FI113355B - Puristinlaite tai puristinpää - Google Patents

Description

113355

Puristinlaite tai puristinpää

Keksinnön kohteena on puristinlaite tai monikerrospuristinyhdistel-män puristinpää, joka käsittää ainakin yhden pyörivän roottoriosan, jota ympä-5 röi staattoriosa ja välineet, jotka on sovitettu syöttämään puristettavaa muovi-materiaalia staattoriosan ja roottoriosan väliin ja edelleen suutinosan läpi, jolloin puristinlaite käsittää puristettavan muovimateriaalin virtaussuunnassa katsottuna roottoriosien jälkeen muovimateriaalin kanssa kosketuksiin tulevat kärkiosat, jotka on sovitettu pyörimään samalla tai erilaisella pyörimisnopeu-10 della kuin roottoriosat.

Valmistettaessa kaapeleita, putkia tai muita vastaavia tuotteita mo-nikerrosekstruusiolla ja käytettäessä eri kerroksissa erilaisia funktionaalisia polymeerejä, on syntynyt tarve tietyissä tapauksissa orientoida kierteisesti yhtä tai useampaa kerrosta, mikäli nämä kerrokset ovat muodostuneet katkokuitu-15 täytteisistä tai itsekuiduttuvista polymeereistä. Myös muista, lähinnä muovien virtausreologisista syistä on ollut hyödyllistä saattaa jotkut kerrokset kiertyvään liikkeeseen puristimen työkaluosassa.

Orientaation hallinta on erityisen tärkeätä materiaaleilla, joilla on anisotrooppinen mikrorakenne ja ominaisuudet. Materiaaleina voidaan mainita 20 esimerkiksi ekstrudoitavat lujitemateriaalit kuten katkokuitukomposiitit, neste-kidekomposiitit, nestekidepolymeerit (LCP), LCP-kestomuoviseokset sekä myös erilaisten kestomuovien seokset, esimerkiksi PP/PA ja kaasu/kosteus-Γ barrier-materiaalit. Kuitujen tai lamellimaisten faasien orientointi hallitusti on tärkeätä mekaanisten, ts. veto-/taivutus-ominaisuudet, ja/tai sulkuominaisuuk-: 25 sien optimoimiseksi. Edelleen on huomattava, että lankamaisten tai putkimais- ten tuotteiden ekstruusiossa, joista esimerkkinä voidaan mainita kaapelinval-mistus, syntyy voimakkaasti aksiaalinen virtaus, mikä johtaa helposti aksiaaliseen orientaatioon. Seurauksena on tällöin hyvä lujuus pituussuunnassa, mut-*. ta jäykkyys ja hauraus taivutettaessa tuotetta poikkisuunnassa. Kierteisellä 30 kuituorientaatiolla saavutetaan parempi tasapaino em. ominaisuuksien suhteen.

: Materiaalien ominaisuuksien puolesta voidaan todeta, että LCP- materiaalien ominaisuudet ovat suhteellisesti sitä parempia mitä ohuempia kerrokset ovat. Em. seikka johtuu materiaalin kuiduttumisesta sulaan kohdis-; 35 tuvien leikkaus- ja vetovoimien vaikutuksesta. Kerrosten välille voidaan pyöri vien työkalujen avulla saada aikaan sopivia virtauseroja, jotka edesauttavat 2 113355 orientoinnin ohella kuiduttumista. LCP muodostaa näin lamellimaisen tai lehte-vän rakenteen, joka antaa ohuenakin hyvät barrier-ominaisuudet, esimerkiksi kosteus/kaasusuojauksen. Sama ilmiö voidaan aikaansaada tietyillä erilaisten kestomuovien seoksilla. Esimerkkinä voidaan mainita sopivasti kompatibilisoi-5 dut PP/PA-seokset. On tärkeää, että kuidutus/orientointi tapahtuu suuttimessa tai sen läheisyydessä, jotta sulatilassa aikaansaatu mikrorakenne ei ehdi re-laksoitua ennen materiaalin jähmettymistä.

Eri kerroksiin on mahdollista luoda erilainen orientaatio, jolloin samalla aikaansaadaan rakenne, jossa yksittäiset kerrokset muodostavat yhdes-10 sä verkkomaisen rakenteen, jolla on halutut barrier- ja lujuusominaisuudet. Orientoitujen kerrosten väliin voidaan lisäksi ajaa myös neutraaleja ns. pusku-rikerroksia.

Kestomuovien ja niiden seosten ekstruusiossa on puristinpäässä suuri paine. Staattiset pinnat aiheuttavat materiaaliin kitkan vuoksi voimakasta 15 leikkausrasitusta ja saavat aikaan huomattavaa lämpötilan nousua. Em. seikat johtavat viskositeetin alenemiseen ja mahdollisesti materiaalin hajoamiseen. Suurilla ajonopeuksilla syntyy ns. sulamurtumaa, mikä rajoittaa ajonopeutta. Pyörivien pintojen käytöllä saadaan aikaan pienempiä leikkausvoimia, mikä on edullista erityisesti hyvin viskooseille sekä lämpötilalle ja leikkaukselle herkille 20 materiaaleille. Sopivalla nopeudella pyörivät työkalut mahdollistavat myös suuremmat ajonopeudet, ts. pienempi lämpötilannousu ja leikkausrasitus ja sitä kautta hallitumpi ajettavuus.

Aiemmin tunnetussa tekniikassa kiertyvän massavirtauksen eli orientaation aikaansaaminen on ratkaistu ns. kartiopuristimen avulla. Tällainen : 25 kartiopuristin on kuvattu esimerkiksi PCT-julkaisussa WO 97/01428. Kartiopu- : ristimessa muovimateriaali syötetään yhden tai useamman kartiomaisen kap- paleen yhdeltä tai kahdelta pinnalta ja pursotetaan ulos kartion akselin suuntaisesti. Ratkaisun etuna on mm. se, että massanjakajaa ei tarvita, kun sulan etenemissuuntaa ei tarvitse muuttaa. Kartiomaisia kappaleita tai osia voidaan 30 asettaa sisäkkäin useita, jolloin saadaan luontevasti monikerrosrakenteita, ts.

T aina kaksi kerrosta yhtä kartiota kohti. Pyörivät kartiomaiset osat, ts. kar- » tiomaiset roottoriosat synnyttävät jo sinällään kierteisen massavirtauksen.

Edellä kuvatulla tunnetulla tekniikalla on kuitenkin rajoituksensa hal-littua orientaatiota ajatellen. Kun etenkin kaapelinvalmistuksessa tehtävät tuot- I » ,. 35 teet ovat melko pienihalkaisijaisia verrattuna roottoreiden jättöhalkaisijaan, > »» seurauksena on, että sulan on kuljettava jonkin matkaa kiinteiden, ts. pyöri- 3 113555 mättömien ja koko matkan halkaisijaltaan suppenevien suutinkanavien läpi, jolloin saavutettu orientaatio heikkenee tai häviää kokonaan. Kartiopuristimen roottoriosien luontaiset pyörimisnopeudet ovat lisäksi sitä suuruusluokkaa, että kohtuullisillakin linjanopeuksilla niillä aikaansaatavan kiertyvän orientaation 5 nousut jäävät sangen pitkiksi.

Muina esimerkkeinä tunnetuista ratkaisuista voidaan mainita DE-hakemusjulkaisussa 3149334 ja US-patenttijulkaisussa 3404203 kuvatut ratkaisut.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan puristinlaite, jonka avulla 10 aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat pystytään eliminoimaan. Tähän on päästy keksinnön mukaisen puristinlaitteen avulla. Keksinnön mukainen puristinlaite on tunnettu siitä, että sen kohdan sijainti puristinlaitteessa, jossa puristettavan muovimateriaalin virtaus siirtyy roottoriosan vaikutusalueelta kärkiosien vaikutusalueelle, on muodostettu säädettäväksi.

15 Keksinnön etuna on se, että tuotteeseen aikaansaadaan haluttu orientaatio erittäin edullisella tavalla. Keksinnön etuna on lisäksi sen joustavuus ja säädettävyys, ts. orientaatiota pystytään säätämään keksinnön avulla hyvin joustavasti kulloistenkin vaatimusten mukaan. Keksinnön etuna on edelleen sen yksinkertaisuus, jolloin keksinnön käyttöönotto ja käyttö muodostuvat 20 edullisiksi.

Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa tarkemmin oheises-' ‘ ' sa piirustuksessa esitettyjen esimerkkien avulla, jolloin T kuvio 1 esittää tavanomaista tunnetun tekniikan mukaista kartiopu- ristinta periaatteellisena sivulta nähtynä kuvantona, : 25 kuvio 2 esittää keksinnön mukaista puristinlaitetta periaatteellisena j sivulta nähtynä kuvantona ja kuvio 3 esittää kuvion 2 yksityiskohtaa suuremmassa mittakaavassa nähtynä kuvantona.

Kuviossa 1 on esitetty periaatteellisesti normaali kaksiroottorinen !! > 30 kartioekstruuderi. Staattoriosat on merkitty kuvioon 1 viitenumeroilla 1,2 ja 3 ja pyörivät roottoriosat vastaavasti viitenumeroilla 4 ja 5. Suutinosa on merkitty » kuvioon 1 viitenumeron 6 avulla.

Roottoriosien pyöritysvälineet on merkitty kuvioon 1 yleisesti viite- numeron 7 avulla. Viitenumeron 8 avulla kuvioon 1 on merkitty välineet tuot- . 35 teen uloimman muovimateriaalikerroksen muodostavan materiaalin syöttämi- » 4 113355 seksi. Viitenumeroiden 9, 10 ja 11 avulla on puolestaan vastaavasti merkitty välineet sisempien muovimateriaalikerrosten materiaalien syöttämiseksi.

Edellä esitetyt seikat ovat alan ammattihenkilölle täysin tavanomaista tekniikkaa, joten ko. seikkoja ei esitetä tarkemmin tässä yhteydessä. Tässä 5 yhteydessä viitataan esimerkiksi aiemminkin mainittuun WO-julkaisuun 97/01428, jossa kartioekstruuderin rakennetta ja toimintaa on kuvattu tarkemmin.

Kuviossa 2 on esitetty periaatteellisesti keksinnön mukainen puristinlaite. Kuviossa 2 on vastaavissa kohdissa käytetty samoja viitenumerolta 10 kuin kuviossa 1.

Kuten kuviossa 2 on esitetty, keksinnön kohteena on kartiopuristi-meen integroitu pyörivä työkalujärjestely, joka hyödyntää kartiopuristimen luontaista kierteisesti orientoivaa roottoriosien 4, 5 pyörimisliikettä. Keksinnön olennaisen ajatuksen mukaisesti puristinlaite käsittää puristettavan muovima-15 teriaalin virtaussuunnassa katsottuna roottoriosien 4, 5 jälkeen muovimateriaalin kanssa kosketuksiin olevat kärkiosat 12, jotka on sovitettu pyörimään samalla tai erilaisella pyörimisnopeudella kuin roottoriosat 4, 5. Kärkiosien erilainen pyörimisnopeus voi olla joko suurempi tai pienempi kuin roottoriosien pyörimisnopeus. Kärkiosat 12 on esitetty kuviossa 2 samanlaisella varjostuksella, 20 jolloin ne erottuvat selvästi vinoviivoituksella varjostetuista roottoriosista 4, 5 ja vaaleammalla varjostuksella varustetuista kiinteistä staattoriosista 1, 2 ja 3. ’ ’ * Edellä mainitut kärkiosat käsittävät edullisesti puristinlaitteessa sisimpänä ole- T van torpedon kärkiosan 13 ja/tai suutinosan 6 muodostavan matriisin. Kuvios- sa 2 on kuvattu esimerkinomaisesti kaksi erilaista suutinmahdollisuutta, jolloin 25 suutinosan 6 ylempi puolisko kuvaa toista vaihtoehtoa ja alempi puolisko vas-: taavasti toista vaihtoehtoa. Torpedon kärkiosa 13 voidaan sovittaa pyöritettä- väksi puristinlaitteen läpi sen takaosan kautta niin, että järjestely sallii kaape-lisydämen, optisten kuitujen tms. ajon puristinlaitteen läpi. Suutinosan 6 muo-dostavaa matriisia voidaan puolestaan pyörittää puristinlaitteen etuosasta.

30 Roottoriosat 4, 5 pyörivät suhteellisen alhaisella, ensisijaisesti mas san sulattamisen ja eteenpäin kuljettamisen määräämällä nopeudella ja luovat : tarvittaviin kerroksiin kiertyvän alkuorientaation. Siirtyessään eteenpäin puris- ,,·* tinlaitteessa sula massa kohtaa tietyssä kohdassa sovellutuksesta riippuen ',: esimerkiksi roottoriosien pyörimisnopeuteen suuremmalla nopeudella pyörivän , : 35 torpedon kärjen ja/tai suutinosan 6 muodostavan matriisin. Lujitemateriaalien orientaation hallitsemiseksi em. osien pyörimisnopeus pidetään sellaisena, et- 5 11^,ΠΙΓ 1 I %j ^ .Ui w· tä lopputuotteessa saavutetaan haluttu orientaatiokulma, ts. kiertymän nousu. Toisaalta em. osien pyörimisnopeus voidaan myös säätää sopivaksi minkä tahansa termoplastisen materiaalin prosessoinnin kannalta. Esimerkkinä tällaisista seikoista voidaan mainita leikkausvoimien hallinta puristinpäässä.

5 Massan kiertymisen tehostamiseksi kaikki tarpeelliset pinnat voi daan luonnollisesti varustaa sopivalla urituksella tai kavennuksella.

Keksinnön perusajatuksen puitteissa on edelleen edullista myös se, että kohtaa, jossa sulavirtaus siirtyy matalamman kiertymisnopeuden omaavil-ta roottoriosilta 4, 5 korkean kierrosnopeuden omaaville kärkiosille, voidaan 10 säätää puristinlaitteen sisällä. Säätö voidaan toteuttaa esimerkiksi työkalupa-reja vaihtamalla tai edullisesti säätämällä esimerkiksi pyörivän torpedon käyt-tökaran sijaintia pituussuunnassa. Pyörivän torpedon käyttökaran sijaintia voidaan säätää portaittain tai portaattomasti. Edellä mainittu säätötoimenpide on kuvattu periaatteellisesti kuviossa 2 viitenumeron 14 avulla. Edellä mainittu 15 säätö, ts. kierteisten virtausten kohtaamispisteen ja vaikutusalueen määrittäminen voidaan toteuttaa myös säätämällä suutinosan 6 paikkaa ja/tai pituutta. Em. säätö on kuvattu kuviossa 2 periaatteellisesti nuolen NL avulla. Eri nopeuksilla tapahtuvan kahden kiertyvän liikkeen kohtaamispaikka voi olla samassa pisteessä tai niiden välissä voi olla kiertymätön suora osa tai ne voivat olla si-20 säkkäinkin. Pyörivien roottoriosien 4, 5 ja kiinteiden staattoriosien 1, 2, 3 välisiä virtauskanavia voidaan samaten säädellä sopivan mitoituksen avulla vas-v ; taamaan lopputuotteen kerrospaksuuksien suhteita. On edelleen edullista jois- sain tapauksissa varustaa yksi tai useampi virtauskanava rengasmaisella suut-timella 15, 16, joka on reijitetty tai uritettu siten, että ne esikuiduttavat tai jaka-25 vat segmentteihin orientoitavan lujitemateriaalin jo koneen sisällä polymeerin ·’· ollessa vielä sulatilassa. Em. reiät vaikuttavat kuiduttumisen alkamiseen ja hahlot puolestaan materiaalin jakamiseen pyörivien roottoreiden jättöreunalla koneen sisällä. Em. rengasmaiset suuttimet voivat olla vaihdettavia, jolloin nii-den koko muoto ja ulottuvuus voi vaihdella. Suuttimet 15, 16 voidaan kiinnittää 30 roottoriosiin 4, 5 kuten kuviossa 3 on esitetty.

Roottoriosia 4, 5 ja pyöriviä kärkiosia 12 voidaan keksinnön olen- » naisen perusajatuksen mukaisesti pyörittää saman suuntaisesti. Tällainen pyö- ritystoiminto ei kuitenkaan ole ainoa mahdollinen, vaan on luonnollisesti mah- ; dollista pyörittää roottoriosia 4, 5 ja kärkiosia 12 eri suuntiinkin. Eri suuntiin ta- . 35 pahtuva pyörittäminen on edullista esimerkiksi sellaisessa tilanteessa, jossa • » ‘ käytettävän muovimateriaalin sulatyöstö edellyttää voimakasta leikkausta.

6 113355

Torpedon kärkiosaa 13 ja suutinosan 6 muodostavaa matriisia voidaan pyörittää samansuuntaisesti tai erisuuntaisesti. Suutinosan keskeisyyttä voidaan myös säätää oikean keskityksen löytämiseksi torpedon ja matriisin välille. Tämä säätö on kuvattu kuviossa 2 periaatteellisesti nuolen NR avulla.

5 Edellä esitettyä keksinnön sovellutusesimerkkiä ei ole mitenkään tarkoitettu rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan luonnollisesti muunnella patenttivaatimusten puitteissa täysin vapaasti. Näin ollen on selvää, että keksinnön mukaisen puristinlaitteen ei välttämättä tarvitse olla juuri sellainen kuin kuviossa on esitetty, vaan muunlaisetkin ratkaisut ovat mahdollisia. 10 Esimerkiksi roottoriosien ja staattoriosien lukumäärää voidaan keksinnön puitteissa vaihdella täysin vapaasti kulloisenkin tarpeen mukaan ja roottoriosien väliin voidaan lisätä kiinteitä, ts. kiertymättömiä osia lopputuotteen kerrosjaon varmistamiseksi. On myös mahdollista käyttää keksinnön mukaista laitetta erillisenä monikerrospuristinpäänä yhdistettynä kahteen tai useampaan normaa-15 liin ruuvipuristimeen, jotka sulattavat muovimateriaalin ja siirtävät sen keksinnön kuvaamaan laitteeseen, joka puolestaan jakaa, kuljettaa eteenpäin ja käsittelee valmiiksi sulan materiaalin kuten edellä on kuvattu. Keksinnön mukaista puristinlaitetta ei myöskään mitenkään rajoitettu minkään tietyn tuotteen valmistukseen vaan keksintöä voidaan käyttää hyvin joustavasti erilaisten tuot-20 teiden valmistuksessa. Erityisen hyvin keksintö soveltuu esimerkiksi PCT-julkaisussa WO 97/41571 kuvatun kaapelirakenteen valmistukseen. Keksinnön avulla on kuitenkin täysin mahdollista valmistaa myös putkia, kalvoja ja :* puhallusmuovaustuotteita.

» * , ·* > » * · > » » 1' »

Claims (13)

113355

1. Puristinlaite tai monikerrospuristinyhdistelmän puristinpää, joka käsittää ainakin yhden pyörivän roottoriosan (4,5), jota ympäröi staattoriosa (1,2,3) ja välineet (8,9,10,11), jotka on sovitettu syöttämään puristettavaa 5 muovimateriaalia staattoriosan ja roottoriosan väliin ja edelleen suutinosan (6) läpi, jolloin puristinlaite käsittää puristettavan muovimateriaalin virtaussuun-nassa katsottuna roottoriosien (4,5) jälkeen muovimateriaalin kanssa kosketuksiin tulevat kärkiosat (12), jotka on sovitettu pyörimään samalla tai erilaisella pyörimisnopeudella kuin roottoriosat (4,5), tunnettu siitä, että sen koh-10 dan sijainti puristinlaitteessa, jossa puristettavan muovimateriaalin virtaus siirtyy roottoriosan (4,5) vaikutusalueelta kärkiosien (12) vaikutusalueelle, on muodostettu säädettäväksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen puristinlaite tai puristinpää, tunnettu siitä, että kärkiosat (12) on sovitettu pyörimään suuremmalla no- 15 peudella kuin roottoriosat (4,5).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen puristinlaite tai puristinpää, tunnettu siitä, että kärkiosat (12) käsittävät puristinlaitteessa sisimpänä olevan torpedon kärkiosan (13) ja/tai suutinosan (6) muodostavan matriisin.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen puristinlaite tai puristin-20 pää, tunnettu siitä, että kärkiosat (12) on sovitettu pyörimään saman suuntaan kuin roottoriosat (4,5).

:· 5. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen puristinlaite tai puristin pää, tunnettu siitä, että kärkiosat (12) on sovitettu pyörimään vastakkaiseen suuntaan kuin roottoriosat (4,5). , ; 25

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen puristinlaite tai puristinpää, tunnettu siitä, että torpedon kärkiosa (13) ja suutinosan (6) muodostava » · matriisi on sovitettu pyörimään eri suuntiin.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen puristinlaite tai puristinpää, ; tunnettu siitä, että säätö on sovitettu tapahtumaan säätämällä torpedon ’·;** 30 (13) käyttökaraa pituussuunnassa.

':··· 8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen puristinlaite tai puristinpää, :"tunnettu siitä, että säätö on sovitettu tapahtumaan säätämällä suutinosan • , (6) paikkaa ja/tai pituutta.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-8 mukainen puristinlaite I I I ’· 1'· 35 tai puristinpää, tunnettu siitä, että suutinosan (6) keskeisyys on säädet tävissä radiaalisuunnassa. 113355

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 9 mukainen puristinlaite tai puristinpää, tunnettu siitä, että ainakin yhteen roottoriosan (4,5) ja staattoriosan (1,2,3) väliseen kanavaan on sovitettu rengasmainen reijitetty tai/ja uritettu suutin (15,16).

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen puristinlaite tai puristinpää, tunnettu siitä, että suutin (15,16) on kiinnitetty roottoriosan (4,5) jättöreu-nan alueelle.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-11 mukainen puristin-laite tai puristinpää, tunnettu siitä, että kärkiosat (12) on uritettu ja/tai 10 muotoiltu kiertyvän muotoprofiilin aikaansaamiseksi.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-12 mukainen puristin-laite tai puristinpää, tunnettu siitä, että staattoriosat (1,2,3) ja roottoriosat (4,5) ovat kartiomaisia osia. 1 » · 113355