-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Extrusionsdüse. Insbesondere wird die Extrusionsdüse benutzt,
um coextrudierte vielschichtige Polymergegenstände herzustellen.
-
ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
-
Extrusionsdüsen werden
bei Herstellungsverfahren benutzt, um verschiedene Güter zu fertigen.
Einige Düsen
werden zum Beispiel benutzt, um dünne Filme, Stangen oder andere
verlängerte
Formen aus Kunststoffmaterial zu bilden. Im Stand der Technik ist
es bekannt, dass durch die Herstellung von vielschichtigen Filmkonstruktionen
von dünnen Filmen
(zum Beispiel mit Hilfe von Thermoplasten) viele Vorteile erreicht
werden, da diese Konstruktion eine Kombination von Eigenschaften
ermöglicht,
die in einer ungeschichteten Struktur nicht verfügbar sind. Ursprünglich wurden
solche Produkte hauptsächlich
durch Aneinanderschichten getrennt gebildeter Filme oder Platten
durch Klebstoffe, Wärme oder
Druck hergestellt. Es sind jedoch Techniken zum Schmelzschichten
entwickelt worden, welche das Verbinden von zwei oder mehreren unterschiedlichen
Materialien (zum Beispiel thermoplastischen Materialien) von getrennten
geschmolzenen Schichten unter Druck in einer Düse einbeziehen, um als ein einziges
beschichtetes Material hervorzugehen. Solche Verfahren machen sich
das Quellflussprinzip zu Nutze, welches ermöglicht, dass zwei oder mehrere geschmolzene
Schichten unter geeigneten Betriebsbedingungen in einem gemeinsamen
Strömungskanal
zusammenkommen, ohne sich an den Kontaktgrenzflächen miteinander zu vermischen.
Diese vielschichtigen Extrusionssysteme sind als eine zweckmäßige Art
und Weise zu einer bedeutenden Verwendung gekommen, um die Bildung
von vielen Schichten ähnlicher
oder unähnlicher
Materialien bereitzustellen.
-
Verschiedene
Vorrichtungen für
extrudierte Filme (zum Beispiel Düsen) sind hergestellt worden, um
die vielschichtigen Filme zu extrudieren. Eine allgemeine Vorrichtungskonfiguration
benutzte einen ersten Düsenabschnitt,
der die verschiedenen Materialschichten kombinierte. Die kombinierten
Materialien wurden danach flach gemacht und durch einen zweiten
Düsenabschnitt
extrudiert. Ein Beispiel dieser Vorrichtungsart ist in US-A-5,316,703
dargestellt. Diese Vorrichtungsart war im Hinblick auf die Wirksamkeit
aufgrund der Dünnfilmherstellung
eingeschränkt,
welche erfordert, dass die vielschichtige Platte (oder Bahn) über die
Breite der extrudierten Platte eine gleichmäßige Dicke aufweist. Wenn insbesondere
größere Unterschiede
im Hinblick auf die Viskosität,
Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit
zwischen geschmolzenen Harzen bestehen, welche die Harzschichten
bilden, kann es schwierig sein, vielschichtige Platten mit einer
gleichmäßigen Dicke jeder
Schicht zu erhalten, die für
vielschichtige extrudierte Platten wünschenswert ist.
-
Düsensysteme
mit vielen Verteilern werden mit einem einzelnen Strömungskanal/-verteiler
für jede
Schicht ausgeführt
und die Schichten werden normalerweise miteinander in Kontakt gebracht,
kurz bevor sie die Düse
verlassen. Da die Schichten nur in der Nähe des Endausgangschlitzes
verbunden werden, können
Materialien mit etwas unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften
verarbeitet werden. Die einzelnen Schichten können bei der gewünschten
Dicke gebildet werden, bevor sie mit den verbleibenden Schichten
kombiniert werden, und Einstellungen der Strömungsgeschwindigkeit können für jede einzelne Schicht
vorgenommen werden, um die Gleichmäßigkeit der Strömung zwischen
den verschiedenen Schichten zu bewahren. Dies ist notwendig, da
jegliche Tendenz zu Unterschieden zwischen der Strömung an
dem Verbindungspunkt zwischen Schichten eine Ungleichmäßigkeit
des Produktes bewirken kann.
-
Darüber hinaus
sind Kaskadenbeschichtungs- und Schlitzbeschichtungsvorrichtungen
entwickelt worden, welche eine vielschichtige Beschichtung von Fluida
ermöglichen,
während
sie eine geneigte Ebene hinabströmen.
Diese Vorrichtungsarten sind in verschiedenen Fachbüchern offenbart,
zum Beispiel Hens, Jules und Van Abbenyer, Willy „Slide Coating" in: Kistler und
Schweizer, Liquid Film Coating (London, Champan & Itall, 1997), S. 427–462. Durst,
Franz und Wagner, Hans-Günther „Slot Coating" in: Kistler und
Schweizer, Liquid Film Coating (London, Champan & Itall, 1997), S. 401–426. Diese Beschichtungsverfahren
erfordern Fluida mit einer niedrigen Viskosität bei Raumtemperatur, welche
ermöglicht,
dass die Fluida frei fließen.
Diese Vorrichtungen funktionieren jedoch nicht bei Materialien mit hoher
Viskosität
wie Thermoplasten, die nur bei höheren
Temperaturen (zum Beispiel etwa 150 °C) flüssig sind. Sogar bei diesen
Temperaturen weisen Thermoplasten oft hohe Viskositäten auf,
welche die Benutzung der Schwerkraft verhindern würden, um ihre
Strömung
anzutreiben.
-
Literaturangaben,
welche Vorrichtungen zum Bilden von vielschichtigen Schichtstoffen
offenbaren, schließen
US-A-4,152,387, US-A-6,203,742 und WO A 01/08866 ein.
-
Diese
bekannten Vorrichtungen sind jedoch im Hinblick auf die Anzahl der
Schichten eingeschränkt,
die in dem Extrudat bereitgestellt werden können. Versuche zum Extrudieren
vieler Schichten führen
zu Düsen,
die unhandlich und problematisch in der maschinellen Herstellung
sind. Aus diesem Grund ist es wünschenswert,
eine Extrusionsvorrichtung zu schaffen, welche die Erzeugung einer
großen Anzahl
von Schichten in einer vielschichtigen Platte ermöglicht und gleichzeitig
für jede
Schicht über
die gesamte Breite der Platte kleine Dickentoleranzen bereitstellt.
-
JP-A-60
199627 und EP-A-0 978 366 offenbaren beide weitere Extrusionsdüsenvorrichtungen des
Standes der Technik.
-
KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung ist jeweils eine Extrusionsvorrichtung wie in Anspruch
1 definiert und ein Verfahren wie in Anspruch 20 definiert. Die
abhängigen
Ansprüche
betreffen einzelne Aspekte der Erfindung.
-
Zur
Bildung eines vielschichtigen Extrudats wird ein Material durch
mehrere im Allgemeinen parallele erste Kammern gepresst. Jede erste
Kammer weist eine Längenerstreckung
auf. Die ersten Kammern sind entlang der Längenerstreckung in einem Schichtungsblock
im Allgemeinen parallel. Das Material wird durch mindestens einen
Auslass in eine Schichtungskammer mit einer Höhenerstreckung gepresst, welche
zu der Längenerstreckung
der ersten Kammern senkrecht ist. Das Material wird in der Schichtungskammer
geschichtet. Das geschichtete Material wird aus einem Auslass extrudiert,
der an einem Ende der Höhenerstreckung
der Schichtungskammer angeordnet ist.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
In
dieser Offenbarung sind Ausführungsformen
einer Vorrichtung zur vielfachen Extrusion dargestellt. In den Zeichnungen
werden ähnliche
Bezugszeichen benutzt, um gemeinsame Merkmale oder Bestandteile
dieser Vorrichtungen anzuzeigen.
-
1 ist
eine Übersicht
einer Ausführungsform
der Extrusionsvorrichtung.
-
2 ist
eine auseinandergezogene Übersicht
einer Ausführungsform
der Extrusionsvorrichtung.
-
3 ist
eine auseinandergezogene Übersicht
einer Ausführungsform
der Extrusionsvorrichtung.
-
4 ist
ein Querschnitt einer Ausführungsform
der Extrusionsvorrichtung entlang der Linie 4-4 von 1.
-
5 ist
ein Querschnitt einer Ausführungsform
der Extrusionsvorrichtung entlang einer Ebene, die durch die Linie
5-5 von 1 angezeigt wird.
-
5A ist
eine Übersicht
einer alternativen Ausführungsform
der Extrusionsvorrichtung.
-
6 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Materialströmungswegs
einer Ausführungsform
der Extrusionsvorrichtung.
-
6A ist
eine vergrößerte Schnittansicht des
Bereichs, der in 5 mit der Ziffer 6A angegeben
ist.
-
6B ist
eine alternative Ausführungsform der
vergrößerten Schnittansicht
des Bereichs, der in 5 mit der Ziffer 6A angegeben
ist.
-
7 ist
eine Übersicht
einer Ausführungsform
der Extrusionsvorrichtung.
-
8 ist
ein Querschnitt einer Ausführungsform
der Extrusionsvorrichtung entlang der Linien 8-8 von 7.
-
9 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
des Bereichs, der in 8 mit der Ziffer 9 angegeben
ist.
-
9A ist
eine alternative Ausführungsform der vergrößerten Schnittansicht
des Bereichs, der mit der Ziffer 9 angegeben ist.
-
10 ist
ein Querschnitt einer Ausführungsform
der Extrusionsvorrichtung entlang der Linien 10-10 von 7.
-
11 ist
eine vergrößerte Schnittansicht des
Bereichs, der in 10 mit der Ziffer 11 angegeben
ist.
-
Wenngleich
die oben angegebenen Zeichnungsfiguren unterschiedliche Ausführungsformen der
Erfindung beschreiben, werden auch andere Ausführungsformen berücksichtigt,
wie in der Beschreibung erwähnt.
In allen Fällen
präsentiert
diese Offenbarung die Erfindung als eine Darstellung und nicht als
eine Einschränkung.
Es versteht sich, dass der Fachmann zahlreiche andere Modifikationen
und Ausführungsformen
ersinnen kann, die innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung fallen,
der in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
-
Eine
Ausführungsform
der erfinderischen Extrusionsvorrichtung ist mit der Ziffer 10 in 1 gekennzeichnet.
Die Extrusionsvorrichtung 10 weist Zuführblöcke 12A und 12B,
den Schichtungsblock 14 und den Schichtungsextrusionsblock 16 auf.
Der Schichtungsblock 14 umfasst ferner einen Durchlassblock 18,
einen Kammereinlassblock 20 und einen Kammerauslassblock 22.
Die Oberseite, Unterseite, erste Seite, zweite Seite, Vorder- und
Rückseite
der Extrusionsvorrichtung sind jeweils mit den Bezugszeichen 24, 26, 28, 30, 32, 34 angegeben.
Es versteht sich, dass, wenngleich beschreibende Ausdrücke wie „Ober-„ und „Unter-„ benutzt
werden, diese Ausdrücke
und andere wie diese nur für Beschreibungszwecke
benutzt werden und nicht derart ausgelegt werden sollen, dass sie
eine spezifische Ausrichtung der Vorrichtung implizieren. Außerdem sind die
Flächen
von einzelnen Bestandteilen, welche die Extrusionsvorrichtung 10 bilden, ähnlich gekennzeichnet,
indem die Ziffern 24, 26, 28, 30, 32 und 34 mit
einem angehängten
Buchstaben versehen werden. Zum Beispiel wird die Oberseite des
Zuführblocks 12A mit
dem Bezugszeichen „24A" gekennzeichnet.
-
Die
Zuführöffnungen 36A und 36B sind
jeweils in den Zuführblöcken 12A und 12B angeordnet. Die
Bolzenlöcher 38 sind
durch die Zuführblöcke 12A und 12B angeordnet.
Die Bolzenlöcher 38 sind
auch in dem Durchlassblock 18 angeordnet und mit den Bolzenlöchern 38 ausgerichtet,
die durch die Zuführblöcke 12A und 12B angeordnet
sind. Die Bolzenlöcher 38 werden
benutzt, um die einzelnen Blöcke (das
heißt, 12A, 12B, 14, 16, 18, 20 und 22)
aneinander zu befestigen, wobei die gesamte Extrusionsvorrichtung 10 gebildet
wird. Diese Technik ist dem Fachmann bekannt und wird erreicht,
indem Bolzen (nicht dargestellt) durch die Bolzenlöcher 38 geführt und
befestigt werden und eine Spannkraft (zum Beispiel mit Hilfe von
Nuten oder Innengewinden (nicht dargestellt)) bereitgestellt wird.
Zusätzliche
Bolzen und Bolzenlöcher
(nicht dargestellt) werden bei der gesamten Vorrichtung benutzt,
um die Vorrichtung 10 sicher zu befestigen. Außerdem können in
der Extrusionsvorrichtung 10 andere Verbindungs- und Befestigungstechniken
wie das Benutzen von Zylinderstiften (nicht dargestellt) zusammen
mit anderen Techniken benutzt werden, die dem Stand der Technik
entsprechen.
-
Eine
auseinandergezogene Übersicht
der erfinderischen Extrusionsvorrichtung 10 ist in 2 und 3 dargestellt.
Die Zuführöffnungen 36A und 36B verlaufen
durch die Zuführblöcke 12A und 12B und
stehen jeweils mit Verteilereinkerbungen 40A und 40B in
Verbindung, die auf den Rückseiten 34A und 34B der
Zuführblöcke 12A und 12B angeordnet sind.
Im Wesentlichen ähnliche
Verteilereinkerbungen 42A und 42B sind auf den
Vorderseiten 32C und 32D des Durchlassblocks 18 angeordnet.
Die Verteiler (mit Bezug auf 4 und 5 weiter
beschrieben) werden durch Befestigen jedes Zuführblocks 12A und 12B auf
den Vorderseiten 32C und 32D des Durchlassblocks 18 (zum
Beispiel durch eine Bolzenbefestigung der Blöcke aneinander) und durch Ausrichten
der Einkerbungen 40A und 40B auf den Zuführblöcken 12A und 12B mit
den Einkerbungen 42A und 42B (welche im Wesentlichen
eine ähnliche Form
wie die Einkerbungen 40A und 40B aufweisen) auf
dem Durchlassblock 18 gebildet. Eine Reihe erster Sammelräume 50A verläuft von
der Einkerbung 42A in den Durchlassblock 18. Eine
Reihe zweiter Sammelräume 50B verläuft von
der Einkerbung 42B in den Durchlassblock 18. Die
ersten Sammelräume 50A sind
mit den zweiten Sammelräumen 50B auf ähnliche
Weise geschichtet wie bei einer Schnittfläche der Zähne von zwei Kämmen. Diese „Schichtung" der Sammelräume wird
unten mit Bezug auf 6 weiter erläutert und dargestellt. Wenngleich
in einer Ausführungsform
fünf erste
Sammelräume 50A und
vier zweite Sammelräume 50B in
den Durchlassblock verlaufen, wird von der Erfindung jede beliebige Anzahl
erste und zweiter Sammelräume 50A und 50B in
Betracht gezogen.
-
Im
Inneren des Durchlassblocks 18 werden die ersten und die
zweiten Sammelräume 50A und 50B „bezüglich des
Durchmesser verkleinert" oder, mit
anderen Worten, in kleinere erste und zweite Röhrendurchgänge 51A und 51B umgewandelt.
Die ersten und die zweiten Röhrendurchgänge 51A und 51B gehen
aus der Rückseite 34C des
Durchlassblocks 18 hervor. In der dargestellten Ausführungsform
wechseln sich die ersten und die zweiten Röhrendurchgänge 51B ab (oder sind „geschichtet") und derart ausgerichtet,
dass sie entlang einer Höhenerstreckung
(das heißt,
von der Oberseite 24C zu der Unterseite 26C) des
Durchlassblocks 18 im Wesentlichen parallel sind. Alternative
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung würden
erste und zweite Röhrendurchgänge 51A und 51B entlang
einer Breitenerstreckung des Durchlassblocks 18 (das heißt, von
der ersten Seite 28C zu der zweiten Seite 30C des
Durchlassblocks 18) oder ersatzweise in jeder beliebigen
anderen Erstreckung durch den Schichtungsblock 18 schichten
oder ausrichten. Dritte und vierte Röhrendurchgänge 51C und 51D verlaufen
in die Vorderseite 32E des Kammereinlassblocks 20. Die
dritten und vierten Röhrendurchgänge 51C und 51D sind
entlang einer Höhenerstreckung
(das heißt, von
der Oberseite 24E zu der Unterseite 26E) des Kammereinlassblocks 20 derart
angeordnet, dass die dritten Durchgänge 51C mit den ersten
Röhrendurchgängen 51A des
Durchlassblocks 18 ausgerichtet sind und vierte Röhrendurchgänge 51D mit den
zweiten Röhrendurchgängen 51B des
Durchlassblocks 18 ausgerichtet sind.
-
Eine
Reihe erster und zweiter Nuten 52A und 52B verläuft in die
Rückseite 34E des
Kammereinlassblocks 20. Die Reihen erster und zweiter Nuten 52A und 52B sind
im Allgemeinen parallel und senkrecht zu der Höhenerstreckung des Kammerblocks 20 ausgerichtet.
Folglich weist jede Nute eine Höhenerstreckung
auf. Die ersten Nuten 52A sind parallel zueinander und
weisen Breiten auf, welche von der ersten Seite 28E zu
der zweiten Seite 30E des Kammereinlassblocks 20 verlaufen.
Die ersten Nutzen 52A sind derart ausgerichtet, dass jede
erste Nute 52A mit einer der dritten Röhren 51C in Verbindung steht.
Auf ähnliche
Weise sind die zweiten Nuten 52B parallel und derart vertikal
ausgerichtet, dass jede zweite Nute 52B mit einer der vierten
Röhren 51D in Verbindung
steht.
-
Die
dritten und vierten Nuten 54A und 54B verlaufen
in die Vorderseite 32F des Kammerauslassblocks 22 und
weisen Breiten auf, die von der ersten Seite 28F zu der
zweiten Seite 30F des Kammerauslassblocks 22 verlaufen.
Die Reihen dritter Nuten 54A sind parallel zueinander und
verlaufen zu einer Höhenerstreckung
(das heißt,
von der Oberseite 24F zu der Unterseite 26F) des
Kammerauslassblocks 22 senkrecht, so dass, wenn der Kammereinlassblock 20 und
der Kammerauslassblock 22 übereinstimmend miteinander
ausgerichtet werden, die dritten Nuten 54A mit den ersten
Nuten 52A im Wesentlichen ausgerichtet sind und damit in
Verbindung stehen. Auf ähnliche
Weise sind die Reihen vierter Nuten 54B parallel und verlaufen
zu der Höhenerstreckung
des Kammerauslassblocks 22 senkrecht, so dass, wenn der
Kammereinlassblock 20 und der Kammerauslassblock 22 übereinstimmend
miteinander ausgerichtet werden, die vierten Nuten 54B mit den
zweiten Nuten 52B im Wesentlichen ausgerichtet sind und
damit in Verbindung stehen. Bolzen (nicht dargestellt) können durch
das Metall zwischen die ersten und die zweiten Nuten 52A und 52B sowie zwischen
die dritten und die vierten Nuten 54A und 54B eingefügt werden,
wodurch der Kammereinlassblock 20 zusätzlich an dem Kammerauslassblock 22 befestigt
wird. Dies kann durchgeführt
werden, um ein muschelschalenförmiges
Verformen oder Verbiegen des Metalls zwischen den Nuten zu vermeiden, wenn
das Material durch die Extrusionsvorrichtung 10 geführt wird.
-
Eine
Reihe spaltenförmiger
Auslassöffnungen 56 verläuft in die
Rückseite 34F des
Kammerauslassblocks 22. Die Reihe spaltenförmiger Auslassöffnungen
ist im Wesentlichen parallel und verläuft senkrecht zu der Höhenerstreckung
des Auslassblocks 22, so dass die spaltenförmige Auslassöffnung 56 mit
einer der dritten Nuten 54A in Verbindung steht. Eine Reihe Öffnungsanordnungen 58 (oder
Kammeröffnungen)
verläuft
in die Rückseite 34F des
Kammerauslassblocks 22. Jede Öffnungsanordnung 58 weist
viele Löcher 60 auf,
die entlang einer Breitenerstreckung (das heißt, von der ersten Seite 28F zu
der zweiten Seite 30F des Kammerauslassblocks 22)
ausgerichtet sind. Jede Öffnungsanordnung 58 ist
vertikal derart ausgerichtet, dass die Löcher 60 jeder Anordnung 58 mit
einer der vierten Nuten 54B in Verbindung stehen. In einer
Ausführungsform
ist jede Öffnungsanordnung 58 von
der nächsten
derart versetzt, dass die Löcher 60 entlang der
Höhenerstreckung
der Extrusionsvorrichtung 10 gestaffelt sind. Dies ermöglicht,
dass die Vorrichtung 10 ein Endextrudatmaterial mit versetzten
Fasern extrudiert, die bei bestimmten Anwendungen wünschenswert
sein können.
Die Schichtungskammer 62 verläuft in die Vorderseite 32G des
Schichtungsextrusionsblocks 16. Obwohl die Anzahl der Löcher variieren
kann, sind in einer Ausführungsform
in jeder Öffnungsanordnung 58 je
nach der Staffelung der Löcher 60 66 oder 67 Löcher enthalten.
Die Löcher 60 können um
etwa 3,81 mm (0,15 Inch) voneinander beabstandet sein, was in Abhängigkeit
der Anzahl der Löcher 60 zu
einer leichten Veränderung
der Breite jeder vierten Nute 54B führt. In einer Ausführungsform
beträgt
die Breite der Kammeranordnung 251,5 mm (9,9 Inch) für 67 Löcher und
248,9 mm (9,8 Inch) für
66 Löcher.
-
Eine
Breitenerstreckung der Schichtungskammer 62 entspricht
vorzugsweise im Wesentlichen der größten Breitenerstreckung der
spaltförmigen Auslassöffnungen 56.
Außerdem
ist die Höhen-
(oder vertikale) Erstreckung der Schichtungskammer 62 derart
konfiguriert, dass, wenn der Schichtungsextrusionsblock 16 mit
dem Kammerauslassblock 22 übereinstimmt, alle spaltenförmigen Auslassöffnungen 56 und Öffnungsanordnungen 58 von
der Schichtungskammer 62 umschlossen sind. Die Höhenerstreckung
der Schichtungskammer ist im Wesentlichen senkrecht zu der Länge der
ersten und der zweiten Kammer 72 und 82 angeordnet.
Dies stellt eine effiziente Art und Weise zum Sammeln aller Materialien
bereit, die von der spaltenförmigen
Auslassöffnung 56 und
den Öffnungsanordnungen 58 extrudiert
werden, wodurch ermöglicht
wird, dass die Materialien bei hohen Extrusionsdrücken (zum
Beispiel typisch für
die Extrusion von thermoplastischen Materialien) und Temperaturen
(auch typisch für
die Extrusion von thermoplastischen Materialien) gehalten werden.
Als ein Beispiel können
Drücke
in einer Extrusionsvorrichtung 3,44 MPa (500 psi) oder mehr betragen.
-
Der
Extrusionsblock 16 ist an dem Kammerauslassblock 22 mit
Hilfe von Bolzen befestigt, um den Drücken von Materialien standzuhalten,
welche durch die Extrusionsvorrichtung 10 geführt werden.
Außerdem
können
in der gesamten Metall bildenden Extrusionsvorrichtung 10 Heizelemente (nicht
dargestellt) angeordnet werden, um die Materialien, die durch die
Extrusionsvorrichtung 10 geführt werden, bei Temperaturen
zu halten, welche die Strömung
(zum Beispiel etwa 200 °C)
ermöglichen.
Thermopaare (nicht dargestellt) können in der gesamten Vorrichtung
angeordnet werden, um im Hinblick auf die Temperatur der Materialien
und der Extrusionsvorrichtung 10 eine Rückmeldung bereitzustellen.
-
4 und 5 stellen
die miteinander verbundenen Leerräume in der Extrusionsvorrichtung dar,
welche die Strömungswege
für die
Materialien bilden, die ein Endextrudat hervorbringen. 4 stellt
einen Querschnitt der Extrusionsvorrichtung 10 entlang
der Linien 4-4 von 1 dar. Dieser Querschnitt veranschaulicht
den Weg durch den ersten Zuführblock 12A,
an dem das Material den Abschnitt des Durchlassblocks 18 des
Schichtungsblocks 14 betritt. Das Material geht durch den
Kammereinlassblock 20 und den Kammerauslassblock 22,
bis es den Schichtungsextrusionsblock 16 erreicht. Wie dargestellt,
steht die Zuführöffnung 36A mit
der Einkerbung 40A in dem Zuführblock 12A in Verbindung. Die
Einkerbung 40A stimmt mit der Einkerbung 42A auf
dem Durchlassblock 18 überein,
der den ersten Verteiler 70 bildet. In der Regel wird ein
Extruder (nicht dargestellt) einer Art, die im Stand der Technik bekannt
ist, wie ein Einschneckenextruder benutzt, um ein erstes Material
wie zum Beispiel Polyester, Polypropylen oder Polyethylen (unter
anderem) in die Zuführöffnung 36A zu
pressen. Das erste Material bewegt sich in den ersten Verteiler 70,
der in einer Ausführungsform
eine vertikale Erstreckung von etwa 81,3 mm (3,2 Inch) und einen
Durchmesser von etwa 20,3 mm (0,8 Inch) aufweist. Nachdem das Produkt
den ersten Verteiler 70 betreten hat, füllt es den Leerraum aus, der
von dem ersten Verteiler 70 bereitgestellt wird, und der
Druck des ersten Materials gleicht sich über alle ersten Sammelräume 50A aus. Obwohl
die dargestellte Ausführungsform
eine gemeinsame Einlassquelle für
alle ersten Sammelräume 50A benutzt,
würde eine
alternative Ausführungsform
eine andere Quelle für
sämtliche
oder alle ersten Sammelräume 50A bereitstellen
(zum Beispiel durch Benutzen einer anderen Zuführöffnung für jeden ersten Sammelraum 50A).
-
Wenngleich
in 4 fünf
erste Sammelräume 50A dargestellt
sind, kann die Extrusionsvorrichtung 10 jede beliebige
Anzahl erster Sammelräume 50A aufweisen,
indem die Höhenerstreckung
der Bestandteile erhöht
wird, welche die Extrusionsvorrichtung 10 bilden (das heißt, Zuführblöcke 12A und 12B, Schichtungsblock 14 und
Schichtungsextrusionsblock 16).
-
Außerdem können die
Höhenerstreckung des
ersten Verteilers 70, die Größe der Zuführöffnung 36A und/oder
die Anzahl der Zuführöffnungen,
die in die Verteiler 70 gerichtet sind, gemäß der Anzahl
der Schichten oder der Anzahl unterschiedlicher Materialien, die
in dem extrudierten Schichtungsmaterial erwünscht werden, variiert werden.
Die ersten Sammelräume 50A sind
im Allgemeinen parallel zueinander angeordnet, wodurch die Anzahl
der Sammelräume
erhöht
werden kann, ohne zu bewirken, dass sie sich gegenseitig behindern.
Die ersten Sammelräume 50A werden
in die ersten Röhren 51A „im Hinblick
auf den Durchmesser verkleinert",
so dass sie mit den zweiten Röhrendurchgängen 51B in
dem Durchlassblock 18 überlappen
können.
Durch Bilden der ersten Sammelräume 50A bei
einem größeren Volumen
als die ersten Röhrendurchgänge 51A werden
Druckabfälle
durch die ersten Sammelräume 50A minimiert.
Wie der Fachmann verstehen wird, ermöglicht das Minimieren von Druckabfällen in
der Vorrichtung, dass von dem Extruder ein kleinerer Druck sowie
eine geringere Belastung auf das Material erzeugt werden, das die
Extrusionsvorrichtung 10 bildet. Außerdem minimiert diese Konfiguration
die Höhe
des Schichtungsabschnitts 14, die zum Schichten der ersten
Röhrendurchgänge 51A und
der zweiten Röhrendurchgänge 51B notwendig
ist.
-
Die
ersten Röhrendurchgänge 51A sind
mit dritten Röhrendurchgängen 51C in
dem Kammereinlassblock 20 ausgerichtet. Während der
Durchlassblock 18 und der Kammereinlassblock 20 ohne
weiteres aus einem festen Metallstück konstruiert werden könnten, ermöglicht das
Teilen des Durchlassblocks 18 und des Kammereinlassblocks 20 in
zwei Teile eine leichtere maschinelle Herstellung der Extrusionsvorrichtung 10.
Dritte Röhrendurchgänge 51C führen in
eine Reihe erster Kammern 72, die durch erste und dritte
Nuten 52A und 54A ausgebildet sind. In einer alternativen
Ausführungsform
könnte
die Sammelraum-/Röhrengröße in dem
gesamten Block konstant sein, was in der gesamten Vorrichtung höhere Drücke erfordern
würde.
Die spaltenförmigen Auslassöffnungen 56 stellen
für das
Material in jeder ersten Kammer 72 einen Ausgang bereit.
Das Material, welches jede erste Kammer 72 verlässt, betritt die
Schichtungskammer 62 und wird weiter nach unten geführt. Da
jede Materialschicht die Schichtungskammer 62 betritt,
beeinflusst dies das Material, das aus der Öffnung unmittelbar darüber ausgegeben wird.
Folglich bewirkt die Schichtungskammer 62 in dem Schichtungsextrusionsblock 16,
dass jeder der „Ströme" von Material, das
aus den spaltenförmigen Auslassöffnungen 56 ausgegeben
werden, aufeinander „gestapelt" wird, wodurch eine
Schichtung gebildet wird, welche danach durch die Lippenöffnung 74 aus
der Schichtungskammer 62 extrudiert wird. Der Schichtungsextrusionsblock 16 bewirkt,
dass die Ströme
gekappt werden und den Drücken
standhalten, die zum Extrudieren von Materialien mit höherer Viskosität wie Thermoplasten
notwendig sind.
-
5 stellt
einen Querschnitt der Extrusionsvorrichtung entlang der Linien 5-5
von 1 dar. Der Querschnitt stellt den weg des Materials
dar, das durch den zweiten Zuführblock 12B eingeführt wird, an
welchem es den Durchlassblock-Abschnitt 18 des Schichtungsblocks 14 betritt.
Das Material geht durch den Kammereinlassblock 20 und den
Kammerauslassblock 22, bis es den Schichtungsextrusionsblock 16 erreicht.
Wie dargestellt, steht die Zuführöffnung 36B mit
der Einkerbung 40B in dem Zuführblock 12B in Verbindung.
Die Einkerbung 40B stimmt mit der Einkerbung 42B auf
dem Durchlassblock 18 überein, wodurch
der zweite Verteiler 80 gebildet wird. Wie oben erläutert, wird
in der Regel ein Extruder benutzt, um ein zweites Material (das
sich von demjenigen unterscheidet, das in den ersten Verteiler 70 eingeführt wird)
in die Zuführöffnung 36B zu
pressen. In der Regel werden Materialien benutzt, die bei ähnlichen Verarbeitungstemperaturen ähnliche
Schmelzviskositäten
aufweisen. Diese Materialien können
so unterschiedlich wie Haftklebstoffe und thermoplastische Polymere
sein. Das zweite Material bewegt sich in den zweiten Verteiler 80,
der in einer Ausführungsform
eine Höhenerstreckung
von etwa 61,0 mm (2,4 Inch) in einem Durchmesser von etwa 10,2 mm
(0,4 Inch) aufweist.
-
Nachdem
das Produkt den zweiten Verteiler 80 betreten hat, füllt es den
Raum, der von dem zweiten Verteiler 80 bereitgestellt wird,
und der Druck des Materials wird über alle zweiten Sammelräume 50B ausgeglichen.
Während
in 5 vier zweite Sammelräume 50B dargestellt
sind, kann die Extrusionsvorrichtung 10 jede beliebige
Anzahl von zweiten Sammelräumen 50B aufweisen,
indem die vertikale Erstreckung der Extrusionsvorrichtungsbestandteile (wie
oben im Hinblick auf die ersten Sammelräume 50A beschrieben)
erhöht
wird. Außerdem
können
die vertikale Erstreckung des zweiten Verteilers 80 und die
Größe der Zuführöffnung 36B gemäß der Anzahl der
Schichten, die in dem extrudierten Schichtungsmaterial gewünscht werden,
(je nach der Anwendung) variiert werden. Die zweiten Sammelräume 50B (ähnlich wie
die ersten Sammelräume 50A)
sind im Allgemeinen parallel zueinander angeordnet und können die
Anzahl von zweiten Sammelräumen 50B erhöhen, ohne
zu bewirken, dass diese einander behindern. Die zweiten Sammelräume 50B werden
zu zweiten Röhrendurchgängen 51B „hinsichtlich
des Durchmessers verkleinert",
so dass sie mit den ersten Röhrendurchgängen 51A in
dem Durchlassblock 18 überlappen
können.
Diese Veränderung
des Durchmessers ermöglicht,
dass dem Material, das jeden der zweiten Röhrendurchgänge 51B aus den zweiten
Sammelräumen 50B betritt,
ein konstanter Druck bereitgestellt wird. Die zweiten Röhrendurchgänge 51B sind
mit vierten Röhrendurchgängen 51D in
dem Kammereinlassblock 20 ausgerichtet (erneut sind der
Durchlassblock 18 und der Kammereinlassblock 20 zur
Erleichterung der maschinellen Herstellung getrennt). Die vierten
Röhrendurchgänge 51D betreten
eine Reihe zweiter Kammern 82, die durch zweite und vierte
Nuten 52B und 54B ausgebildet sind. Wie dargestellt,
kann der Übergang
zwischen den vierten Röhrendurchgängen 51D und
den zweiten Kammern 82 eine zusätzliche „Verkleinerung im Hinblick
auf den Durchmesser" durch
die Übergangsröhren 84 aufweisen.
Erneut bewirkt die Tatsache, dass die vierten Röhrendurchgänge 51D so groß wie möglich gehalten
werden, bevor sie die Übergangsröhren 84 betreten,
dass ein Druckabfall des Materials in den zweiten Verteilern 80 minimiert
(und folglich eine Strömung
konstant gehalten) wird, während gleichzeitig
ermöglicht
wird, dass die ersten Kammern 72 und die zweiten Kammern 82 bezüglich der Höhe derart
minimiert werden, dass sie nahe miteinander geschichtet werden können. Das
zweite Material verlässt
jede zweite Kammer 82 bei der Kammeröffnung 58.
-
In
einer Ausführungsform
sind die zweiten Kammern 82 kürzer als die ersten Kammern 72,
wodurch die Gesamthöhe
der Schichtungskammern 72 und 82 reduziert wird
und eine größenmäßige Reduzierung
der Gesamthöhe
der Extrusionsvorrichtung 10 ermöglicht wird. Die zweiten Kammern 82 können in
der Regel bezüglich
der Höhe
reduziert werden, wenn ein Matrixmaterial in die ersten Kammern 72 eingeführt wird
und ein Fasermaterial in die zweiten Kammern 82 eingeführt wird.
Wenn ein Fasermaterial durch die zweiten Kammern 82 strömt, ist
die Strömungsgeschwindigkeit,
die für
das Material erforderlich ist, in der Regel geringer als diejenige
des Matrixmaterials, wodurch der Druckabfall des Fasermaterials
(im Vergleich zu demjenigen des Matrixmaterials) verringert wird,
wenn es durch die Extrusionsvorrichtung 10 strömt, wodurch
ermöglicht
wird, dass die Höhe
der zweiten Kammern 82 geringer als die der ersten Kammern 72 ist.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass die Länge der ersten und zweiten
Kammern 72 und 82 (das heißt, in die Richtung von der
Vorderseite 32 zu der Blockseite 24 der Extrusionsvorrichtung)
in einer Ausführungsform
der Erfindung lang genug ist, so dass jede Kammer weiter vorne oder
weiter hinten in der Extrusionsvorrichtung 10 angeordnet
werden kann (wie mit Bezug auf 6A weiter
beschrieben), während
gleichzeitig noch immer ermöglicht
wird, dass der Kammereinlassblock 20 und der Kammerauslassblock 22 ungeachtet
ihrer Position in der Extrusionsvorrichtung 10 durch die
ersten und zweiten Kammern 72 und 82 getrennt
werden. Diese Konfiguration der Vorrichtung 10 ermöglicht eine
zweckmäßige maschinelle
Herstellung der Kammern 72 und 82.
-
Das
zweite Material betritt die Schichtungskammern 62 und wird
nach unten gelenkt. Da jede Schicht die Schichtungskammer 62 betritt,
beeinflusst sie das Material, das aus der spaltenförmigen Auslassöffnung 56 (das
heißt,
aus der ersten Kammer 72) unmittelbar darüber ausgegeben
wird. Folglich bewirkt die Schichtungskammer 62 jeden der Ströme abwechselnd
(das heißt,
das erste Material und das zweite Material) aufeinander zu schichten und
so eine Schichtung zu bilden. Die Schichtung wird dann aus einer
Schichtungskammer 62 zwischen der Lippenöffnung 74 extrudiert.
Die erfinderische Extrusionsvorrichtung 10 kann ein Extrudat
mit zusätzlichen
Schichten bilden, das über
die dargestellte Ausführungsform
hinausgeht, indem mehrere erste Kammern 72 und zweite Kammern 82 übereinander
gestapelt werden. Zusätzliche
Kammern können
durch Erhöhen
der Extrusionsvorrichtung 10 angeordnet werden. Die erfinderische
Extrusionsvorrichtung 10 ermöglicht nicht nur, dass eine
große
Anzahl von Schichten zu einem Extrudat gebildet wird, sondern auch,
dass eine Vielzahl von Materialien zur Schaffung von Schichten benutzt
wird, indem eine Vielzahl von Extrudern mit unterschiedlichen Einlasssammelräumen verbunden
wird. Zum Beispiel könnte
eine alternative Ausführungsform
der Extrusionsvorrichtung zusätzliche
Zuführblocks 12C und 12D aufnehmen,
die in 5A mit gepunkteten Linien dargestellt
sind, um zusätzliche
Extruderverbindungen bereitzustellen. Außerdem kann die Form des Durchlassblocks 18 verändert werden,
um zusätzliche
Zuführblocks
anzuordnen, wie durch Formen des horizontalen Querschnitts des Durchlassblocks 18 in Form
eines halben Zehnecks.
-
6 ist
eine schematische Ansicht der Kammern, Sammelrüme und Verteiler, welche den Strömungsweg
für das
erste und das zweite Material der vorliegenden Erfindung bilden.
Das erste Material ist durch die Pfeile 92 angegeben und
das zweite Material ist durch die Pfeile 90 angegeben.
Klammern werden benutzt, um anzuzeigen, wo jeder Abschnitt des Schichtungsblocks 14 (zum
Beispiel Durchlassblock 18, Kammereinlassblock 20 und
Kammerauslassblock 22) sowie die Zuführblöcke 12A und 12B positioniert
sein würden.
Wie dargestellt, strömt
das erste Material 92 im Hinblick auf das zweite Material 90 entlang
abwechselnder (oder überlappender)
Wege. Alle Wege sind bei dem Schichtungsextrusionsblock 16 aufeinander
geschichtet und führen
zu einem vielschichtigen Schichtungsextrudat 96.
-
6A ist
eine vergrößerte Schnittansicht des
Bereichs von 5, der mit dem Bezugszeichen 6A gekennzeichnet
ist. Das erste Material 92 strömt durch jede der ersten Kammern 72.
In einer Ausführungsform
weist jede erste Kammer 72 eine Längenerstreckung (das heißt, in die
Richtung von der Vorderseite 32 zu der Rückseite 34 der
Extrusionsvorrichtung 10) von etwa 40,6 mm (1,6 Inch) und
eine Höhenerstreckung
von etwa 7,6 mm (0,3 Inch) auf. Man muss beachten, dass diese Höhenerstreckung entlang
der Länge
und Breite der ersten Kammern im Wesentlichen konstant ist, wodurch
erneut eine Erleichterung der maschinellen Herstellung bereitgestellt
wird, wenn die Vorrichtung 10 gebildet wird. Die Breitenerstreckung
jeder ersten Kammer 72 (das heißt, die Richtung von der ersten
Seite 28 zu der zweiten Seite 30 der Extrusionsvorrichtung 10)
beträgt
etwa 261,6 mm (10,3 Inch).
-
Das
zweite Material 90 strömt
durch jede der zweiten Kammern 82. In einer Ausführungsform weist
jede der zweiten Kammern 82 eine Längenerstreckung von etwa 22,1
mm (0,87 Inch), eine Höhenerstreckung
von etwa 4,06 mm (0,16 Inch) und eine Breitenerstreckung von etwa
251,5 mm (9,9 Inch) oder 254,0 mm (10,0 Inch) auf, je nach der Anzahl von
Löchern 60 in
der Kammeröffnung 58.
Erneut ist die Höhenersteckung
der zweiten Kammern 82 entlang der Länge und Breite der zweiten
Kammern 82 im Wesentlichen konstant, wodurch die Anforderungen
im Hinblick auf die maschinelle Herstellung an die Extrusionsvorrichtung 10 vereinfacht
werden.
-
Das
erste Material 92 strömt
durch die spaltenförmige
Auslassöffnung 56 von
jeder ersten Kammer 72 und wird zu der Schichtungskammer 62 geleitet.
Auf ähnliche
Weise strömt
das zweite Material 90 durch die Kammeröffnungen 58, die von
jeder zweiten Kammer 82 zu der Schichtungskammer 62 verlaufen.
Die Schichtungskammer 62 ist im Wesentlichen senkrecht
zu den ersten Kammern 72 und den zweiten Kammern 82 sowie
zu den spaltenförmigen Auslassöffnungen 56 und
Kammeröffnungen 58 angeordnet.
Das Anordnen der Schichtungsauslasskammer 62 auf diese
Weise ermöglicht,
dass die vielen Schichten, die von dem ersten Material 92,
das durch die ersten Kammern 72 strömt, und von dem zweiten Material 90 gebildet
werden, das durch die zweiten Kammern 82 strömt, derart
kombiniert werden, dass Schweißlinien
minimiert werden. Zum Beispiel treten in der dargestellten Ausführungsform
der Erfindung in dem Extrudat 96 (angezeigt durch die gepunkteten
Linien in 6A), welches die Lippenöffnung 74 verlässt, Schweißlinien
(das heißt,
die Grenzfläche,
bei welcher zwei oder mehrere Materialschichten verbunden werden)
auf. Diese Schweißlinien
treten entlang einer Ebene auf, die durch eine x-Achse (das heißt, durch
den Pfeil 94A in 1 dargestellt)
und eine y-Achse (das heißt,
durch den Pfeil 94C dargestellt) definiert ist (so dass
es in der x-y-Ebene Schweißlinien
gibt). Durch Anordnen der Schichtungskammer 62 senkrecht
zu den spaltenförmigen
Auslassöffnungen 56 (wie
in 6A) können die
Kammeröffnungen 58 der
ersten Kammern 72 und der zweiten Kammern 82 Breiten
aufweisen, die im Wesentlichen die gleichen sind wie die der Schichtungskammer 62,
wodurch ermöglicht
wird, dass sich die Materialien, welche das Extrudat 96 bilden,
verteilen, bevor sie in der Schichtungskammer 62 kombiniert
werden, und gleichzeitig die Kompaktheit der Extrusionsvorrichtung 10 bewahrt
wird. Die Fähigkeit der
Materialien, sich vor dem Kombinieren zu verteilen, ermöglicht kontinuierliche
Materialschichten in die Breitenrichtung, wodurch Schweißlinien
in der y-z-Ebene (des Extrudats 96) beseitigt werden. Insbesondere
ermöglicht
die erfinderische Extrusionsvorrichtung eine größere Anzahl (kontinuierlicher) Matrixmaterialschichten,
die mit Fasermaterialien (unterbrochene Schichten) ohne die Notwendigkeit zum
Teilen der (kontinuierlichen) Matrixschichten entlang der y-z-Ebene
(des Extrudats 96) extrudiert werden. Schweißlinien
(wie diejenigen in der y-z-Ebene des Extrudats 96) schwächen den
Rest des Polymerkörpers,
da das große
Molekulargewicht der Polymere die Interdiffusion des Polymers mit
sich selbst verlangsamt. Das Beseitigen dieser Schweißlinien
stärkt
die Schichten (und folglich das Endprodukt), da diese Schwächelinien
beseitig werden.
-
Außerdem begrenzt
das senkrechte Anordnen der Schichtungskammer 62 die Menge
der maschinellen Herstellung, die zur Erzeugung der Extrusionsvorrichtung 10 erforderlich
ist. Die Komplexität der
Maschinenherstellung ist auch begrenzt, wodurch mehr Präzisionstoleranzen
in der Extrusionsvorrichtung 10 erhalten werden können. Dieses
Minimieren der Komplexität
der Maschinenherstellung beruht auf der Fähigkeit der Extrusionsvorrichtung 10,
entlang einer Höhenerstreckung
(zum Beispiel zwischen dem Schichtungsblockabschnitt 14 und dem
Schichtungsextrusionsblock 16) in Abschnitte aufgeteilt
zu werden.
-
Die
maschinell präzise
hergestellte Extrusionsvorrichtung 10 ermöglicht die
Schaffung von Hochpräzisionsöffnungen,
die benötigt
werden, um die Strömung
jeder Materialschicht exakt zu steuern, wenn diese in die Schichtungskammer 62 eintritt
und dadurch geführt
wird. Wie oben erläutert,
ist es wünschenswert,
dass die Strömungsgeschwindigkeit
jeder Materialschicht mit der Schicht übereinstimmt, mit der sie verbunden
ist, um eine Nichtgleichförmigkeit
des Extrudats 96 zu minimieren. Um eine übereinstimmende
Strömung
jeder der verschiedenen Schichten bereitzustellen, wenn sie die
Schichtungskammer 62 betreten und dadurch geleitet werden, werden
verschiedene Konstruktionsverfahren angewendet. Zum Beispiel kann,
wie durch die spaltenförmigen
Auslassöffnungen 56 dargestellt,
die Höhe
jeder Auslassöffnung 56 variiert
werden, um für
das strömende
Material einen größeren oder
kleineren Widerstand zu erzeugen. In der dargestellten Ausführungsform
wird die Dicke der spaltenförmigen Auslassöffnungen 56 entlang
der Höhenerstreckung des
Schichtungsblocks derart erhöht,
dass eine obere erste Kammer 72A durch die größte spaltenförmige Auslassöffnung 56 (das
heißt,
die höchste
Auslassöffnung)
zugeführt
wird und eine untere erste Kammer 72B durch die kleinste
spaltenförmige
Auslassöffnung 56 (das
heißt,
die kürzeste
Auslassöffnung) zugeführt wird.
Folglich trifft das erste Material 92 auf weniger Widerstand,
wenn es durch die obere erste Kammer 72A strömt, und
dieser Widerstand wird durch jede nachfolgende erste Kammer 72 zunehmend
erhöht,
bis die untere erste Kammer 72B den höchsten Strömungswiderstand erfährt. Dies
ist erforderlich, da die obere erste Kammer 72A von der Lippenöffnung 74 der
Schichtungskammer 62 weiter entfernt ist als die untere
erste Kammer 72B. Wenn der Abstand von dem Auslass der
Schichtungskammer 62 erhöht wird, nimmt der Druckabfall,
der zum Pressen des Materials durch die Extrusionsvorrichtung 10 erforderlich
ist, proportional zu. Die Zunahme des Widerstands von kürzeren Materialströmungswegen
gleicht den höheren
Druckabfall der längeren Strömungswege
aus.
-
Die
Form der Schichtung 62 vertieft sich, wenn sie von der
Oberseite 24G zu der Unterseite 26G des Schichtungsextrusionsblocks 16 verläuft. Die
Schichtungskammer 62 nimmt bezüglich der Tiefe zu, um die
zunehmende Anzahl von Materialschichten aufzunehmen, die durch die
spaltenförmigen
Auslassöffnungen 56 und
die Kammeröffnungen 58 eingeführt werden.
In einer Ausführungsform
ist die Schichtungskammer 62 an dem Punkt, an dem die obere
erste Kammer 72A mit der Schichtungskammer 62 in
Verbindung steht, etwa 0,76 mm (0,03 Inch) (das heißt, von
der Vorderseite 32G zu der Rückseite 34G des Schichtungsextrusionsblocks 16) tief.
Die Schichtungskammer 62 vertieft sich auf etwa 4,83 mm
(0,19 Inch) an dem Punkt, an dem die untere erste Kammer 72B mit
der Schichtungskammer 62 etwa 66,0 mm (2,6 Inch) von der
oberen ersten Kammer 72A in Verbindung steht. Die Schichtungskammer 62 verengt
sich dann bei der Lippenöffnung 74 auf
etwa 1,27 mm (0,05 Inch). Die Lippenöffnung 74 kann bezüglich der
Tiefe eingestellt werden, um die Dicke des Extrudats 96 zu
variieren.
-
In
einer Ausführungsform
beträgt
die Höhe der
spaltenförmigen
Auslassöffnung 56 für die obere erste
Kammer 72A etwa 0,889 mm (0,035 Inch). Die Höhe der spaltenförmigen Auslassöffnung 56 für die untere
erste Kammer 72B beträgt
etwa 0,635 mm (0,025 Inch). Die ersten Zwischenkammern 72 weisen
von der Oberseite 24F zu der Unterseite 26F des Schichtungsblocks 14 Höhen der
spaltenförmigen Auslassöffnungen
von 0,737 mm (0,029 Inch), 0,686 mm (0,027 Inch) und 0,660 mm (0,026
Inch) auf.
-
In
einer Ausführungsform
können
die Kammerauslassöffnungen 58 die
gleiche Technik anwenden.
-
Wie
erläutert,
können
die Kammeröffnungen 58 Löcher 60 sein,
wie oben erläutert,
welche variierende Durchmessergrößen benutzen,
um den Widerstand zu erhöhen
oder zu verringern. Während
runde Löcher 60 dargestellt
sind, versteht es sich, dass die Auslassöffnungen auch Schlitze, Vierecke,
Ellipsen oder jede beliebige Anzahl anders geformter Öffnungen
sein können.
Außerdem
kann die Form der Löcher 60 in
jeder Anordnung oder von einer Anordnung zu der nächsten variieren.
-
Wenngleich
das Verändern
der Höhe
oder des Durchmessers der Öffnung
in die Schichtungskammer benutzt werden kann, um den Strömungswiderstand
des Materials zu verändern,
weisen die Löcher 60 in
einer bevorzugten Ausführungsform
einen Durchmesser von etwa 0,76 mm (0,03 Inch) auf und das alternative
Verfahren zum Variieren des Widerstands wird angewendet. Dieses
alternative Verfahren zum Bereitstellen eines variierten Widerstands für den Materialstrom
ist in 6A durch die Kammerauslassöffnungen 58 dargestellt,
welche von den zweiten Kammern 82 zu der Schichtungskammer 62 verlaufen.
Die Länge
jeder zweiten Kammeröffnung 58 nimmt
von jeder zweiten Kammer 82 zu der benachbarten zweiten
Kammer 82, die sich unmittelbar darunter befindet, (das
heißt,
in die Richtung von der Vorderseite 32D zu der Rückseite 34F des
Schichtungsblocks 14) entlang der Höhenerstreckung des Schichtungsblocks 14 zu.
Mit anderen Worten, die obere zweite Kammer 82A wird durch
die Kammeröffnung 58 mit
der kürzesten
Länge gespeist,
während
die untere zweite Kammer 82B durch die Kammeröffnung mit
der längsten
Länge gespeist
wird und die Kammern zwischen der oberen zweiten Kammer 82A und
die untere zweite Kammer 82B werden durch die Kammeröffnungen 58 gespeist,
die zunehmend länger
werden. Diese Längenzunahme
erreicht das gleiche Ziel, das oben erläutert worden ist, nämlich den
Widerstand der Kammern, welche die Unterseite der Schichtungskammer 62 (nahe
der Lippenöffnung 74)
speisen, im Gegensatz zu denjenigen zu erhöhen, welche die Oberseite der
Schichtungskammer 62 (weiter von der Lippenöffnung 74 entfernt) speisen.
-
In
einer Ausführungsform
beträgt
die Länge der
Kammeröffnung 58 für die obere
zweite Kammer 82A in der Mitte (Breite) der oberen zweiten
Kammer 82A etwa 25,40 mm (1,00 Inch) und an den Enden (Breite)
der oberen zweiten Kammer 82A etwa 23,37 mm (0,92 Inch).
Die Länge
der Kammeröffnung 58 für die untere
zweite Kammer 82B beträgt
in der Mitte (Breite) der unteren zweiten Kammer 82B etwa
29,97 mm (1,18 Inch) und an den Enden (Breite) der unteren zweiten
Kammer 82B etwa 27,94 mm (1,10 Inch). Die dazwischen liegenden
Kammern 82 weisen von der Oberseite 24F zu der
Unterseite 26F des Schichtungsblocks 14 Längen der
Kammeröffnung 58 von etwa
27,94 mm (1,10 Inch) in der Mitte auf, an den Enden etwa 25,91 mm
(1,02 Inch) und in der Mitte etwa 28,70 mm (1,13 Inch) und an den
Enden etwa 26,67 mm (1,05 Inch) auf.
-
Die
zwei oben beschriebenen Verfahren werden benutzt, um für die Strömungsgeschwindigkeit des
Materials, das die Schichtungskammer 62 betritt, einen
Ausgleichseffekt bereitzustellen. Es ist zu beachten, dass bei den
ersten Kammern 72 oder den zweiten Kammern 82 jedes
dieser beiden Verfahren benutzt werden kann und die dargestellte
Ausführungsform
beispielhaft und nicht einschränkend
gemeint ist.
-
Eine
alternative Ausführungsform
der erfinderischen Extrusionsvorrichtung ist in 6B dargestellt.
In dieser Ausführungsform
sind die Kammeröffnungen 58 in
die spaltenförmigen
Auslassöffnungen 56 gerichtet,
die mit der Schichtungsöffnung 62 in Verbindung
stehen. Folglich wird das zweite Material 90 in das erste
Material 92 in die spaltenförmigen Auslassöffnungen 56 geschichtet.
Diese „Vorschichtungen" werden dann in der Schichtungskammer 62 geschichtet.
Die dargestellte Ausführungsform
ermöglicht,
dass die Geschwindigkeiten zwischen dem zweiten Material 90,
wenn es in das erste Material 92 eingeführt wird, genau angepasst werden
können und
die Strömungsgeschwindigkeiten
fein abgestimmt werden können.
Eine Verbindung kann je nach den Verfahrensanforderungen näher zu oder weiter
weg von der Schichtungskammer 62 auftreten.
-
Eine Übersicht,
welche die Unterseite der Extrusionsvorrichtung 10 darstellt,
ist in 7 veranschaulicht. Die Lippenöffnung 74 ist zusammen
mit den ersten und zweiten Lippen 100 und 102 bei
dem Auslass der Extrusionsvorrichtung 10 dargestellt. Wenngleich
die Dicke jeder einzelnen Schicht des Extrudats 96 durch
die präzise
maschinelle Herstellung der spaltenförmigen Auslassöffnungen 56 und Kammeröffnungen 58 (wie
oben beschrieben und dargestellt) gesteuert werden kann, wird ein
zusätzliches
Verfahren zum Steuern der Dicke des Extrudats 96 bereitgestellt,
indem die erste Lippe 100 zu der zweiten Lippe 102 zusammengedrückt wird
oder freigegeben wird. Dieses Verfahren wird im Allgemeinen angewendet
und kann in die vorliegende erfinderische Extrusionsvorrichtung 10 aufgenommen
werden. Außerdem
werden in der Regel Endplatten (nicht dargestellt), die dem Stand
der Technik entsprechen, in Verbindung mit der Extrusionsvorrichtung 10 benutzt
und auf jeder Seite der Lippenöffnung 74 in
der Nähe
der ersten Seite 28 und der zweiten Seite 30 der
Extrusionsvorrichtung 10 angeordnet. Die Endplatten werden
derart befestigt, dass sie Leckagen minimieren.
-
Ein
Querschnitt der erfinderischen Extrusionsvorrichtung 10 entlang
der Linien 8-8 von 7 ist in 8 dargestellt.
Der Querschnitt ist derart ausgeführt, dass er die Breitenerstreckung
(das heißt,
in die Richtung von der ersten Seite 28 zu der zweiten Seite 30 der
Extrusionsvorrichtung 10) einer ersten Kammer 72 mit
der spaltenförmigen
Auslassöffnung 56 dargestellt,
die zu der Schichtungskammer 62 verläuft. In einer Ausführungsform
beträgt
die Breite der spaltenförmigen
Auslassöffnung 56 (und
der Schichtungskammer 62) etwa 254 mm (10 Inch). Der Materialweg
ist von der Zuführöffnung 36A durch
den ersten Verteiler 70 in den ersten Sammelraum 50A definiert,
der in die ersten und dritten Röhrendurchgänge 51A und 51C übergeht.
Die Einlassöffnung 110 verbindet
die dritten Röhrendurchgänge 51C mit
der ersten Kammer 72. Wie oben erläutert, verläuft die Länge der spaltenförmigen Auslassöffnung 56 von
der ersten Kammer 72 zu der Schichtungskammer 62. 8 stellt
dar, dass dieser Übergang
zwischen der ersten Kammer 72 und der Auslassöffnung 56 bezüglich der
Länge entlang
der Breitenerstreckung der Auslassöffnung 56 variiert.
Um diese Variation darzustellen, ist eine Reihe erster Abstände 112 von
der Einlassöffnung
zu Punkten entlang der Grenzfläche zwischen
der Auslassöffnung 56 und
der ersten Kammer 72 definiert. Wenngleich diese ersten
Abstände 112 in 8 dargestellt
sind, ist zu beachten, dass diese beispielhaft sind und dass jeder
beliebige Punkt entlang dieser Grenzfläche zwischen der Auslassöffnung 56 und
der ersten Kammer 72 benutzt werden könnte, um einen ersten Abstand
zu definierten. Man muss auch beachten, dass die ersten Abstände im Allgemeinen
als „erster
Abstand 112" bezeichnet
werden, die sich auf alle ersten Abstände beziehen. Spezifische erste
Abstände
werden mit einem angehängten
Buchstaben gekennzeichnet, wie der „erste Abstand 112A".
-
In
der Darstellung verläuft
eine Reihe zweiter Abstände 114 von
der Grenzfläche
zwischen der spaltenförmigen
Auslassöffnung 56 und
der ersten Kammer 72 zu der Schichtungskammer 62 (erneut wird
der zweite Abstand 114 benutzt, um alle zweiten Abstände, die
zur Angabe eines bestimmten Abstandes benutzt werden, mit einem
angehängten
Buchstaben wie „zweiter
Abstand 114A" zu bezeichnen). Während die
Länge des
ersten Abstands 112 von der Einlassöffnung 110 zu einem
Punkt entlang der Grenzfläche
der ersten Kammer 72 mit der spaltenförmigen Auslassöffnung 56 zunimmt,
nimmt der entsprechende zweite Abstand 114 bezüglich der
Länge von
der Grenzfläche
zwischen der ersten Kammer 72 und der spaltenförmigen Auslassöffnung 56 zu
der Schichtungskammer 62 ab.
-
In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Wand jeder ersten Kammer 72, die
sich am nächsten
zu der Vorderseite 32 der Extrusionsvorrichtung 10 befindet,
parallel zu der Wand jeder ersten Kammer 72, die sich am
nächsten
zu der Rückseite 34 jeder
ersten Kammer 72 befindet. Die gleiche Konfiguration kann
für zweite
Kammern 82 (am besten in 10 dargestellt)
benutzt werden. Ein Fachmann würde
jedoch erkennen, dass andere Konfigurationen möglich sind und den Schutzbereich der
Erfindung nicht verlassen.
-
Ein
vergrößerter Abschnitt
der Extrusionsvorrichtung 10, der in 8 mit
dem Bezugszeichen 9 angegeben ist, ist in 9 dargestellt.
Wie dargestellt, kann durch Definieren einer Reihe erster Abstände 112A bis 112G von
einem zentralen Punkt in der Einlassöffnung 110 zu einer
Reihe Punkte entlang der Grenzfläche
mit der Auslassöffnung 56 gesehen
werden, dass ein zweiter Abstand 114A bis 114G mit
jedem ersten Abstand 112A bis 112G übereinstimmt
und demgemäß zu- oder
abnimmt. Zum Beispiel ist der erste Abstand 112A bei einer äußeren Position
entlang der Breitenerstreckung der ersten Kammer 72 länger als
der erste Abstand 112D, der zu einem Mittelpunkt der Auslassöffnung 56 verläuft. Folglich
ist der zweite Abstand 114A, der von dem gleichen Punkt
entlang der Grenzfläche
zwischen der ersten Kammer 72 und der Auslassöffnung 56 als
der erste Abstand 112A verläuft, kürzer als der zweite Abstand 114D,
der von dem entsprechenden Punkt entlang der Grenzfläche als
der erste Abstand 112D verläuft.
-
Das
Konfigurieren des Übergangs
zwischen der Auslassöffnung 56 und
der ersten Kammer 72 auf diese Art und Weise bewirkt, dass
das Material, das die erste Kammer 72 von der Einlassöffnung 110 betritt,
einen größeren Widerstand
durch die Auslassöffnung 56 erfährt, je
näher sich
das Material zu der Einlassöffnung 110 befindet.
Dies beruht auf der Tatsache, dass das Material um einen längeren Abstand durch
eine kleine Öffnung
gepresst wird. Das Ergebnis ist, dass eine konstante Materialströmung durch die
spaltenförmige
Auslassöffnung 56 über die
Breite der spaltenförmigen
Auslassöffnung 56 gepresst wird.
Die resultierende Schicht des Materials, das in die Schichtungskammer 62 eingeführt wird,
weist über
die Breite des Materials (das heißt, die Breite der spaltenförmigen Auslassöffnung 56)
eine konstante Dicke auf.
-
Wenn
die Länge
der ersten Abstände 112A und 112G in
einer Ausführungsform
etwa 134,6 mm (5,3 Inch) beträgt,
beträgt
die Länge
der zweiten Abstände 114A und 114G etwa
20,3 mm (0,8 Inch). Gleichzeitig beträgt der erste Abstand 112D etwa 40,6
mm (1,6 Inch) und der zweite Abstand 114D etwa 25,4 mm
(1,0 Inch).
-
Während 9 eine
Ausführungsform
der Form der ersten Kammer 72 und der spaltenförmigen Auslassöffnung 56 darstellt,
ist zu beachten, dass andere Ausführungsformen in Betracht gezogen
werden. Zum Beispiel stellt 9A eine
andere Kammerform dar, welche die gleiche erfinderische Beziehung
zwischen dem ersten Abstand 112 und dem zweiten Abstand 114 bereitstellt.
In dieser Ausführungsform
tritt die Einlassöffnung 110 in
die erste Kammer 72 entlang eines Endes 116A (in
der Breitenerstreckung) ein. Ähnlich
der vorherigen Ausführungsform
ist die Grenzfläche
zwischen der spaltenförmigen
Auslassöffnung 56 und
der ersten Kammer 72 jedoch derart konfiguriert, dass der
kürzeste
Abstand 112A, der von dem Einlass zu einem Punkt entlang
des Übergangs
zu der spaltenförmigen Öffnung 56 verläuft, den
längsten
zweiten Abstand 114A aufweist, der von dem gleichen Punkt
zu der Schichtungskammer 62 verläuft. Der längste erste Abstand 112D verläuft von
der Einlassöffnung 110 zu
einem Punkt entlang der spaltenförmigen
Auslassöffnung 56 in
der Nähe
des zweiten Endes 116B der Kammer 72 zu der Schichtungsauslasskammer 62.
Alle erfinderischen ersten Abstände 112 werden
von dem ersten Abstand 112A zu dem ersten Abstand 112D schrittweise
länger
und alle erfinderischen zweiten Abstände 114 werden von
dem zweiten Abstand 114A zu dem zweiten Abstand 114D schrittweise
länger
-
Es
ist zu beachten, dass die vordere Wand 118 der Kammer 72 auch
variierende Neigungspegel entlang der Breitenerstreckung der Kammer 72 aufweisen
kann. Diese abfallende vordere Wand 118 wird gewöhnlich in
einer „kleiderbügelförmigen" Kammer benutzt,
wie dem Fachmann bekannt ist.
-
10 stellt
einen Querschnitt der erfinderischen Extrusionsvorrichtung 10 entlang
der Linie 10-10 aus 7 dar. Die Breite der zweiten
Kammer 82 ist zusammen mit der Öffnungsanordnung 58 dargestellt.
Eine vergrößerte Ansicht
des Bereichs, der mit dem Bezugszeichen 11 versehen ist,
ist in 11 dargestellt. Wie oben beschrieben,
weist die Öffnungsanordnung 58 eine
Reihe Löcher 60 auf,
die mit der zweiten Kammer 82 und der Schichtungskammer 62 in
Verbindung stehen. Die Verwendung der Löcher 60 auf diese
Weise ermöglicht,
dass „Fasern" des Materials, das
die zweite Kammer 82 betritt, in die Schichtungskammer 62 extrudiert
werden können.
-
Ähnlich der
ersten Kammer 72 kann die zweite Kammer 82 derart
geformt sein, dass eine Reihe dritter Abstände 120A bis 120G (alle
dritten Abstände
sind mit 120 gekennzeichnet) zwischen einer Einlassöffnung 122 der zweiten
Kammer 82 zu Positionen entlang der Auslassöffnung 58 definiert ist,
wie in 11 dargestellt. Eine vierte
Reihe von Abständen 124A bis 124G (alle
vierten Abstände sind
mit 124 gekennzeichnet) ist durch den Abstand der Kammeröffnung 58 (oder Öffnungsanordnung) zwischen
der zweiten Kammer 82 und der Schichtungskammer 62 definiert.
Wenn die Länge,
die durch jeden Abstand 120 definiert wird, zunimmt, nimmt
der assoziierte vierte Abstand 124 ab. Zum Beispiel ist
in der dargestellten Ausführungsform
ein Loch 60, das an der gleichen Position entlang der Breite
der zweiten Kammer 82 als dritter Abstand 120A angeordnet
ist, kürzer
als ein Loch 60, das den vierten Abstand 124D definiert,
der an der gleichen Position entlang der Breite der zweiten Kammer 82 als
dritter Abstand 120D angeordnet ist. Wieder ermöglicht diese
Konfiguration, dass die Strömungsgeschwindigkeit über die
Breite der zweiten Kammer 82 ausgeglichen ist, wodurch
ein Auslass mit einer konstanten Dicke bei jedem der Löcher 60 bereitgestellt wird,
welche die Kammeröffnung 58 bilden.
Wenn die Länge
des dritten Abstandes 120A und 120G für eine obere
zweite Kammer 82A in einer Ausführungsform etwa 137,2 mm (5,4
Inch) beträgt,
beträgt
die Länge der
vierten Abstände 124A und 124G etwa
22,9 mm (0,9 Inch). Gleichzeitig beträgt der dritte Abstand 120D etwa
22,1 mm (0,87 Inch) und der vierte Abstand 124D beträgt etwa
25,4 mm (1,0 Inch).
-
Es
ist zu beachten, dass die Kammeröffnung 58 ersatzweise
ein verlängerter
Schlitz sein könnte, der
demjenigen ähnelt,
der mit Bezug auf die erste Kammer 72 beschrieben wurde,
obwohl die Kammeröffnung 58 als
eine Reihe Öffnungen 60 dargestellt ist.
Darüber
hinaus könnte
die Kammeröffnung 58 nur
teilweise entlang der Breite der zweiten Kammer 82 oder
in irgendeiner anderen Konfiguration verlaufen, die für das extrudierte
Endprodukt erwünscht wird.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben worden ist, wird der Fachmann erkennen, dass Veränderungen
an der Form und an Details vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich, wie
in den angehängten
Ansprüchen
definiert, zu verlassen.