WO2006079299A1

WO2006079299A1 - Extrudersystem zum strangformen eines fluids

Info

Publication number: WO2006079299A1
Application number: PCT/DE2005/000158
Authority: WO
Inventors: Frank Neumann
Original assignee: Mmr Marketing & Management Ag Rotkreuz
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-03
Also published as: AU2005325792A1; KR101076550B1; US8419987B2; EP1841904A1; US20090020906A1; KR100975686B1; KR20100042298A; BRPI0519860A2; DE112005003523A5; JP5131972B2; JP2008528326A; CA2596134A1; KR20070107013A; CA2596134C

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Extrudersystem zum Strangformen eines Fluids mit mindestens einer Zuführvorrichtung (2), mindestens einer Mischvorrichtung (3) und mindestens einem Extruderwerkzeug (4). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens eine Einrichtung zum Erzeugen eines das zu extrudierende Material ganz oder teilweise umgebenden Fluidstroms (Transportfluid) vorgesehen ist, der zu der Austrittsrichtung des zu extrudierenden Materials im wesentlichen parallel verläuft, und wobei das Fluid durch Saugen und/oder Drücken des Transportfluidstroms mittels eines Austriebsgases aus dem Extrudersystem ausgetragen wird. Das Extrudersystem ermöglicht einen gleichmäßigen Produktaustrag für Produkte bis hinein in den Nanometerbereich.

Description

Extrudersystem zum Strangformen eines Fluids

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Extrudersystem zum Strangformen eines Fluids mit mindestens einer Zuführvorrichtung, mindestens einer Mischvorrichtung und mindestens einem Extruderwerkzeug.

Aus dem Stand der Technik sind Extrudersysteme zum Strangformen bekannt, bei denen ein zu formendes Fluid unter Druck durch ein Extruderwerkzeug gedrückt wird, so dass es von der Austragsdüse des Werkzeugs in Form von Kapillaren, Strängen, Folien oder sonstigen Profilquerschnitten ausgestoßen wird.

Aus dem Stand der Technik sind Extrusionssysteme mit Schneckenantrieben (Einfach- oder Doppel-Schnecken) für die Materialzuführung und gleichzeitiger aus- schließlicher Druckerzeugung bekannt (z.B. WO 03/009989, EP 0 888 860 A2, DE101 36 851 A1. Die WO 00/76743 A1 beschreibt eine rotierende Extruder- Düsenstruktur, mit einem mit 500 U/min rotierenden Düsenaufsatz für Produkte mit einem Durchmesser von 0 16-40mm. Ein ähnlicher rotierender Extruderkopf ist in der CA 2,299,209. Derartige Extrudersysteme sind nicht variabel und dienen daher zur Herstellung von Produkten in ganz speziellen Abmessungen, insbesondere auch bei sehr hohem Druck.

Die EP 0 499 025 beschreibt die Extrusion von Schläuchen mittels eines rotierenden Doms unter Verwendung einer festen Düse und Ringspaltausbildung.

Aus der WO 95/24304 ist schließlich ein Extrudersystem bekannt, bei dem ein kon- ventionell, zum Beispiel durch eine Schnecke, mit Druck beaufschlagtes Fluid durch ein Extruderwerkzeug aus dem Extrudersystem ausgetragen wird. Zur Herstellung einer Kapillare weist das Extruderwerkzeug eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form auf mit einem zentralen Kern, so dass das Fluid in Form eines Rohres oder Schlauches aus dem Werkzeug austritt. Dabei kann der Querschnitt des "Rohres" bzw. "Schlauches" bei Verwendung entsprechend kleiner Austrittsquerschnitte des Werkzeuges bis nahe an den Kapillarbereich verkleinert werden.

Mithin sind im Stand der Technik ausschließlich Extrudersysteme bekannt, die in einem Druckbereich von 1000 bis 1500 bar arbeiten und für Produkte mit einem Durchmesser von ca. 100 μm geeignet sind.

Eine weitere Miniaturisierung des aus dem Stand der Technik bekannten Extrudersystems zum Erreichen von Dimensionen der Produkte im Bereich von wenigen Mikrometern oder Nanometern ist nicht möglich, da bei einer weiteren Verringerung der Durchmesser innerhalb des Extruders die Reibungskräfte zwischen dem zu for- menden Fluid und dem Extruder so groß werden, dass eine Druckbeaufschlagung des Fluids nicht mehr zu einem kontrollierten Austrag des geformten Produkts führt.

Gegenüber dem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Extrudersystem bereitzustellen, das eine noch weitergehende Miniaturisierung des Systems erlaubt. Ein derartiges System soll einen gleichmäßigen Produktaustrag für Produkte bis hinein in den Nanometerbereich ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Extrudersystem zum Strangformen eines Fluids bereitgestellt wird mit mindestens einer Zuführvorrichtung, mindestens einer Mischvorrichtung und mindestens einem Extruderwerkzeug, wobei mindestens eine Einrichtung zum Erzeugen eines das zu extrudierende Mate- rial ganz oder teilweise umgebenden Fluidstroms (Transportfluid) vorgesehen ist, der zu der Austrittsrichtung des zu extrudierenden Materials im wesentlichen parallel verläuft, und wobei das Fluid durch Saugen und/oder Drücken des Transportflu- idstroms aus dem Extrudersystem ausgetragen wird.

Unter einem parallelen Fluidstrom wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass das zu extrudierende Material ganz oder teilweise während des Produktaustriebs von einem Fluidstrom umgeben ist.

Dadurch, dass eine Einrichtung zum Erzeugen eines das zu extrudierende Material ganz oder teilweise umgebenden Fluidstroms eines gegenüber dem zu formenden Fluid unterschiedlichen Transportfluids vorgesehen ist, kann eine ansonsten übliche Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung des auszutragenden Fluids kleiner dimensioniert werden oder ganz entfallen, da das Fluid durch Saugen und/oder Drücken des zweiten Fluidstroms aus dem Extrudersystem ausgetragen wird. Dabei wird zum Beispiel ein Gasstrom unter Druck von außen in das Extrudersystem eingeleitet, der innerhalb des Extrudersystems im Wesentlichen in der unmittelbaren Umgebung des Stranges des zu formenden Fluids geführt wird und der das zu formende Fluid mitreißt und aus dem Extruderwerkzeug austrägt. Darüber hinaus verringert der zweite Fluidstrom die Reibung zwischen dem zu formenden Fluid und den Wänden des Extruders. Dabei sollten die als Ausgangsstoffe dienenden Materialien zunächst verflüssigt werden, um das Austragen zu vereinfachen.

Das Extrudersystem kann für unterschiedliche Fluide aus organischen und/oder anorganischen Materialien zur Herstellung von Strängen, Kapillaren oder auch Folien verwendet werden. Beaufschlagt man das auszutragende Fluid zusätzlich wie im Stand der Technik üblich mit einem hohen Druck, so lassen sich mit der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung auch Spritzgussteile herstellen. Dafür müssen hinter der Austragsdüse eine Verschlusseinheit und ein speziell für das Extrudersystem vorgesehenes Spritzgusswerkzeug angeordnet werden.

Der Vorteil der Erfindung ist u.a. darin zu sehen, dass es sich letztlich um einen flexiblen und flexibel einsetzbaren Mikroextruder handelt, der der Herstellung unter- schiedlichster Produkte dient, nämlich

Strängen, Fäden, Mikrofäden usw. Rohren, Kapillaren, Mikrokapillaren usw. Folien, Mikrofolien usw. als auch - Spritzgussteilen, Mikrospritzgussteilen

Besonders bevorzugt werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen das Extruderwerkzeug eine Vorrichtung zur Herstellung einer Folie, einer Mikrofolie, eines Stranges, eines Mikrostranges, einer Kapillare oder einer Mikrokapillare ist. Die genannten Produkte lassen sich mit Hilfe des Extrusionsverfahrens kostengünstig und in großen Mengen herstellen.

Bevorzugt wird eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Austragsdüse des Extruderwerkzeugs oder Teile davon auswechselbar sind. Diese Ausgestaltung des - A -

Extrudersystems ist vorteilhaft, da sie es erlaubt, ein und dasselbe System für unterschiedliche Anwendungen einzusetzen, da durch einfaches Austauschen der Austragsdüse unterschiedliche Produkte hergestellt werden können. Darüber hinaus ist die Austauschbarkeit eine Vorraussetzung für die Miniaturisierung des Systems, um beispielsweise eine Verstopfung zu verhindern und eine einfache Reinigung zu ermöglichen.

Zweckmäßig ist es, wenn die mindestens eine Einrichtung zum Erzeugen eines das zu extrudierende Material ganz oder teilweise umgebenden Fluidstroms eine Druckeinrichtung und/oder eine Saugeinrichtung ist. Das herzustellende Fluid wird erfin- dungsgemäß durch eine Druckeinrichtung oder eine Saugeinrichtung ausgetragen, oder aber durch eine Kombination von Druck- und Saugeinrichtung. Bei einigen Anwendungsfällen, wie beispielsweise der Verwendung des erfindungsgemäßen Extrudersystems für eine Spritze oder eine Foliendüse, kann es von Vorteil sein die Saugeinrichtung wegzulassen.

Im Unterschied zu den im Stand Technik beschriebenen Lösungen des „Druckaus- trags" bei Extrudern ist im Sinne der Erfindung unter „Druckeinrichtung" nicht ausschließlich der durch das herzustellende Fluid eigenständig entwickelte Austragsdruck zu verstehen, sondern die zusätzliche Unterstützung durch ein auf das Fluid Druck ausübendes Gas (hier als Austriebsgas bezeichnet). Ferner ist von Bedeu- tung, dass das Austriebsgas die Wandreibung extrem reduziert Diese ist ursächlich das Hemmnis für einen Produktaustrag im unteren Mikrobereich, dem mit immer höheren Drücken nach dem Stand der Technik begegnet wird (damit wird jedoch nicht die Ursache sondern nur die Wirkung versucht zu überwinden). Durch die erfindungsgemäße Verwendung des Austriebsgases ist eine Verminderung der Wand- reibung bis nahe Null möglich. Im Ergebnis wird damit der benötigte Austriebsdruck entscheidend gegenüber dem Stand der Technik reduziert.

Die Erfindung zeigt mithin eine Möglichkeit auf, die Ursache der im immer kleiner zu erzeugenden Produktbereich auftretenden extrem wachsenden Wandreibung zu begegnen, diese weitestgehend zu unterdrücken und sogar auszuschalten.

Auch die Kombination von Saugen oder Drücken ist bevorteilt. Denn das Transportfluid verhindert nicht nur die Berührung des Produktes mit den äußeren Wänden der z. B. Düse, sondern kann als mitreißendes Medium genutzt werden, wenn es schneller in seinem Strömungsverhalten eingestellt wird als das zu erzeugende Produkt mit seinem Strömungsverhalten. Dabei ist es möglich durch Saugen oder Drücken oder gleichzeitigem Saug-Druckbetrieb diese Wirkung zu erzielen.

Ferner ist erfindungsgemäß ein Ausgleichsmedium und ein Ausgleichskanal zum Ausgleichen von Dosierschwankungen über den das zu extrudierende Material ganz oder teilweise umgebenden Fluidstrom vorgesehen, der den Produktaustrag unterstützt. Die vorgenannten unterstützenden Maßnahmen zum Produktaustrieb sind miteinander kombinierbar und hängen vom jeweiligen herzustellenden Produkt ab.

So lässt sich eine größtmögliche Gleichmäßigkeit der Dosierung beim Austragen erreichen. Insbesondere der durch einen Saugkopf am Düsenausgang realisierte Saugmechanismus erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft angesehen. Denn dadurch ist es möglich, einen erheblich reduzierten Druck im Innern des Extruders zu benutzen als bei bekannten Ausführungen von Extrudern. Ein weiterer Vorteil ist in der Gleichmäßigkeit des Produktaustrages zu sehen, der auf Grund der unterstützenden Saugwirkung von Außen und dem Druck von Innen besteht. Hierdurch wird auch eine hohe Reproduzierbarkeit, d.h. wiederholbare Gleichmäßigkeit des Produktaustrags erzielt.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Einrichtung zum Erzeugen des parallelen Fluidstroms teilweise in den austauschbaren Teilen vorgesehen ist. So kann auch bei einem austauschbaren Extruderwerkzeug eine optimale Austragung des Fluids gewährleistet werden.

Bevorzugt wird eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Ausgleichskanal zum Ausgleichen von Dosierschwankungen über den das zu extrudierende Material ganz oder teilweise umgebenden Fluidstrom vorgesehen ist. Angestrebt wird eine gleichmäßige Stärke der ausgetragenen Produkte, z.B. der Dicke einer Folie. Die Stärke des Materials ist dabei primär von der eindosierten Menge des Materials abhängig. Nimmt nun beispielsweise die Menge des Materials aufgrund einer Schwankung beim Dosieren kurzzeitig zu, so wird bei konstantem Druck ebenfalls mehr Material ausgetragen. Hat das den Austragsdruck erzeugende Fluid jedoch die Möglichkeit über einen Ausgleichskanal auf einem anderen Weg als über die Aus- tragsdüse zu entweichen, so bleibt die Menge an ausgetragenem Material konstant.

Als vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform der Erfindung erwiesen, bei der die Abmessungen des Extruderwerkzeugs so auf das zu formende Fluid abgestimmt sind, dass das Fluid von den auftretenden Kapillarkräften ausgetragen wird. Dies erlaubt es, bei einer weitgehenden Miniaturisierung des erfindungsgemäßen Extrudersystems, das zu formende Fluid auszutragen ohne das zu formende Fluid selbst mit einem hohen Druck beaufschlagen zu müssen.

Zweckmäßig ist es dabei, wenn das Extruderwerkzeug oder Teile davon um eine Achse parallel zur Austragsrichtung motorgetrieben drehbar ist. Die Drehung des Extruderwerkzeugs oder eines seiner Teile, vorzugsweise eines im Abstand symmetrisch zum Querschnitt des Extrudersystems angeordneten Doms, der sich im Extruder und vor der Austragsdüse parallel zur Austragsrichtung erstreckt, führt zu einer guten Durchmischung der Komponenten des auszutragenden Fluids. Aber auch bei der Verarbeitung eines auszutragenden Fluids, das aus nur einer Komponente besteht, ist die Drehung vorteilhaft, denn sie führt zu einer starken Vernetzung der einzelnen Moleküle des Fluids und somit zu einer Erhöhung der Stabilität des ausgetragenen Produkts. Hilfreich ist auch der Umstand, dass der Gasstrom durch den Dorn selbst geführt wird.

Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform der Erfindung erwiesen, bei der hinter der Austragsdüse des Extruderwerkzeugs mindestens eine Zugvorrichtung zum Abziehen des ausgetragenen Fluids angeordnet ist. Eine solche Zugvorrichtung ermöglicht zum einen ein Austragen des Fluids aus dem Extrudersystem auch ohne zusätzliche Druckbeaufschlagung des Fluids innerhalb des Systems, zum anderen bewirkt sie jedoch auch eine Streckung des ausgetragenen Produkts und damit eine Verstärkung des Materials durch eine Streckung der vernetzten Struktur.

Werden zwei Zugvorrichtungen mit unterschiedlichen Zuggeschwindigkeiten hintereinander angeordnet, so kann die Streckung des ausgetragenen Materials gezielt gesteuert werden, indem die Zuggeschwindigkeiten der beiden Zugvorrichtungen in einem bestimmten Verhältnis unterschiedlich eingestellt werden. Dabei ist es erfin- dungsgemäß besonders vorteilhaft, wenn mindestens eine der Zugvorrichtungen um eine Achse parallel zur Zugrichtung drehbar ist, so wird eine weitere Verdrehung des Produkts ermöglicht und damit eine weitere Erhöhung der Stabilität. Die nachgeschaltete Zieh- und Verdreheinheit erweist sich insbesondere bei der Kapillar- und Fadenerzeugung als vorteilhaft; denn es lassen sich verstärkte Endprodukte durch Ziehen (bekannt in der Spinnfaserherstellung) und Verdrehen (Kombination in einer Einheit) herstellen. Mehrfach-Anordnungen, in Reihe geschaltet, verstärken diesen Effekt noch. Da diese Zieh- und Verdreheinheit nicht für alle Anwendungen bevorteilt ist(z.B. bei der Folienerzeugung) kann sie optional ausgestaltet bzw. zu- schaltbar sein.

Alternativ oder zusätzlich zu einer Drehung der Zugvorrichtungen ist es vorteilhaft, wenn das Grundelement des Extrudersystems, bestehend aus einer Zuführvorrichtung, einer Vorrichtung zur Druckerzeugung, einer Mischvorrichtung und mindestens einem Extruderwerkzeug um eine Achse parallel zur Austragsrichtung drehbar ist.

In Abhängigkeit von dem verwendeten, auszutragenden Fluid ist es zweckmäßig, wenn das Extrudersystem eine Heiz- und Kühlvorrichtung für das Fluid ausweist, so dass es während der einzelnen Verarbeitungsschritte auf der jeweils optimalen Temperatur gehalten werden kann. Darüber hinaus kann die Heizvorrichtung dazu verwendet werden, das auszutragende Fluid auf höhere Temperaturen zu erwärmen und dadurch seine Fließfähigkeit zu erhöhen.

Für bestimmte Anwendungen und zu formende Fluide bzw. Materialien ist es notwendig, hinter dem Extruderwerkzeug eine Trocknungsvorrichtung für das ausgetragene Fluid anzuordnen. Dies ist besonders dann der Fall, wenn das jeweilige Fluid erst durch Abtrocknen in einen festen und formstabilen Zustand übergeht.

Zweckmäßig ist es dabei, wenn hinter dem Extruderwerkzeug eine Schneidevorrichtung für das ausgetragene Fluid angeordnet ist, so dass die ausgetragenen Produkte in eine für die Weiterverarbeitung passende Länge geschnitten werden können.

Um das ausgetragene Produkt transportieren und weiterverarbeiten zu können, ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hinter dem Extruderwerkzeug eine Aufwickelvorrichtung für das ausgetragene Fluid vorgesehen, so dass das Produkt als Meterware auf Spindeln oder dergleichen aufgewickelt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das mindestens eine Extruderwerkzeug mikrotechnisch (z.B. mittels Ätztechniken, mechanischer und optischer Mikroverfahren (z.B. Laser)) hergestellt ist. Dies ermöglicht eine starke Miniaturisierung der Vorrichtung, wobei die Produkte Dimensionen aufweisen, wie sie mit Extruderwerkzeugen, die mit klassischen Methoden des Maschinenbaus hergestellt wurden, nicht erzielt werden können.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn der innere Durchmesser einer Austragsdüse zur Herstellung einer Mikrokapillare einen Durchmesser von weniger als 100 μm, bevorzugt von weniger als 50 μm und besonders bevorzugt von weniger als 20 μm aufweist.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, das Extrudersystem so weit zu miniaturisieren, dass das Grundelement des Extrudersystems eine Länge von weniger als 20 cm, bevorzugt von weniger als 15 cm und besonders bevorzugt von weniger als 8 cm aufweist.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Durchmesser des Grundelements des Extrudersystems weniger als 5 cm, bevorzugt weniger als 3 cm und besonders bevorzugt weniger als 1 cm beträgt.

Der Mikroextruder ist flexibel einsetzbar. Er zeichnet sich durch eine Modulbauweise aus, die minimalen Bauraum beansprucht. Durch den minimalen Bauraum, insbesondere den erfindungsgemäßen Misch- und Austragsraum, ist es möglich den Innenraum des Mikroextruders nahezu totraumfrei auszuführen. Erreicht wird das durch:

- Die Nutzung eines Ausgleichsmediums im Innern des Mikroextruders, wobei dieses Medium vorzugsweise als zähe Trennflüssigkeit an den Anfang des Mischraumes direkt nach der Dichtung der letzten Lagerung positioniert werden sollte; dadurch wird eine exakte Druckkompensation und optimale Druckkontrolle bei Zuführung der Komponenten gegenüber dem Austrag des Produktes er- möglicht. Die Auswertung und Regelung erfolgt außerhalb des Mikroextruders über exakte Druckregler. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, dass die Lagerung selbst geschont und geschützt wird, da keine Produktberührung stattfindet.

- Nutzung einer einzigen Durchgangswelle, die entweder (ab Mischraum) einen ständig abnehmenden oder alternativ einen gleichbleibenden Durchmesser besitzt. Dadurch ergeben sich Vorteile für die fertigungsbedingte Herstellung, insofern nur eine Aufspannung erforderlich ist, was wiederum einen guten Rundlauf ermöglicht, als auch höhere Genauigkeiten und niedrigere Toleranzen, für einfache Wartung und eine einfache automatisierte Montage.

- Jeder Komponenteneinlass in den Mikroextruder ist druckregelbar und besitzt mindestens einen geringfügig höheren Druck, damit die jeweilige Komponente zugeführt werden kann. Dadurch wird erreicht, dass diese Einlasse nicht von Innen verstopfen können, da es zu einem ständigen Komponentendurchfluss kommt; ein Rückfluss ist dadurch ausgeschlossen.

- Im Misch- und Austragsraum des Mikroextruders befindet sich immer nur eine minimal notwendige Menge an Produkt, um in optimierter Zeit eine Mischung und den Austrag zu realisieren. Dies bedeutet eine exakte Regelung der Zu- und Nachführung der Komponenten, um einen qualitativ gleichmäßigen und kontinuierlichen Produktaustrag zu erzielen.

Durch diese Maßnahmen wird ein nahezu 100-prozentiger Produktaustrag bei Einhaltung der vorgewählten Rezeptur sowie deren erzielter Mischung ermöglicht. Die Mischung erfolgt erst im letzten Abschnitt des Mikroextruders und/oder in der Wechseldüse; somit wird gewährleistet, dass eine Entmischung der gemischten Komponenten nicht erfolgen kann. Die Mischung kann erfolgen durch

- die Rotation der Durchgangswelle und/oder

die tangentiale und/oder mehrfach über dem Umfang verteilte tangentiale Zuführung der Komponenten unter Druck und/oder

statische Mischelemente auf der Welle und/oder der Gehäuseinnenwand. Die Erfindung ermöglicht unter hoher Präzision die Mischung mehrerer Komponenten. Der Mikroextruder weist eine integrierte Temperaturregelung auf und ist aufgrund der sehr kleinen Gesamtabmessungen stationär und transportabel nutzbar. Die Abmessungen des Mikroextruders können so gewählt werden, dass das ganze System auf jedem Schreibtisch genutzt werden kann. Der Extruder selbst kann so klein sein, dass er in jede Westentasche passt. Für einen höheren Durchsatz können andere Dimensionen bevorzugt sein. Die derart erzeugten Produkte können im Millimeter- über Mikrometer- bis zum Nanometerbereich liegen.

Für Mikrostränge und Folien sind einer Stärke von 0,5 mm bis 1 μm bevorzugt sind, besonders bevorzugt ist auch der untere Nanometerbereich von bis zu 50 nm bei Folien und noch darunter für Mikrostränge. Mikrokapillare können mit einem Durchmesser von weniger als 100 μm, bevorzugt von weniger als 50 μm und besonders bevorzugt von weniger als 20 μm hergestellt werden. Dies alles wiederum bewirkt eine hohe Flexibilität des Systems.

Die Erfindung kann in unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz kommen, beispielsweise - aber nicht abschließend und eingeschränkt - bei der Extrusion und/oder dem Spritzguss von Kunststoffen (Plastik), bei der Spinnfaserextrusion in der Bekleidungsindustrie, bei der Vlieserzeugung, aber auch im Life Science Bereich, dem Medizinbereich, zur Herstellung von biokompatiblen Materialien, im Rahmen der minimalinvasiven Chirurgie, aber auch in der Telekommunikation, der Gummiindustrie, der Dichtungstechnik, dem Chemie- und Pharmabereich.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Ansprüchen enthalten. Die Erfindung wird nebst weiteren Vorteilen und Anwendungsmöglichkeiten nachfolgend auch anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben; es zeigt

Figur 1 eine schematische Ansicht des Extrudersystems in einer bevorzugten Ausführungsform;

Figur 2 eine schematische Darstellung einer ersten

Ausführungsform der Mischkammer und des Extruderwerkzeugs; Figuren 3a, b schematische Ansichten einer zweiten Ausführungsform der Mischkammer und des Extruderwerkzeugs;

Figuren 4a-e vereinfachte Ansichten und Detaildarstellungen der erfindungsgemäßen Zugvorrichtung in verschiedenen Ausführungsformen;

Figur 5a-e verschiedene Ausführungsformen der Aus- tragsdüse des in Figur 2 dargestellten Extruderwerkzeugs;

Figur 6a eine Darstellung einer alternative Ausführungsform des Extruderwerkzeugs zusammen mit einer alternativen Ausführungsform der Austragsdüse;

Figur 6b eine dreidimensionale schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Extruder- Systems;

Figuren 7a,b schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung zum automatischen Wechseln der Austragsdü- sen;

Figuren 8a-c eine Ausführungsform der Erfindung mit mehre- ren Austragsdüsen;

Figuren 9a,b schematische Darstellungen von weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Extrudersystems.

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht des Extrudersystems mit einem auswech- seibaren Extruderwerkzeug, zur Erzeugung von unterschiedlichsten Produkten in Form von beispielsweise Fäden, Fasern, Strängen 103 und/oder Kapillaren 25. Hier ist beispielhaft ein Werkzeug zur Herstellung einer Kapillare dargestellt. Das Grundelement 1 des Extrudersystems weist eine Zuführvorrichtung 2, eine Mischvorrichtung 3, ein Extruderwerkzeug 4 mit einer auswechselbaren Austrags- düse 5 sowie einen axialen Antrieb 6 mit Getriebe 7 auf. Durch die Zuführvorrichtung 2 werden das Austriebsgas 9 und das Druckmedium 8 eingeleitet. Das Aus- triebsgas 9 wird durch das ganze Grundelement 1 zentral bis in die fertigen Kapillare 25 geleitet, um diese aufzublasen, damit sie nach dem Passieren der Austrags- düse 5 nicht zusammenfallen kann.

Das Druckmedium 8, beispielsweise ein Gas, das in der gezeigten Ausführungsform auch als Schutzatmosphäre dient, oder alternativ eine nicht mischbare Flüssigkeit, wird außerhalb des Grundelements 1 in eine Vorrichtung zur Druckerzeugung 20 eingeleitet. In der dargestellten Ausführungsform besteht die Vorrichtung zur Druckerzeugung 20 aus mehreren Druckzylindern 32, die über ein Steuerventil 21 gekoppelt sind. Der Zylinder 32 verfügt über einen Einlass 33 für das Fluid 8, sowie über eine Zustellzufuhr 35 und Rückstellzufuhr 34, die pneumatisch, hydraulisch oder anders ausgestaltet sein kann. Die Vorrichtung 20 erzeugt einen einstellbaren Druck, der über die Kontroll- und Steuereinheit 19 des Systems exakt geregelt wird. Ermöglicht wird die Regelung durch Drucksensoren 23 und Druckregler 22, die schnell reagieren und ansprechen.

Das Grund- bzw. Ausgangsmaterial 28 wird mit definiertem Druck in die Mischvor- richtung 3 eingebracht. Nachfolgend werden die Zusatzstoffe 29 und Zusätze 30 mit geringfügig höherem Druck über eine der Vorrichtung zur Druckerzeugung 20 ähnliche Vorrichtung oder anderen geeigneten Maßnahmen dosiert in die Mischvorrichtung 3 zugegeben und miteinander gemischt. Das Gemisch wird durch das Extruderwerkzeug 4, in dem zusätzlich eine weitere Komponente 31 , beispielsweise für medizinische Anwendungen ein Vernetzer, wie z.B. Formaldehyd oder ähnliches eingebracht wird, ausgetragen. Die Komponente 31 wird dabei kurz vor der Aus- tragsdüse 5 eindosiert und danach zur Austragsdüse 5 transportiert. In der Mischvorrichtung 3 sind im Innern miniaturisierte Mischsensoren 24 und/oder Drucksensoren 23 angeordnet. Die Mischsensoren 24 und/oder Drucksensoren 23 können auch zur Kontrolle gegen Entmischung der Stoffkomponenten in den nachfolgenden Einheiten, wie dem Extruderwerkzeug 4 und der Austragsdüse 5 angeordnet werden. Das Grundelement 1 ist zusätzlich mit einer Heiz- / Kühlvorrichtung 18 versehen, um eine konstante Temperatur, hier beispielsweise Raumtemperatur vorzugsweise bis 22°C, mit der Steuerung 19 einstell- und regelbar erzeugen zu können. Überwacht wird die Temperatur mit Hilfe des Temperatursensors 36, oder auch mit meh- reren in den einzelnen Vorrichtungen des Grundelements 1 angeordneten Temperatursensoren 36. Die Steuerung 19 ist so ausgestaltet, dass sie nicht nur die Aufgaben der Temperatursteuerung übernimmt, sondern auch alle anderen Steuerungsaufgaben in dem Extrudersystem, z.B. die Steuerung und Regelung der Aktuatoren und Antriebe.

Nach Austritt der Kapillare 25 aus der Austragsdüse 5, wird diese durch die Schließvorrichtung 10, die einen Schließmechanismus zum Verschließen der Austragsdüse 5 und einen Mechanismus zum Einfädeln in die Zugvorrichtung 11 aufweist, zur Zugvorrichtung 11 weitergeleitet.

Das gesamte Grundelement 1 mit der Zuführvorrichtung 2, der Mischvorrichtung 3 und dem Extruderwerkzeug 4 mit der auswechselbaren Austragsdüse 5 ist um eine zu der erzeugten Kapillare 25 bzw. zur zentralen Zuführung des Austriebsgases 9 ko-linearen Achse drehbar gelagert. Die Rotation des Grundelements 1 wird von dem axialen Antrieb 6 mit dem Getriebe 7 angetrieben. Demgegenüber kann die Zugvorrichtung 11 die Rotation verstärken oder in die Gegenrichtung umkehren. Gleichzeitig kann die Kapillare 25 bis auf ein Mehrfaches ihrer erzeugten Länge mit Hilfe der Zugvorrichtung 11 gestreckt werden, wodurch die Material- bzw. Netzstruktur erheblich verfeinert und verstärkt wird.

Die Streckung der Kapillare wird mit Hilfe von Sensoren und Detektoren 26 überwacht und elektronisch über die Kontroll- und Steuereinheit 19 gesteuert, um ein Abreißen zu verhindern. Gleichzeitig erfolgt über die Sensoren 26 eine Qualitätszwischenkontrolle, der erzielten Festigkeit, der Wandstärke, des Durchmessers, der Gleichmäßigkeit der Kapillaren usw.

Nach Streckung und Verdrehung auf die gewünschte Länge und vor allem auf die erforderliche Dicke bzw. Wandstärke, können die erzeugten Kapillaren 25 direkt zum Einsatz gebracht werden, wenn z.B. das Extrudersystem direkt am Ort der Anwendung installiert wurde. Es besteht eine weitere Möglichkeit, die Kapillaren 25 in eine sehr dauerhafte Haltbarkeitsform zu überführen. Um das zu erreichen ist eine Trockenvorrichtung 12 vorgesehen, in der die erzeugte Kapillare 25 bis zu einer genau definierten Restfeuchte getrocknet wird. Die Kontrolle erfolgt durch Feuchtigkeitssensoren 27. Nach der Trockenvorrichtung 12 ist eine Schneidevorrichtung 13 und eine Wickelvorrichtung 14a oder eine FaIt- und Legevorrichtung 14b sowie eine Konfektionierung 14c und Verpackung 14d erforderlich. Danach ist eine entsprechende Lagerung 15 und ein Transport 16 zu den vielfältigen Anwendungen 17 weltweit sehr einfach möglich. Um die getrockneten Kapillaren 25 einer entsprechenden Anwendung zuführen zu können, ist es erforderlich, diese entsprechend weiterzubehandeln, beispielsweise für medizinische Anwendungen zu befeuchten. Unter Umständen wird ein Befeuchtungsgerät 37 bereitgestellt, um eine vorher zu definierende Feuchtigkeit zu erzielen.

Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Grundele- ments 1 des Extrudersystems zur Herstellung einer Kapillare 25. Gezeigt wird der

Aufbau des Grundelements 1. Es besteht aus einem Gehäuse 38 mit Einlassen 46, die über den Umfang verteilt sind, für das Austriebsgas 9, das Druckmedium 8, das

Grund- bzw. Ausgangsmaterial 28, die Zusatzstoffe 29, die Zusätze 30 und eine weitere Komponente 31 , sowie mit Ein- und Auslässen für das Heiz- und Kühlsys- tem 18, das hier nicht dargestellt ist.

Das Gehäuse 38 kann geteilt oder im Ganzen je nach fertigungstechnischen Möglichkeiten hergestellt sein, entscheidend dafür sind die gewünschten Abmessungen, die in der Größenordnung von Mikrometern bis hin zu Millimetern liegen können. Das äußere Design des Gehäuses 38 kann zylindrisch und/oder quaderförmig aus- gestaltet sein. Verschlossen wird das Gehäuse 38 mit einem Flanschdeckel 39, an dem das Getriebe 7 und der Antrieb 6 befestigt sind. Der Antrieb 6 treibt eine Durchgangswelle 40 an, die mehrfach abgesetzt ist. Von den vorgespannten Lagern 41 , die ein minimales Spiel aufweisen, wird eine exakte Rotation gewährleistet. Bei den Lagern 41 handelt es sich um entsprechende Gleitlager und die dargestellten Dichtungspakete 42 dienen der Trennung der einzelnen zugeführten Stoffe und dem Schutz der Lager 41. Um die exakte Rotation der Durchgangswelle 40 zu realisieren, ist eine Ausgleichskupplung 43 zwischen der Durchgangswelle 40 und dem Getriebe 7 vorgesehen. Nach dem Eindosieren des Grund- bzw. Ausgangsmaterials 28, der Zusatzstoffe 29 und den Zusätzen 30 werden diese in der sich anschließenden Mischstrecke 44 mit Hilfe der Rotation der Durchgangswelle 40 gemischt. Andere geeignete Maßnahmen zum Mischen sind die Strukturierung der Durchgangswelle 40 in diesem Be- reich in Form von Längsnuten oder schraubenförmigen Rillen oder statischen Mischelementen, die an der Durchgangswelle 40 und/oder am Gehäuse 38 angeordnet sind. Für Mikroanwendungen genügt es, eine entsprechende Rauhigkeit der Oberflächen für ein wirksames Durchmischen zu erzeugen.

Zusätzlich sind integrierte Sensoren zur Mischkontrolle 24 außerhalb oder besser und effektiver innerhalb der Mischstrecke 44 angeordnet, um den Mischvorgang über die Kontroll- und Steuereinheit 19 kontrollieren und beeinflussen zu können. Kurz vor Ende der Mischstrecke 44 wird eine weitere Komponente 31 zudosiert, so dass das komplette Gemisch in den Düsenkopf 45, der austauschbar, beispielsweise als Wechselkopf, gestaltet ist, gelangt und als verstärkte Kapillare 25 ausgetrie- ben wird. Alternativ kann der Düsenkopf 45 fest mit dem Gehäuse 38 verbunden sein.

Die Herstellung der verstärkten Kapillare 25 wird durch das Austriebsgas 9 unterstützt, das durch das Gehäuse 38 in die Durchgangswelle 40 und dort mittig bis zum Düsenkopf 45 transportiert wird, um die Kapillare 25 von innen aufzublasen. Das Austriebsgas 9 wird auch als Heiz- und/oder Kühlmedium benutzt. Alternativ dazu kann das Druckmedium 8 als Heiz- und/oder Kühlmedium genutzt werden. Das Druckmedium 8 kann auch als Ausgleichsmedium bei Dosierschwankungen der einzelnen zugeführten Produktkomponenten genutzt werden oder als Austriebsmedium.

Figur 3a ist eine schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des Grundelements 48 mit einer Austragsdüse für die Herstellung einer verstärkten Folie 40. Das alternative Grundelement 48 besteht aus einem Grundkörper 49, einer Deckplatte 50 mit strukturiertem Kanal 51 und einer Anschlussplatte 53 für den Ein- lass des Grund- bzw. Ausgangsmaterials 28, geeigneten Dichtungssystemen, ent- sprechenden druckfesten Verschraubungen sowie einer Folienflachdüse 56. Das Grund- bzw. Ausgangsmaterial 28 wird wie auch bei der ersten Ausführungsform (siehe Figur 1 ) mit Hilfe einer Vorrichtung zur Druckerzeugung 20 dosiert. Im Grundkörper 49 ist das Heiz- und Kühlsystem 18 vorgesehen. Die Deckplatte 50 weist zwei Bereiche auf, einen Druckbereich 57 und eine Mischstrecke 58, deren Volumen kleiner ist als das des Druckbereichs 57, sowie Einlasse 46 für die Zusatzstoffe 29, die Zusätze 30 und für eine weitere Komponente 31 , die erst kurz vor En- de der Mischstrecke 58 zugegeben wird.

Die Mischstrecke 58 in der Deckplatte 50 weist statische Mischelemente 59, ähnlich dem Raupenmischprinzip auf, wobei die Form dieser Mischelemente 59 zahnartig ist. Alternativ dazu können die Mischelemente gleich- oder verschiedenartig mit anderen Grundformen (z.B. eckig, rund, gewölbt, sphärisch, asphärisch) strukturiert sein. In jedem Fall ist auf der Gegenseite am Grundkörper 49 eine gleichartige Struktur vorgesehen, alternativ dazu auch eine spiegelbildliche Struktur. Die Strukturen der Mischelemente 59 sind in der dargestellten Ausführungsform fest und untrennbar mit dem Grundkörper 49 und/oder der Deckplatte 50 verbunden.

Die Folienflachdüse 56 ist wie dargestellt auswechselbar mit dem Grundkörper 49 und der Deckplatte 50 verbunden. Dadurch sind Vorteile gegeben, wie beispielsweise ein Wechseln zu unterschiedlichen Foliendicken und ein schnelles Reinigen bei möglicherweise auftretenden Verstopfungen der Düse 56. Die einzelnen Wechseldüsen 56 weisen einen entsprechenden Einstellbereich 52 für die Stärke bzw. Dicke der Folie 60 am Auslass 61 auf, der auf einfache Weise exakt justierbar, einstellbar und vor allem feststellbar ist, vom Bediener eingerichtet wird oder automatisch über entsprechende Aktoren mit Hilfe der Prozesssteuerung 19 eingestellt wird. Über eine entsprechende Regelung wird die Position während der Folienerzeugung automatisch korrigiert. In einer anderen Ausführungsform kann die Folienflachdüse aber auch fester Bestandteil der Deckplatte 50 sein. Durch Simulationen wird eine optimale Düseneingangsseite und Übergangsform bis zum Ausgangsschlitz 61 gefunden, so dass die Gleichverteilungen der Druckverhältnisse über die gesamte Breite und Länge berücksichtigt sind, damit eine optimale Folie 60 erzeugt werden kann.

Zum leichteren Austreiben einer verstärkten Folie 60 sind innerhalb der Flachdüse 56 zusätzliche Austriebs-Gasdüsen 62 installiert. Zur Überwachung des Misch- und Folienherstellungsprozesses sind bei der gezeigten Ausführungsform des Basiselements 48, wie in Figur 1 zu sehen, Sensoren (24, 36 diese sind hier nicht darge- stellt) im Innern des Grundelements 48 vorgesehen, um über die Regelung 19 automatisch in den Prozess eingreifen zu können. Mit der gezeigten Ausführungsform der Erfindung können Folien 60 mit Stärken im Bereich von Mikrometern bis Millimetern hergestellt werden, insbesondere im Bereich von 0,5 mm bis 1 μm, aber auch bis zu 50 nm. Bei Verwendung der in den Figuren 1 und 4a dargestellten Zugvorrichtung 11 hinter der Austragsdüse sind noch geringere Stärken erzielbar.

Figur 3b stellt eine Draufsicht auf die in Figur 3a gezeigte Ausführungsform der Mischvorrichtung und des Extruderwerkzeugs mit der Austragsdüse dar. Es ist deutlich zu erkennen wie die Zufuhr des Grund- bzw. Ausgangsmaterials 28 realisiert ist. Zwei Druckzylinder 32 oder auch Pumpen sind über ein ausgangsseitiges Ventil 21 so geschaltet, dass ein gleichmäßiger Flüssigkeitsdruck entsteht. Dieser wird über die Steuerung und Regelung 19 variabel über die Geschwindigkeit der Druckzylinder 32 gesteuert. Im Innern der dargestellten Ausführungsform des Grundelements 48 befindet sich der Druckbereich 57, in den das Grund- bzw. Ausgangsmaterial 28 wie in Figur 3a gezeigt eingebracht wird.

Im Übergangsbereich zur Mischstrecke 44 werden die Zusatzstoffe 29 und Zusätze 30 über separate Einlasse 46 zugegeben. Es besteht ebenso die Möglichkeit, Zusatzstoffe 29 und Zusätze 30 außerhalb dieser alternativen Ausführungsform des Grundelements 48 mit entsprechenden Dosier- und Mischeinheiten 63 (hier nicht dargestellt), im gewünschten Verhältnis zueinander, vorzumischen und anschließend direkt oder zu einem späteren Zeitpunkt als Gemisch einzudosieren. Hierbei ist zu beachten, dass die Einlasse 46 für die Zusatzstoffe 29, die Zusätze 30 und eine weitere Komponente 31 in Fließrichtung, unter einem entsprechenden Winkel, der durch Simulationen exakt bestimmt werden kann, angeordnet ist. Die Einzelteile des Grundelements 48 müssen druckdicht, aber lösbar mit entsprechend ausgelegten Schrauben 55 miteinander verbunden sein, d.h. es ist ein Dichtungssystem 54 zwischen den Einzelteilen vorgesehen ohne das dieses Dichtungssystem 54 unmittelbar mit dem Produkt in Berührung kommt. Alternativ dazu ist beispielsweise auch ein rundum verschweißtes, komplettes Gehäuse denkbar, beispielsweise für ein Einmalgerät. Die Breite der Foliendüse 56 wird frei entsprechend der jeweiligen Anwendung gewählt. Für das dargestellte Grundelement 48 wurde eine zylindrische äußere Form gewählt. Figur 4a ist eine vereinfachte Ansicht zweier hintereinander angeordneter Zugvorrichtungen 11. Mit der ersten wird die Kapillare 25 bzw. in anderen Ausführungsfor- men der Strang, die Faser 103 oder die Folie 60 aus dem Grundelement (1 , 48) herausgezogen, während mit der zweiten das Produkt 25 auf die erforderliche Län- ge und Dicke gezogen wird. Idealerweise sind die Zugvorrichtungen 11 in einem Gehäuse 64 integriert.

Jede der Zugvorrichtungen 11 ist mit den folgenden Merkmalen und Funktionen ausgestattet:

Die zehn Saug- und/oder Druckgreifereinheiten 65 erlauben ein sicheres Greifen des Produktes (Kapillare 25, Fasern 103 oder Folien 60) und ein zerstörungsfreies Loslassen des Produktes (25, 60, 103) besonders bei Strukturen mit Dimensionen in der Größenordnung von Mikrometern und kleiner. Die Anzahl der Saug- und/oder Druckgreifereinheiten 65 kann je nach Anwendungsbereich variieren. Der Transport in Austragsrichtung erfolgt mit regelbaren Antrieben 66 und die rotatorische Bewe- gung um die Produktachse mit regelbaren Antrieben 67. Dazu ist eine Vakuumbzw. Druckluftzuführung 68 vorgesehen, die in Figur 4a nur schematisch dargestellt ist. Die Greifer 65 sind in regelmäßigen Abständen X (70) an einem Transportband 71 mit einstellbarer und vorgespannter Länge Z (75) befestigt. Für eine Zugvorrichtung sind zwei dieser greiferbestückten Transportbänder 71a, 71b vorgesehen, die sich exakt gegenüber liegen und gegenläufig angetrieben werden, damit sich bei Produktberührung immer ein Greiferpaar 69 zangenartig um das Produkt schließt. Diese Anordnung ist sinnvoll, da auf diese Weise die Anzahl der produkthaltenden Greifer 65 je nach Anwendung variiert werden kann, wobei mindestens ein Greiferpaar 69 das Produkt (25, 60, 103) aufnimmt und hält. Der Abstand Y (72) der beiden Greifertransportbänder 71 zueinander ist einstell- und regelbar ausgeführt, um eine sichere bzw. zerstörungsfreie Aufnahme und Abgabe von Produkten (25, 60, 103) mit unterschiedlichen Dimensionen zu gewährleisten. Die Antriebe 66 der Greifertransportbänder 71 je einer Zugvorrichtung sind parallel geschaltet, um eine einstellbare und regelbare Zugkraft für das Produkt (25, 60, 103) zu erzeugen. Die Zugkraft wird mit geeigneten Sensoren, in der gezeigten Ausführungsform Drehmomentsensoren 73, optischen Produktüberwachungssensoren 26 und Geschwindigkeitssensoren 74, überwacht und über die gemeinsame Steuerung 19 geregelt, um ein Zerreißen der Kapillare 25 oder in anderen Anwendungen der Faser 103 oder der Folie 60 zu verhindern. Zweckmäßigerweise fällt die Mittelachse einer jeden Zugvorrichtung 11 mit der Mittelachse des Grundelements (1 , 48) zusammen.

Figur 4b stellt einen einzelnen Greifer 65 zur Aufnahme der Kapillare 25 oder auch einer Faser 103 schematisch dar. Die obere Hälfte der Figur 4b zeigt dabei eine Seitenansicht während die untere Hälfte eine Draufsicht zeigt. In der Seitenansicht ist der Greifer 65 mit seinem halbkreisförmigen Kanal 76 zur Aufnahme der Kapillare 25 im Querschnitt deutlich zu erkennen. Der Greifer kann wie in der gezeigten Ausführungsform in zwei Stücken hergestellt sein oder alternativ dazu auch aus einem Stück gefertigt werden.

Der Kanal 76 kann alternativ auch weniger als halb so tief sein wie der Radius des zugrunde liegenden Kreises. Sein Radius muss jedoch in etwa dem Außenradius der Kapillare 25 oder der Faser 103 entsprechen, um einer Zerstörung oder Deformierung der sehr kleinen erzeugten Kapillare 25 vorzubeugen.

In dem Kanal 76 befinden sich zentrisch kleine Austritts- und Ansaugdüsen 77 für die Druckluftzufuhr bzw. Vakuumabfuhr 68, die im unteren Drittel des Greifers 65 seitlich jeweils einen horizontalen Anschlusskanal 78 aufweisen, der durch vertikale Anschlusskanäle 79 mit den Düsenöffnungen 77 verbunden ist.

In der Draufsicht (Figur 4b unten) ist die Anordnung der Düsen 77 im Kanal 76 zu erkennen, wobei sich die Anzahl nach den Dimensionen des Produktes (25, 103) richtet, grundsätzlich jedoch frei wählbar ist. Damit eine sichere Führung der Kapillare 25 gewährleistet ist, verläuft der Kanal 76 über die Länge des gesamten Greifers 65. Die Düsen 77 sind folgendermaßen verteilt: als Blasdüsen 80 in den äußeren Bereichen und als Saugdüsen 81 im mittleren Teil des Greifers 65. Mit dieser Verteilung wird ein mögliches zu langes Haften der frisch extrudierten Kapillare 25 an den Düsen 77 vermieden. Alternativ dazu werden die Düsen 77 nicht in Düsen zum Blasen und Saugen getrennt, sondern die Düsen alle gemeinsam mit Unterdruck (Vakuum) versorgt und nur kurz vor dem Loslassen des Produktes (25, 103) mit einem Druckluftstoß beaufschlagt, so dass sich die Greifer 65 vom Produkt (25, 103) lösen.

Die Greifer 65 zum Greifen von Kapillaren 25 oder Fasern 103 mit Dimensionen im Mikrometer- oder Nanometerbereich werden mit Hilfe von mikrotechnischen Herstel- lungsprozessen gefertigt. Dazu gehören - unter anderem - das Mikrofräsen, das Mikroerodieren, die Ultrapräzisionsbarbearbeitung, verschiedene Ätzverfahren, Dünnschichttechnologien, SU-8™ Technologie, Spattem, Beschichtungsverfahren, sowie LIGA-Verfahren.

Figur 4c stellt einen einzelnen Greifer 83 zur Aufnahme für Folien 60 schematisch in einer Seitenansicht (Figur 4c oben) und einer Draufsicht von oben (Figur 4c unten) dar.

Im Gegensatz zu dem in Figur 4b gezeigten Greifer 65 ist die Oberfläche der Greifers 83 in dieser Ausführungsform eben, um die erzeugte glatte gleichmäßige Folie 60 nicht zu knicken oder zu biegen. Die Breite des Foliengreifers 83 darf nicht kleiner als die erzeugte Folienbreite sein und er ist ca. um 1/3 breiter ausgeführt als die erzeugte Folie 60, um einen eventuellen Versatz der Folie gegenüber dem Greifer ausgleichen zu können. Die Verteilung der Düsen 77 ist gleichmäßig über die gesamten Fläche 82, mit Blasdüsen 80 am Rand und Saugdüsen 81 im Mittelteil. Al- ternativ dazu können wieder Düsen von nur einem Typ vorgesehen sein, die mit einem Unterdruck versorgt sind und nur vor dem Loslassen der Folie mit einem Druckluftstoß beaufschlagt werden. Die Planität der Greiferoberfläche 82 wird zusätzlich von einer speziellen Antihaftbeschichtung verbessert, um ein Anhaften der Folie 60 auszuschließen.

Figur 4d zeigt ein Greiferpaar 69 mit einer aufgenommenen Kapillare 25 schematisch in einem Schnitt in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kapillare. Deutlich ist das Festhalten der Kapillare 25 aufgrund der Saugkräfte zu erkennen. Um eine Beschädigung der Kapillare 25 zu vermeiden, muss der Abstand zwischen den beiden Greifern variiert werden, wenn eine Kapillare mit anderen Abmes- sungen gefertigt werden soll.

Figur 4e zeigt ein Greiferpaar 69 mit einer aufgenommenen Kapillare 25 in einer seitlichen Schnittansicht in einer Ebene parallel zur Bewegungsrichtung der Kapillare 25. Figur 5a ist eine Schnittdarstellung einer möglichen Düsenform des Düsenkopfes 45, des in Figur 2 gezeigten Grundelements 1 , zur Erzeugung einer verstärkten Kapillare 25.

Die vorgestellte, sowie alle weiteren Ausführungsformen der Austragsdüsen 45, die in den Figuren 5b-e und 6 dargestellt sind, können entweder als fest installierte Düsen 45 oder auswechselbare Düsen 45 ausgeführt sein.

Es besteht außerdem die Möglichkeit alle hier vorgestellten Grundelemente 1 , 48 und deren Düsen 45, 56 oder Teile davon als Geräte zur einmaligen Benutzung auszuführen. Dies ist insbesondere für die spätere Serienproduktion vorteilhaft.

Die Düse 45 weist ein Gehäuse 84 auf, das aus einem Stück oder als mittig geteiltes Gehäuse 84 hergestellt wird, und einen inneren Kern, der als Stab bzw. Mikro- stab 47 ausgeführt ist.

Am Anfang der Düse 45 befindet sich der Einlass 46. Durch diesen kann wie schon beschrieben kurz vor Austritt des Produktes 25 eine zusätzliche Komponente 31 eingebracht werden.

Zwischen Düsengehäuse 84 und Stab 47 befindet sich ein Hohlraum, der als Aus- tragsraum 85 bezeichnet wird, und der sich zur Düsenausgangsseite 87 hin immer mehr verengt. Sein Querschnitt am Ende der Düse kann nur wenige Mikrometer betragen (je nach Anwendungsfall). Der Mikrostab 47 ist innen durchgängig hohl ausgeführt, damit ein Medium 9, beispielsweise Gas, vorzugsweise Luft, zum Aufblasen der Kapillare 25 durchgeleitet werden kann.

Der Mikrostab 47 kann, wie in der gezeigten Ausführungsform als Wechselteil ausgeführt sein und hat am Anfang, hier ist der dem Düsenaustritt abgewandte Teil gemeint, einen Anschluss 86 (in Figur 5a nicht dargestellt) an die Durchgangswelle 40 des Grundelements 1.

Der Anschluss 86 kann wie in der gezeigten Ausführungsform als Steckverbindung bevorzugt konisch ausgeführt sein, aber auch als Schraubverbindung, oder alternativ auch geschweißt oder mit einem geeigneten Klebstoff geklebt sein. Er fixiert die Position des Stabes 47 gegenüber dem restlichen Extruderwerkzeug. Die exakt zentrische Position des Stabes hat einen entscheidenden Einfluss auf den Rundlauf der Rotationsbewegung des Grundelements.

Wie in Figur 5a zu sehen erfolgt die Reduzierung des Durchmessers des Austrags- raums stufenweise bis zum Düsenausgang 87. Hierbei besteht die Notwendigkeit, unter Zuhilfenahme von Simulationen, einen optimalen Übergangswinkel und eine optimale Form des Übergangs zu finden.

Weiterhin ist es erforderlich, ein geeignetes Düsenbefestigungs- und Wechselsystem bereitzustellen, welches in Figur 5a nicht dargestellt ist, das die entsprechende Dichtheit aufweist und den notwendigerweise anstehenden Innendruck sicher aushält.

Die Austragsdüse 45 wird mit Hilfe von klassischen Verfahren des Maschinenbaus sowie mikrotechnischen Verfahren wie erosiven Verfahren, z.B. Draht- und Senkerodieren, oder LIGA-Technologien (lithografische und galvanische Verfahren) her- gestellt. Mit den mikrotechnischen Verfahren lassen sich Austragsdüsen 45 für Kapillaren 25 mit Abmessungen in der Größenordnung von Millimetern und Mikrometern bis hinein in den Nanometerbereich herstellen.

Figur 5b zeigt eine weitere Ausführungsform der Austragsdüse 45, die einen optimierten Produktaustrag für die Kapillare 25 direkt an der Düsenspitze 87 aufweist. Im Stab bzw. Mikrostab 47 sind seitliche Austrittsöffnungen 88 vorgesehen, die unter einem flachen Winkel in Fließrichtung zeigen und am gesamten Umfang am Kopf des Mikrostabes 47 in Abständen angeordnet sind. Solche seitlichen Austrittsöffnungen können alternativ auch im Gehäuse 84 oder sowohl im Gehäuse 84 als auch im Mikrostab 47 angeordnet sein. Weiterhin sind alle Einlasse 46 für das Druckmedium 8, das Austriebsgas 9, das Grund- bzw. Ausgangsmaterial 28, die Zusatzstoffe 29, die Zusätze 30 und für die zusätzliche Komponente 31 dargestellt. Im Mischraum 44 sind beispielhaft drei Positionen für den Sensor zur Mischkontrolle 24 gezeigt. Die seitlichen Austrittsöffnungen 88 im Mikrostab 47 geben zusätzliche Unterstützung zum Produktaustrag, da sie einen einfacheren und gleichmäßigeren Produktaustrag durch Zuführung eines Austriebsmediums, bevorzugt hier ein Gas, bewirken. Dadurch wird eine Entlastung des Mikrostabes erzielt (kleinere Reibkräfte, Vermeidung von Anhaftungen). Gleiches gilt für die möglichen zusätzlichen Austrittsöffnungen in der Gehäuseinnenwand im Austrags- bzw. Wechseldüsenbereich.

Figur 5c zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der Austragsdüse 45. Zusätzlich zu der in Figur 5b gezeigten Ausführungsform der Düse 45 ist die Position des Stabes 47 relativ zum Düsengehäuse 84 einstellbar, was durch den Pfeil 89a angedeutet wird. Die Positionierung erfolgt automatisch mit Hilfe der Kontroll- und Steuereinheit 19. Über die Position des Stabes 47 relativ zum Gehäuse 84 in Richtung des Verlaufs der zu fertigenden Kapillare 25 wird die Wandstärke der Kapillare eingestellt.

Figur 5d stellt eine weitere Ausführungsform der Austragsdüse 45 dar. Sie weist sowohl einen kurzen Mischraum 44 und als auch einen verkürzten Austragsraum 85 auf, mit denen jedoch trotzdem eine verstärkte Kapillare 25 erzeugt werden kann.

Die dargestellte Düse 45 weist eine Düsenaustrittsöffnung 87 mit 20 μm Außendurchmesser auf. Eine derartige Düse ist insbesondere dazu geeignet, Produkte im Mikrometerbereich herzustellen, beispielsweise Kapillaren.

Im Gegensatz zu den in den Figuren 5a-c gezeigten Ausführungsformen ist in Figur 5d auch der Anschluss 86 zur Durchgangswelle 40 des Stabes bzw. Mikrostabes 47 gezeigt. Auf Grund der verkürzten Bauweise des Extruderwerkzeugs ist auch die Herstellung erleichtert. Der Stab ist als Wechselteil ausgeführt und kann aufgrund einer Steckverbindung leicht von der Durchgangswelle 40 abgenommen werden. Daher ergibt sich eine leichtere Reinigung der Düse. Ebenso besteht hier die Möglichkeit eines schnellen Umbaus des Extrudersystems durch Düsen-Wechselköpfe 45 und auswechselbare Mikrostäbe 47 zur Anpassung an andere Durchmesser der zu fertigenden Kapillare 25.

Figur 5e zeigt eine weitere Ausführungsform der Austragsdüse 45. Der Unterschied zu den vorhergehenden Düsen 45 liegt hier darin, dass der Stab 47 am Kopf 92, anders als wie bisher dargestellt, eine Pfropfenform aufweist. Der Pfropfen ist aus einem porösen Material mit Mikroporen 92 ausgeführt. Daher wird eine gleichmäßigere Kapillare 25 im Innenbereich ausgetrieben. Zusätzlich ist dargestellt, dass die Einlasse 46, die hier und bei allen anderen Darstellungen zum besseren Verständnis in die Ebene der Zeichnung gelegt wurden auch anders als in den bisher gezeigten Ausführungsformen angeordnet werden können. Die Einlasse 46 für Grund- bzw. Ausgangsmaterial 28, die Zusatzstoffe 29 und die Zusätze 30 sowie für die zusätzliche Komponente 31 verlaufen senkrecht zur Austragsrichtung 87 und sind im Bereich der Durchgangswelle 40 und im Bereich des Stabes 47 angeordnet. Dabei sind sie auf den Umfang bzw. den Durchmesser des Grundelements 1 und/oder des Düsenkopfes 45 verteilt. Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Einlasse 46 der einzelnen Komponenten so anzuord- nen, dass die Komponenten tangential eindosiert werden.

Weiterhin zeigt Figur 5e, dass neben dem Druckmedium 8 auch eine Saugvorrichtung 93 zum Austreiben der Kapillare 25 vorgesehen ist. Der Saugkopf, der erfindungsgemäß vor jeden Düsenkopf 45 des Grundelementes 1 gesetzt werden kann, ist für die unterschiedlichen Durchmesserbereiche austauschbar konzipiert. Bei Be- darf ist ein Einsatz auch für die zweite Ausführungsform des Grundelements 48 möglich, jedoch nur in leicht abgewandelter Form, d. h. auf die Folienstärke und - breite angepasst. Der Saugkopf 94 hat über den Umfang verteilt mehrere Einlasse 93a für die Zufuhr eines Saugmediums und ebenso verteilte Auslässe 93b für die Absaugung des Saugmediums. Zwischen den Einlassen 93a und Auslässen 93b umgibt das Saugmedium das auszutragende Fluid und reißt es in seinem Strom mit, so dass das Fluid ausgetragen wird.

Figur 6a ist die Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform der Aus- tragsdüse 45 sowie eines im Vergleich zu Figur 2 vereinfachten Grundelementes 1 zur Erzeugung verstärkter Kapillaren 25.

Das Grund- bzw. Ausgangsmaterial 28 wird in geeigneten Misch- und Dosier- Apparaturen 95 (in Figur 6a nicht dargestellt) mit den Zusatzstoffen 29 und Zusätzen 30 vermischt und nachfolgend in das Grundelement 1 eingebracht. Im Grundelement 1 wird dann erst kurz vor dem Austrag eine zusätzliche Komponente 31 eindosiert. Diese Vereinfachung hat zur Folge, dass eine noch erheblich kürzere Bauform für das Grundelement 1 mit der Austragsdüse 45 gewählt werden kann, als für die in den Figuren 5d und 5e dargestellten Ausführungsformen. Auf Grund der sehr kurzen Bauform bestehen sehr viel bessere fertigungstechnische Möglichkeiten bis hin zu Abmessungen im Bereich von Nanometem für die Düsen 45 und die Stäbe 47, wodurch ein noch geringerer Durchmesser der Kapillare 25 erzielbar ist. Ebenso ist es möglich auch mit der in Figur 6a dargestellten Aus- führungsform Stränge, Fäden und Fasern 103 sowie Folien 60 aus unterschiedlichen Materialien herzustellen.

Verschiedene Verfahren zum Betrieb der in den vorhergehenden Figuren vorgestellten Ausführungsform des Extruders sind möglich:

Zum einen kann ein fest stehendes Gehäuse 38 des Grundelements zusammen mit einem fest stehenden nicht rotatorisch angetriebenen Kern bzw. Dorn (40, 47) verwendet werden. Der Kern (40, 47) wird dabei durch einen flexibel arbeitenden Druckausgleichsmechanismus 20, beispielsweise mit Zylindern 32, automatisch nach vorn in Richtung der Austrittsdüse 87 oder zurück oder auch oszillierend bewegt werden. Der Mischraum 44 und der Austragsraum 85, der zwischen Kern (40, 47) und Gehäuse 84 vorhanden ist bildet den Mantel eines Zylinders bzw. Konus. Das Grund- bzw. Ausgangsmaterial 28, die Zusatzstoffe 29 und die Zusätze 30 werden wie dargestellt bereits gemischt oder auch einzeln in den Austragsraum 85 eindosiert und die zusätzliche Komponente 31 wird kurz vor der Düse zugegeben.

Weiterhin kann ein rotierendes Gehäuse (38, 84) des Grundelements und ein fester nicht rotatorisch angetriebener Kern (40, 47) verwendet werden.

Zusätzlich sind die einzelnen Elemente der dargestellten Ausführungsformen auf Grund des Baukastenprinzips miteinander kombinierbar. Dies erleichtert zudem Wartungs- und Reinigungsarbeiten. Zu diesem Zweck können einzelnen Baugruppen auch mit Hilfe von feststellbaren und/oder verriegelbaren Schnellverschlüssen verbindbar ausgestaltet sein. Ein weiterer Vorteil ist der durch die Baukastenbauweise sehr einfache, kurze und kompakte Aufbau des Extruders. Baugruppen wie Antriebseinheit, Lagerung, Durchgangswelle, Misch- und Austragsmodul, Wechseldüsen, Saugeinheit, gemeinsames Gehäuse (auch geteilte Ausführung möglich) und Dichtungspakete sowie die Druckeinheiten für die Zufuhr der Komponenten können auf einfache Weise miteinander kombiniert werden. Hinzu treten gegebenenfalls das Heiz-/Kühlsystem, die Steuerung und bei Bedarf entsprechende Sensoren und De- tektoren zur Kontrolle. Dies ermöglicht eine einfache, flexible und schnelle Montage des Extruders, auch in einer Serienproduktion.

Das Austriebsgas 9 (Transportfluid) der vorgestellten Grundelemente (1 , 48) ist mehrfach nutzbar, nämlich sowohl zur Kühlung und zur Heizung des verwendeten Ausgangsmaterials als auch zum Aufblasen der Kapillare 25, wie bereits oben beschrieben. Ferner fungiert das Austriebsgas unterstützend beim Trocknen der Produkte bereits im Entstehungsprozess. Das Austriebsgas kann auch als Träger von Aerosolen verwendet werden, wobei eine zusätzliche Möglichkeit zum Beimischen der Partikel außerhalb des Grundgerätes 1 vorgesehen ist. Das Austriebsgas kann dann beispielsweise als Träger für Medikamente verwendet werden, so dass die Außenflächen der Kapillare 25 oder eines anderen Produktes eine medikamentöse Beschichtung erhält. Bei dem vorgestellten Grundelement 48 kann das Austriebsgas durch die Austriebsgasdüsen zur einseitigen und/oder zweiseitigen Beschichtung, wenn diese Düsen im Ober- und/oder Unterteil integriert wurden, beispielsweise mit Aerosolen oder medikamentösen Molekülen genutzt werden. Ebenso sind hier auch andersgeartete Beschichtungen vorstellbar, um beispielsweise Abdeckungen für die Produkte zu realisieren. .

Das Austriebsgas kann ebenfalls sowohl zur Trocknung, beispielsweise zum Vorbzw. Antrocknen der Kapillaren 25, als auch zur Beschleunigung von Reaktionen im verwendeten Ausgangsmaterial benutzt werden.

Figur 6b zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Extrudersystems zum direkten Einbringen der Produkte 108, die mit Zusätzen 30 und/oder Zusatzstoffen 29 versehen sein können. Dabei ist eine spezielle Spritzenkanüle 107 vorgesehen, die den beschriebenen Basiselementen (1 , 48) nachge- schaltet sind. In Körpern ist es so möglich punktuell und/oder flächig an definierten Stellen das Produkt 108 einzubringen.

Beispielsweise kann das in Figur 6a vorgestellte Grundelement 1 ohne elektrischen Antrieb 6 aber mit einer Druckeinheit 20 verwendet werden. Der Austrag erfolgt dann über eine Düse 45 in Spritzenkanülenform oder über eine zusätzliche Kanüle 107. Die Kanüle 107 der Spritzeneinheit 106 ist in der dargestellten Ausführungsform in Form eines Hohlzylinders mit einem Außendurchmesser von 3,5 mm aus- gestaltet. So besteht auch die Möglichkeit eine maximal 3mm breite Folie 60 in einen Körper einzubringen, wenn eine entsprechend angepasste Spritzenkanüle 107 vor dem Grundelement 48 angeordnet ist. Die Länge L der Spritzenkanüle 107 ist in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung frei wählbar.

Figur 7a, zeigt eine schematische Draufsicht auf das Grundelement 1 mit Wechseldüse 45, Wechselstab 47, Saugkopf 94 und entsprechenden Führungsbahnen von oben. Für einen automatischen Wechsel der Düsen 45 ist eine präzise und weitest- gehend spielfreie Führungsbahn 96, 97, 98 erforderlich, die eine achsgenaue Ausrichtung der genannten Komponenten gewährleistet. Das Grundelement 1 mit der Wechseldüse 45, dem Wechselstab 47 und dem Saugkopf 94 sind auf der Führung 96 installiert. Folgende Bewegungen sind zum Wechsel der Düse 45 erforderlich: Mit der ersten Bewegung in Richtung des Pfeils 109 wird der Saugkopf 94 mit Hilfe geeigneter Bewegungsmechanismen vom Grundgerät 1 bis zu einer definierten Position weggefahren. Die Wechseldüse 45 wird mit einer zweiten Bewegung entlang des Pfeils 110 bis zu einem definierten Punkt verfahren, von dem aus die Wechseldüse 45 auf der Führung 97 in Richtung des Pfeils 111 seitlich in ein Depot 90 bewegt wird. In diesem Depot 90 erfolgt manuell oder vorzugsweise automatisch der Wechsel auf eine andere oder gleiche Düse 45. Danach wird die Handhabungsvorrichtung 115 für den Wechselstab 47 auf der dritten Führung 98 entlang des Pfeils 114 bis zur ersten Führung 96 bewegt.

In der Handhabungseinheit 115 ist ein Greifmechanismus 116, der zum Wechselstab 47 hin ausfährt und diesen greift, vorgesehen. In Figur 7a sind die Bewegungen durch die Pfeile 113a, 113b angedeutet. Nach Überprüfung durch installierte Druck-Kraftsensoren 117 wird mit einer Drehbewegung 112 eine VA Drehung ausge- führt und der Wechselstab 47 gelöst. Daraufhin wird der Wechselstab 47 parallel zu dem Pfeil 113a aus der Durchgangswelle 40 des Grundgerätes 1 herausgezogen.

Mit einer Bewegung in Richtung des Pfeils 114 fährt die Handhabungs-Einheit 115 auf der dritten Führung 98 bis zu dem Depot 91 für Wechselstäbe. Dort wird der entsprechende Wechselstab 47 an einer vorbestimmte Position abgelegt und ein Neuer Stab 47 aufgenommen. Um die neuen Komponenten an ihren entsprechenden Platz zu bringen wird die beschriebene Prozedur in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt. Anschließend ist das Grundelement 1 des Extrudersystems wieder be- triebsbereit. Trotz der für diesen Wechsel notwendigen mehrfachen Bewegungen (109-114) ist ein automatisches und sehr präzises Austauschen von Wechseldüse 45 und Wechselstab 47 innerhalb kurzer Zeit möglich. Ein Wechsel von Hand bringt hier nicht die notwendige Präzision und würde dadurch erheblich länger dauern (wenngleich dies auch möglich ist). Die beschriebenen Bewegungen (109-114) werden elektromechanisch und alternativ auch pneumatisch mit entsprechenden Antrieben ausgeführt. Es werden aufgrund der kleinen Abmessungen Mikromotoren und Präzisionsgetriebe verwendet. Alternativ dazu können auch Mikropositioniersys- teme und für entsprechend größere Abmessungen Elektromotore sowie Positionier- Systeme verwendet werden. Die Bewegungen (109-114) und die Positionierungen werden mit entsprechenden Sensoren überwacht und gesteuert.

Figur 7b zeigt eine Seitenansicht der in Figur 7a dargestellten Vorrichtung. Auf der ersten Führung 96 sind das Grundelement 1 mit Wechselstab 47, Wechseldüse 45 und Saugkopf 94 in einer Achse installiert, wobei die Führung 96 unterhalb des Grundgerätes 1 angeordnet ist. Sie kann jedoch alternativ auch oberhalb der einzelnen Elemente angeordnet sein. Wird die zweite Bewegung 110 weit genug ausgeführt, so kann bei ausschließlichem Austausch des Wechselstabes 47 die dritte Bewegung 111 entfallen.

Alternativ können die auszuführenden Bewegungen 109-114 ebenso von einem mehrachsigen Handhabungs-Roboter ausgeführt werden, der separat neben dem Grundgerät 1 platziert wird. Vorraussetzung dafür ist eine sehr hohe Auflösung der Achsgenauigkeiten (möglichst im Bereich von Nanometern) und eine präzise Wiederholgenauigkeit (1 μm oder genauer) in der Ansteuerung der einzelnen Achspunkte bzw. End- und Zielpunkte. Ebenso ist es möglich die Wechseleinheit 118 nach dem bekannten Prinzip eines Revolverkopfes auszuführen.

Figur 8a zeigt eine Darstellung einer Kombination von drei übereinander angeordneten Grundelementen 48. In anderen Ausführungsformen können auch nur zwei oder mehr als drei Grundelemente kombiniert werden.

In der dargestellten Ausführungsform werden zwei Folien 60 nach dem Austrag aus den Grundelementen 48 (in Figur 8a mit I, II, III bezeichnet) über die Zugvorrichtung

11 , die nur stilisiert dargestellt ist, zu einer homogenen Verbundfolie 60 verbunden. Anschließend wird die Verbundfolie 60 in einem nachgeschalteten Trocknungsmodul 12 getrocknet oder alternativ auch sofort verwendet oder sie wird wie in Figur 1 beschrieben weiterverarbeitet.

Jede einzelne Folie 60 wird mit den gleichen oder auch unterschiedlichen Zusatz- Stoffen 29 und Zusätzen 30 beschichtet oder alternativ werden die Zusatzstoffe 29 und Zusätze 30 in die Folien eingebracht.

Figur 8b zeigt eine Darstellung einer Kombination von drei nebeneinander angeordneten Grundelementen 1. Drei Kapillaren werden nach dem Austrag über die Zugvorrichtungen 11 geleitet und innerhalb eines Trocknungsmoduls 12 gemeinsam getrocknet. Alternativ kann diese Anordnung auch zum Herstellen von Strängen, Fäden, Fasern 103 sowie Folien 60 verwendet werden.

Figur 8c zeigt eine Schnittdarstellung in einer Richtung senkrecht zur Austragsrich- tung für eine Kombination von sieben Grundelementen 1 (mit I-Vll bezeichnet). Auf Grund der sehr kleinen Abmessungen der erfindungsgemäßen Grundelemente 1 kann eine Vielzahl von Grundelementen 1 auf sehr kleinem Raum zusammenge- fasst werden. Daher kann eine hohe Effizienz beim Betrieb des Extrudersystems erzielt werden, zumal die Zuführungen zu den einzelnen Grundelementen 1 optimiert und zusammengefasst werden können und über eine gemeinsame Zuführ- und Druckeinheit 20 betrieben werden können.

Figur 9a ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die dargestellte Anordnung besteht aus zwei erfindungsgemäßen Grundelementen 1 , alternativ sind auch mehr als zwei Grundelemente 1 denkbar, und mehreren räumlich verteilt angeordneten, feststehenden und an die Grundelemente 1 anschließbaren Austragsdüsen 45 für Kapillaren 25 oder Stränge, Fäden, Fasern 103 und Folienflachdüsen 56 für Folien 60. Ein räumliches Verschieben beispielsweise des einen Grundelementes 1 zu einem Düsenkopf 45 und aufsetzen auf diesen und verschieben des zweiten Grundgerätes 1 zu einer Folienflachdüse 56 und aufsetzen auf diese, ermöglicht die gleichzeitige Herstellung einer Kapillare 25 und einer Folie 60. Alle anderen möglichen Kombinationen sind hier ebenfalls denk- bar. Um diese räumlichen Verschiebungen oder Positionierungen zu realisieren bedarf es halbautomatischer, besser noch vollautomatischer Positioniereinrichtungen, die eine sehr hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit besitzen müssen, beispielsweise realisierbar mit Auflösungen für die Positionierung im Nanometerbe- reich.

Figur 9b ist eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Ausführungs- form und Anwendungsmöglichkeit der vorgestellten Grundelemente. Aus einer Kombination von Grundelementen wird ein Mikro-Strang-Gerät 99 zur Herstellung eines geflochtenen Strangs gebildet.

Bei der in der Figur 9b gezeigten Ausführungsform des Grundelements 99 wird das Austriebsmedium 9 nicht durch die Durchgangswelle 40 und den Stab oder Mikro- stab 47 eingeleitet, sondern über das Gehäuse 38 des Düsenkopfes 45 in den Aus- tragsraum 85 geführt. Alternativ wird der Mikrostab 47 verkürzt, so dass ein längerer Austragsraum 85 ohne Mikrostab 47 entsteht. Das Produkt ist dann ein Strang und keine Kapillare wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen.

Unabhängig davon, welches Grundgerät (1 , 48, 99) bei dieser Anordnung zum Ein- satz gebracht wird, ist die Vorrichtung senkrecht stehend montiert, wobei Zugvorrichtungen 11 nachgeschaltet sind (in Figur 9b sind nur drei von sieben möglichen Zugvorrichtungen 11 dargestellt, um die Figur nicht zu unübersichtlich zu gestalten). Die einzelnen Stränge werden nachfolgend durch eine Zopfflechteinrichtung 100 geleitet und abschließend in einer Zugvorrichtung 11 gestreckt, um einen gleich- mäßigen geflochtenen Strang 104 herzustellen. Während der Herstellung müssen die Grundgeräte 99 wechselseitig gegeneinander um eine Seele, z.B. einen Faden, bewegt werden, um einen Zopf 104 flechten zu können.

Alternativ zur Zopfflechteinrichtung 100 kann eine Verdrilleinrichtung 102 verwendet werden, wobei die Grundelemente (1 , 48 oder 99) fest installiert sind und die Fäden 103, Kapillaren 25 oder Folien 60 umeinander gedreht bzw. miteinander verdreht werden. So ergibt sich eine erhöhte Festigkeit der Produkte. Bezugszeichen

1 Grundelement

2 Zuführvorrichtung

3 Mischvorrichtung

4 Extruderwerkzeug

5 Austragsdüse

6 Antrieb

7 Getriebe

8 Druckmedium

9 Austriebsgas

10 Schließeinheit

11 Zugvorrichtung

12 Trocknungseinrichtung

13 Schneidevorrichtung

14a Aufwickelvorrichtung

14b FaIt- und Legevorrichtung

14c Konfektionierung

14d Verpackung

15 Lagerung

16 Transport

17 Anwendung

18 Heiz- und Kühlsystem

19 Kontroll- und Steuereinheit

20 Vorrichtung zur Druckerzeugung

21 Steuerventil

22 Druckregler

23 Drucksensor

24 Sensor zur Mischkontrolle

25 Kapillare

26 Sensoren und Detektoren zur Kapillaren- bzw. Folien-Kontrolle

27 Feuchtigkeitssensoren

28 Grund- bzw. Ausgangsmaterial

29 Zusatzstoffe

30 Zusätze 31 zusätzliche Komponente

32 Zylinder

33 Medium- und Stoffeinlass

34 Rückstellzufuhr

35 Zustellzufuhr

36 Temperatursensoren

37 Befeuchtungsgerät

38 Gehäuse

39 Flanschdeckel

40 Durchgangswelle

41 Lager vorgespannt

42 Dichtungspakete

43 Ausgleichskupplung

44 Mischstrecke

45 Düsenkopf, Wechseldüse

46 Einlasse

47 Stab, Mikrostab, Wechselstab

48 alternative Ausführungsform des Grundelements

49 Grundkörper

50 Deckplatte

51 strukturierter Kanal

52 Einstellbereich

53 Anschlussplatte

54 Dichtungssystem

55 druckfeste Verschraubungen

56 Folienflachdüse - Wechselteil

57 Druckbereich

58 Mischstrecke für Folien-Grundgerät

59 Mischelemente

60 Folien

61 Auslass

62 Austriebsgasdüsen

63 Dosier- und Mischeinheiten

64 Gehäuse - Zieheinheit

65a Saug- und Druckgreifereinheit 65b Saug- und Druckgreifereinheit

66a Antrieb regelbar

66b Antrieb regelbar

66c Antrieb regelbar 66d Antrieb regelbar

67a Antrieb rotatorische Bewegung

67b Antrieb rotatorische Bewegung

68 Vakuum- und Druckluftzuführung

69 Greiferpaar (aus 65a, 65b) 70 Abstand X der Greifer

71a Greifer-Transportband

71 b Greifer-Transportband

71c Greifer-Transportband

71 d Greifer-Transportband 72 Abstand Y der Greifertransportbänder

73 Drehmomentsensoren

74 Geschwindigkeitssensoren

75 Länge Z einstellbar, der Greifertransportbänder

76 halbkreisförmiger Kanal 77 Austrittsdüsen

78 Zulauf

79 Zulaufkanäle zur Düse

80 Blasdüsen

81 Saugdüsen 82 Düsenfläche

83 Foliengreifer

84 Gehäuse Kapillardüse

85 Austragsraum

86 Anschluss zur Durchgangswelle 40 87 Düsenausgang

88 seitliche Austrittsöffnungen

89a Verstellmöglichkeit I

89b Verstellmöglichkeit Il

90 Depot Wechseldüse 91 Depot Wechselstab 92 poröser Mikroporenkopf des Stabes bzw. Mikrostabes 47

93a Einlass

93b Auslass

93c Saugmedium - Saugkanäle 94 Saugkopf

95 Misch- und Dosier-Apparatur

96 Führungsbahn I

97 Führungsbahn Il

98 Führungsbahn III 99 Mikro-Strang-Grundgerät

100 Zopfflecht- Apparatur

101 Beschichtungen

102 Verdrilleinrichtung

103 Fäden, Stränge, Fasern 104 Strang, Zopf

105 Verdrilleinrichtung

106 Grundelement in Spritzenform

107 Spritzenkanüle

108 medizinische Produkte 109 Bewegung 1

110 Bewegung 2

111 Bewegung 3

112 Bewegung 4 113a Bewegung 5a 113b Bewegung 5b

113c Bewegung 5c

114 Bewegung 6

115 Handlingeinheit - Wechselstab

116 Greifmechanismus für Wechselstab 47 117 Druck - Kraftsensor

118 Wechseleinheit

Claims

Patentansprüche

1. Extrudersystem zum Strangformen eines Fluids mit mindestens einer Zuführvorrichtung (2), mindestens einer Mischvorrichtung (3) und mindestens einem Extruderwerkzeug (4), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einrichtung zum Erzeugen eines das zu extrudierende Material ganz oder teilweise umgebenden Fluidstroms (Transportfluid) vorgesehen ist, der zu der Austrittsrichtung des zu extrudierenden Materials im wesentlichen parallel verläuft, und wobei das Fluid durch Saugen und/oder Drücken des Transportfluidstroms mittels eines Austriebsgases aus dem Extrudersystem ausgetragen wird.

2. Extrudersystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugung zum Austrieb des zu extrudierenden Materials mittels eines Austriebsgases erfolgt.

3. Extrudersystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Saugeinrichtung am Düsenausgang angeordnet ist.

4. Extrudersystem nach einem der Ansprüche Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsdüse (5) des Extruderwerkzeugs (4) oder Teile davon auswechselbar sind.

5. Extrudersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einrichtung zum Erzeugen des parallelen Fluidstroms mindes- tens teilweise in den austauschbaren Teilen vorgesehen ist.

6. Extrudersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein für unterschiedliche Produktdurchmesserbereiche austauschbar konzipierter Saugkopf (94) vor jedem Düsenkopf (45) des Grundelementes 1 angeordnet ist.

7. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ausgleichskanal zum Ausgleichen von Dosier- schwankungen über den das zu extrudierende Material ganz oder teilweise umgebenden Fluidstrom vorgesehen ist.

8. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Austragsdüse (5) so auf das zu formende Fluid abgestimmt sind, dass das Fluid von den auftretenden Kapillarkräften ausgetragen wird.

9. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Extruderwerkzeug (4) oder Teile davon um die Achse der Aus- tragsrichtung motorgetrieben drehbar ist.

10. Extrudersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Teil des Extrudersystems ein Dorn (47) ist, der symmetrisch zum Querschnitt des Extrudersystems angeordnet ist und der sich parallel zur Aus- tragsrichtung erstreckt.

11. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich- net, dass hinter der Austragsdüse (5) des Extruderwerkzeugs (4) mindestens eine Zugvorrichtung (11) zum Abziehen des ausgetragenen Fluids angeordnet ist.

12. Extrudersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Austragsdüse (5) mindestens zwei Zugvorrichtungen (11) mit unterschiedli- chen Zuggeschwindigkeiten angeordnet sind.

13. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zugvorrichtung (11) zusätzlich um eine Achse parallel zur Zugrichtung drehbar ist.

14. Extrudersystem nach einem der Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Grundelement (1 , 48) des Extrudersystems, bestehend aus einer Zuführvorrichtung (2), einer Vorrichtung zur Druckerzeugung (20), einer Mischvorrichtung (3) und mindestens einem Extruderwerkzeug (4), um die Achse der Austragsrichtung drehbar ist.

15. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es eine regulierbare Heiz- und Kühlvorrichtung (18) für das Fluid aufweist.

16. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeich- net, dass es hinter dem Extruderwerkzeug (4) eine Trocknungsvorrichtung

(12) für das ausgetragene Fluid aufweist.

17. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es hinter dem Extruderwerkzeug (4) eine Schneidevorrichtung (13) für das ausgetragene Fluid aufweist.

18. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es hinter dem Extruderwerkzeug (4) eine Aufwickelvorrichtung (14a) für das ausgetragene Fluid aufweist.

19. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Extruderwerkzeug (4) eine Vorrichtung zur Herstellung einer Kapillare oder Mikrokapillare ist.

20. Extrudersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Durchmesser einer Austragsdüse (5) zur Herstellung einer Mikrokapillare einen Durchmesser von weniger als 100 μm, bevorzugt von weniger als 50 μm und besonders bevorzugt von weniger als 20 μm aufweist.

21. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Extruderwerkzeug (4) eine Vorrichtung zur Herstellung einer Folie oder Mikrofolie ist.

22. Extrudersystem nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass Folien mit einer Stärke von 0,5 mm bis 1 μm bevorzugt sind, besonders bevorzugt bis zu 50 nm.

23. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Extruderwerkzeug (4) eine Vorrichtung zur Herstellung eines Stranges oder eines Mikrostranges ist.

24. Extrudersystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass Mikro- stränge mit einer Stärke von 0,5 mm bis 1 μm bevorzugt sind, besonders bevorzugt bis zu wenigen Nanometern.

25. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeich- net, dass das Grundelement (1 , 48) des Systems eine Länge von weniger als 20 cm, bevorzugt von weniger als 15 cm und besonders bevorzugt von weniger als 8 cm aufweist.

26. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundelement (1 , 48) des Systems einen Durchmesser von weniger als 5 cm, bevorzugt von weniger als 3 cm und besonders bevorzugt von weniger als 1 cm aufweist.

27. Extrudersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Austragsdüse (5) eine Verschlusseinheit und mindestens ein Spritzgusswerkzeug angeordnet sind.

28. Spritze, bestehend aus einem Extrudersystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27, wobei der Produktaustrag über die Düse (45) in Spritzenkanülenform oder eine zusätzliche Kanüle (107) mittels der Druckeinheit (20) erfolgt.

29. Spritze nach Anspruch 28, wobei die Kanüle (107) einen Außendurchmesser von 3,5 mm aufweist.

30. Verfahren zum Extrudieren eines Fluids, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid mit Hilfe eines zur Austragsrichtung des zu extrudierenden Materials parallelen Stromes eines zweiten Fluids (Transportfluid) ausgetragen wird.

31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das zu extrudierende Fluid im Mikro- bis Nanometerbereich gleichmäßig ausgetragen wird.

32. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31 , wobei das zu extrudierende Material durch Saugen und/oder Drücken ausgetragen wird, wobei das Transportfluid in seinem Strömungsverhalten schneller eingestellt wird als das zu erzeugende Produkt mit seinem Strömungsverhalten.