DE60206469T2

DE60206469T2 - Verfahren zur Herstellung von biologisch abbaubaren geformten Produkten

Info

Publication number: DE60206469T2
Application number: DE60206469T
Authority: DE
Inventors: Hans G. Incline Village Franke; Don R. Irving Bittner
Original assignee: LMF HOLDINGS Inc; LMF Holdings Inc Incline Village
Current assignee: LMF HOLDINGS Inc; LMF Holdings Inc Incline Village
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2022-03-12
Also published as: DE60206469D1; US6599451B2; ATE305848T1; EP1344626B1; ES2253464T3; US20020109252A1; EP1344626A1; JP2003266516A; CA2376398A1; US20030211187A1; CA2376398C; US7008204B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung von geformten Gegenständen aus biologisch abbaubaren Schaumstoffen und insbesondere auf ein Strangpresswerkzeug zur letztendlichen Herstellung von Folienbahnen aus biologisch abbaubaren Materialien.
Biologisch abbaubare Materialien erfahren derzeit eine hohe Nachfrage bei der Anwendung als Verpackungsmaterial. Im Allgemeinen benutztes Polystyren ("Styrofoam" (eingetragenes Warenzeichen)), Polypropylen, Polyäthylen und andere nicht biologisch abbaubaren Kunststoff enthaltende Verpackungsmaterialien gelten als klimaschädlich und können Gesundheitsrisiken darstellen. Der Gebrauch von solchen nicht biologisch abbaubaren Materialien wird sich verringern, da staatliche Beschränkungen ihrem Einsatz in Verpackungsanwendungen entgegentreten. In der Tat ist in einigen Ländern der Welt der Gebrauch von Styrofoam (eingetragenes Warenzeichen) bereits extrem durch Gesetzgebungen eingeschränkt. Biologisch abbaubare Materialien, die elastisch, biegsam und nicht spröde sind, werden in einer Vielzahl von Verpackungsanwendungen benötigt, besonders für die Herstellung von geformten, biologisch abbaubaren Behältern für das Verpacken von Lebensmitteln. Für solche Anwendungen muss das biologisch abbaubare Material mechanische Eigenschaften aufweisen, die es erlauben, dass es in die gewünschte Behälterform ausgebildet wird und diese beibehält, sowie widerstandsfähig ist gegen Zusammenfallen, Zerreißen oder Brechen.
Stärke ist ein reichlich vorhandenes, billiges, biologisch abbaubares Polymer. Eine Vielzahl von biologisch abbaubaren Grundmaterialien wurde für den Gebrauch in Verpackungsanwendungen vorgeschlagen. Herkömmliches Extrudieren dieser Materialien erzeugt geschäumte Produkte, die spröde sind, empfindlich gegenüber Wasser und ungeeignet für die Herstellung von Verpackungsmaterialien. Versuche, biologisch abbaubare Produkte mit Flexibilität, Biegsamkeit, Elastizität oder anderen mechanischen Eigenschaften herzustellen, die für verschiedene biologisch abbaubare Verpackungsanwendungen akzeptabel sind, haben sich im Allgemeinen auf chemische oder physio-chemische Modifikation von Stärke, die Verwendung von kostspieliger, hoch amyloser Stärke oder das Mischen von Stärke mit synthetischen Polymeren konzentriert, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen und gleichzeitig einen bestimmten Grad von biologischer Abbaubarkeit beizubehalten. Eine Anzahl von Hinweisen bezieht sich auf das Extrudieren und das Spritzgießen von stärkehaltigen Rezepturen.
Das U.S. Patent Nr. 5.397.834 beschreibt biologisch abbaubare, thermoplastische Rezepturen, die aus dem Reaktionsprodukt von Stärkealdehyd mit Protein gebildet werden. Entsprechend der Offenlegung besitzen die resultierenden Produkte, die mit diesen Rezepturen gebildet werden, eine glatte, glänzende Beschaffenheit und ein hohes Maß an Zugfestigkeit, Dehnfähigkeit und Wasserbeständigkeit verglichen mit Produkten, die aus natürlicher Stärke und Protein gebildet werden. Geeignete Stärken, die entsprechend dieser Erfindung modifiziert und verwendet werden können, umfassen beispielsweise diejenigen, die aus Mais einschließlich Kukuruz, wächsernem Mais und hoch amylosehaltigem Mais; Weizen einschließlich Hartweizen, weichem Weizen und Durumweizen; Reis einschließlich wächsernen Reis; Kartoffeln, Roggen, Hafer, Gerste, Sorghum, Hirse, Weizenkleie, Amarant und dergleichen hergeleitet werden. Die Stärke kann eine normale Stärke (ungefähr 20–30 Gewichtsprozent Amylose), eine wächserne Stärke (ungefähr 0–8 Gewichtsprozent Amylose) oder eine hoch Amylose haltige Stärke (mehr als ungefähr 50 Gewichtsprozent Amylose) sein.
Die U.S. Patente Nr. 4.133.784, 4.337.181, 4.454.268, 5.322.866, 5.362.778 und 5.384.170 beziehen sich auf stärkebasierte Folien, die gebildet werden durch Extrudieren von destrukturierter oder gelatinierter Stärke, die mit synthetischen, polymerischen Materialien kombiniert wurde. U.S. Pa tent Nr. 5.322.866 beschreibt spezifisch ein Verfahren zur Herstellung geblasener, biologisch abbaubare Stärke enthaltender Folien, welches einen Schritt des Extrudierens einer Mischung aus roher unverarbeiteter Stärke, aus Co-Polymeren einschließlich Polyvinylspiritus, aus einem Keimbildner und einem Weichmacher einschließt. Dieses Verfahren soll die Notwendigkeit des Aufbereitens der Stärke vermeiden. U.S. Patent Nr. 5.409.973 beschreibt biologisch abbaubare Rezepturen, die durch Extrudieren von destrukturierter Stärke und einem Co-Polymer aus Äthylenvinylazetat gebildet wurden.
U.S. Patent Nr. 5.087.650 bezieht sich auf das Spritzgießen von Mischungen aus veredelten Polymeren und Stärke, um teilweise biologisch abbaubare Produkte mit annehmbarer Elastizität und Wasserstabilität zu erzeugen. U.S. Patent Nr. 5.258.430 bezieht sich auf die Herstellung von biologisch abbaubare Gegenständen aus destrukturierter Stärke und chemisch veränderten Polymeren einschließlich chemisch verändertem Polyvinylspiritus. Es wird beschrieben, dass diese Gegenstände verbesserte biologische Abbaubarkeit aufweisen, aber die mechanischen Eigenschaften von Gegenständen beibehalten, die ausschließlich aus Polymer hergestellt wurden.
U.S. Patent Nr. 5.292.782 bezieht sich auf extrudierte oder gegossene biologisch abbaubare Gegenstände, die aus Mischungen von Stärke, einem thermoplastischen Polymer und bestimmten Weichmachern hergestellt werden.
U.S. Patent Nr. 5.095.054 beschreibt Verfahren zur Herstellung von geformten Gegenständen aus einer Mischung von destrukturierter Stärke und einem Polymer.
U.S. Patent Nr. 4.125.495 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Fleischbehältern aus biologisch abbaubaren Stärkerezepturen. Stärkegranulat wird chemisch, zum Beispiel mit einem Silikonreagens verändert, gemischt mit Polymer oder Co-Polymer und geformt, um einen biologisch abbaubaren, flachen Behälter zu erzeugen.
U.S. Patent Nr. 4.673.438 bezieht sich auf das Extrudieren und Spritzgießen von Stärke für die Herstellung von Kapseln.
U.S. Patent Nr. 5.427.614 bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren des Spritzgießens, in welchem eine unmodifizierte Stärke mit einem Schmiermittel, einem Agens zur Strukturbildung und einem Flussbeschleuniger für die Schmelze kombiniert wird.
U.S. Patent Nr. 3.708.253 legt eine Vorrichtung zur Bildung röhrenförmiger, in ihrer Form entlang ihrer Länge variierender Extrudate und für das Beschichten vorgewählter Teile eines Extrudats offen.
U.S. Patent Nr. 5.314.754 beschreibt die Herstellung geformter Gegenstände aus hoch Amylose haltiger Stärke.
Die vom EP veröffentlichte Anmeldung Nr. 712883 (veröffentlicht am 22. Mai 1996) bezieht sich auf biologisch abbaubare, strukturiert geformte Produkte mit guter Flexibilität, die durch das Extrudieren von Stärke mit einer definierten Teilchengröße gebildet werden (z.B. 400 bis 1500 Mikrons). Das Verfahren beschreibt die Verwendung von hoch Amylose haltiger Stärke und chemisch modifizierter hoch Amylose haltiger Stärke.
U.S. Patent Nr. 5.512.090 bezieht sich auf ein Extrusionsverfahren zur Herstellung von elastischen, biologisch abbaubaren Verpackungsmaterialien mit niedriger Dichte, einschließlich Materialien für Losefüllungen, gekennzeichnet durch das Extrudieren von Stärkemischungen, die Polyvinylspiritus (PVA) und andere Bestandteile enthalten. Das Patent verweist auf einen Mindestanteil des PVA von ungefähr 5% des Gewichtes.
U.S. Patent Nr. 5.186.990 beschreibt ein biologisch abbaubares Verpackungsmaterial mit geringem Gewicht, welches durch Extrudieren von Maisgrieß, gemischt mit einem Bindemittel (Guarkernmehl) und Wasser, hergestellt wird. Es wird beschrieben, dass Maisgrieß, neben anderen Komponenten, Stärke (76–80%), Wasser (12,5–14%), Protein (6,5–8%) und Fett (0,5–1%) enthält. Das Patent beschreibt die Verwendung von allgemein bekannten, schraubenförmigen Nahrungsmittelextrudern, die das Produkt durch eine Düse oder die Öffnung eines Ansatzstückes pressen. Wenn die Mischung den Extruder über die Flussplatte oder das Strangpresswerkzeug verlässt, verdunstet die extrem hoch erhitzte Feuchtigkeit in der Mischung und zwingt das Material, sich auf seine endgültige Form und Dichte auszudehnen.
U.S. Patent Nr. 5.208.267 beschreibt biologisch abbaubare, komprimierbare und elastische, stärkebasierte Verpackungsfüllungen mit hohen Volumina und niedrigen Gewichten. Die Produkte werden durch Extrudieren einer Mischung aus unmodifizierter Stärke mit Polyglykol oder bestimmten Derivaten davon und einem Keimbildner für Blasen, wie beispielsweise Silikondioxid, gebildet.
U.S. Patent Nr. 5.252.271 beschreibt die Bildung von biologisch abbaubarem, geschlossen zelligem Verpackungsmaterial mit geringem Gewicht für Losefüllungen durch Extrudieren einer modifizierten Stärke. Unmodifizierte Stärke reagiert in einem Extruder mit bestimmten schwachen Säuren in der Gegenwart von Wasser und einem Karbonat und erzeugt CO2. Die Elastizität des Produktes wird beschrieben mit 60% bis 85%, bei einer Dichte von weniger als 0,032 g/cm3.
U.S. Patent Nr. 3.137.592 bezieht sich auf gelatinierte Stärkeprodukte, die nutzbar sind für Beschichtungsanwendungen und die durch intensive mechanische Bearbeitung von Stärke/Weichmacher Mischungen in einem Extruder erzeugt werden. Ähnliche Beschichtungsmischungen, die durch das Extrudieren einer Mischung aus Stärke und Polyvinylspiritus hergestellt werden, werden im U.S. Patent Nr. 5.032.337 ausgeführt. Die Anwendung einer thermomechanischen Behandlung in einem Extruder soll dabei die Löslichkeitseigenschaften der resultierenden Mischung ändern, die dann als ein Bindemittel zum Beschichten von Papier verwendet werden kann.
Die Forschung zu biologisch abbaubaren Materialien hat sich weitgehend auf bestimmte Zusammensetzungen konzentriert im Bestreben Produkte zu erzielen, die elastisch, biegsam und nicht spröde sind. Die zur Produktion von Produkten aus diesen Mischungen eingesetzten Verfahren haben in einigen Fällen Extruder eingesetzt. So legt zum Beispiel das U.S. Patent Nummer 5.660.900 verschiedene Extrudervorrichtungen für die Verarbeitung anorganisch gefüllter, Stärke gebundener Mischungen offen. Der Extruder wird eingesetzt, um eine gussfähige Mischung aufzubereiten, die dann mit Hilfe erhitzter Gießformen in eine gewünschte Ausgestaltung gebracht wird.
U.S. Patent Nummer 3.734.672 legt ein Strangpresswerkzeug offen für das Extrudieren eines als Schale geformten Gehäuses, das aus einem Teig gebildet wird. Insbesondere umfasst das Strangpresswerkzeug eine äußere Grundplatte, die eine Extrudierdüse oder einen Extrudierschlitz aufweist, die einen im Wesentlichen horizontalen Abschnitt aufweist und zwei sich aufwärts erstreckende Abschnitte, die schräg zur Vertikalen verlaufen. Weiterhin erstreckt sich eine Vielzahl von Durchgängen von der Rückseite des Strangpresswerkzeugs zu dem Schlitz auf der Frontseite des Strangpresswerkzeugs. Diese Durchgänge lenken den Teig vom Extruder durch die Extrudierdüse oder den Extrudierschlitz.
Das U.S. Patent Nummer 6.183.672 legt ein Verfahren offen zur Herstellung biologisch abbaubarer, geformter Produkte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zuerst wurde biologisch abbaubares Material in Form einer flachen Folienbahn durch einen horizontalen Schlitz oder eine lineare Extrudervorrich tung extrudiert um zwei schalige Behältnisse, Tabletts und andere Behältnisse für Nahrungsmittel zu erstellen. Die flache Folienbahn aus biologisch abbaubarem Material wurde dann zwischen Formen gepresst, um zweischalige Behälter, Tabletts oder andere Behältnisse für Nahrungsmittel zu erstellen. Diese Strangpresswerkzeuganordnungen erzeugten jedoch flache Folienbahnen aus biologisch abbaubarem Material, die ungleichmäßig dick, elastisch, biegsam und nicht spröde waren. Die aus diesen flachen Folienbahnen hergestellten Verpackungsprodukte wiesen die gleichen negativen Eigenschaften auf.
Beim Austreten des biologisch abbaubaren Materials aus der Extruderdüse wies das biologisch abbaubare Material typischerweise eine größere strukturelle Stabilität in einer Richtung parallel zur Strömungsrichtung des Extruders auf als im Vergleich zu einer Richtung quer verlaufend zur Strömungsrichtung des Extruders. Tatsächlich neigte die biologisch abbaubare Folienbahn beim Austreten aus der Extruderdüse dazu, Bruchflächen oder Bruchlinien auszubilden, entlang derer die Folienbahn des biologisch abbaubaren Materials leicht brechbar war. Nahrungsmittelverpackungen, die aus dieser extrudierten Folienbahn geformt wurden, neigten ebenfalls dazu zu brechen oder entlang dieser Flächen zu splittern.
Es stellt dabei ein zusätzliches Problem dar, dass es manchmal von Vorteil ist, einen Faserstoff wie beispielsweise Zellulose einzubringen, um eine zusätzliche Beanspruchbarkeit zu erzielen. Jedoch erfordern die Lösungen nach dem Stand der Technik, dass der Faserstoff in das auf Stärke basierende Material vor dem Extrudieren eingebracht werden muss. Dieses Vorgehen kann Inkonsistenten im Material hervorrufen, die nicht in allen Anwendungen wünschenswert sind.
Folglich ergibt sich die Notwendigkeit für ein Verfahren, das ein elastisches, biegsames und nicht sprödes biologisch abbaubares Material erzeugt, welches strukturelle Stabilität sowohl in Längsrichtung wie auch in Querrichtung aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dieses Ziel kann erreicht werden durch ein Verfahren entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1. Ein Strangpresswerkzeug, durch das biologisch abbaubares Material extrudiert werden kann das strukturelle Stabilität sowohl in Längsrichtung wie auch Querrichtung des Materials aufweist, hat eine Vorrichtung zur Steuerung des Durchflusses, die den Fluss von biologisch abbaubarem Material durch das Strangpresswerkzeug steuert und es erlaubt, die inneren und äußeren Wände der Extrudierdüse im Verhältnis zu einander zu justieren, um die periphere Wandstärke des zylinderförmigen Extrudats zu verändern. Diese Strangpresswerkzeug weist auch eine Spraydüse auf, die innerhalb der Spindel liegt, so dass damit Faserstoff auf einen Innenteil des Extrudats gesprüht werden kann, um eine Folienbahn zu produzieren, die getrennte Schichten aus Stärke und Fasern aufweist.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung, extrudiert das Strangpresswerkzeug eine röhrenförmig geformte Struktur, die ihre größte strukturelle Stabilität in einer Richtung aufweist, die die röhrenförmige Struktur schraubenförmig umschlingt. Auf diese Weise krümmt sich die Richtung der größten Stabilität an der Oberseite der röhrenförmigen Struktur in eine Richtung, während sich an der Unterseite die Richtung der größten Stabilität in die entgegengesetzte Richtung krümmt. Faserstoff wird in das Innere der röhrenförmigen Struktur gesprüht. Diese röhrenförmige Struktur wird dann in eine Folienbahn gepresst, die zwei außen liegende Schichten aufweist, deren Richtungen der größten Stabilität ungefähr senkrecht zueinander liegen und eine Innenschicht, hergestellt aus dem Faserstoff, aufweist. Diese dreilagige Folienbahn stellt eine elastische, biegsame und nicht spröde Folienbahn mit Beanspruchbarkeit in alle Richtungen dar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Strömungsgeschwindigkeit des biologisch abbaubaren Materials an einer der Düse vorgeschalteten Position und an der Düse selbst reguliert, um eine vollständige Steuerung der Extrudierparameter zur Verfügung zu stellen. Insbesondere wird der Hauptdruck des biologisch abbaubaren Materials hinter der Extrudierdüse gesteuert, um ein Extrudat mit den gewünschten Eigenschaften zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ermöglicht es ein ringförmiges Strangpresswerkzeug die inneren und äußeren Wände der Extrudierdüse relativ zu einander zu justieren, um die periphere Wandstärke des zylinderförmigen Extrudats zu verändern.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Strangpresswerkzeug zum Extrudieren von biologisch abbaubarem Material zur Verfügung gestellt, wobei das Strangpresswerkzeug aufweist: einen Dorn; ein äußeres Bauteil positioniert nahe dem Dorn; eine Extrudierdüse zwischen dem Dorn und dem äußeren Bauteil; ein mit mindestens einem näher bezeichneten Bauteil der Extrudierdüse in Verbindung stehendes Bauteil, wobei das Bauteil geeignet ist, eine relative Bewegung zwischen dem äußeren Bauteil und dem Dorn zu erzeugen, wobei die relative Bewegung eine Bewegungskomponente aufweist, die quer verläuft zur Richtung des Extrudierens des biologisch abbaubaren Materials durch die Extrudierdüse; eine Vorrichtung zur Steuerung des Durchflusses, die den Durchfluss von biologisch abbaubarem Material durch das Strangpresswerkzeug steuert; und eine Vorrichtung zur Positionierung, die das äußere Bauteil und den Dorn relativ zueinander positioniert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Strangpresswerkzeug zum Extrudieren von biologisch abbaubarem Material zur Verfügung gestellt, wobei das Strangpresswerkzeug aufweist: einen zylinderförmigen Dorn; einen um den Dorn herum positionierten zylinderförmigen äußeren Ring; eine ringförmi ge Extrudierdüse zwischen dem Dorn und dem äußeren Ring; eine Sprühdüse, die aus dem zylinderförmigen Dorn herausragt; und ein mit mindestens einem näher bezeichneten Bauteil der ringförmigen Extrudierdüse in Verbindung stehendes Bauteil, das eine winkelförmige relative Verschiebung zwischen dem äußeren Ring und dem Dorn erzeugt, wobei die relative Verschiebung eine Komponente aufweist, die quer verläuft zu einer Extrudierrichtung des biologisch abbaubaren Materials durch die Extrudierdüse.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Strangpresswerkzeug zum Extrudieren von biologisch abbaubarem Material zur Verfügung gestellt, wobei das Strangpresswerkzeug aufweist: einen zylinderförmigen Dorn; einen um den Dorn herum positionierten zylinderförmigen äußeren Ring; eine ringförmige Extrudierdüse zwischen dem Dorn und dem äußeren Ring; eine Sprühdüse, die aus dem zylinderförmigen Dorn herausragt; ein mit mindestens einem näher bezeichneten Bauteil der ringförmigen Extrudierdüse in Verbindung stehendes Bauteil, das eine winkelförmige relative Verschiebung zwischen dem äußeren Ring und dem Dorn erzeugt, wobei die relative Verschiebung eine Komponente aufweist, die quer verläuft zu einer Extrudierrichtung des biologisch abbaubaren Materials durch die Extrudierdüse; eine Vorrichtung zur Steuerung des Durchflusses, die den Durchfluss von biologisch abbaubarem Material durch das Strangpresswerkzeug steuert; und eine Vorrichtung zur Positionierung des äußeren Ringes und des Dorns relative zueinander, wobei die Vorrichtung zur Positionierung die Geometrie der Extrudierdüse verändert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung von biologisch abbaubaren geformten Produkten erhöhter Festigkeit zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren aufweist: das Extrudieren eines biologisch abbaubaren Materials, wobei das Extrudieren das Befördern des biologisch abbaubaren Materials in einer ersten Richtung durch eine ringförmige Düse umfasst, um ein Extrudat zu erzeugen; das Sche ren des biologisch abbaubaren Materials in einer zweiten Richtung, die eine Komponente quer zur ersten Richtung während des Extrudierens aufweist; und das Sprühen von faserhaltigem Material wie zum Beispiel anorganische Stoffe wie Kalziumkarbonat, Hühnerfedern, Zellulosefasern, usw. Das faserhaltige Material kann in Form einer wässrigen Masse sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von biologisch abbaubaren geformten Produkten erhöhter Festigkeit zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren aufweist: das Extrudieren eines biologisch abbaubaren Materials, wobei das Extrudieren das Befördern des biologisch abbaubaren Materials in einer ersten Richtung durch eine ringförmige Düse umfasst, um ein Extrudat zu erzeugen; das Scheren des biologisch abbaubaren Materials in einer zweiten Richtung, die eine Komponente quer zur ersten Richtung während des Extrudierens aufweist; das Steuern der Strömungsgeschwindigkeit des biologisch abbaubaren Materials durch das Strangpresswerkzeug während des Extrudierens; das Sprühen eines faserhaltigen Materials in das Innere des Extrudats; das Ausdehnen des Extrudats in der ersten Richtung; das Zusammendrücken des Extrudats; und das Formpressen des komprimierten Extrudats des biologisch abbaubaren Materials in eine Struktur.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist besser zu verstehen, wenn man die folgende Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen liest, wobei gleiche Bauteile in jeder der verschiedenen Abbildungen durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind und diese wie folgt kurz beschrieben sind.
1 zeigt eine Ansicht des Querschnitts einer Ausführungsform der Erfindung in vollständig zusammengebautem Zustand.
2 zeigt eine Ansicht des Querschnitts einer Ausführungsform des Strangpresswerkzeuges in vollständig zusammengebautem Zustand mit Vorrichtungen zum Zentrieren und zur Steuerung des Datenflusses.
3 zeigt eine Explosionsdarstellung der verschiedenen Bauteile, die das in 2 gezeigte Strangpresswerkzeug umfasst.
4 zeigt eine Explosionsdarstellung des Querschnitts eines Dorns, einer Montageplatte und von Distanzscheiben.
5 zeigt eine Explosionsdarstellung des Querschnitts eines Ringes zur Justierung des Abstands, ein Lagergehäuse und eine Abschlusskappe.
6 zeigt eine Explosionsdarstellung des Querschnitts eines Dichtungsrings, eines äußeren Ringes und eines Mundstückrades.
7A zeigt eine Seitenansicht des Querschnitts einer Ausführungsform der Erfindung, die einen Motor und einen Riemen für das Drehen eines äußeren Ringes über einen Dorn aufweist.
7B zeigt eine Endansicht der Ausführungsform der in der 7A gezeigten Erfindung.
8 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung geformter Gegenstände aus biologisch abbaubarem Material, wobei die Vorrichtung einen Extruder, ein rotierendes Strangpresswerkzeug, ein zylinderförmiges Extrudat, Rollen und Vorrichtungen für das Formpressen aufweist.
9 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung.
10A zeigt eine Perspektivansicht eines zylinderförmig extrudierten Materials, das schraubenartige Linien des Extrudierens und faserhaltiges Material auf seiner inneren Oberfläche aufweist.
10B zeigt eine Perspektiveansicht einer Folienbahn des biologisch abbaubaren Materials erzeugt aus dem in der 10A gezeigten Extrudat.
11 zeigt eine Endansicht einer Ausführungsform der Erfindung für das Drehen des Rades des Mundstückrades der rotierenden Strangpresswerkzeug, wobei die Vorrichtung eine Zahnstange aufweist.
12A zeigt eine Perspektiveansicht eines zylinderförmigen Extrudats, das sinusförmige Linien des Extrudierens aufweist.
12B zeigt eine Draufsicht einer aus dem in der 12A gezeigten Extrudat erzeugten Folienbahn des biologisch abbaubaren Materials.
13 zeigt eine Endansicht einer Vorrichtung zum Drehen des Mundstückrades einer Ausführungsform der Erfindung, wobei das System ein Schneckengetriebe aufweist.
14A zeigt eine Perspektiveansicht eines Extrudats aus biologisch abbaubarem Material, wobei das Extrudat eine zylinderförmige Form hat und Zickzacklinien vom Extrudieren aufweist.
14B zeigt eine Draufsicht einer aus dem in der 14A gezeigten Extrudat erzeugten Folienbahn aus biologisch abbaubarem Material.
15 zeigt eine Endansicht des Querschnitts einer Folienbahn eines gemäß dem Verfahren der Erfindung geformten extrudierten Materials und faserhaltigen Stoffes.
Es ist jedoch zu beachten, dass die beiliegenden Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser Erfindung veranschaulichen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf 1 wird eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das Strangpresswerkzeug 1 besteht aus mehreren getrennten ringförmigen Bauteilen, die in Längsrichtung die gleiche zentrale Mittelachse 3 aufweisen. Eine Montageplatte 20 ist in der Mitte des Strangpresswerkzeugs 1 positioniert und stellt das Bauteil dar, an dem die meisten der übrigen Bauteile befestigt sind. An einem Ende der Montageplatte 20 ist ein Extruderadapter 10 zum Anschluss des Strangpresswerkzeugs 1 an einen Extruder (nicht gezeigt) befestigt. Ein Zentrierflansch 11 ist befestigt zwischen dem Extruderadapter 30 und der Montageplatte 20. An einem dem Extruderadapter 10 entgegen gesetzten Ende sind mehrere Distanzstücke 100 in angesenkten Bohrungen in der Montageplatte 20 an verschiedenen, gleich weit von der zentralen Mittelachse 3 entfernten Position angebracht. Ein Dorn 30 weist angesenkte Bohrungen auf, die denen in der Montageplatte 20 entsprechen. Der Dorn 30 ist an der Montageplatte 20 mit den dazwischen liegenden Distanzstücken 100 befestigt, wobei die Distanzstücke in die jeweiligen angesenkten Bohrungen eingesetzt sind. Auf der gleichen Seite der Montageplatte 20 wie der des Dorns 30 wird ein Dichtring 40 in eine ringförmige Drehführung 22 der Montageplatte 20 eingesetzt. An der Peripherie der Montageplatte 20 weist die Montageplatte 20 ein Lagerstück 71 auf, das den Dichtring 40 umschließt. Eine Abschlusskappe 80 ist an dem distalen Ende des Lagerstücks 71 der Montageplatte 20 befestigt, um den Dichtring 40 in der Drehführung 22 zu arretieren. Ein äußerer Ring 50 ist am Dichtring 40 um die Außenseite des Dorns 30 herum angebracht, um eine Extrudierdüse 5 zwischen dem äußeren Ring 50 und dem Dorn 30 zu bilden. Schließlich ist ein Mundstückrad 90 an dem äußeren Ring 50 befestigt. Wie vollständig weiter unten beschrieben, treiben ein Motor und ein Antriebssystem das Mundstückrad 90 an, um den äußeren Ring 50 über dem Dorn 30 zu drehen.
Das Strangpresswerkzeug 1 weist eine Mündung 7 auf, die durch eine Seite des Extruderadapters 10 hindurch und in die Flussausbohrung 23 führt. Ein Schlauch 8 verbindet die Mündung 7 mit einem nicht gezeigten Versorgungsbehälter, der ein faserhaltiges Material anliefert. Innerhalb der Flussausbohrung 23 ist ein Winkelstückrohr 9 mit der Mündung 7 verbunden. Ein Rohr 12 erstreckt sich entlang der zentralen Mittelachse 3 in Längsrichtung von dem Winkelstückrohr 9 in die Flussausbohrung 23 und durch den Dorn 30. Eine Düse 13 ist an das distale Ende des Rohres 12 innerhalb des Dorns 30 angeschlossen.
Biologisch abbaubares Material wird durch einen mit dem Extruderadapter 10 verbundenen Extruder (nicht gezeigt) unter Druck durch das Strangpresswerkzeug 1 gedrückt. Das biologisch abbaubare Material fließt durch die Flussausbohrung 23 und um das Rohr 12, wobei die Flussausbohrung 23 das Material durch den Extruderadapter 10 und die Montageplatte 20 zu einer zentralen Position an der Rückseite des Dorns 30 leitet. Das biologisch abbaubare Material wird dann radial durch einen scheibenförmigen, Durchflusssteuerungskanal 4 genannten Hohlraum nach Außen gedrückt, der durch die Montageplatte 20 und den Dorn 30 definiert ist. Vom Durchflusssteuerungskanal 4 wird das biologisch abbaubare Material durch die Extrudierdüse 5 gedrückt, die definiert ist durch den Dorn 30 und den äußeren Ring 50. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird das biologisch abbaubare Material durch die Extrudierdüse 5 gedrückt, wobei das Mundstückrad 90, der äußere Ring 50 und der Dichtring 40 relativ zu der stationären Montageplatte 20 und dem Dorn 30 gedreht werden. Während das biologisch abbaubare Material durch die Extrudierdüse 5 gedrückt wird, wird eine faserhaltige Stoffe enthaltende wässrige Lösung von der Düse 13 in das Innere des Extrudats gesprüht, wie weiter unten vollständig beschrieben ist.
Bezug nehmend auf 2 und 3 werden Querschnitts- beziehungsweise Explosionsdarstellungen einer Ausführungsform der Erfindung mit Verschiebung der Düse und Vorrichtungen zur Steuerung des Durchflusses gezeigt. Das Strangpresswerkzeug 1 besteht aus mehreren getrennten, ringförmigen Bauteilen, die die gleiche zentrale Mittelachse in Längsrichtung 3 aufweisen. Eine Montageplatte 20 ist in der Mitte des Strangpresswerkzeugs positioniert und stellt das Bauteil dar, mit dem die meisten der restlichen Bauteile verbunden sind. An einem Ende der Montageplatte 20 ist ein Extruderadapter zur Verbindung des Strangpresswerkzeugs 1 mit einem Extruder (nicht gezeigt) angebracht. Ein Ring 60 zur Justierung des Abstandes ist konzentrisch um das zylinderförmige Äußere der Montageplatte 20 angebracht. Ein Lagergehäuse 70 liegt angrenzend zum Ring 60 zur Justierung des Abstandes und zur Montageplatte 20. Ein Dichtring 40 ist innerhalb des Lagergehäuses 70 platziert und wird in eine ringförmige Drehführung der Montageplatte 20 eingesetzt. An einem Ende dem Extruderadapter 10 entgegen gesetzten Ende sind mehrere Distanzstücke 100 in angesenkten Bohrungen in der Montageplatte 20 an verschiedenen Positionen eingesetzt, die äquidistant sind von der zentralen Mittelachse 3 in Längsrichtung. Ein Dorn 30 hat angesenkte Bohrungen, die denen in der Montageplatte 20 entsprechen. Der Dorn wird an der Montageplatte 20 mit den dazwischen liegenden Distanzstücken 100 befestigt. Ein äußerer Ring 50 ist um die Außenseite des Dorns 30 verbunden mit dem Dichtring 40, wodurch eine Extrudierdüse 5 zwischen dem äußeren Ring und dem Dorn 30 gebildet wird. Schließlich ist ein Mundstückrad 90 befestigt an dem äußeren Ring 50, um den äußeren Ring 50 über den Dorn 30 zu drehen.
Das Strangpresswerkzeug 1 weist eine Mündung 7 auf, die durch eine Seite des Extruderadapters 10 hindurch und in die Flussausbohrung 23 führt. Ein Schlauch 8 verbindet die Mündung 7 mit einem nicht gezeigten Versorgungsbehälter, der ein faserhaltiges Material anliefert. Innerhalb der Flussausbohrung 23 ist ein Winkelstückrohr 9 mit der Mündung 7 verbunden. Ein Rohr 12 erstreckt sich entlang der zentralen Mittelachse 3 in Längsrichtung von dem Winkelstückrohr 9 in die Flussausbohrung 23 und durch den Dorn 30. Eine Düse 13 ist an das distale Ende des Rohres 12 innerhalb des Dorns 30 angeschlossen.
Bezug nehmend auf 4 werden ein Querschnitt der Montageplatte 20, Distanzstücke 100 und der Dorn 30 auseinandergebaut gezeigt. Die Montageplatte 20 ist im Wesentlichen ein massiver Zylinder mit einer zylinderförmigen Flussausbohrung 23, die in der Mitte entlang der zentralen Mittelachse 3 in Längsrichtung ausgearbeitet ist. Ein Ende der Montageplatte 20 weist eine Montagvorrichtung 21 für die Verbindung mit dem Extruderadapter 10 (gezeigt in 2 und 3) auf. Entgegengesetzt zu der Montagvorrichtung 21 weist die Montageplatte 20 eine ringförmige Drehführung 22 zur Aufnahme des Dichtrings 40 (gezeigt in 2 und 3) auf. Zwischen der zylinderförmigen Flussausbohrung 23 in der Mitte und in der Drehführung 22 weist die Montageplatte 20 eine scheibenförmige Flussoberfläche 25 auf. Die Montageplatte 20 weist ebenfalls mehrere angesenkte Bohrungen 24 zur Aufnahme Distanzstücke 100 auf, wobei die angesenkten Bohrungen 24 in die Flussoberfläche 25 gebohrt sind. In 4 werden nur zwei angesenkte Bohrungen 24 gezeigt, weil die Ansicht einen Querschnitt darstellt entlang einer Fläche, welche die zentrale Mittelachse 3 in Längsrichtung schneidet. Alle der angesenkten Bohrungen 24 der Montageplatte sind gleich weit von einander und von der zentralen Mittelachse 3 in Längsrichtung entfernt.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist der Dorn 30 eine schüsselförmig geformte Struktur, die eine Unterseite 31 und Seiten 32 aufweist. Wie in 4 gezeigt, ist der Dorn 30 seitlich ausgerichtet, so dass die zentrale Mittelachse des Dorns mit der zentralen Mittelachse 3 in Längsrichtung des Strangpresswerkzeugs kollinear ist. Der Dorn 30 hat eine massive Unterseite 31 mit einer Dornbohrung 38 in der Mitte des Bodens, wobei die Dornbohrung 38 in der Mitte des Bodens das in 2 gezeigte Rohr 12 aufnimmt. Die äußere Oberfläche der Unterseite 31 stellt eine allgemeine Flussoberfläche 33 dar. Der Dorn 30 weist mehrere angesenkte Bohrungen 34 auf, welche in die Flussoberfläche 33 eingeschnitten sind. In 4 werden nur zwei angesenkte Bohrungen 24 gezeigt, weil die Ansicht einen Querschnitt darstellt entlang einer Fläche, welche die zentrale Mittelachse 3 in Längsrichtung schneidet. Alle angesenkten Bohrungen 34 des Dorns sind äquidistant von einander und von der zentralen Mittelachse 3. Das Innere des Dorns 30 ist ausgehöhlt, um sein Gesamtgewicht zu verringern und den Raum für die in 2 gezeigte Sprühdüse 13 zur Verfügung zu stellen.
Die Distanzstücke 100 werden eingesetzt, um den Dorn 30 mit der Montageplatte 20 zu verbinden. Jedes der Distanzstücke 100 weist Steckerendungen 102 für die Einfügung in die Montageplatte und in die angesenkten Bohrungen 24 und 34 des Dorns auf. Selbstverständlich ist der Außendurchmesser der Steckerendungen 102 etwas kleiner als die Innendurchmesser auf der Montageplatte und von den angesenkten Bohrungen 24 und 34 des Dorns. Zwischen den Steckerendungen 102 weist jedes der Distanzstücke 100 eine Rippe 101 auf, die einen Außendurchmesser hat, der größer ist als die Innendurchmesser auf der Montageplatte und von den angesenkten Bohrungen 24 und 34 des Dorns. Die Rippe 101 jedes Distanzstücks 100 hat eine einheitliche Stärke in der Längsrichtung, um als Distanzvorrichtung zwischen der zusammengebauten Montageplatte 20 und dem Dorn 30 zu dienen.
Der Dorn 30 ist an der Montageplatte 20 mit Dornschrauben 36 angebracht. Die Dornschrauben 36 erstrecken sich durch die Unterseite 31 des Dorns 30, durch die Distanzstücke 100 und in profilierte Bereiche in der Unterseite der angesenkten Bohrungen 24 der Montageplatte. Während die Köpfe der Dornschrauben 36 so ausgeführt sein könnten, dass sie fest gegen die Innenseite der Unterseite 31 lagern, erstrecken sich die Dornschrauben in der gezeigten Ausführungsform durch die Erhöhungen 35, so dass die Köpfe der Dornschrauben 36 vom offenen Ende des Dorns 30 besser zugänglich sind. Selbstverständlich sollten die Dornschrauben 36 und die Erhöhungen 35 nicht zu lang sein, um die Funktionalität der in 2 gezeigten Sprühdüse 13 nicht zu behindern. Bei dieser Ausführungsform liegt ein Ende von jedem der Erhöhungen 35 sicher gegen das Innere der Unterseite 31 des Dorns an, während das andere Ende jeder Erhöhung durch den Kopf einer Dornschraube 36 fixiert wird.
Bezug nehmend auf 5 wird eine Querschnittsansicht des Ringes 60 zur Justierung des Abstandes, des Lagergehäuses 70 und der Abschlusskappe 80 in auseinander gebautem Zustand gezeigt. Der Ring 60 zur Justierung des Abstandes ist ein ringförmiges Bauteil, das eine zentrale Mittelachse 3 in Längsrichtung und einen Innendurchmesser aufweist, der etwas größer ist als der Außendurchmesser der Montageplatte 20 (gezeigt in 2 und 3). Der Ring 60 zur Justierung des Abstandes weist auch mehrere Schlossschrauben 61 auf, die sich durch einen inneren Teil 62 des Ringes 60 zur Justierung des Abstandes erstrecken, um in die Montageplatte 20 einzurücken wenn der Ring 60 zur Justierung des Abstandes um die Außenseite der Montageplatte 20 positioniert wird. Der Ring 60 zur Justierung des Abstandes weist auch einen äußeren Teil 63 zur Verbindung mit dem Lagergehäuse 70 auf. Am äußeren Rand des äußeren Teils 63 weist der Ring 60 zur Justierung des Abstandes Verschiebeansätze 64 auf, die über Ansatzschrauben 65 angebracht sind. In der gezeigten Ausführungsform sind vier Verschiebeansätze 64 am äußeren Teil 63 des Ringes 60 zur Justierung des Abstandes angebracht. Die Verschiebeansätze 64 sind so um den Ring 60 zur Justierung des Abstandes verteilt, dass sich je einer an der Oberseite, an der Unterseite und an den beiden Seiten befindet. Die Verschiebeansätze 64 erstrecken sich vom äußeren Teil 63 in einer Längsrichtung, um die Verbindung mit dem Lagergehäuse 70 zu positionieren. Die Verschiebeschrauben 66 erstrecken sich durch die Verschiebeansätze 64 hindurch in dem Teil der Verschiebeansätze 64, der aus dem äußeren Teil 63 in Längsrichtung heraussteht. Die Verschiebeschrauben 66 erstrecken sich hindurch in einer Richtung von außerhalb des Strangpresswerkzeugs in Richtung zur zentralen Mittelachse 3 in Längsrichtung. Schließlich weist der Ring 60 zur Justierung des Abstandes Gewindebohrungen 67 an verschiedenen Positionen um den äußeren Teil 63 herum auf, um Schrauben 74 aufzunehmen.
Das Lagergehäuse 70 besteht aus einem ringförmigen Ring, der eine zentrale Mittelachse 3 in Längsrichtung hat. Das Lagergehäuse 70 weist ein Lagerteil 71 und ein Stützteil 72 auf. Das Stützteil 72 ist ringförmig mit seinem größten Querschnitt in einer Richtung quer verlaufend zur zentralen Mittelachse 3 in Längsrichtung. Das Lagergehäuse 70 ist ansetzbar an den Ring 60 zur Justierung des Abstandes durch das Stützteil 72, welches den äußeren Teil 63 des Ringes 60 zur Justierung des Abstandes aufnimmt. In der gezeigten Ausführungsform wird diese Verbindung zwischen dem Lagergehäuse 70 und dem Ring 60 zur Justierung des Abstandes durch Schrauben 74 zwischen diesen beiden Bauteilen durchgeführt. Das Stützteil 72 hat mehrere Gleitbohrungen 75, die in einer Längsrichtung durch das Stützteil 72 herausragen. In einer Ausführungsform sind zwölf Gleitbohrungen 75 gleich weit von einander entfernt um das Stützteil 72 herum platziert und sind gleich weit von der zentralen Mittelachse 3 in Längsrichtung entfernt platziert. Der Innendurchmesser jeder Gleitbohrung 75 ist größer als der äußere Durchmesser der Schrauben 74, so dass ein erhebliches "Spiel" besteht zwischen den Schrauben 74 und den Gleitbohrungen 75. Während die Gleitbohrungen 75 größer sind als die Schrauben 74, sind die Gleitbohrungen 75 klein genug, damit die Köpfe der Schrauben 74 das Stützteil 72 des Lagergehäuses 70 sicher fixieren.
Der andere hauptsächliche Teil des Lagergehäuses 70 ist das Lagerteil 71, welches einen ringförmigen Abschnitt darstellt, der seine größte Stärke in der Längsrichtung aufweist. Die innere Oberfläche des Lagerteils 71 ist eine Lagerfläche 76 für die Aufnahme der seitlichen Unterstützungslager 42 (gezeigt in 6). Die Auflagefläche 76 stützt die seitlichen Unterstützungslager 42 in einer Fläche normal zur zentralen Mittelachse in Längsrichtung 3. Hervorstehend aus der Auflagefläche 76 nahe dem Unterstützungsteil 72 hat das Lagergehäuse 70 einen seitlichen Unterstützungsflansch 73 zur Auflagerung des Lagergehäuses, der ein seitliches Unterstützungslager 42 des Dichtrings 40 lagert (gezeigt in 6).
Wenn das Lagergehäuse 70 mit dem Einstellring für den Abstand 60 verbunden wird, können die relativen Positionen der zwei Vorrichtungen zueinander justiert werden. Insbesondere werden während des Zusammenbaus die Verschiebebolzen 66 des Einstellrings für den Abstand 60 entspannt, um genügend Raum für das Unterstützungsteil 72 des Lagergehäuses 70 zur Verfügung zu stellen. Das Lagergehäuse 70 wird dann direkt angrenzend an den Einstellring für den Abstand 60 mit dem Unterstützungsteil 72 innerhalb des erweiterten Teils der Verschiebeöse 64 platziert. Die Schrauben 79 werden dann durch die Belegbohrungen 75 eingesetzt und lose in die Gewindebohrungen 67 im Einstellring für den Abstand 60 geschraubt. Die Verschiebebolzen 66 werden dann so eingestellt, dass sie auf das Unterstützungsteil 72 des Lagergehäuses 70 fallen. Die Verschiebebolzen 66 können so justiert werden, dass das Lagergehäuse 70 im Verhältnis zu dem Einstellring für den Abstand 60 aus der Mitte herausgedrückt wird. Weil die Belegbohrungen 75 größer sind als die Schrauben 74, drücken die Verschiebebolzen 66 das Lagergehäuse 70 frei beweglich in die eine oder die andere Richtung. Indem man den Druck der Verschiebebolzen 66 gegen die Außenseite des Lagergehäuses 70 verändert, können das Lagergehäuse 70, der Dichtring 40 und der äußere Ring 50 von ihren Ausgangsstellungen in bevorzugtere Positionen gebracht werden. Sobald die gewünschte relative Position des Lagergehäuses 70 zum Einstellring für den Abstand 60 erreicht ist, werden die Schrauben 74 festgezogen, um die zwei Bauteile fest miteinander zu verbinden.
Der Endstöpsel 80 ist vorzugsweise ein Ring, der eine zentrale Mittelachse in Längsrichtung 3 aufweist. Der Innenteil des Endstöpsels 80 ist ein Stabilisator 81 und das Äußere ist ein Befestigungsflansch 82. In den Befestigungsflansch 82 werden Befestigungsbohrungen 83 zum Einsetzen der Befestigungen gebohrt, die den Endstöpsel 80 an dem Lagerteil 71 des Lagergehäuses 70 befestigen. Der Außendurchmesser des Stabilisators 81 des Endstöpsels 80 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Lagerteils 71 des Lagergehäuses 70. Dies erlaubt es, dass der Stabilisator 81 in das Lagerteil 71 eingesetzt wird. Am distalen Ende des Stabilisators 81 existiert ein seitlicher Flansch 84, der ein laterales Unterstützungslager 42 lagert (gezeigt in 6). Folglich verspannen der seitliche Lagerflansch 73 des Lagergehäuses und der seitliche Lagerflansch 84 des Endstöpsels die seitlichen Unterstützungslager 42 (gezeigt in 6) gegen Bewegung in der Längsrichtung, wenn der Endstöpsel 80 sicher an dem Lagergehäuse 70 befestigt ist.
Bezug nehmend auf 6 werden eine Querschnittsansicht des Dichtrings 40, des äußeren Ringes 50 und des Mundstückrades 90 in auseinander gebautem Zustand gezeigt. Der Dichtring 40 ist ein zylinderförmiges Bauteil, das eine zentrale Mittelachse in Längsrichtung 3 hat. Der Dichtring 40 hat einen Innendurchmesser, der sich von einem Ende zum anderen verringert. An dem Ende des Dichtrings 40, das den kleinsten Innendurchmesser hat, hat der Dichtring 40 eine Kerbe 47 für die Aufnahme des äußeren Ringes 50, wie unten besprochen. Auf der Außenseite des Dichtrings 40 gibt es vier außen angeordnete Kolbenringe 41 für das Aufnehmen der Montageplatte 20 und des Endstöpsels 80 (beide gezeigt in 2 und 3). Der Dichtring 40 weist auch zwei seitliche Unterstützungslager 42 auf.
Die seitlichen Unterstützungslager 42 sind getrennt durch einen Lagerdistanzflansch 43, der zwischen den zwei seitlichen Unterstützungslagern 42 platziert ist. Der Dichtring 40 weist weiterhin zwei Seegerringe 44 auf, die auf den Außenseiten der seitlichen Unterstützungslager 42 platziert sind. Auf diese Weise wird der Dichtring 40 zusammengebaut, in dem je eines der seitlichen Unterstützungslager 42 über jedes Ende des Dichtrings 40 geschoben wird, bis sie jeweils an den gegenüber liegenden Seiten des Lagerdistanzflansches 43 anliegen. Im nächsten Schritt werden die Seegerringe 44 über jedes Ende des Dichtrings 40 geschoben, bis sie in die Nuten 45 an den Außenseiten der seitlichen Unterstützungslagers 42 einrasten. Auf diese Weise werden die seitlichen Unterstützungslager 42 zwischen dem Lagerdistanzflansch 43 und den Seegerringen 44 gesichert. Zuletzt werden die außen angeordneten Kolbenringe 41 in Kolbenschlitze 46 eingebracht.
Der äußere Ring 50 ist ein zylinderförmiges Bauteil, das eine längs angeordnete zentrale Mittelachse 3 aufweist. Der äußere Ring 50 umfasst ein Ringteil 51 und einen Befestigungsflansch 52. Längsbohrungen sind für das Einsetzen der Befestigungselemente durch den Befestigungsflansch 52 geschnitten, die den äußeren Ring 50 an einem Ende des Dichtrings 40 befestigen. Der Außendurchmesser des Ringteils 51 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der Kerbe 47 des Dichtrings 40. Dieses ermöglicht es, dass der äußere Ring 50 mit dem Dichtring 40 zusammengebaut wird, indem das Ringteil 51 in die Kerbe 47 einsetzt wird. Der Innendurchmesser des Ringteils 51 verjüngt sich vom Ende, das mit dem Dichtring 40 verbunden ist, zum anderen Ende hin. Am Ende des Ringteils 51, der den kleinsten Innendurchmesser aufweist, weist der äußere Ring 50 eine Lippe 53 auf, die eine Seite der Extrudierdüse 5 darstellt (gezeigt in 2).
Das Mundstückrad 90 ist ein zylinderförmiges Bauteil mit einem Radflansch 92 und einem Antriebsbereich 93. Löcher für das Einsetzen von Radbefestigern 91 durch den Radflansch 92 gebohrt, die das Mundstückrad 90 und den äußeren Ring 50 an dem Dichtring 40 befestigen. Der Antriebsbereich 93 ist eine Vorrichtung, die in einen Antriebsmechanismus für das Drehen des Mundstückrades 90 eingreift. In der in der Figur dargestellten Ausführungsform ist der Antriebsbereich eine Riemenscheibe zur Aufnahme eines Antriebsriemens.
Der Zusammenbau des vollständigen Strangpresswerkzeugs 1 wird mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben. Zuerst wird das Sprayrohr 12 an den Dorn 30 angeschlossen. Das Rohr 12 wird durch die Bohrung 38 an der Dornunterseite eingesetzt (siehe 4) und die Rohrmuttern 12a werden auf beiden Seiten der Dornunterseite 31 außen auf das Rohres 12 geschraubt. Unterlegscheiben und andere Verbindungsvorrichtungen werden ebenfalls im Zusammenhang mit den Rohrmuttern 12a benutzt, wie sie technisch versierten Personen bekannt sind, um sicherzustellen dass die Bohrung 38 an der Dornunterseite vollständig durch das Sprayrohr 12 geschlossen ist. Im nächsten Schritt werden unter Bezugnahme auf 4 mehrere Distanzscheiben 100 in den Dorn 30 gelegt, indem man ein steckbares Ende 102 jeder der Distanzscheiben 100 in eine angesenkte Bohrung 34 des Dorns einsetzt, bis alle der angesenkten Bohrungen 34 des Dorns eine Distanzscheibe 100 aufweisen. Der Dorn 30 wird dann angrenzend an die Montageplatte 20 platziert, wobei die hervorstehenden steckbaren Enden 102 der Distanzscheiben 100 in die angesenkten Bohrungen 24 der Montageplatte eingesetzt werden. Selbstverständlich ragt in dieser Position ein Teil des Sprayrohres 12 durch die Flussausbohrung 23 der Montageplatte 20 hindurch. Der Dorn 30 wird dann mit Distanzscheiben 100 zwischen den Dornschraubbolzen 36 an der Montageplatte 20 befestigt. Insbesondere werden die Steigleitungen 35 über die Bolzenschafte der Dornschraubbolzen 36 geschoben und die Dornschraubbolzen 36 werden durch die Dornunterseite 31, die angesenkten Bohrungen 34 der Dornunterseite, die Distanzscheiben 100 und die angesenkten Bohrungen 24 der Montageplatte eingesetzt. Die Unterseiten der angesenkten Bohrungen 24 der Montageplatte weisen Gewinde auf, so dass die Dornschraubbolzen 36 in die Montageplatte 20 geschraubt werden können. Die Dornschraubbolzen 36 werden dann in die mit Gewinde versehenen Unterseiten jeder der angesenkten Bohrung 24 der Montageplatte geschraubt, um den Dorn 30 mit der Montageplatte 20 zu verbinden.
Der nächste Schritt im Zuge des Zusammenbaus ist es, den Extruderadapter 10 zu errichten und ihn an der Montageplatte 20 zu befestigen. Zuerst wird das Rohrwinkelstück 9 innerhalb der Flussausbohrung 23 an die Mündung 7 angeschlossen. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung hat das Rohrwinkelstück ein als Buchse ausgeführtes und mit einem Gewinde versehenes Ende, das sich nach der Endmontage in Richtung der verbleibenden Bauteile des Strangpresswerkzeugs 1 öffnet. Mit der dazwischen platzierten rückseitigen Platte 11, wird der Extruderadapter 10 angrenzend an die Montageplatte 20 platziert, um damit die mit einem Gewinde versehene Spitze des Sprayrohres 12 in Kontakt mit der mit einem Gewinde versehenen Buchse des Winkelstückrohres 9 zu bringen. Der Extruderadapter 10 wird dann in Bezug auf die Montageplatte 20 gedreht, um das Sprayrohr 12 in das Winkelstückrohr 9 zu schrauben. Der Extruderadapter 10 wird an die Montageplatte 20 mit einer dazwischen liegenden rückseitigen Platte 11 befestigt. Die Spraydüse 13 wird dann im Inneren des Dorns 30 auf das Sprayrohr 12 geschraubt.
Weiterhin wird unter Bezug auf 5 der Einstellring für den Spalt 60 über das Äußere der Montageplatte 20 geschoben. Die Verriegelungsschrauben 61 werden dann gegen das Äußere der Montageplatte 20 festgezogen. Das Lagergehäuse 70 wird dann mit dem Unterstützungsteil 72 gegen den äußeren Teil 63 des Einstellrings für den Spalt 60 in Position gebracht. Die Verschiebebolzen 66 werden justiert, um das Lagergehäuse 70 über die zentrale Mittelachse in Längsrichtung 3 zu zentrieren, und die Schrauben werden durch die Belegbohrungen 75 eingesetzt werden und in die mit Gewinde versehenen Bohrungen 67 des Einstellrings für den Spalt 60 eingeschraubt. Im nächsten Schritt wird unter weiterem Hinweis auf 6 der außen angeordnete Kolbenringe 41, seitliche Unterstützungslager 42 und daran befestigte Seegerringe 44 aufweisende Dichtring 40 drehbar mit dem Lagergehäuse 70 verbunden. Insbesondere wird der Dichtring 40 in das Lagergehäuse 70 eingesetzt und dann in die Drehführung 22 der Montageplatte 20 eingesetzt. Der Dichtring 40 wird vollständig in die Drehführung 22 der Montageplatte 20 hinein geschoben, bis das erste der seitlichen Unterstützungslager 42 fest an den seitlichen Flansch 73 zur Unterstützung des Lagergehäuses anliegt. In dieser Position bilden zwei der vier oben angeordneten Kolbenringe 41 eine Dichtung zwischen dem Dichtring 40 und der Drehführung 22 der Montageplatte 20. Der Dichtring 40 wird in dieser Position gehalten, indem den Stabilisator 81 des Endstöpsels 80 in das Lagerteil 71 des Lagergehäuses 70 eingesetzt wird. Der Endstöpsel 80 wird vollständig in das Lagergehäuse 70 gedrückt, bis der seitliche Flansch 84 des Endstöpsels das zweite der seitlichen Unterstützungslager 42 des Dichtrings 40 berührt. Sobald platziert, wird der Endstöpsel 80 am Lagergehäuse 70 fixiert durch Einsetzen von Befestigungselementen durch die Befestigerbohrungen 83 des Befestigungsflansches 82 und in das Lagerteil 71 des Lagergehäuses 70. Die innere Oberfläche des Stabilisators 81 des Endstöpsels 80 nimmt die restlichen zwei oben angeordneten Kolbenringe 41 des Dichtrings 40 auf, so dass der Dichtring 40 vollständig stabilisiert ist und sich frei über die zentrale Mittelachse in Längsrichtung 3 drehen kann. Wenn der Endstöpsel 80 sicher am Lager befestigt ist, wird der Dichtring 40 sicher in seitlicher Richtung zwischen den seitlichen Unterstützungsflanschen 73 und 84 befestigt. Mit dem Dichtring 40 sicher im Platz werden der äußere Ring 50 und das Mundstückrad 90 dann an dem Ende befestigt, das aus der Montageplatte 20 hervorsteht. Insbesondere wird der Ringteil 51 des äußeren Ringes 50 in die Kerbe 47 des Dichtrings 40 eingesetzt und der Radflansch 91 des Mundstückrades 90 wird angrenzend zum Befestigungsflansch 52 des äußeren Ringes 50 in Position gebracht. Die Befestigungselemente für das Rad 91 werden dann durch den Radflansch 92 und den Befestigungsflansch 52 eingesetzt und in dem Dichtring 40 verriegelt.
Wenn der vollständig zusammen gebaute Strangpresswerkzeug 1 bereit ist zur Anbringung an den Extruder (nicht gezeigt), wird der Schlauch 8 mit der Mündung 7 im Extruderadapter 10 verbunden.
Sobald zusammengebaut, weisen sowohl der Extruderadapter 10 und die Montageplatte 20 eine Flussausbohrung 23 auf, die vom Extruder (nicht gezeigt) zur Flussoberfläche 25 verläuft, wie in 2 und 4 dargestellt. Auf diese Weise arbeitet das Strangpresswerkzeug 1 in einer Weise, dass das biologisch abbaubares Extrudatmaterial von dem Extruder durch die Flussausbohrung 23 gedrückt wird, bis es die Basis der Flussoberfläche 33 des Dorns 30 erreicht. Das biologisch abbaubare Extrudat fließt dann radial nach außen um die Distanzscheiben 100 herum zwischen die Flussoberfläche 25 der Montageplatte 20 und die Basis der Flussoberfläche 33 des Dorns 30. Dieser scheibenförmige Raum zwischen der Montageplatte 20 und dem Dorn 30 ist der Flusssteuerungskanal 4. Vom Flusssteuerungskanal tritt das biologisch abbaubare Extrudat dann in einen zylinderförmigen Raum zwischen dem Dichtring 40 und dem Dorn 20 ein und wird durch diesen Raum in Richtung der Extrudierdüse 5 zwischen dem Dorn 30 und dem äußeren Ring 50 gedrückt. Während sich das biologisch abbaubare Extrudat in Richtung zur Extrudierdüse 5 bewegt, wird das Mundstückrad 90 gedreht, um den äußeren Ring 50 und den Dichtring 40 um den stationären Dorn 30 zu drehen. Auf diese Weise wird das biologisch abbaubare Extrudat durch den sich drehenden äußeren Ring 50 verdreht. Wenn das Extrudat die Extrudierdüse 5 verlässt, wird ein röhrenförmiges Produkt aus verdrehtem biologisch abbaubaren Material erzeugt. Wie weiter unten vollständig beschrieben kann der Dichtring 40 um den Dorn 30 drehbar ausgeführt sein während das Extrudat durch die Düse 5 gedrückt wird, weil der Dichtring 40 drehbar innerhalb des Lagergehäuses 70 angebracht ist.
Der Fluss des biologisch abbaubaren Materials durch das Strangpresswerkzeug 1 wird auf zwei Arten gesteuert: (1) Einstellen der Breite des Flusssteuerungskanals 4 und (2), Steuerung der Größe der Extrudierdüse 5. Betreffend den Flusssteuerungskanal 4 wird biologisch abbaubares Material wie oben beschrieben vom Extruder durch eine Flussausbohrung 23 in die Montageplatte 20 geführt, bis es die Basis der Flussoberfläche 33 des Dorns 30 erreicht. Von der zentralen Position ausgehend wird das biologisch abbaubare Material radial zwischen der Basis der Flussoberfläche 33 des Dorns 30 und der Flussoberfläche 25 der Montageplatte 20 nach außen gedrückt. Selbstverständlich fließt das biologisch abbaubare Material um jede der Distanzscheiben 100, die den Dorn 30 und die Montageplatte 20 trennen, wenn es zwischen den Oberflächen durch die Flusssteuerungskanals 4 fließt. Die Breite des Flusssteuerungskanals 4 wird durch das Verwenden von Distanzscheiben justiert, die größere oder kleinere Rippen 101 aufweisen (siehe 4). Insbesondere wenn es wünschenswert ist, den Fluss des biologisch abbaubaren Materials durch den Flusssteuerungskanals 4 zu verringern, werden Distanzscheiben 100, die in Längsrichtung verhältnismäßig dünne Rippen 101 aufweisen, zwischen die Montageplatte 20 und den Dorn 30 eingesetzt. Wenn es im Gegensatz dazu wünschenswert ist, die Strömungsgeschwindigkeit des biologisch abbaubaren Materials durch den Flusssteuerungskanal 4 zu erhöhen, werden Distanzscheiben 100, die in Längsrichtung verhältnismäßig dicke Rippen 101 aufweisen, zwischen die Montageplatte 20 und den Dorn 30 eingesetzt. Daher weist das Strangpresswerkzeug 1 in einer bevorzugten Ausführungsform einige Sätze von Distanzscheiben 100 auf, die zwischen die Montageplatte 20 und den Dorn 30 eingesetzt werden können, um die Breite des Flusssteuerungskanals 4 zu steuern.
Zusätzlich wird der Fluss des biologisch abbaubaren Materials durch die Extrudierdüse 5 gesteuert, indem man die Breite der Extrudierdüse 5 ändert. Die Stärke der Extrudierdüse 5 zwi schen der Dornlippe 37 und der äußeren Ringlippe 53 wird eingestellt durch das Verschieben des Einstellrings für den Spalt 60, das Lagergehäuses 70, des Dichtringes 40 und des äußeren Ringes 50 entlang der zentralen Mittelachse in Längsrichtung 3 in Richtung weg vom stationären Dorn 30. Da der Innendurchmesser des Ringteils 51 des äußeren Ringes 50 vom dem Ende her, das an den Dichtring 40 angebracht ist konisch verläuft, hat der äußere Ring 50 seinen kleinsten Innendurchmesser an der äußeren Ringlippe 53. Um ein biologisch abbaubares Extrudat mit einer sehr dünnen Wandstärke zu produzieren, wird der Einstellring für den Spalt 60 vollständig auf die Montageplatte 20 gedrückt, bis die äußere Ringlippe 53 direkt gegenüber der Dornlippe 37 ist. Um ein dickeres biologisch abbaubares Extrudat zu erzeugen, wird der Einstellring für den Spalt 60 entlang der zentralen Mittelachse in Längsrichtung 3 etwas von der Montageplatte 20 weg in der Richtung des Pfeils 6 (siehe 2) verschoben, so dass die äußere Ringlippe 53 hinter der Dornlippe 37 in Position gebracht wird. Auf diese Weise ist ein breiterer Abschnitt des Ringteils 51 angrenzend an die Dornlippe 37 des Dorns 30, wodurch die Extrudierdüse 5 dicker ist. Sobald die gewünschte Größe der Öffnung der Düse erreicht ist, werden Verriegelungsschrauben 61 in den Einstellring für den Spalt 60 justiert, um die Montageplatte 20 wieder zu fixieren. Dies verriegelt den Einstellring für den Spalt 60, das Lagergehäuse 70, den Dichtring 40 und den äußeren Ring 50 an Ort und Stelle, um sicherzustellen, dass die Dicke der Extrudierdüse 5 während des Betriebes konstant bleibt. Eine dickere Extrudierdüse 5 erhöht den Fluss durch das Strangpresswerkzeug.
Bezug nehmend auf 7A und 7B, werden Seitenansicht beziehungsweise Endansicht für Teile einer Ausführungsform der Erfindung zum Drehen des äußeren Ringes des Strangpresswerkzeuges dargestellt. Der Dorn 30 wird so an der Montageplatte 20 angebracht, dass der Dorn 30 dadurch an seiner Position verriegelt ist. Der Dichtring 40 und der äußere Ring 50 sind drehbar um den Dorn 30 angebracht. Ein Mundstückrad 90 ist ebenfalls am äußeren Ring 50 angebracht. Alle diese Bauteile haben zentrale longitudinale Achsen, die kollinear sind mit der zentralen Mittelachse in Längsrichtung 3. Die Vorrichtung umfasst auch einen Motor 110, der eine Antriebsachse 113 aufweist, die parallel ist zur zentralen Mittelachse in Längsrichtung 3. Angebracht an der Antriebsachse von Motor 110 ist ein Antriebsrad 111. Der Motor 110 und das Antriebsrad 111 werden so positioniert, dass das Antriebsrad 111 in der gleichen Ebene liegt wie das Mundstückrad 90, wobei die Ebene senkrecht ausgerichtet ist zur zentralen Mittelachse in Längsrichtung 3. Gegenüber dem Antriebsrad 111 weist die Vorrichtung weiterhin ein Niederhalterrad 115 auf, das auch in der senkrechten Ebene des Antriebsrades 111 und des Mundstückrades 90 positioniert ist. Das Niederhalterrad 115 hat eine Niederhalteachse 116, die ebenfalls parallel ist zur zentralen Mittelachse in Längsrichtung 3. Auf diese Weise sind das Antriebsrad 111 und das Niederhalterrad 115 an den gegenüberliegenden Enden der Vorrichtung mit dem dazwischen liegenden Mundstückrad 90 positioniert. Ein Antriebsriemen 112 umläuft das Antriebsrad 111, das Mundstückrad 90 und das Niederhalterrad 115. Das Niederhalterrad 115 hat keinen Antriebsmechanismus zum Drehen des Antriebsriemens 112. Stattdessen hat das Niederhalterrad 115 ein leer laufendes Rad, das sich nur dann mit dem Antriebsriemen 112 dreht, wenn der Antriebsriemen 112 durch den Motor 110 angetrieben wird. Das Niederhalterrad 115 dient ausschließlich dazu, die durch den Antriebsriemen 112 auf das Mundstückrad 90 einwirkenden Kräfte gleichmäßig zu verteilen. Weil das Antriebsrad 111 und das Niederhalterrad 115 auf gegenüberliegende Seiten des Mundstückrades 90 positioniert sind, sind die Kräfte, die durch den Antriebsriemen 112 auf das Mundstückrad 90 einwirken, in allen Querrichtungen ungefähr gleich. Wenn das Niederhalterrad 115 nicht in dieser Position angebracht wäre und der Antriebsriemen 112 nur auf das Antriebsrad 111 und das Mundstückrad 90 einwirken würde, würde eine Nettokraft durch den Antriebsriemen 112 auf das Mundstückrad 90 in der Richtung des Motors 110 einwirken. Diese Kraft würde das Mundstückrad 90 und in der Folge davon den äußeren Ring 50 aus der Mittenposition seiner Position über dem stationären Dorn 30 herausziehen. Selbstverständlich hätte dies den nachteiligen Effekt, dass ein Extrudatschlauch aus biologisch abbaubaren Material erzeugt würde, der eine Wandstärke haben würde, die auf einer Seite größer wäre als auf der anderen. Daher wird das Niederhalterrad 115 in der Vorrichtung positioniert um zu verhindern, dass das Mundstückrad 90 von seiner zentralen Position um den Dorn 30 weggezogen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Antriebsriemen 112 ein Gummiriemen. Alternativ dazu können Ketten oder Zahnräder benutzt werden, um den Motor 110 an das Mundstückrad 90 mechanisch anzuschließen. Ein üblicher Einpferdestärken-Elektromotor ist ausreichend, um das für den Antrieb des Antriebsriemens 112 notwendige Drehmoment zur Verfügung zu stellen. Weiterhin sind die Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antriebsrad 111 und dem Mundstückrad 90 so ausgelegt, dass das Mundstückrad 90 vorzugsweise etwa 15 Umdrehungen pro Minute ausführt. Abhängig von dem eingesetzten Antriebssystemsystem können alternative Ausführungsformen leistungsfähigere Motoren erfordern.
Bezug nehmend auf 8 und 9 werden Ausführungsformen der Vorrichtung und des Verfahrens der Erfindung zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Endproduktes beschrieben. Die Vorrichtung 130 weist einen Zufuhrbehälter 131 auf, in den zuerst biologisch abbaubares Material gefüllt wird (Schritt 140). Der Zufuhrbehälter 131 liefert (Schritt 141) biologisch abbaubares Material an einen Extruder 132, der das biologisch abbaubare Material unter Druck setzt (Schritt 142) und kocht (Schritt 143). Der Extruder 132 drückt das biologisch abbaubare Material durch ein Strangpresswerkzeug 1 (Schritt 144). Des Strangpresswerkzeugs 1 ist eine Ausführungsform des sich drehenden Strangpresswerkzeugs der vorgelegten Erfindung und wird angetrieben durch einen Motor 110 mit einem Antriebsriemen 112. Während das biologisch abbauba re Material (Schritt 144) durch das Strangpresswerkzeug 1 gedrückt wird, wird ein äußerer Ring des Strangpresswerkzeugs 1 um einen inneren Dorn gedreht (Schritt 145). Das biologisch abbaubare Material wird (Schritt 146) vom Strangpresswerkzeug 1 durch eine Extrudierdüse gedrückt, um ein zylinderförmigen Extrudats 15 zu bilden. Das zylinderförmige Extrudat 15 wird dann (Schritt 147) durch ein Paar von Presserollen 133 aus der Extrudierdüse gezogen. Zellulose oder Faserstoff werden dann vom Behälter 136 und durch den Schlauch 8 gepumpt, bis sie in das zylinderförmige Extrudat gesprüht werden (Schritt 148), um das Innere des Extrudats mit der Zellulose oder dem Faserstoff zu beschichten. Im nächsten Schritt (Schritt 149) drücken die Presserollen 133 das zylinderförmige Extrudat 15 flach in eine Folienbahn 17 aus biologisch abbaubaren Material. Die Folienbahn 17 des biologisch abbaubaren Materials wird dann (Schritt 150) zwischen. entsprechenden Formen 134 geformt, um das biologisch abbaubare Material in die letztendliche Produktform zu formen. Die abschließend geformten Produkte werden dann in Sortierfach 135 abgelegt.
Entsprechend alternativen Ausführungsformen der Erfindung ist es wünschenswert, das zylinderförmige Extrudat 15 zu strecken, wenn es die Extrudierdüse 5 verlässt. Dies wird erreicht, indem man die Pressrollen 133 etwas schneller dreht als mit einer Geschwindigkeit die notwendig ist, um Schritt zu halten mit der Austrittsgeschwindigkeit des zylinderförmigen Extrudats 15 aus der Extrudierdüse 5. Da die Pressrollen 133 sich schneller drehen, wird das zylinderförmige Extrudat 15 durch die Presserollen 133 aus der Extrudierdüse 5 gezogen, so dass das zylinderförmige Extrudat 15 in Längsrichtung ausgedehnt wird, bevor es in eine flache zwei lagige Folienbahn flachgedrückt wird.
Das zylinderförmige Extrudat ermöglicht es auch, den Feuchtigkeitsgehalt des biologisch abbaubaren Materials auf einem optimalen Niveau zu halten, bevor es in den Presserollen 133 flachgedrückt wird. Abhängig von den Materialien, die in das Verfahren mit einbezogen werden, ist es vorteilhaft, die Zellulose oder den Faserstoff zu erwärmen, bevor er in das zylinderförmige Extrudat gesprüht wird. Dies ermöglicht es der Feuchtigkeit, sich in Form von Dampf gleichmäßig innerhalb des zylinderförmigen Extrudats zu verteilen und unterbindet das Aushärten des Extrudats, bevor es in das abschließende Produkt geformt wird.
Bezug nehmend auf 10A wird ein Beispiel eines biologisch abbaubaren Extrudats der Strangpresse der vorgelegten Erfindung gezeigt. Das Extrudat 15 verlässt die Extrudierdüse 5 (siehe 2 bezüglich der Komponenten des Strangpresswerkzeugs) als zylinderförmige Struktur. Typischerweise, jedoch nicht darauf eingeschränkt, wird angenommen, dass die Polymer-Ketten des biologisch abbaubaren Materials in der Richtung des Extrudierens ausgerichtet sind und ein Extrudat erzeugen, das seine größte strukturelle Festigkeit in der Richtung des Extrudierens aufweist. Wenn das Extrudat 15 die Extrudierdüse 5 verlässt, während der äußere Ring 50 um den Dorn 30 gedreht wird, orientiert sich das Extrudat 15 entlang von Extrudierlinien 16. Wie oben beschrieben wird das Innere des Extrudats 15 mit einer Schicht aus Zellulose oder Faserstoff beschichtet, wenn es das Strangpresswerkzeug verlässt. Folglich hat das biologisch abbaubare Extrudatmaterial 15b eine Schicht aus Faserstoff 15a, die seiner inneren Oberfläche anhaftet.
Vorzugsweise wird das zylinderförmige Extrudat 15 flachgedrückt, um eine Folienbahn aus biologisch abbaubaren Material 5 zu bilden, die eine Faserstoffschicht zwischen zwei Extrudatschichten aufweist. Wie in der 10B gezeigt, wird eine Perspektivansicht einer Folienbahn des Extrudatmaterials, erzeugt aus dem röhrenförmigen Extrudat gemäß 10A, dargestellt. Die Folienbahn 17 wird einfach erzeugt, indem man das Extrudat 15 durch die zwei Rollen rollt, um des röhrenförmigen Extrudats 15 in die Folienbahn 17 zusammenzudrücken. Die Folienbahn 17 weist infolgedessen Extrudierlinien 16 auf, die ein gekreuztes Schraffiermuster in den Außenschichten bilden. Die Folienbahn 17 besteht aus drei Schichten, von denen zwei extrudiertes biologisch abbaubares Material sind. Eine extrudierte Schicht bildete zuvor eine Seite des röhrenförmigen Extrudats 15, während die andere extrudierte Schicht der Folienbahn 17 zuvor die andere Seite des Extrudats 15 bildete. Da die Extrudierlinien 16 schraubenartig um das Extrudat 15 gewunden sind, verlaufen die Extrudierlinien 16 der zwei Schichten daher in entgegen gesetzte Richtungen, wenn die Folienbahn 17 gebildet wird. Der Winkel 18 der Extrudierlinien 16 kann durch das Steuern der Strömungsgeschwindigkeit des Extrudats 15 aus der Extrudierdüse 5 des Strangpresswerkzeugs 1 (siehe 2 für die Bauteile des Strangpresswerkzeugs) und durch das Steuern der Geschwindigkeit der Winkelgeschwindigkeit des äußeren Ringes 50 über dem Dorn 30 justiert werden. Wenn es gewünscht ist den Winkel der Extrudierlinie 18 zu vergrößern, wird das Strangpresswerkzeug so eingestellt, dass die Winkelgeschwindigkeit des äußeren Ringes 50 im Verhältnis zu dem Dorn 30 erhöht wird und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Extrudiermaterials durch das Strangpresswerkzeug verringert wird. Wie weiter oben erwähnt wird die Strömungsgeschwindigkeit des biologisch abbaubaren Materials durch das Strangpresswerkzeug gesteuert, indem man die Größe der Extrudierdüse 5 und/oder die Steuerung des Flussteuerungskanals 4 justiert. Eine einzelne innere Schicht aus Faserstoff wird in der Folienbahn 17 gebildet, weil der Faserstoff, der das Innere des zylinderförmigen Extrudats 15 beschichtet, zusammen gepresst wird, um in die einzelne Faserstoffschicht zu verschmelzen.
Bezug nehmend auf 15 wird ein Querschnitt der Endansicht der Folienbahn 17 aus der 10B gezeigt. Die Folienbahn 17 weist eine einzelne innere Faserstoffschicht 15a und zwei äußere Extrudatschichten 15b auf. An beiden Rändern gehen die zwei äußeren Extrudatschichten 15b ineinander über, so dass die innen liegende faserartige Materialschicht 15a vollständig eingekapselt wird.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird der äußere Ring 50 des Strangpresswerkzeugs 1 ausgeführt, um sich sowohl rechts herum, wie auch links herum über den Dorn 30 zu drehen, um ein biologisch abbaubares Extrudat aus zu erzeugen, worin die Extrudierlinien ein Wellenmuster aufweisen. Um dieses Extrudat herzustellen, wird der äußere Ring 50 zuerst in eine Richtung gedreht und dann in die entgegen gesetzte Richtung gedreht. Abhängig von der Rate der Richtungsänderungen, ist das Muster, das erzeugt wird, sinusförmig, zickzackförmig oder rechteckförmig. Die Perioden und die Amplituden dieser Wellenmuster werden durch das Ändern der Umdrehungsrate des äußeren Ringes 50 und der Strömungsgeschwindigkeit des biologisch abbaubaren Materials durch das Strangpresswerkzeug 1 eingestellt.
Es sind viele unterschiedliche Ansteuersysteme für das Wechseln der Richtung der Drehung des äußeren Ringes 50 verfügbar. Zum Beispiel wird der Motor 110 der in den 7A und 7B dargestellten Ausführungsform ausgebildet, um die Richtung der Umdrehung zu wechseln. Wenn der Motor 110 die Richtung der Umdrehung ändert, ändern das Antriebsrad 111, der Antriebsriemen 112 und das Mundstückrades 90 als Folge davon die Richtung.
Wie in 11 gezeigt ist das Mundstückrad 90 alternativ dazu ein Spornzahnrad mit Radialzähnen, die zur zentralen Mittelachse in Längsrichtung 3 parallel sind. Auf die Zähne des Mundstückrades 90 wird durch die Zähne einer Zahnstange 117 eingegriffen. Gegenüber der Zahnstange 117 greift ein Zwischenzahnrad 124 im Mundstückrad 90 ein, um zu verhindern, dass die Zahnstange 117 den äußeren Ring 50 aus der Ausrichtung mit dem Dorn 30 heraus drückt (siehe 2). Die Zahnstange 117 ist an einer Schiebeunterstützung 118 angebracht und bewegt sich linear entlang eine Schieberichtung 120, die quer verläuft zur zentralen Mittelachse in Längsrichtung 3. Die Schiebeunterstützung 118 ist mit einem An triebsrad 111 über ein Gestänge 114 verbunden. Insbesondere wird ein Ende des Gestänges 114 mit einem Ende der Schiebeunterstützung 118 verbunden und das andere Ende des Gestänges 114 wird mit dem Antriebsrad 111 an seiner Peripherie verbunden. Die Schiebeunterstützung 118 wird durch Haltewinkel 125 verspannt, so dass die Schiebeunterstützung 118 nur entlang der Schieberichtung 120 bewegt werden kann. Wenn sich das Antriebsrad 111 im Uhrzeigersinn entlang Drehrichtung 119 dreht, drückt und zieht das Gestänge 114 die Schiebeunterstützung 118 entlang der Schieberichtung 120 hin und her. Die Vor- und Zurückbewegung der Schiebeunterstützung 118 dreht das Mundstückrad 90 und den äußeren Ring 50 wechselweise in Richtung im Uhrzeigersinn und in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn.
Da das Gestänge 114 wie oben beschrieben mit dem Antriebsrad 111 an seiner Peripherie verbunden ist, ist die abwechselnde Bewegung des äußeren Ringes 50 im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn von der Art einer sinusförmigen Schwingungsbewegung. Auf diese Weise erzeugt diese Ausführungsform der Erfindung ein biologisch abbaubares Extrudat 15 mit Extrudierlinien 16, die, wie in 12A dargestellt eine Sinuswelle als Muster aufweisen. Die Faserstoffschicht wird in den 12A und 12B der Einfachheit halber nicht gezeigt, aber diese Ausführungsform der Erfindung weist, wie ebenfalls zuvor beschrieben, eine Faserstoffschicht auf. Wie oben beschrieben, wird das Extrudat 15 in eine Folienbahn 17 gerollt, die zwei Extrudatschichten aufweist, wie in 12B gezeigt. Die Periode der Sinuswellen ist durch das Bezugszeichen 19 bezeichnet und die Amplitude durch das Bezugszeichen 14. Die Periode 19 und die Amplitude 14 der Extrudierlinien 16 können durch das Steuern der Strömungsgeschwindigkeit des Extrudats 15 aus der Extrudierdüse 5 des Strangpresswerkzeugs 1 (siehe 2 für die Bauteile des Strangpresswerkzeugs) und das Steuern der Geschwindigkeit der Winkelgeschwindigkeit des äußeren Ringes 50 über den Dorn 30 eingestellt werden. Wenn es erwünscht ist, die Periode der Sinuswellen zu erhöhen, wird das Strangpresswerkzeug eingestellt, um die Winkelgeschwindigkeit des äußeren Ringes 50 relativ zum stationären Dorn 30 zu verringern und/oder um die Strömungsgeschwindigkeit des Extrudiermaterials aus der Extrudierdüse 5 zu erhöhen. Wie weiter oben angemerkt, wird die Strömungsgeschwindigkeit des biologisch abbaubaren Materials durch das Strangpresswerkzeug gesteuert, indem man die Größe der Extrudierdüse 5 und/oder die Steuerung des Flusssteuerungskanals 4 justiert. Ist es weiterhin erwünscht die Amplitude 14 der Sinuswellen zu erhöhen, wird der Bereich der mit der Winkelgeschwindigkeit durchlaufenen Strecke des äußeren Ringes 50 erhöht, so dass der äußere Ring 50 weiter um den stationären Dorn 30 rotiert, bevor er anhält und die Richtung ändert. Während viele Parameter geändert werden können, um dieses Resultat zu erreichen, ist es eine einfache Änderung ein Antriebsrad 111 zu benutzen, das einen verhältnismäßig größeren Durchmesser hat.
Eine ähnliche Ausführungsform der Erfindung, die den äußeren Ring in Richtungen im Uhrzeigersinn und entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn dreht, ist in 13 dargestellt. Wie zuvor ist das Mundstückrad 90 ein Spornzahnrad mit Radialzähnen, die zur zentralen Mittelachse in Längsrichtung 3 parallel ausgerichtet sind. Die Zähne des Mundstückrades 90 greifen in die Zähne eines Schneckengetriebes 122 ein, das mit seiner Rotationsachse quer zur zentralen Mittelachse in Längsrichtung 3 positioniert ist. Gegenüber dem Schneckengetriebe 122 greift ein Zwischenzahnrad 124 im Mundstückrad 90 ein, um zu verhindern, dass das Schneckengetriebe 122 den äußeren Ring 50 aus der Ausrichtung mit dem Dorn 30 heraus drückt (siehe 2). Das Schneckengetriebe 122 wird angetrieben durch einen Motor 110 mit einem dazwischen liegenden Getriebe 121. Eine Antriebsachse 123 des Motors 110 ist mit der Abtriebsseite des Getriebes 121 und das Schneckengetriebe 122 ist mit der Antriebsseite des Getriebes 121 verbunden. Während der Motor 110 die Antriebsachse 123 nur in einer Richtung dreht, dreht das Getriebe 121 das Schneckengetriebe 122 sowohl im Uhrzeigersinn wie auch entgegen dem Uhrzeigersinn. Weiterhin dreht das Getriebe 121 in einer Ausführungsform das Schneckengetriebe 122 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, obwohl der Motor 110 mit nur einer Geschwindigkeit arbeitet. Eine ähnliche Ausführungsform umfasst einen Motor und ein Getriebe, die ein Ritzel antreiben, das in das Mundstückrad 90 eingreift. Da das Schneckengetriebe 122 in jeder Richtung mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht wird, erzeugt diese Ausführungsform der Erfindung ein biologisch abbaubares Extrudat, das ein Zickzackmuster von Extrudierlinien 16 aufweist.
Da der Motor 110 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit läuft und das Getriebe benutzt wird, um die Richtung der Umdrehung des Schneckengetriebes 122 zu ändern, ist die abwechselnde Drehung des äußeren Ringes 50 im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn eine oszillierende Schwingungsart der Bewegung. Auf diese Weise erzeugt diese Ausführungsform der Erfindung ein biologisch abbaubares Extrudat 15 mit Extrudierlinien 16, die ein lineares oszillierendes Schwingungsmuster oder ein Zickzackmuster aufweisen, wie in 14A dargestellt. Die Faserstoffschicht wird in den 14A und 14B der Einfachheit halber nicht dargestellt, jedoch weist diese Ausführungsform der Erfindung auch eine Faserstoffschicht wie zuvor beschrieben auf. Wie weiter oben beschrieben, wird das Extrudat 15 in eine Folienbahn 17 gerollt, die zwei Extrudatschichten aufweist, wie in 14B gezeigt. Die Periode der Zickzackwellen wird mit Bezugzeichen 19 bezeichnet und die Amplitude wird mit Bezugszeichen 14 bezeichnet. Die Periode 19 und die Amplitude 14 der Extrudierlinien 16 werden durch das Steuern der Strömungsgeschwindigkeit des Extrudats 15 aus der Extrudierdüse 5 des Strangpresswerkzeugs 1 (siehe Tabelle 2 für die Bestandteile des Strangpresswerkzeugs) und das Steuern der Geschwindigkeit der Winkelgeschwindigkeit des äußeren Ringes 50 den Dorn 30 justiert. Wenn es erwünscht ist, die Periode der Zickzackwellen zu erhöhen, wird das Strangpresswerkzeug eingestellt, um die Winkelgeschwindigkeit des äußeren Ringes 50 im Verhältnis zum stationären Dorn 30 zu verringern, und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Extrudiermaterials aus der Extrudierdüse 5 zu erhöhen. Wie weiter oben erwähnt wird die Strömungsgeschwindigkeit des biologisch abbaubaren Materials durch das Strangpresswerkzeug gesteuert, indem man die Größe der Extrudierdüse 5 und/oder der Steuerung des Flusssteuerungskanals 4 justiert. Ist es weiterhin erwünscht die Amplitude 14 der Zickzackwellen zu erhöhen, wird der Winkelbereich der Bewegung des äußeren Ringes 50 erhöht, so dass der äußere Ring 50 weiter um den stationären Dorn 30 dreht bevor er anhält und die Richtung ändert. Während viele Parameter geändert werden können, um dieses Ergebnis zu erzeugen, stellt es eine einfache Änderung dar das Getriebe 121 so zu steuern, dass das Schneckengetriebe 122 in jeder Richtung länger läuft, bevor es die Richtung umkehrt.
Während die hier dargestellten und im Detail offen gelegten bestimmten Ausführungsformen für Strangpresswerkzeuge vollständig dazu in der Lage sind die Ansprüche und Vorteile zu erzielen, die hier vorangehend festgestellt wurden, muss es verstanden werden, dass sie für die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung nur illustrativ sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung biologisch abbaubarer, geformter Produkte erhöhter Festigkeit, wobei besagtes Verfahren aufweist: Strangpressen eines biologisch abbaubaren Materials, wobei besagtes Strangpressen aufweist das Bewegen des biologisch abbaubaren Materials in einer ersten Richtung durch eine ringförmige Düse zum Zweck der Herstellung eines Extrudats; Scheren des biologisch abbaubaren Materials während besagten Strangpressens in eine zweiten Richtung, die eine Komponente quer zu der ersten Richtung aufweist; gekennzeichnet durch Sprühen eines faserförmigen Materials in einen Innenraum des Extrudats.
Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend die Streckung des Extrudats entlang der ersten Richtung vor der Verdichtung des Extrudats.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, weiterhin aufweisend die Kontrolle der Geschwindigkeit des Flusses des biologisch abbaubaren Materials durch die Pressform zur Strangpressung während der besagten Strangpressung, wobei besagte Kontrolle aufweist das Justieren der Höhe des Drucks des biologisch abbaubaren Materials in der Pressform zur Strangpressung und das Justieren von zumindest einem Querschnittsbereich einer Flussbahn des biologisch abbaubaren Materials innerhalb der Pressform zur Strangpressung.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, weiterhin aufweisend die Abwandlung der Geometrie der ringförmigen Düse.
Verfahren gemäß Anspruch 1–4, weiterhin aufweisend die Verdichtung des Extrudats, und Formpressen des verdichteten Extrudats in eine Anordnung.