WO2012034146A1

WO2012034146A1 - Koextrusionsdüse mit temperiereinrichtung

Info

Publication number: WO2012034146A1
Application number: PCT/AT2011/000358
Authority: WO
Inventors: Hannes Haubitz
Original assignee: Hannes Haubitz
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2012-03-22
Also published as: AT510023B1; AT510023A4

Abstract

Eine Extrusionsduse für ein Extrusionswerkzeug zum Herstellen von Verbundprofilen aus unterschiedlichen Werkstoffen, welche mit unterschiedlichen Temperaturen verarbeitet werden, weist in einem Düsenkörper (1 bis 6) getrennte Kanäle (8, 9, 10, 22) auf, welche an der Stirnseite (15) der Extrusionsdüse münden und durch welche unterschiedliche Werkstoffe gefördert werden. Wenigstens ein Kanal (9, 10) wird von einer austauschbar im Düsenkörper (1 bis 6) aufgenommenen Düse (12) gebildet, die eine Temperiereinrichtung aufweist.

Description

KOEXTRUSIONSDÜSE MIT TEMPERIEREINRICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine Extrusionsdüse für ein Extrusionswerkzeug zum Herstellen von Verbundprofilen aus unterschiedlichen Werkstoffen, welche mit unterschiedlichen Temperaturen verarbeitet werden, wobei in einem Düsenkörper getrennte Kanäle vorgesehen sind, welche an der Stirnseite der Extrusionsdüse münden und durch welche unterschiedliche Werkstoffe gefördert werden.

Derartige Extrusionsdüsen werden verwendet, um z.B. Rahmenprofile für Fenster und Türen in einem Co-Extrusionsverfahren herzustellen, wie dies beispielsweise in der WO 2009/062986 A beschrieben ist. Bei der Extrusion von unterschiedlichen Werkstoffen mit unterschiedlichen Verarbeitungstemperaturen durch eine gemeinsame Extrusionsdüse besteht grundsätzlich das Problem, dass die Verarbeitungstemperatur der unterschiedlichen Werkstoffe in engen Grenzen eingehalten werden muss. Hier ist ein einfacher Aufbau der Extrusionsdüse wünschenswert, der eine zuverlässige Steuerung oder Regelung der Verarbeitungstemperatur der einzelnen Wirkstoffe erlaubt.

Des Weiteren besteht ein Bedarf, Extrusionsdüsen einfach umrüsten oder adaptieren zu können, wenn einzelne Komponenten eines co-extrudierten Profils geändert, hinzugefügt oder weggelassen werden sollen, um das Profil an geänderte Anforderungen anpassen zu können. So kann es beispielsweise sein, dass ein und dasselbe Grundprofil einmal mit einem geschäumten Kern und einmal ohne diesen hergestellt werden soll oder der Werkstoff, mit dem geschäumt wird geändert wird, wenn dieser beispielsweise einmal nur eine thermisch isolierende Wirkung und ein anderes Mal eine versteifende Wirkung haben soll. In diesen Fällen soll ein Umbau der Extrusionsdüse möglichst einfach durchgeführt werden können.

Um diese Aufgaben zu lösen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass bei einer Extrusionsdüse der eingangs genannten Art wenigstens ein Kanal von einer austauschbar im Düsenkörper aufgenommenen Düse gebildet wird, welche eine Temperiereinrichtung aufweist.

Die Düse kann hinsichtlich ihres geometrischen Aufbaus sowie der verwendeten Materialien präzise auf den zu extrudierenden Werkstoff abgestimmt werden, wobei die Temperiereinrichtung ebenfalls genau auf den zu extrudierenden Werkstoff bzw. die Einbausituation in der Extrusionsdüse abgestimmt sein kann. Da die Düse mit der Temperiereinrichtung eine Baueinheit bildet, kann diese äußerst einfach gewechselt und somit die Extrusionsdüse ebenso einfach umgerüstet werden. Auch können auf einfache Weise längere oder kürzere Düsen eingebaut werden, wenn diese im Einzelfall über die Stirnfläche der Extrusionsdüse hinaus ragen sollen oder alternativ nicht hinausragen dürfen. In ihrer einfachsten Form wird die Düse durch die Temperiereinrichtung gegenüber dem umgebenden Düsenkörper nur isoliert. Alternativ oder zusätzlich ist es bei der Erfindung aber natürlich ebenso möglich, dass die Temperiereinrichtung eine Heizeinrichtung, insbesondere eine elektrische Heizeinrichtung, oder eine Kühleinrichtung ist. Insbesondere kann die Tempe- riereinrichtung bei der Erfindung wenigstens einen Strömungskanal für ein Heiz- oder Kühlmittel aufweisen. Als Heiz- oder Kühlmittel kommen alle diesem Zusammenhang üblicherweise verwendeten Fluide, insbesondere Wasser, Wasserdampf oder Öl in Frage. Insbesondere bei technisch aufwändiger gestalteten Temperiereinrichtungen ist die Erfindung von Vorteil, da die Düse komplett mit der entsprechenden Temperiereinrichtung ausgetauscht werden kann, eine Anpassung der Extrusionsdüse daher äußerst einfach möglich ist.

Bei der Erfindung können auch Nadelverschlussdüsen verwendet werden, da aufgrund der präzise möglichen Temperierung keine permanente Strömung durch die Düsenkanäle erforderlich ist, um eine unerwünschte Reaktion, insbesondere Aushärtung oder Veränderung durch Überhitzung oder Abkühlung, des zu extrudierenden Werkstoffs aufgrund einer unerwünschten Temperaturabweichung zu vermeiden.

Eine besonders einfache Montage, Demontage oder ein Wechsel einer Düse ist bei der vorliegenden Erfindung dann möglich, wenn der Düsenkörper aus wenigstens zwei Abschnitten besteht, wobei die Düse in einem ersten, stirnseitigen Abschnitt aufgenommen ist und an ihrem der Stirnseite gegenüber liegenden Ende an einen Anschluss-Abschnitt angeschlossen ist. Die Düse kann dann bei einem Einbau, Ausbau oder Wechsel vorzugsweise gemeinsam mit dem Anschluss-Abschnitt montiert bzw. demontiert werden, der bereits alle geeigneten Anschlüsse für eine oder mehrere Düse(n) integriert oder angeschlossen hat.

Durch den Anschluss-Abschnitt, der bevorzugt ebenfalls auf einfache Weise separat austauschbar ist, ist auch eine einfache Anpassung der Versorgungsleitungen für den oder die in weiterer Folge durch die Düse führenden Kanal oder Kanäle sowie gegebenenfalls vorhandene Versorgungsleitungen für die Temperiereinrichtung möglich, wobei diese um einen beliebigen Winkel, vorzugsweise um einen Winkel zwischen 45° und 90° umgelenkt sein können.

Erfindungsgemäß kann auch der Kanal im Anschluss-Abschnitt, an den der in weiterer Folge durch die Düse führende Kanal anschließt, von einer Temperiereinrichtung umgeben sein, wobei bei mehreren durch den Anschluss-Abschnitt führenden Kanälen diese entweder gemein- sam oder alternativ jeweils getrennt von einer Temperiereinrichtung umgeben sein können.

Wenn wenigstens zwei von einer Düse gebildete Kanäle vorgesehen sind, kann im Anschluss- Abschnitt ein Verteiler von einem gemeinsamen Zuführkanal in die Kanäle angeordnet sein um mit einem Zuführkanal mehrere Düse versorgen zu können. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrusions- düse,

Fig. 2 eine Ansicht von links auf die Extrusionsdüse von Fig. 1 ,

Fig. 3 die Ausführungsform von Fig. 1 in einer explosionsartigen Darstellung,

Fig. 4 einen Teil eines Anschluss-Abschnitts von Fig. 1 gemäß der Erfindung,

Fig. 5 einen weiteren Teil eines Anschluss-Abschnitts von Fig. 1 gemäß der Erfindung mit einer daran angeordneten Düse,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrusionsdüse und

Fig. 7 eine Ansicht von links auf die Extrusionsdüse von Fig. 6.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrusionsdüse dargestellt, deren Düsenkörper aus mehreren Abschnitten bzw. Platten 1 bis 6 zusammengebaut ist, die im dargestellten Ausführungsbeispiel mit vier Schrauben 7 fest miteinander verschraubt sind. Auf der in Fig. 1 links angeordneten Stirnseite ist eine Stirnplatte 1 angeordnet, in der im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Kanäle 8, 9, 10 münden. Der Kanal 8 weist, wie Fig. 2 zeigt, in diesem Ausführungsbeispiel im Bereich seiner Mündung eine im Wesentlichen rechteckige Form auf und erstreckt sich durch die Platten 2 bis 6 nach hinten bis zu einem Anschluss 11.

Durch den Kanal 8 fließt von einem Extruder bereitgestelltes Kunststoffmaterial mit einer geeigneten Verarbeitungstemperatur. Dieses Kunststoffmaterial kann beispielsweise geschäumtes oder ungeschäumtes PVC (Polyvinylchlorid), PBT (Polybutylenterephthalat), PE (Polyethylen), PP (Polypropylen) oder WPC (Wood Plastic Composite bzw. Holz-Kunststoff- Verbundwerkstoff) sein, dessen Verarbeitungstemperatur in der Extrusionsdüse üblicherweise zwischen 180° und 220° liegt, von Fall zu Fall aber natürlich auch darüber oder darunter liegen kann. Damit die Temperatur des Kunststoffmaterials in der Extrusionsdüse innerhalb der zulässigen Werte gehalten wird, wird die Extrusionsdüse im dargestellten Ausführungsbeispiel von außen mit Heizplatten oder -bändern 24 beheizt (Fig. 6 und 7), welche die Platten 1 bis 6 umgeben. Nach dem Austritt des Kunststoffmaterials aus der Stirnplatte 1 kann das Profil auf an sich bekannte Weise stabilisiert, gekühlt, geformt usw. werden.

Die zwei weiteren, ebenfalls in der Stirnplatte 1 mündenden Kanäle 9, 10 werden von Düsen 12 gebildet, von denen in Fig. 5 beispielhaft eine Düse 12 näher dargestellt ist. Die Düse 12 weist eine den Kanal 9 umgebende Temperiereinrichtung 13, beispielsweise in Form eines rohrförmi- gen oder von sich schraubenförmig um den Kanal 9 windenden Kanälen gebildeten Mantels auf, der von einem gut Wärme leitenden Medium wie Wasser oder Öl durchströmt wird, um die Düse 12 zu temperieren, das heißt heizen oder kühlen zu können. Die Mündung 14 der Düse 12 schließt im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bündig mit der Stirnfläche 15 der Stirnplatte 1 ab, kann aber je nach Anwendungsfall aber auch vor der Stirnfläche 15 enden oder über diese hinausragen. Zusätzlich kann die Düse 12 über einen nicht dargestellten Nadelver- schluss verfügen, falls dies in einem Anwendungsfall notwendig oder hilfreich ist.

Die Düse 12 endet an ihrem der Mündung 14 gegenüber liegenden Ende an einem Anschluss- Abschnitt 4. Dieser besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus drei Teilen, nämlich einer Platte 15, in den ein Anschlussteil 16 für den Kanal 9 und ein Anschlussteil 17 für den Mantel 13 eingebaut werden können. Im Anschlussteil 16 ist ein Zuführkanal 18 angeordnet, der über einen Anschluss 23 mit einem weiteren Extruder verbunden werden kann, durch welchen ein Kunststoffmaterial zugeführt wird, das sich in seinen Eigenschaften von jenem Kunststoffmaterial unterscheidet, das dem Kanal 8 zugeführt wird. Das dem Zuführkanal 18 und in weiterer Folge den Kanälen 9, 10 zugeführte Material kann beispielsweise PVC, PBT, PE oder PP sein, das faserverstärkt sein kann. Durch die Kanäle 9, 10 kann aber auch z.B. schäumbares Material wie Einkomponenten- oder Zweikomponenten-PU-Schaum zugeführt werden. Da die Verarbeitungstemperatur der durch die Kanäle 9, 10 zugeführten Kunststoffe häufig eine andere Verarbeitungstemperatur aufweist als die Verarbeitungstemperatur jenes Materials, das durch den Kanal 8 zugeführt wird und auf welches die Temperatur des Düsenkörpers mit den Platten 1 bis 6 abgestimmt ist, muss auch der Zuführkanal 18 temperiert werden können, wozu auch dieser von einem Mantel 19 umgeben ist, der über eine Leitung 20 mit Temperiermedium versorgt wird.

Zur Versorgung des Mantels 13 der Düse 12 mit Temperiermedium ist der Anschlussteil 17 vorgesehen, der auf die Düse 12 aufgeschrumpft sein kann und in dem der Mantel 13 mit einer Leitung 21 für das Temperiermedium verbunden ist. Der Kanal 9 für das Kunststoffmaterial führt durch den Anschlussteil 17 durch. Für den Fall, dass beide Kanäle 9 und 10 mit dem gleichen Material versorgt werden, besteht die Möglichkeit, einen gemeinsamen Zuführkanal 18 für beide Kanäle 9, 10 vorzusehen, wobei der Anschlussteil 16 dann gleichzeitig auch als Verteiler dient. Anstelle eines von einem Temperiermedium durchströmten Mantels 13 ist natürlich hier ebenso wie bei den Düsen 12 auch eine elektrische Heizeinrichtung denkbar.

Da sich die Anschlussteile 16, 17 im Strömungsweg eines gestreckten Kanals 8 befänden, wird dessen Schmelzestrom in zwei oder mehrere Kanäle 8a, 8b aufgeteilt, welche um die Anschlussteile 16, 17 herum führen. Falls es die Geometrie der Extrusionsdüse erfordert, können der Zuführkanal 18 und die Leitung 21 zur Versorgung des Mantels 13 der Düse 12 auch in einem anderen als dem hier dargestellten Winkel von 90° angeordnet sein, wobei in der Regel Winkel zwischen 45° und 90° ausreichend sein werden aber selbstverständlich auch kleinere Winkel möglich sind. Soll eine oder beide Düsen 12 zum Beispiel wegen Verschleißes oder eines Materialwechsels getauscht werden, müssen lediglich die vier Schrauben 7 gelöst und die Platten 4 und 5 voneinander getrennt werden, worauf die Anschlussteile 16 und 17 mit der oder den Düsen 12 herausgenommen und gegen neue oder andere Düsen 12 bzw. Anschlussteile 16 und 17 getauscht werden können. Falls ein Kanal nicht benötigt wird, kann z.B. eine Düse 12 entfernt und der Anschlussteil 16 durch einen anderen Anschlussteil mit weniger Anschlüssen ersetzt werden. Falls keine Düse benötigt wird, dann kann alles ausgebaut werden oder man unterbricht nur die

Materialzuführung. Falls nur ein Kanal 9, 10 oder überhaupt keine Kanäle 9, 10 benötigt werden, können die vorhandenen Bohrungen auf einfache Weise verschlossen werden.

Während die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform mit zwei mittigen Kanälen 9, 10 z.B. eher dazu verwendet werden wird, ein herzustellendes Profil von innen mit einem isolierenden und/oder stabilisierenden bzw. das Profil versteifenden Schaum zu füllen, sind bei der in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsform in den Eckbereichen des das Grundprofil bildenden Kanals 8 vier Kanäle 22 angeordnet, die von Düsen gebildet werden, die wie die in Verbindung mit der Ausführungsform von Fig. 1 bis 3 beschriebene Düse 12 gemäß Fig. 4 aufgebaut sein können. Der Anschlussteil 16 ist in diesem Fall ein Verteiler, der den über den gemeinsamen Zuführkanal 18 zugeführten Schmelzestrom auf vier Kanäle 22 aufgeteilt. Auch der Anschlussteil 17 ist in einer der Anzahl der Düsen 12 entsprechenden Anzahl vorhanden. Die Düsen 12 mit den Kanälen 22 können beispielsweise wie in Fig. 7 dargestellt so angeordnet sein, dass die Düsen 22 vollständig von einem vom Kanal 8 gebildeten, rechteckförmigen Rahmen umgeben sind, sodass die von den Düsen 22 gebildeten Stränge vom Material aus den Düsen 8 umge- ben sind.

Selbstverständlich ist es möglich, die Ausführungsform von Fig. 1 bis 3 mit jener von Fig. 6 und 7 zu kombinieren, so dass in diesem Fall - abgesehen vom Kanal 8 - insgesamt sechs weitere Kanäle 9, 10, 22 vorhanden sind, durch welche unterschiedlich voneinander temperierte Kunststoffe oder Verbundwerkstoffe zugeführt werden können um co-extrudierte Profile verschiedenster Arten herzustellen.

Claims

Patentansprüche:

Extrusionsdüse für ein Extrusionswerkzeug zum Herstellen von Verbundprofilen aus unterschiedlichen Werkstoffen, welche mit unterschiedlichen Temperaturen verarbeitet werden, wobei in einem Düsenkörper (1 bis 6) getrennte Kanäle (8, 9, 10, 22) vorgesehen sind, welche an der Stirnseite (15) der Extrusionsdüse münden und durch welche unterschiedliche Werkstoffe gefördert werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kanal (9, 10, 22) von einer austauschbar im Düsenkörper (1 bis 6) aufgenommenen Düse (12) gebildet wird, welche eine Temperiereinrichtung (13) aufweist.

Extrusionsdüse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung die Düse (12) gegenüber dem umgebenden Düsenkörper (1 bis 6) isoliert.

Extrusionsdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (13) eine Heizeinrichtung, insbesondere eine elektrische Heizeinrichtung, ist.

Extrusionsdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (13) eine Kühleinrichtung ist.

Extrusionsdüse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (13) wenigstens einen Strömungskanal für ein Heiz- oder Kühlmittel aufweist.

Extrusionsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (12) eine Nadelverschlussdüse ist.

Extrusionsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (1 bis 6) aus wenigstens zwei Abschnitten (1 bis 6) besteht, dass die Düse (12) in wenigstens einem ersten, stirnseitigen Abschnitt (1 ) aufgenommen ist und an ihrem der Stirnseite (15) gegenüber liegenden Ende an einen Anschluss-Abschnitt (4) angeschlossen ist.

Extrusionsdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss-Abschnitt (4) der in weiterer Folge durch die Düse (12) führende Kanal (18) sowie gegebenenfalls vorhandene Versorgungsleitungen (20, 21 ) für die Temperiereinrichtung (13) um einen Winkel zwischen 45° und 90° umgelenkt sind. Extrusionsdüse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss- Abschnitt (4) ein in weiterer Folge durch die Düse (12) führender Zuführkanal (18) von einer Temperiereinrichtung (19) umgeben ist.

Extrusionsdüse nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss-Abschnitt (4) wenigstens ein Anschlussteil (16, 17) angeordnet ist, an welchen die Düse (12) angeschlossen ist.

Extrusionsdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlussteil (16) einen mit einem an der Stirnseite (15) mündenden Kanal (9, 10, 22) verbundenen Kanal (18) aufweist.

Extrusionsdüse nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlussteil (17) eine Versorgungsleitung (21) für die Temperiereinrichtung (13) der Düse (12) aufnimmt.

Extrusionsdüse nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei von einer Düse (12) gebildete Kanäle (9, 10, 22) vorgesehen sind, und dass im Anschluss-Abschnitt (4) ein Verteiler von einem gemeinsamen Zuführkanal (18) in wenigstens zwei Kanäle (9, 10, 22) angeordnet ist.

Extrusionsdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler vom Anschlussteil (16) gebildet wird.