) Fugen 506 und 510 zur Bearbeitung von Polymerschmelze umfasst, die zwischen der inneren und der äußeren Oberfläche eines kontinuierlich drehbaren (Ω) und/oder drehbaren/oszillierbaren (ω, α) Rotors oder Zylinders 508 und der äußeren Oberfläche des inneren festen Zylinders oder Kegels 504 sowie der inneren Oberfläche des äußeren Zylinders oder Kegels 512 definiert sind. Die Oberflächen des Rotors 506 sind mit den Dehnschienenmitteln der gegenständlichen Erfindung versehen und/oder die Oberflächen der die Fugen 506 und 510 begrenzenden festen Elemente 504 und 512 weisen die Dehnschienenmittel auf, solange in jeder Kammer mindestens ein Satz Dehnschienenmittel vorhanden ist. Eine feste Welle oder Stütze 502 trägt das feste Element 504.
Beispiele möglicher Durchmesser der Oberflächen im Ausführungsbeispiel der 18: 502 außen misst 7,62 cm, 504 außen misst 15,24 cm, 508 innen misst 15,88 cm, 508 außen misst 23,50 cm, 512 innen misst 24,36 cm und 512 außen misst 32,98 cm. Die Fugen 506 und 510 messen meist 1,6 mm bis 6 mm, können jedoch je nach Art der Schmelze und der Elementdurchmesser dicker oder dünner sein. Dies gilt für einen Polykarbonat-Mindestdurchsatz von 65 kg/h.
19 stellte ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, welches mit Rotor, Stößel, Schraube, Rohr oder Welle 602 zur Begrenzung des Inneren einer Schmelzbearbeitungsfuge versehen sowie um seine Achse drehbar und/oder oszillierbar ist. Die Dehnschienenmittel 604 in der Oberfläche des Rotors 602 sind als wabenförmige Dehnschienenmittel ausgeführt. Obwohl bei den Wabenmitteln 604 hexagonale Zellen dargestellt sind, können andere polygone Formen verwendet werden. Jede Zelle besitzt eine Paar- oder Seitenwand 606, welche sich im Winkel θ zur Fließrichtung F erstreckt, was auch parallel zur Rotorachse ist. Jede Zelle besitzt auch vorgeschaltete und nachgeschaltete Querwände 612, 608 sowie vorgeschaltete und nachgeschaltete Winkelwände 614, 610. Die Querwände erstrecken sich in einem stumpfen Winkel zur Fließrichtung F, während sich die Winkelwände in einem scharfen Winkel dazu erstrecken. Diese Wände schneiden auch die vorgeschalteten und nachgeschalteten Enden der nächsten Seitenwand 606 in den Wabenmitteln. Der Erfinder hat festgestellt, dass diese Anordnung insofern sehr nützlich ist, als sie die wiederholte und periodische Teilung der Schmelze bei ihrem Durchlauf der einzelnen Kreuzungspunkte während der Drehung des Rotors verursacht und damit die lokale Beschleunigung/Verzögerung der Schmelze an jedem Kreuzungspunkt fördert und den die Viskosität senkenden Effekt erzeugt. Die typischen Wandstärken der Wände der Wabenmittel liegen je nach Durchmesser D des Rotors 602 und je nach (kontinuierlicher und/oder oszillierender) Drehgeschwindigkeit, Frequenz und Amplitude sowie Schmelztyp zwischen etwa 0,15 mm und etwa 1,0 mm. Die Wandhöhe liegt allgemein zwischen 0,1 mm und 1,0 mm. Auch die Distanz d zwischen den Seitenwänden 606 hängt von Rotordurchmesser, Geschwindigkeit und Schmelztyp ab. Die Distanz d liegt meist zwischen etwa 1,5 bis 5,0 mm.
Der Winkel θ kann von 2 bis 85° betragen oder vorzugsweise 30 bis 60°.
Das Ausführungsbeispiel in 20 und 21 umfasst eine(n) um seine/ihre Achse drehbare(n) und/oder oszillierbare(n) Rotor, Stößel, Schraube, Rohr oder Welle 702 zur Begrenzung des Inneren einer Schmelzbearbeitungsfuge. Die Dehnschienenmittel 704 in der Oberfläche des Rotors 702 sind in Form von an Eisenbahnschienen erinnernden Schienenmitteln ausgeführt. Die Schienenmittel 704 sind aus Schienenwandpaaren 708 in einem Abstand 1 (ca. 0,1 bis 1,2 mm) geformt, der der Distanz d der Wabenmittel in 19 vergleichbar ist, und erstrecken sich im Winkel θ zur Fließrichtung F, wie das auch im Ausführungsbeispiel der 19 der Fall ist. Eine Mehrzahl von Kreuz- oder Verbindungswänden 708 erstreckt sich zwischen den Schienenwänden. Die Wandhöhe hr der Schienenwände 706 beträgt ca. 0,5 bis 1,5 mm, die Breite wr beträgt ca. 0,4 bis 1,2 mm. Die Sockel der Kreuzwände 708 haben je nach Anforderungen für die Beschleunigung der Umformungsgeschwindigkeit einen Abstand wb von etwa 0,5 bis zu einigen cm zueinander entlang der Schienenwände und sind mit einer Höhe e von etwa 0,1 bis 1,5 mm niedriger als die Schienenwände 706. Die obere Breite wt der einzelnen Kreuzwände beträgt ca. 0,1 bis 1,5 mm. Die Seiten der Kreuzwände 708 sind im Winkel δ um etwa 25 bis 89° zur Oberfläche des Rotors 702 geneigt.
22 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches bei einem Ventilkörper im Heißkanalsystem einer Spritzgießmaschine angewandt ist. Der Ventilkörper hat einen Abschlussteil 802 mit einem Durchlass 804 für die Übernahme der Polymerschmelze sowie einen Stößel oder eine Welle 808 mit einer Ventilsitzfläche oder einem Ventilende 818, die/das durch die mit Pfeil 812 schematisch angezeigten bekannten Antriebsmittel axial bewegt werden kann. Zur Öffnung und Schließung des Durchlasses und zur Zulassung oder Arretierung des Schmelzflusses in eine Ventilkörperbuchse 806 wird der Stößel 808 in Richtung des Pfeils 812 bewegt. Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind der Stößel 808 und/oder die innere Oberfläche des Buchse 806 mit Dehnschienenmitteln 810 versehen und werden kontinuierlich und/oder oszillierend (Ω; ω, α) um die eigene Achse gedreht. Dadurch wird eine erhebliche Reduzierung der Viskosität und des Einspritzdrucks der Schmelze erzeugt. Die Viskosität wird mit oder ohne Erhöhung der Temperatur reduziert, wodurch sich eine kürzere Zykluszeit ergibt.
Die Drehung des Stößels und sogar eine axiale Bewegung kann zum Transport der Schmelze in der Buchse 806 auf den Stößel 808 übertragen werden. Die kontinuierliche Drehgeschwindigkeit des Stößels 808 ist eine Funktion des Stößeldurchmessers (beispielsweise von 6 mm bis 15 mm) und liegt wesentlich höher (etwa 300 bis 1700 U/min) als bei Extrusionsanlagen, bei denen Rohre mit viel stärkerem Durchmesser eingesetzt werden (1 bis 125 U/min).
Ähnliche Anordnungen sind für den Extrusionsabschnitt, den Einspritzabschnitt und verschiedene andere mögliche Teile bekannter Anlagen für die Verarbeitung von Polymerschmelzen möglich. Die komplexen Dehnschienenmittel der Erfindung lassen sich mithilfe von Galvanoplastik, Elektroätzung, Laserlöten, Laserformen, elektroerosiver Bearbeitung, Feinguss oder mechanischer Span abhebender Bearbeitung erzeugen, um nur einige Verfahren zu nennen. Für den Rotor und die Trommel eignen sich als Materialien Edelstahl, Stahl 4140, Bronze mit hoher Rockwell-Härte und ähnliche. Für die Rotoren kann die äußere Oberfläche eines Stabes von beispielsweise 9 mm Durchmesser und 23 cm Länge mit den Dehnschienenmitteln geformt werden. Für die Trommel kann beispielsweise ein Rohr mit 18 mm Durchmesser entlang einer parallel zur Rohrachse verlaufenden Ebene geschnitten, die inneren Oberflächen mit den Dehnschienenmitteln können geformt und die halbzylindrischen und halbkegelförmigen Hälften wieder zusammengeschweißt werden.
Als allgemeine Überlegung sind Form, Geometrie und Abmessungen der Dehnschienen, Erhebungen und/oder Rillen der Dehnschienenmittel sowie die Abstände zwischen diesen entsprechend den Kriterien meines US-Patents 5,885,495 nach Art der zu bearbeitenden Schmelze auszuwählen und abzustimmen. Mit den in diesem Patent dargelegten rheologischen Parametern können diese Aufbaukriterien für die betreffende Schmelze optimiert werden, insbesondere für die durch Drücken und Entspannen der Schmelze mithilfe der Dehnschienenmittel erzeugten Werte von G'/G*, Frequenz und Amplitude.

Claims

Gerät zur Reduzierung der Viskosität einer Schmelze aus flüssigem, formbarem Polymermaterial, wobei das Gerät folgendes umfasst: ein Fugenmittel (2); ein Antriebsmittel (35, 29); Einlassmittel (30, 21, 220), das einen Fugeneinlass definiert, durch welchen die Schmelze (1) in die Fuge einströmt; Auslassmittel (31, 22, 270), das einen Fugenauslass definiert, durch welchen die Schmelze aus der Fuge austritt; eine Zuführungseinheit (4, 23, 33), die am Fugeneinlass zur Vorbereitung der Schmelze und zur Zuführung der Schmelze in den Fugeneinlass verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät zur Reduzierung der Viskosität der Schmelze durch Schervibration unter Dehnströmung dient, um zumindest eine Strukturviskosität zu verursachen, wobei das genannte Gerät ferner dadurch gekennzeichnet ist: dass das Fugenmittel (3) erste und zweite Oberflächen (2, 56, 6, 7, 10, 13, 14) definiert, die voneinander beabstandet sind, um eine Bearbeitungs-Hohlraumfuge (3) zwischen den Oberflächen zu bilden, wobei zumindest eine der Oberflächen relativ zur Außenfläche bewegbar ist, um eine Scherverformung an einer Polymerschmelze in der Fuge zu erzeugen; dass das Antriebsmittel (35, 29) zum Bewegen zumindest einer der Oberflächen hinsichtlich der anderen Oberfläche dient; Dehnschienenmittel (5, 12, 450, 604, 704, 810) an zumindest einer der genannten ersten und zweiten Oberflächen, wobei die genannten Dehnschienenmittel eine Kontur aufweisen, über welcher sich die Schmelze bewegt, wobei die Kontur derart ausgewählt ist, dass die Dehnschienenmittel eine regelmäßige Variation der Scherverformungsgeschwindigkeit auf die Schmelze ausüben, während die Schmelze durch die Fuge (3) strömt, in Verbindung mit der zumindest einen Oberfläche, die sich bewegt, um eine örtliche Beschleunigung und Verlangsamung der Schmelze zu erzeugen; wobei das Antriebsmittel (35, 29) mit den Dehnschienenmitteln (5, 12, 450, 604, 704, 810) zur Ausübung der Schervibration einer ausgewählten Frequenz und Auslenkung, gekoppelt mit der örtlichen Beschleunigung und Verlangsamung der Schmelze in der Fuge, zusammenwirkt.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem das Antriebsmittel (35, 29) sich drehend bewegt und die Dehnschienenmittel (5, 12, 450, 604, 704, 810) der Scherverformungsgeschwindigkeit in der genannten Polymerschmelze (1, 3) die Vibration vermitteln.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem sich das Antriebsmittel (35, 29) drehend und mit einer regelmäßigen Vibrationsbewegung bewegt und bei dem die Dehnschienenmittel (5, 12, 450, 504, 704, 810) und das Antriebsmittel zusammen der Scherverformungsgeschwindigkeit in der genannten Polymerschmelze die Vibration vermitteln.
Gerät nach Anspruch 1, enthaltend einen Akkumulator (34, 20), der am Fugenauslass (31, 22, 270) zum Einsammeln der Schmelze vom Fugenauslass angeschlossen ist, ein Mittel zum Variieren der Auslenkung der auf die Schmelze angewandten Schervibration, ein Mittel (29, 35) zum kontinuierlichen Bewegen der Schmelze durch die Fuge vom Einlass in Richtung des Auslasses, ein Mittel (36) zur kontinuierlichen Entlüftung der Bearbeitungs-Hohlraumfuge zur Verhinderung der Blasen- oder Hohlraumbildung während der Bearbeitung, ein Mittel (38) zur Überwachung und Kontrolle der Temperatur der innerhalb der Bearbeitungs-Hohlraumfuge enthaltenen Schmelze, ein Mittel (48) zur Überwachung und Kontrolle des Drucks der Schmelze innerhalb der Fuge und ein Mittel (50) zur Überwachung und Kontrolle eines Drehmoments, der auf die innerhalb der Bearbeitungs-Hohlraumfuge enthaltene Schmelze ausgeübt wird.
Gerät nach Anspruch 1, enthaltend eine Vielzahl von Fugenmitteln (3), die durch Zahnradpumpen oder Schraubenpumpen (11, 20) miteinander verbunden sind, wobei die genannten mehrfachen Fugenmittel eine erste Bearbeitungsstation enthalten, die direkt oder durch eine Zahnradpumpe (11, 26) und/oder durch einen statischen Mischer mit einem Extruder (22) verbunden sind, einen Akkumulator (34, 20), der zum Einsammeln der Schmelze vom Fugenauslass mit dem Fugenauslass (31) verbunden ist, und eine letzte Station, die mit dem genannten zumindest einen Akkumulator verbunden ist.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die Dehnschienenmittel (5, 12, 450, 604, 704, 810) zumindest eine der Dehnschienen und Erhebungen und Rillen umfassen.
Gerät nach Anspruch 4, wobei das Mittel (29, 35) zur kontinuierlichen Bewegung der Schmelze zumindest ein Mittel zum Drücken und Schleppen der Schmelze umfasst und wobei das Gerät ferner Mittel zur kontrollierbaren Bestätigung einer Breite der Fuge enthält.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die genannte Fuge (3) im Wesentlich flach ist, wobei die genannten ersten und zweiten Oberflächen (2, 56, 6, 7, 10, 13, 14) flach sind.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die genannte Fuge (3) ringförmig ist.
Gerät nach Anspruch 9, wobei zumindest eine der genannten ersten und zweiten Oberflächen (2, 56, 6, 7, 10, 13, 14) zylindrisch ist.
Gerät nach Anspruch 9, wobei zumindest eine der genannten ersten und zweiten Oberflächen (2, 56, 6, 7, 10, 13, 14) konisch ist.
Gerät nach Anspruch 11, enthaltend einen Axialantrieb (35) zur axialen Bewegung von zumindest einer der Oberflächen, um die Breite der Bearbeitungs-Hohlraumfuge (3) zu bestätigen.
Gerät nach Anspruch 1, wobei das genannte Dehnschienenmittel (5, 12, 450, 604, 704, 810) Dehnschienenwände (706, 708) umfasst, die voneinander beabstandet sind, die einen Abstand aufweisen, der derart ausgewählt ist, dass eine durch eine Dehnschienenwand in der Schmelze verursachte Feldstärke eine durch eine benachbarte Dehnschienenwand in der Schmelze verursachte Feldstärke überlappt.
Gerät nach Anspruch 13, wobei die genannten Dehnschienenwände sich jeweils radial, peripher und spiralförmig erstrecken.
Gerät nach Anspruch 14, wobei die genannten Dehnschienenwände kontinuierlich sind.
Gerät nach Anspruch 14, wobei die genannten Dehnschienenwände unterbrochen sind.
Gerät nach Anspruch 14, wobei die genannten Dehnschienenwände entlang der zumindest einen der genannten ersten und zweiten Oberflächen (2, 56, 6, 7, 10, 13, 14) in ihrer Höhe variieren.
Gerät nach Anspruch 14, wobei die genannten Dehnschienenwände V-förmig sind.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die Fuge (3) ringförmig ist und einen Radius aufweist, der sich zumindest einmal zwischen dem Fugeneinlass (30, 21, 220) und dem Fugenauslass (31, 22, 270) der Bearbeitungs-Hohlraumfuge (3) ändert.
Gerät nach Anspruch 1, wobei das genannte Dehnschienenmittel (5, 12, 450, 604, 704, 810) eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Erhebungen umfasst.
Gerät nach Anspruch 20, wobei die genannten Erhebungen mehreckig sind.
Gerät nach Anspruch 20, wobei die genannten Erhebungen eine abgerundete Kontur aufweisen, die ausgewählt ist, um Turbulenzen der an den genannten Erhebungen vorbei strömenden Schmelze zu vermeiden.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die genannte Fuge (3) zwischen einer Vielzahl von äußeren Laufrädern (27), die gegeneinander drehbar sind, um einen inneren Raum zu bilden, und einem inneren Laufrad gebildet ist, das in den inneren Raum drehbar ist, wobei das innere Laufrad (28) das genannte Dehnschienenmittel (5, 12, 450, 604, 704, 810) trägt.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die genannte Fuge (3) durch ein äußeres Ringgehäuse, ein inneres Laufrad (19) und eine Reihe von länglichen Elementen (15) gebildet ist, die miteinander und an dem Laufrad verbunden und drehbar in dem Ringgehäuse angeordnet sind.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die genannte Fuge (3) ein Gehäusepaar umfasst, die miteinander durch eine Pumpe (11, 26) und ein Laufrad (19, 27, 28) verbunden sind, das in jedem Gehäuse drehbar angeordnet ist und die Fuge zwischen jedem Laufrad und seinem entsprechenden Gehäuse definiert.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die genannte Fuge (3) ringförmig ist, die genannte erste Oberfläche eine äußere Oberfläche (10) eines Laufrads ist und die genannte zweite Oberfläche eine innere Oberfläche einer Trommel (9) zur Aufnahme des Laufrads ist.
Gerät nach Anspruch 26, wobei das Antriebsmittel (29, 35) doppelte Antriebsmittel zur Anwendung einer kontinuierlichen Umdrehung an das Laufrad (19, 27, 28) und zur Anwendung einer schwingenden Umdrehung auf das Laufrad zur Ausübung der Schervibration der ausgewählten Frequenz und Auslenkung umfasst.
Gerät nach Anspruch 27, wobei das doppelte Antriebsmittel ein Differenzialantriebsmittel umfasst, das in der Lage ist, die kontinuierliche Umdrehung und die Frequenz und Auslenkung der schwingenden Umdrehung unabhängig zu regeln.
Gerät nach Anspruch 28, wobei das Differenzialantriebsmittel ein Planetenantriebsmittel umfasst.
Gerät nach Anspruch 29, enthaltend einen Extruder (23), der mit der Fuge verbunden ist, wobei der Planetenantrieb zum Antrieb des Extruders mit dem Extruder verbunden ist.
Gerät nach Anspruch 1, wobei das Antriebsmittel (29, 35) mit dem Dehnschienenmittel (5, 12, 450, 604, 704, 810) zur Ausübung einer Schervibration auf die ausgewählte Frequenz und Auslenkung, gekoppelt mit einer Dauerdehnströmung an der Schmelze in der Fuge (3) zumindest in dem Ausmaß zusammenwirkt, dass die Schmelze einer Herauslösung unterworfen ist.
Gerät nach Anspruch 31, enthaltend einen Akkumulator (20, 34), der mit dem Fugenauslass zum Einsammeln der Schmelze vom Fugenauslass (22, 31, 270) verbunden ist und ein Herauslösungsrückhaltemittel in dem Akkumulator zum Bewegen der Schmelze im Akkumulator, um die Herauslösung in der Schmelze aufrecht zu erhalten.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche die äußere Oberfläche (10) eines Extruderlaufrads und die zweite Oberfläche die innere Oberfläche einer Extrudertrommel (9) zur Aufnahme des Extruderlaufrads ist, wobei das Gerät ein Temperaturregelungsmittel (37, 38, 39) zum Erwärmen und Kühlen der Schmelze in der Fuge enthält und das genannte Antriebsmittel (29, 35) ein Motormittel für die Umdrehung des Laufrads umfasst.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche die äußere Oberfläche einer Schieberventilstange (808), und die zweite Oberfläche die innere Oberfläche einer Schieberventilbuchse (806) zur Aufnahme der Stange (808) ist.
Gerät nach Anspruch 1, enthaltend einen Extruder mit einem Auslass, der zumindest einen Teil der genannten Zuführung (23, 33, 4) bildet, und mit einem Kreuzkopfgesenk, das zwischen dem Extruderauslass und dem Fugeneinlass (20, 31) für die Zuführung der Schmelze vom Extruderauslass zum Fugeneinlass verbunden ist.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die genannte erste Oberfläche die äußere Oberfläche (10) eines Laufrads ist und das genannte Dehnschienenmittel (5, 12, 450, 604, 704, 810) trägt, die genannte zweite Oberfläche eine innere Oberfläche einer Trommel (9) zur Aufnahme des Laufrads, der Fuge, die durch eine Vielzahl von Stationen in der genannten Trommel (9) zur Extrusion der Schmelze und zur Herauslösung der Schmelze, ist.
Gerät nach Anspruch 36, wobei zumindest eine der Stationen eine Schraube (11) an dem genannten Laufrad zur Bewegung der Schmelze entlang der Fuge enthält, wobei zumindest eine der Stationen ein Mittel (48) zur Druckbeaufschlagung der Schmelze in der Fuge enthält und zumindest eine der Stationen ein Dehnschienenventil (5, 12, 450, 604, 704, 810) zur Herauslösung der Schmelze enthält.
Gerät nach Anspruch 1, enthaltend eine Spritzgussmaschine, die zumindest entweder zur Aufnahme von bearbeiteter Schmelze vom Fugenauslass (31, 22, 270) oder zur Zulieferung von unbearbeiteter Schmelze zum Fugeneinlass (30, 21, 220) an der Fuge angeschlossen ist.
Gerät nach Anspruch 1, enthaltend ein Rückführungsmittel (609, 610, 612, 614), das zwischen dem nachgeordneten Teil der Fuge und einem vorgeordneten Teil der Fuge zur Rückführung von zumindest einem Teil der Schmelze für eine zusätzliche Viskositätsreduktionsbearbeitung in der Fuge verbunden ist.
Gerät nach Anspruch 1, enthaltend ein Temperaturregelungsmittel (38) zur Regelung der Temperatur entlang der Fuge.
Gerät nach Anspruch 40, wobei das Temperaturregelungsmittel (38) die Temperatur entlang der Fuge derart re gelt, um die ausgewählte Elastizität der Schmelze aufrecht zu erhalten.
Gerät nach Anspruch 40, wobei das Temperaturregelungsmittel (38) die Temperatur entlang der Fuge (3) derart regelt, um das ausgewählte Temperaturprofil der Schmelze entlang der Fuge aufrecht zu erhalten.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die Dehnschienenmittel (5, 12, 450, 604, 704, 810) eine Verteilung der Dehnschienendichte entlang zumindest einer der ersten oder zweiten Oberfläche (2, 56, 6, 7, 10, 13, 14) aufweisen, das Gerät enthaltend das Temperaturregelungsmittel (38) zur Regelung der Temperatur entlang der Fuge, wobei die Temperatur geregelt wird, um sich entlang der Fuge als eine Funktion der Dehnschienendichte zu verändern, wobei die höhere Temperatur der höheren Dehnschienendichte entspricht.
Gerät zur Herstellung eines heraus gelösten Polymers, umfassend: Ein Mittel (37, 38, 39) zur Erhöhung der Temperatur eines Polymers, bis es sich in eine Schmelze verflüssigt; ein Schermittel zum Unterwerfen der Schmelze an eine Herauslösungsbearbeitung durch Scherschwingung unter Extrusionsdauerverformung, bis der Zustand der Herauslösung zwischen den Makromolekülen des Polymers auf einen gewünschten Stand verändert worden ist, gemessen an der Viskositätsveränderung der Schmelze; ein Temperaturregelungsmittel (37, 38, 39) der Schmelze zum Variieren der Temperatur der Schmelze während der Herauslösungsbearbeitung auf eine Weise, die das Senken der Temperatur der Kristallisierung des Polymers durch einen dynamischen Effekt der Abkühlungsgeschwindigkeit bei der Entstehung der Kristallisierung hervorruft, während die Kreuzung eines solchen Übergangs vermieden wird ein Fördermittel (23, 33, 4) zum Fördern der Schmelze an eine Station und ein Verarbeitungsmittel zum Unterwerfen der Schmelze an einen weiteren Betrieb zur Verfestigung des Polymers.
Gerät nach Anspruch 44, wobei das genannte Temperaturregelungsmittel (37, 38, 39) der Schmelze das Abkühlen der Schmelze bei einer ausgewählten Geschwindigkeit ermöglicht, bis eine ausgewählte Temperatur erreicht worden ist, während gleichzeitig die Frequenz der Scherschwingung als eine Funktion der Schmelztemperatur eingestellt wird, um einen spezifischen Elastizitätszustand der Schmelze aufrecht zu erhalten, der die Herauslösungseffizienz begünstigt.
Gerät nach Anspruch 44, wobei das genannte Temperaturregelungsmittel (37, 38, 39) der Schmelze das Abkühlen der Schmelze bei einer ausgewählten Geschwindigkeit ermöglicht, bis eine ausgewählte Temperatur erreicht worden ist, während gleichzeitig die Auslenkung der Scherschwingung als eine Funktion der Schmelztemperatur eingestellt wird, um einen spezifischen Elastizitätszustand der Schmelze aufrecht zu erhalten, der die Herauslösungseffizienz begünstigt und Schmelzbrüche verhindert.
Gerät nach Anspruch 44, wobei das genannte Temperaturregelungsmittel (37, 38, 39) der Schmelze das Abkühlen der Schmelze bei einer ausgewählten Geschwindigkeit ermöglicht, bis eine ausgewählte Temperatur erreicht worden ist, während gleichzeitig die Scherströmungsgeschwindigkeit, welcher die Schmelze als eine Funktion der Schmelztemperatur unterworfen ist, eingestellt wird, um einen spezifischen Elastizitätszustand der Schmelze aufrecht zu erhalten, der die Herauslösungseffizienz begünstigt.
Gerät nach Anspruch 47, wobei die Schermittel drehende Oberflächen (502, 504, 408, 512) umfassen, die mit der Schmelze in Eingriff stehen, die Drehgeschwindigkeit der drehenden Oberflächen in Kontakt mit der als eine Funktion der Schmelztemperatur zu programmierenden Schmelze steht, um einen spezifischen Elastizitätszustand der Schmelze aufrecht zu erhalten, der die Herauslösungseffizienz begünstigt.
Gerät nach Anspruch 48, wobei zumindest eine der drehenden Oberflächen Dehnschienen (5, 12, 450, 604, 704, 810) aufweist, wobei die Anzahl der Dehnschienen pro Umdrehung an der Drehoberfläche derart ausgewählt ist, um eine regelmäßige örtliche Dehnscherverformung erzeugt, die mit der Temperatur der Schmelze an dieser Stelle variiert.
Gerät nach Anspruch 49, wobei sich je nach Anforderung die Dichte der genannten Dehnschienen an der Oberfläche einer beliebigen Stelle der Herauslösungsbearbeitung bei abnehmender Temperatur verringert, und umgekehrt, sich bei steigender Temperatur erhöht, um an jeder Stelle einen spezifischen Elastizitätszustand der Schmelze aufrecht zu erhalten, der die Herauslösung begünstigt.
Gerät nach Anspruch 44, wobei die genannten Temperaturregelungsmittel (37, 38, 39) der Schmelze die Schmelztemperatur dazu befähigen, sich kontrollierbar zwischen zwei Temperaturen durch abwechselnde Abkühlung und Erwärmung der Schmelze während die Herauslösung stattfindet zu variieren, und gleichzeitig die Frequenz, Auslenkung und Scherschwingung als eine Funktion der Schmelztemperatur einzustellen, um einen spezifischen Elastizitätszustand der Schmelze aufrecht zu erhalten, der die Herauslösungseffizienz begünstigt.
Gerät nach Anspruch 44, wobei die Schmelztemperatur entlang des Wegs der strömenden Schmelze durch die Regelung der Anströmgeschwindigkeit der abkühlenden Umlaufflüssigkeit profiliert wird, die in Kühlmittelläufern oder Kühlmänteln (15, 240, 242) im Inneren des Gesenks und/oder der Trommel (9) des Bearbeitungshohlraums zirkuliert.
Gerät nach Anspruch 52, wobei Kühlmittel-Umlaufflüssigkeit vom Ausgangsende der Bearbeitungsstation in Richtung des Einlasses in einem spiralförmigen Läufer eines abnehmenden Querschnitts zirkulieren kann, der sich weiter entfernt von dem Schmelzhohlraum befindet, je dichter sie sich dem Einlassende der Station nähert, was zu einem Abfall der Kühlkapazität entlang der Schmelzströmachse führt.
Gerät nach Anspruch 49, wobei es sich bei den Temperaturregelungsmitteln (37, 38, 39) der Schmelze um solche handelt, die nach dem Stand der Technik einer Gießform-Temperaturregelung bekannt ist, z.B. Bandheizkörper (8), Wärmerohre, Kühlkörper, Luftspalte, die derart ausgelegt sind und aktiviert werden, um den korrekten Temperaturunterschied zwischen dem Einlass und dem Auslass der Bearbeitungsstation herzustellen, um das gewünschte Kühlungsgeschwindigkeitsprofil zu erzeugen, während die Schmelze durchströmt.
Gerät nach Anspruch 44, wobei dasselbe Temperaturprofil von Station zu Station wiederholt werden kann, wobei die Schmelze in einem amorphen Zustand gehalten wird, während die Herauslösung stattfindet.
Gerät nach Anspruch 44, wobei ein unterschiedliches Temperaturprofil innerhalb des Bearbeitungshohlraums jeder Station auferlegt wird, um die sich ändernden Eigenschaften der heraus gelösten Schmelze zu berück sichtigen, während die Bearbeitung von der Station als nächstes mit der Aufrechterhaltung der Schmelze in einem amorphen Zustand fortfährt, während die Herauslösung stattfindet.