DE69723562T2

DE69723562T2 - Gerät zur vakuumextrusion

Info

Publication number: DE69723562T2
Application number: DE69723562T
Authority: DE
Inventors: L. Robert SADINSKI
Original assignee: Owens Corning; Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: AU712009B2; ATE245087T1; EP0921925B1; CN1228052A; US5783122A; WO1998006555A1; EP0921925A1; CN1100655C; JP2000516548A; AU3975997A; CA2262674A1; KR20000029937A; DE69723562D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Vakuumextrusionsvorrichtung und insbesondere eine Vorrichtung mit bestimmten Verbesserungen bei der kontinuierlichen Extrusion von Schaumprodukten im Vakuum gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist aus der EP-A-0 260 948 bekannt.
Zur Herstellung von FORMULAR^® und THERMAPINK^TM-Isolierschäumen und anderen Produkten werden qualitativ hochwertige geschäumte Platten und Blöcke niedriger Dichte von Owens Corning in Toledo, Ohio hergestellt. Diese Produkte werden in einem Vakuum-Extrusionsverfahren mit einem geneigten barometrischen Abschnitt hergestellt. Die Vakuumkammervorrichtung hat die Formeines Rohrs mit großem Durchmesser, das sich mit einer ziemlichen Neigung in ein Wasserbad erstreckt. Wenn in der der Kammer ein Vakuum erzeugt wird, wird das Wasser in das Rohr gezogen und füllt die Kammer zumindest teilweise. Das obere Ende der Kammer liegt um einiges über dem unteren Ende, und das Wasserbad wird von einer beweglichen großen Trennwand oder Platte abgeschlossen, die abdichtend am oberen Ende des Rohrs oder des Abschnitts anliegt. An der Innenseite der Platte ist eine Extrusionsdüse angebracht und an der Außenseite davon ein oder mehrere Extruder. Die Düse ist mit dem Extruder über ein Gelrohr verbunden, das geheizt und gekühlt werden kann. Das Gelrohr verläuft durch eine kleinere Trennwand, die abdichtend an der größeren Trennwand anliegt. Das Gelrohr erstreckt sich durch einen flexiblen Metall-Faltenbalg. Der Faltenbalg ermöglicht eine gewisse Flexibilität, erlaubt eine thermische Expansion und dichtet die Vakuumkammer ab. Beispiele von Apparaten mit solchen Faltenbalgen sind aus den US-Patenten 4 211 739 und 4 247 276 ersichtlich.
Nach der Düse ist in der Kammer ein Formungsmechanismus angeordnet. Ein entsprechender Band- oder Rollenmechanismus ist im US-Patent 4 395 214 gezeigt, und ein entsprechendes gekrümmtes Rollensystem mit segmentierten Rollen in Verbindung mit Bändern ist im US-Patent 4 234 529 gezeigt.
In einer Schaumprodukt-Extrudatlinie beginnt sich das Extrudat sofort beim Verlassen der Düse auszudehnen. Beim Eintreten in den Formungsmechanismus übt es eine erhebliche Kraft aus, die dazu neigt, den Formungsmechanismus von der Düse wegzudrücken. Bei den bekannten Mechanismen ist der Formungsmechanismus an der Trennwand angebracht und daran befestigt, während die Düse vom Gelrohr gehalten wird und einer axialen thermischen Expansion und Kontraktion unterliegt, wodurch sich der Abstand zwischen der Düse und dem Former verändern kann, wenn auch nur wenig. Dadurch entstehen Probleme mit den Steuerparametern. Alle Steuerprobleme werden durch die Tatsache weiter erschwert, daß die Trennwand selbst auch beweglich ist und daß die Kraft, die die Trennwand am Ende des Abschnitts oder der Kammer an Ort und Stelle hält, bei vorhandenem Vakuum der Atmosphärendruck ist.
Die in der EP-A-0 260 948 beschriebene Vorrichtung zum Herstellen von extrudierten thermoplastischen Schaumkörpern umfaßt einen Extruder und eine Extrusionsdüse, die durch eine Trennwand in eine Vakuumkammer vorsteht und die mit Vakuumdichtungen abgedichtet ist, um Vakuum-Undichtigkeiten zu verhindern. Das geschäumte Extrusionsprodukt kann nach dem Verlassen der Düse in einem Formabschnitt geformt werden, wobei der Formabschnitt parallele Bolzen oder Platten oder andere geeignete Werkzeuge, Vorrichtungen oder Maschinen beinhaltet.
Es wäre wünschenswert, ein Vakuumextrusionssystem zu haben, bei dem der Extruder, die Düse und der Formmechanismus zusammen für eine einheitliche axiale Bewegung bei einer Expansion und Kontraktion angeordnet sind, während sie durch die Trennwand vorstehen. Es wäre auch wünschenswert, ein System mit einer festen Trennwand zu haben, bei dem der Extruder die Düse unmittelbar trägt, während er bewegbar durch die Trennwand vorsteht.
Erfindungsgemäß wird eine Vakuumextrusionsvorrichtung geschaffen mit einer einen Teil einer Vakuumkammer bildenden Trennwand; einem Extruder; einer am Ende des Extruders vorgesehenen Extrusionsdüse, wobei der Extruder durch die Trennwand hindurchragt, so daß sich die Extrusionsdüse innerhalb der Vakuumkammer befindet; einem stromabwärts von der Extrusionsdüse vorgesehenen Extrudatformer mit einer Trageinrichtung zum Bewegen des Formers in der Vakuumkammer, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Trageinrichtung an der Extrusionsdüse befestigt ist und daß die Vorrichtung ferner eine Dichtungsanordnung aufweist, die den Extruder in der Trennwand umgibt und die eine gemeinsame axiale Bewegung des Extruders, der Extrusionsdüse und des Extrudatformers relativ zu der Stirnwand gestattet.
Vorzugsweise umfaßt das Vakuumextrusionssystem einen Extruder, dessen Ende durch eine feste Trennwand hindurchragt, die ein Ende einer Vakuumkammer bildet. Am dem Ende des Extruders, das in der Kammer liegt, ist eine Düse angebracht, die mit einem Formmechanismus verbunden ist. Das Extruderende ragt durch eine Stopfbuchsendichtung oder Stopfbuchse in der Tennwand hindurch, die eine axiale Bewegung des Extruders und der Düse erlaubt. Der Formmechanismus ist für eine axiale Bewegung damit an der Düse befestigt und ist auf einem Gleis oder einem Träger angeordnet, der von der Trennwand ausgeht. Die Stopfbuchse an der Trennwand ist in einer Hülse ausgebildet, die von einer kleineren oder Mini-Trennwand gehalten wird. Ein Haltering hält eine Reihe von Dichtringen in der Hülse. In einer bevorzugten Form ist der Ring federbelastet, um die Dichtringe längs der Außenseite des Endes des Extruders zusammenzudrücken. Bei diesem Aufbau wird das Gelrohr und der Metall-Faltenbalg des Standes der Technik vermieden, wodurch der Aufbau einfacher wird und wodurch es auch möglich wird, daß sich der Extruder, die Düse und der Former als eine Einheit axial etwas durch die Trennwand bewegen können. Der Träger, auf dem der Former auf einem Gleis läuft, hat vom Umfang der Trennwand an deren Innenseite einen gewissen Abstand, so daß ein Teleskop-Vakuumkammerabschnitt abdichtend gegen die Innenseite der Trennwand bewegt werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden genauer beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 schematisch einen Abschnitt eines Extrusionssystems an der Trennwand mit dem Extruder, der Trennwand, der Düse und dem Former zusammen mit einem Abschnitt des Trägers, auf dem der Former auf einem Gleis angeordnet ist;
2 eine Schnittansicht des Extruders an der Trennwand mit einer Form einer Stopfbuchsendichtung; und
3 eine ähnliche Ansicht mit einer etwas modifizierten Form einer Stopfbuchsendichtung.
In der 1 ist eine feste Trennwand 10 dargestellt, die das Ende einer Vakuumkammer 11 bildet. Ein Extruder, dessen Ende mit 13 bezeichnet ist, ist außerhalb der Trennwand angeordnet und steht durch die Trennwand in das Innere vor und hält die Düse 14 an seinem vorstehenden Ende. Die Düse umfaßt Düsenränder oder eine Düsenöffnung 15 stromabwärts von der Düse. In den US-Patenten 3 871 812, 4 201 534 und 4 364 722 sind Beispiele für die Arten von Düsen gezeigt, die verwendet werden können.
Stromabwärts von den Düsenrändern ragt der Extruder in den Spalt zwischen den angewinkelten einstellbaren Formplatten 17 und 18 eines Formers 20 hinein. Die obere Platte 17 ist an vertikal bewegbaren Schwenkpunkten 21 und 22 beweglich aufgehängt, während die untere Platte 18 an vertikal bewegbaren Schwenkpunkten 23 und 24 beweglich aufgehängt ist. Die Schwenkpunkte sind an den gezeigten Stützen angebracht, die für eine solche vertikale Einstellung geeignet sind, so daß die Platten sowohl hinsichtlich des vertikalen Abstands als auch der Winkelstellung verstellbar sind.
Der Former umfaßt einen Wagen 26 mit paarweise angeordneten Rädern 27 und 28, die auf einem Gleis 29 laufen, das Teil des Trägers 30 ist, der von der Trennwand 10 ausgeht. Der Träger ist so befestigt und angeordnet, daß der Umfang der Trennwand 10 frei bleibt, so daß eine Haube 32 teleskopartig am Träger und seinen Befestigungen entlanggeschoben werden kann und bei 33 abdichtend an der Trennwand in Anlage gebracht werden kann. Die Vakuumkammer wird verwendet, wenn qualitativ hochwertige Schäume geringer Dichte hergestellt werden.
Wie aus der 1 ersichtlich ist, umfaßt der Former 20 einen Winkel 35 mit einem Bügel 36, der am stromaufwärtigen Ende 37 der Düse anliegt. Wenn das Extrudat den Düsenrand oder die Öffnung 15 verläßt, drückt es den Former in der Ansicht der 1 nach rechts und von der Düse 14 weg. Der Bügel 36 verhindert eine entsprechende Bewegung der Düse. Die Kraft, die den Former und die Düse trennen will, ist bei geschäumten Extrudaten am größten. Der gezeigte Former ist deswegen an der Düse befestigt und kann sich nur als Einheit damit bewegen.
Der Extruder 13 kann einen Zylinder und einen vorstehenden Homogenisator oder statischen Mischer enthalten und unterliegt einer axialen Expansion und Kontraktion, und da die Düse am Extruder befestigt ist, unterliegt auch die Düse einer solchen axialen Bewegung.
Um eine solche axiale Bewegung an der festen Trennwand 10 zu ermöglichen, ist eine Stopfbuchsendichtung 40 vorgesehen. Die bevorzugte Form der Dichtung ist in der
3 vergrößert dargestellt, in der 2 ist eine andere Form der Dichtung gezeigt. Aus der 3 ist ersichtlich, daß die Dichtung 40 in einer Hülse 41 untergebracht ist, die axial von einer Mini-Trennwand 42 an deren inneren Öffnung 43 vorsteht. Die Hülse kann durch Schrauben 44 an der Mini-Trennwand gehalten werden. Die Mini-Trennwand ist ihrerseits verstellbar durch Schrauben 45 an der Haupt-Trennwand angebracht, wobei eine Dichtung 46 vorgesehen sein kann. Die Mini-Trennwand ist an dem etwas größeren Teil 47 in der Haupt-Trennwand befestigt. Die Hülse 41 umfaßt eine innere Schulter 48, die vom Extruder 13 einen Abstand aufweist. Bei der gezeigten Ausführungsform sind vier Dichtringe nebeneinander angeordnet, wie es allgemein bei 40 gezeigt ist, von denen jeder den Extruder umgibt. In die Hülse ist auch eine Druckhülse 50 eingesetzt, die etwas aus dem Ende der Hülse 41 vorsteht und am Haltering 52 anliegt. Bundschrauben 53 halten den Ring am Ende der Hülse. Druckfedern 54 um die Bundschrauben drücken auf den Haltering, der seinerseits wieder auf die Druckhülse drückt, die dann den Dichtungspacken 40 zusammendrückt.
Die Stopfbuchsendichtungen können von Streifen eines Fluorelastomers wie VITON^® von der E. I. Dupont in Wilmington, Delaware, gebildet werden.
Die Mini-Trennwand kann mit Kupplungen oder Fittings versehen sein, wie es bei 56 und 57 gezeigt ist.
Die Ausführungsform der 2 ist der der 3 ähnlich, mit der Ausnahme, daß der etwas kleinere Haltering 60 mit den Schrauben 61 direkt am Ende der Hülse befestigt ist. Es gibt keine Bundschrauben und keine Druckfedern, die die Druckhülse 50 gegen den Dichtungspacken drücken.
Bei der gezeigten Vorrichtung ist der Extruder 13 an der Maschinenbasis befestigt, und es gibt keine Bewegung des Extruders in der Richtung des Prozeßflusses bzw. in der 1 nach rechts. Die Düse steht zu den Formplatten in einer festen Beziehung. Die Formplatten können sich wie gezeigt den Träger entlang bewegen. Die Düse drückt und zieht jedoch bei einer thermischen Expansion an den Formplatten. Die Stopfbuchsendichtung oder Expansionshülse durch die Haupt-Trennwand stellt eine Einrichtung zum Aufrechterhalten einer Vakuumabdichtung am Extruder bei dessen Eintritt durch die Trennwand dar und erlaubt das Aufrechterhalten der Vakuumabdichtung auch bei einer thermischen Expansion und der sich daraus ergebenden axialen Bewegung in der Maschinenachse.

Claims

Vakuumextrusionsvorrichtung mit einer einen Teil einer Vakuumkammer (11) bildenden Trennwand (10); einem Extruder (13); einer am Ende des Extruders vorgesehenen Extrusionsdüse (14), wobei der Extruder durch die Trennwand hindurchragt, so daß sich die Extrusionsdüse innerhalb der Vakuumkammer befindet; einem stromabwärts von der Extrusionsdüse vorgesehenen Extrudatformer (20) mit einer Trageinrichtung (26, 27, 28) zum Bewegen des Formers in der Vakuumkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinrichtung an der Extrusionsdüse befestigt ist, und daß die Vorrichtung ferner eine Dichtungsanordnung (40) aufweist, die den Extruder in der Trennwand umgibt und die eine gemeinsame axiale Bewegung des Extruders, der Extrusionsdüse und des Extrudatformers relativ zu der Trennwand gestattet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Trageinrichtung auf einem Gleis (29) gelagert ist, das von einem Träger (30) in einem Abstand vom Rand der Trennwand gehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Extrudatformer einen auf dem Gleis (29) gelagerten bewegbaren Wagen (26) umfaßt, der hinter dem stromaufwärtigen Ende (37) der Extrusionsdüse befestigt (36) ist, um zu verhindern, daß der Former sich aufgrund des Extrudatdrucks stromabwärts bewegt, sich aber mit dem Extruder und der Extrusionsdüse axial bewegen kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dichtungsanordnung (40) in einer Mini-Trennwand (42) montiert ist, die an der Trennwand (10) verstellbar angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Dichtungsanordnung (40) in einer Hülse (41) angebracht ist, die von der Mini-Trennwand ausgeht und den Extruder (13) umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, mit mehreren in der Hülse (41) vorgesehenen, den Extruder (13) umgebenden und in der Hülse befestigten Stopfbuchsendichtungen (40).
Vorrichtung nach Anspruch 6, mit einem die Dichtungen (40) haltenden festen Ring (52, 60).
Vorrichtung nach Anspruch 6, mit einem die Dichtungen (40) haltenden federbelasteten Ring (52).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Stopfbuchsendichtungen (40) Ringe aus einem Fluorelastomer sind.