-
Technisches
Gebiet
-
Diese
Erfindung bezieht sich auf die Technik von Verfahren und Vorrichtungen
zum Lenken des Flusses von Polymermaterial von einer Zufuhrquelle zu
einer oder mehr Formdüsen.
-
Zugrundeliegende
Technik
-
In
der Technik ist es bekannt, Mittel zum Lenken des Flusses verschiedener
Typen von Polymermaterial von einer Zufuhrquelle, wie etwa einem
Extruder, zu einer oder mehr Formdüsen zu verschaffen. Es gibt
mehrere Faktoren, welche darauf einwirken, wie das Material innerhalb
des Fließkanals fließt. Berücksichtigungen
der Wandreibung, Dehnung und Kompression des Materials, von Druckverlust
und Klemmkraft werden bei der Fließkanalkonstruktion als Faktoren
einbezogen. Beispielsweise neigt Wandreibung dazu, den Materialfluss
in Nähe der
Wände zu
verlangsamen, sodass der Materialfluss in Nähe des Zentrums rascher ist,
wodurch unerwünschte
Resultate hervorgerufen werden.
-
Das
europäische
Patentdokument Nr. 0 226 434 offenbart eine Vorrichtung gemäß der Einleitung von
Anspruch 1. Ein Polymerbogen wird produziert, indem ein Werkstück aus Polymermaterial
in Längsrichtung
zwischen zwei Paaren einander gegenüberliegender Arbeitsflächen einer
Düse vorgeschoben wird,
sodass das Material des Werkstücks
gleichzeitig in die Längsrichtung
(Z) und die seitliche Richtung (Y) fließt, während es in der (X)-Richtung an Dicke abnimmt.
Ein erstes Paar Arbeitsflächen
der Düse umfasst
einander gegenüberliegende
Vorsprünge, die
das Arbeitsstück
im Zentrum mehr als an den Kanten zusammendrücken. In dieser Offenlegung
erstrecken sich die Auslassenden der Vorsprünge über die gesamte Breite des
Kanals zwischen dem zweiten Paar Arbeitsflächen und wird das Werkstück zwischen
zwei Vorsprüngen
gepresst.
-
Das
japanische Patentdokument Nr. 0327099 offenbart ein Paar kegelstumpfförmiger vierseitiger
pyramidenartiger Vorsprünge,
die in einem konvergierenden Düsenkopf
vorgesehen sind. Die Breite jedes Vorsprungs nimmt zu der Ausflussöffnung hin
zu und die Oberseiten der Vorsprünge sind
nahezu parallel zueinander. Das Ausflussöffnungsende jedes der Vorsprünge ist
von der Oberseite weg geneigt, was für eine leichte Zunahme der
Tiefe des Fließkanals
sorgt.
-
Das
Bewegen des Materials durch Biegungen oder über/um Objekte herum kann unvorhersagbare
viskoelastische Effekte verursachen. Das Problem ungleichmäßigen Materialflusses
und unerwünschte
viskoelastische Effekte werden in der vorliegenden Erfindung angegangen.
-
Die
vorliegende Erfindung ist auf den stromabwärts befindlichen Bereich eines
Fließkanals
in einer Vorrichtung zum Lenken des Flusses von Polymermaterial
von einer Zufuhrquelle zu einer oder mehr Formdüsen gerichtet. Die erfinderische
Konstruktion des stromabwärts
befindlichen Bereichs verschafft eine erhöhte Gleichförmigkeit des Flusses über die
gesamte Breite der Austrittsöffnung.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf das Ausgleichen des
Flusses von Polymermaterial zwischen zwei oder mehr Strömungsdurchgängen gerichtet.
-
Offenlegung
der Erfindung
-
In Übereinstimmung
mit der Praxis der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zum Lenken des Flusses von Polymermaterial von einer Zufuhrquelle
zu einer oder mehr Formdüsen
und ein flusslenkender Einsatz zur Verwendung in einer solchen Vorrichtung,
wie in den Ansprüchen
definiert, verschafft.
-
Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Verringerung viskoelastischer
Effekte in dem extrudierten Material.
-
Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die verbesserte Gleichförmigkeit
des Flusses von Polymermaterial über
die gesamte Breite einer Austrittsöffnung.
-
Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der Materialfluss
zwischen zwei getrennten Fließarmen
eines Fließkanals
ausgeglichen ist.
-
Ein
anderer Vorteil der Erfindung ist die Verringerung der vorspringenden
Zone des mit dem Polymermaterial gefüllten Gebiets, was die erforderliche Klemmkraft
für eine
zuvor festgelegte Fließgeschwindigkeit
senkt.
-
Noch
andere Nutzen und Vorteile der Erfindung werden den Fachleuten beim
Lesen und Verstehen der folgenden Beschreibung deutlich.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die
Erfindung kann in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen eine
physikalische Form annehmen, wovon eine bevorzugte Ausführung in
dieser Beschreibung detailliert beschrieben und in den begleitenden
Zeichnungen illustriert wird, welche einen Teil hiervon bilden und
worin:
-
1 eine
Seitenschnittansicht einer Vorrichtung zum Lenken des Flusses von
Polymermaterialien von einem Extruder zu einer oder mehr Formdüsen ist.
-
2 ist
eine Schnitt-Draufsicht eines stromabwärts befindlichen Bereichs eines
Fließkanals.
-
3 ist
eine Seitenschnittansicht des stromabwärts befindlichen Bereichs eines
Fließkanals,
genommen entlang der Linie 3-3 von 2. Die
-
3A und 3B sind
vergrößerte Ansichten
eines Schnitts von 3. Die
-
4–7 sind
Querschnittsansichten des stromabwärts befindlichen Bereichs des
Fließkanals.
-
8 ist
eine schematische Darstellung von dem Fluss von Polymermaterial
in dem Fließkanal der
vorliegenden Erfindung zugeordneten Geschwindigkeitsvektoren. Die
-
9–12 sind
Draufsichten verschiedener Ausführungen
eines erfindungsgemäßen flusslenkenden
Einsatzes.
-
13 ist
eine Explosionsdarstellung einer Formdüseneinheit zum Formen extrudierten
Materials.
-
14 ist
eine Schnitt-Draufsicht einer anderen Ausführung des stromabwärts befindlichen
Bereichs eines erfindungsgemäßen Fließkanals.
-
Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
-
Es
wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, worin die Darstellungen
nur zum Zweck der Illustration einer bevorzugten Ausführung der
Erfindung und nicht zum Zweck deren Einschränkung vorgenommen werden. 1 zeigt
eine Vorrichtung 8 mit darin zumindest einem Fließkanal 10 zum
Lenken des Flusses von Polymermaterial. Die vorliegende Erfindung
ist auf die Gestaltungsmerkmale eines Fließkanals 10 gerichtet,
die einen gleichförmigeren Fluss
zu der Formdüse
verschaffen, insbesondere, wenn das Material von polymerer Natur
ist.
-
Insbesondere
ist die vorliegende Erfindung auf den stromabwärts befindlichen Bereich 11 des Fließkanals 10,
gerade bevor das Material in eine Düseneinheit 46 fließt, gerichtet.
Der Fließkanal 10 enthält einen
Einlassdurchgang 12, der mit einer Zufuhrquelle kommuniziert,
wie dies in der Technik bekannt und hier nicht dargestellt ist.
Es wird erwogen, dass die Erfindung die besten Ergebnisse verschafft,
wenn das Polymermaterial eine symmetrische Geschwindigkeitsverteilung
in Bezug auf die Mittellinie des Fließquerschnitts unmittelbar vor
dem Fließen
in den stromabwärts
befindlichen Bereich 11 aufweist.
-
In
Hinblick auf 2 ist eine Schnittansicht eines
stromabwärts
befindlichen Bereichs 11 einer Ausführung eines Fließkanals
gezeigt. In dieser Ausführung
wird der Fluss von Polymermaterial von der (nicht dargestellten)
Zufuhrquelle in erste und zweite Flüsse, angedeutet durch Pfeile
A, B, aufgeteilt, bevor er in den stromabwärts befindlichen Bereich 11 eintritt.
Der stromabwärts
befindliche Bereich 11 ist im allgemeinen symmetrisch um
die Mittellinie 14 und enthält erste und zweite Fließarme 15A, 15B.
Jeder der Arme 15A, 15B weist auch jeweilige Mittellinien 18A, 18B auf,
die eine allgemeine seitliche Symmetrie innerhalb der Arme verschaffen.
In jedem der Fließarme 15A, 15B befindet
sich ein flusslenkender Einsatz 34A.
-
Die
Eigenschaften des stromabwärts
befindlichen Bereichs 11 des Fließkanals 10 werden
in besonderem Hinblick auf den rechten Arm 15A umfassender
beschrieben. zur leichteren Illustration wird der stromabwärts befindliche
Bereich 11 des Fließkanals 10 in
Begriffen "oberer
Wände", "unterer Wände", "seitlicher Richtung" usw. in Übereinstimmung mit
den begleitenden Zeichnungen beschrieben. Den in der relevanten
Technik bewanderten Fachleuten sollte es jedoch leicht einleuchten,
dass die Vorrichtung 8 während des Gebrauchs andere
Orientierungen haben kann.
-
Der
rechte Arm 15A ist ein durchlaufender Durchgang von der
Eintrittszone 26 bis zur Austrittszone 40. Die
Eintrittszone 26 nimmt den vorzugsweise symmetrischen Fluss
von Polymermaterial auf. Im allgemeinen verläuft der Fluss in der Eintrittszone 26 in
einer Richtung parallel zur Hauptmittellinie 14. In einer
zweiten Zone, auch Ausbreit- und Ausgleichzone 28 genannt,
nimmt die Breite des ersten Arms 15A auf eine gleichförmige Weise
symmetrisch zur Mittellinie 18A des rechten Arms zu. In
der Ausbreit- und Ausgleichzone 28 weichen die Seitenwände 38, 39 auseinander,
um einen dreieckigen Bereich zu bilden, dem ein Öffnungswinkel, α, zugeordnet
ist. Der Öffnungswinkel, α, kann zwischen
40° und
120° betragen.
In der bevorzugten Ausführung
beträgt
der Winkel α zwischen
60° und
90°. Der
flusslenkende Einsatz 34A ist in der Ausbreit- und Ausgleichzone 28 positioniert.
Wie in 2 gezeigt, ist der Einsatz 34A von jeder
der Seitenwände 38, 39 beabstandet, sodass
der Materialfluss nicht in Nähe
der Seitenwände 38, 39 unterbrochen
wird. Die Form des Einsatzes 34A drängt das Polymermaterial hin
zu den Seitenwänden 38, 39 des
rechten Arms 15A, indem sie den Fluss entlang der Mittellinie 18A einschränkt. Der
flusslenkende Einsatz 34A wirkt weiter so, dass er den
Fluss ausbreitet und ausgleicht und das Polymermaterial komprimiert.
-
In
Bezug auf 3 dienen die Strichlinien in dem
stromabwärts
befindlichen Bereich 11 des Fließkanals 10 zur Illustration
des Standorts von Eintrittszone 26, Ausbreit- und Ausgleichzone 28 und
Austrittszone 40. Wie dargestellt, enthält der flusslenkende Einsatz 34A eine
im allgemeinen planare obere Fläche 41 und
eine untere Fläche 43,
die der unteren Wand 48 benachbart positioniert ist.
-
Ein
anderes, in 3 illustriertes Merkmal der
Erfindung ist die bevorzugte Anordnung der oberen Wand 50 in
Bezug auf die untere Wand 48. Die obere Wand 50 und
die untere wand 48 sind vorzugsweise nicht parallel, sondern
sind in einem Winkel β zueinander
angeordnet, um die Kanalhöhe über die Länge des
stromabwärts
befindlichen Gebiets allmählich
zu vermindern. Der bevorzugte Bereich für β beträgt zwischen 5° und 30°.
-
Noch
ein anderes, in 3 illustriertes Merkmal der
Erfindung ist das abruptere Abnehmen der Fließkanalhöhe im Zentrum des Fließarms 15A aufgrund
des Vorhandenseins des flusslenkenden Einsatzes 34A. In
dem gesamten, stromabwärts
befindlichen Gebiet 11 des Fließkanals 10 nimmt die
Kanalhöhe
ohne Zunahme ab, selbst in dem Gebiet, das den flusslenkenden Einsatz 34A umfasst.
Es wurde festgestellt, dass die Verwendung eines flusslenkenden
Einsatzes, der das Polymermaterial zuerst komprimiert und dann eine
Ausdehnung in dem Fluss gestattet, unerwünschte viskoelastische Effekte
in dem Polymermaterial erzeugt. Daher verursacht der bevorzugte
flusslenkende Einsatz 34A ein monotones Abnehmen der Kanalhöhe in der
Ausbreit- und Ausgleichzone 28 und wird nicht wieder tiefer,
wenn das Polymermaterial über
den Einsatz 34A fließt.
Die obere Fläche 41 des
flusslenkenden Einsatzes 34A ist im allgemeinen planar.
In der Austrittszone 40 ist die untere Wand 48 des
Fließarms 15A ebenfalls
vorzugsweise planar. In einer bevorzugten Ausführung ist die untere Wand 48 bündig mit
der Ebene der oberen Fläche 41.
In einer praktischen Anwendung kann eine geringe Abstufung am Ende
des Einsatzes 34A vorhanden sein, wie in 3B gezeigt.
-
Der
bevorzugte flusslenkende Einsatz 34A enthält abfallende
Seitenwände 42.
-
Die
Länge L
der Austrittszone 40 ist hierin als der Abstand von dem
Ende des flusslenkenden Einsatzes 34A zu einer Austrittsöffnung 44 definiert.
Die Länge
der Austrittszone 40 bewirkt sowohl den Druckverlust als
auch die viskoelastischen Effekte. Je länger die Austrittszone 40,
desto größer der Druckverlust
und desto niedriger die viskoelastischen Effekte und umgekehrt.
Daher ist in der bevorzugten Ausführung die Länge der Austrittszone 40 optimiert, um
akzeptable Bereiche von Druckverlust und viskoelastischen Effekten
zu verschaffen.
-
Unter
besonderem Verweis auf die 4–7 werden
die Schwankungen in der Querschnittsform einer bevorzugten Ausführung des
rechten Arms 15A des stromabwärts befindlichen Gebiets 11 dargestellt.
Jede der Schnittansichten ist senkrecht zur Mittellinie 18A des
rechten Arms 15A genommen. Einfachheitshalber wird der
rechte Arm 15A unten detailliert erörtert. Der linke Arm 15B ist
jedoch ein Spiegelbild des rechten Arms 15A, wobei die
Mittellinie 14 die Symmetrieachse darstellt.
-
4 ist
eine Schnittansicht der Eintrittszone 26, die die obere
Wand 50, untere Wand 48 und Seitenwände 38, 39 zeigt.
Wie dargestellt ist, sind in der bevorzugten Ausführung die
Verbindungsstellen der unteren Wand 37 mit den Seitenwänden 38, 39 mit
einer Kontur versehen.
-
5 betrifft
den Anfangsteil der Ausbreit- und Ausgleichzone 28 und
zeigt, wie der flusslenkende Einsatz 34A die Querschnittsform
des rechten Arms 15A bewirkt. Der flusslenkende Einsatz 34A ist im allgemeinen
symmetrisch in dem rechten Arm 15A positioniert. Mit anderen
Worten, eine Mittellinie des flusslenkenden Einsatzes liegt auf
einer Linie mit der Mittellinie des rechten Arms 15A in
der Ausbreit- und Ausgleichzone 28. In der Ausbreit- und
Ausgleichzone 28 nimmt die zugehörige Breite des rechten Arms 15A allmählich entlang
einer Länge
hiervon zu, und die Kanalhöhe
nimmt allmählich
ab.
-
6 zeigt
eine Schnittansicht weiter stromabwärts als die in 5 gezeigte,
jedoch vor der Austrittszone 40.
-
7 ist
eine Schnittansicht der Austrittszone 40. In einer bevorzugten
Ausführung
bleibt die Kanalhöhe
in der Austrittszone 40 konstant. Es liegt jedoch innerhalb
der Reichweite der vorliegenden Erfindung, die Höhe des Kanals entlang seiner
Länge in der
Austrittszone 40 zu vermindern.
-
Wiederum
bezugnehmend auf 2 ist in einer Ausführung der
Erfindung der Austrittszone 40 eine seitliche Breite zugeordnet,
die größer ist
als die Höchstbreite
des ersten Arms 15A. Es liegt innerhalb der Reichweite
der vorliegenden Erfindung, dass die Austrittszone 40 sich
seitlich erstreckt, sodass sie sowohl mit dem rechten Fließarm 15A als
auch dem linken Fließarm 15B kommuniziert.
-
In
Bezug auf 8 verursachen die Merkmale des
stromabwärts
befindlichen Gebiets 11, dass die der Geschwindigkeit des
Polymermaterials zugeordneten Austrittsvektoren 60 über die
gesamte Breite der Austrittszone 40 im Wesentlichen gleich und
parallel zu der Mittellinie 18A sind. In Extruderfließkanälen des
Standes der Technik tendiert der Fluss dazu, im Zentrum schneller
zu sein, was eine schlechte Dickensteuerung verursacht. Aufgrund
des ausgeglichenen Flusses und der im Wesentlichen gleichförmigen Geschwindigkeit über der
Austrittszone 40 werden solche unerwünschten Effekte durch die Fließkanalkonstruktion
der vorliegenden Erfindung stark reduziert.
-
Die
Gestaltung des stromabwärts
befindlichen Gebiets 11 des Fließkanals 10 der vorliegenden Erfindung
kann für
Einfach- und Mehrfachhohlraumextrusionen angewendet werden. Wenn
das Polymermaterial von der Austrittszone 40 mehr als einen Düsenhohlraum
durchläuft,
wird eine Verbesserung in einem Ausgleichen des Flusses zwischen
den Hohlräumen
sowie in der Gleichförmigkeit
innerhalb eines gegebenen Hohlraums festgestellt. Diese Anpassungsfähigkeit
für Einfach-
und Mehrfachhohlraumextrusionen dient zur Verringerung oder Beseitigung
von Fließkanalumstellungen
und erhöht
somit die Produktivität.
-
Die
erforderliche Klemmkraft für
eine spezifizierte Fließgeschwindigkeit
von Polymermaterial wird in dem Fließkanal 10 der vorliegenden
Erfindung verringert, da die Insel 16, die die zwei Ströme A und
B von 2 teilt, die der erforderlichen Klemmkraft zugeordnete
vorspringende Zone stark reduziert. Extruder des Standes der Technik
sind so ausgerüstet, dass
sie für
dieselbe Fließgeschwindigkeit
eine höhere
Klemmkraft bereitstellen, als dies mit dem Fließkanal 10 erforderlich
ist. Daher kann die Verwendung des erfinderischen Fließkanals 10 bei
Extrudern des Standes der Technik bei Anwendung gleichartiger Klemmkräfte eine
erhöhte
Fließgeschwindigkeit
oder Durchsatz gestatten.
-
Nun
bezugnehmend auf die 9–12 sind
verschiedene Ausführungen
eines flusslenkenden Einsatzes 34B–34E dargestellt.
Die Gestaltung der Einsätze 34B–34E strebt
danach, eine gleichförmige
spaltweise Durchschnittsgeschwindigkeit über die Austrittsöffnung zu
erzielen, während
der Druckverlust minimiert wird.
-
13 ist
eine Explosionsdarstellung einer Formdüseneinheit 46, die
in der Lage ist, Material aufzunehmen, das aus dem Fließkanal 10 fließt.
-
In
einer anderen Ausführung
der Erfindung, gezeigt in 14, tritt
der Fluss von Polymermaterial in das stromabwärts befindliche Gebiet 11' ein. In dieser
Ausführung
sind die Merkmale des Fließkanals 10' gleichartig
den in Bezug auf die Eintrittszone 26' und die Ausbreit- und Ausgleichzone 28' beschriebenen.
In der Austrittszone 40' ist
die seitliche Breite etwas größer als
die Höchstbreite
des flusslenkenden Einsatzes 34A'. In dieser Ausführung kommuniziert die
Austrittszone 40' nicht
mit einem zweiten Fließarm,
wie in der Ausführung
von 2 gezeigt. Es liegt innerhalb der Reichweite der
vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung 8 zu verschaffen,
die einen oder mehr der in 14 gezeigten
Fließkanäle 10' aufweist, wobei
jeder diskrete Austrittszonen 40' besitzt.
-
Es
liegt weiterhin innerhalb der Reichweite der vorliegenden Erfindung,
eine Vorrichtung mit mehr als zwei Fließarmen 15A, 15B,
wie in 2 illustriert, zu verschaffen, wobei die Austrittszone 40 kontinuierlich
ist. Weiterhin liegt es innerhalb der Reichweite der vorliegenden
Erfindung, jede Kombination von Fließkanälen/Fließarmen mit kontinuierlichen
Austrittszonen 40 oder diskreten Austrittszonen 40' zu verschaffen.
-
Die
bevorzugten Ausführungen
der Erfindung sind hierin vorangehend beschrieben worden. Den Fachleuten
in der Technik wird deutlich sein, dass die obigen Verfahren Veränderungen
und Modifikationen beinhalten können,
ohne von der allgemeinen Reichweite dieser Erfindung abzuweichen.
Es ist beabsichtigt, alle derartigen Modifikationen und Änderungen
einzuschließen,
sofern sie innerhalb der Reichweite der beigefügten Ansprüche liegen.