CH416075A - Verfahren und Vorrichtung zum Extrudieren eines Stranges, z. B. eines Schlauches, aus thermoplastischem Material - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Vorrichtung zum Extrudieren eines Stranges, z. B. eines Schlauches, aus thermoplastischem Material
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Extrudieren eines Stranges, z. B. eines Schlauches, aus thermoplastischem Kunststoff, aus einer Strangpresse, z. B. reiner Schneckenpresse, mit nachgeschaltetem   Umlenkspritzkopf.   



   Bei den heute üblichen Einrichtungen dieser Art, die mit horizontal angeordneten   Strangpresslen    und einer nach unten gerichteten Spritzdüse arbeiten, wird im allgemeinen so verfahren, dass das thermoplastische Material im Spritzkopf aus der Horizontalen in   Idie    vertikale Richtung umgelenkt und sofort in die Spritzdüse geführt wird. In der Mehrzahl der Fälle entspricht der kontinuierlichen   Förderung    der Strangpresse auch ein kontinuierlicher   Schi auch aus-    tritt. Jedenfalls wird der Massefluss im Anschluss an die Umlenkung unmittelbar der Spritzdüse zugeführt. Das hat eine Reihe erheblicher Nachteile zur Folge, die im folgenden anhand der Vorgänge beim Ausspritzen eines schlauchförmigen Stranges   efläu    tert werden sollen.

   Zur Herstellung eines Schlauches ist es notwendig, dass das im allgemeinen nur von einer Seite in den Ringraum des Spritzkopfes bzw. der Spritzdüse eingeführte Material sich   über    einen Bereich von 3600 verteilt, und das Material wird dabei von der Stelle, an welcher es aus der Strangpresse in den Spritzkopf eintritt, zu beiden Seiten um den Düsenkern bzw. den sogenannten Torpedo herumfliessen, bis sich die beiden   Materialflüsse    etwa an dem dem   Eintrittspunkt    in den Spritzkopf gegen überliegenden, also um 1800 versetzten Punkt treffen.



  Dort fliessen die beiden Materialströme ineinander, wodurch der Kreis geschlossen und ein   rohr- bzw.      schlauchförmiges    Gebilde entsteht. Dieses tritt dann aus der Spritzdüse aus, um gegebenenfalls, z. B. in Blasformen, weiter verarbeitet zu werden. Bei den bekannten Verfahren bildet sich der Schlauch erst unmittelbar vor seinem Austritt aus   ider    Spritzdüse des Spritzkopfes.



   Es liegt auf der Hand, dass bei den bekannten Verfahren im Spritzkopf an der Stelle, an welcher das Material, aus der Strangpresse kommend, eintritt,   Druck- und      Fliessverhältnisse      herrschen,    die völlig unterschiedlich sind von denen, die an der den Eintrittspunkt gegenüberliegenden, um 1800 versetzten Stelle vorhanden sind. Es lässt sich sogar sagen,   dass    über den Umfang des   Ringraumes    im Spritzkopf, in welchem sich der Schlauch bildet, völlig unter  schiedliche    Drücke auftreten können. Das hat zur Folge, dass das Material über den Umfang des Ringraumes auch unterschiedlich verdichtet wird und   da-    mit nach dem Austreten aus der Spritzdüse ein unterschiedliches   Schwelluerhalten    zeigt.

   Letzteres hat unterschiedliche Wandstärken im Schlauch zur Folge. Dies ist in jedem Falle unangenehm, unabhängig davon, ob der Schlauch bereits das Fertigerzeugnis oder nur ein Zwischenprodukt, das z. B. in Blasformen weiterverarbeitet wird, darstellt.



   Als weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist anzuführen, dass eine durch die Umlenkung des thermoplastischen Materials im Spritzkopf   erfolgende    bestimmte Orientierung makromolekularer Ketten bis zum Auspressen aus der Spritzdüse nicht mehr aus  jeglichen    bzw. rückgängig gemacht werden kann.



  Diese Molekularorientierungen können sowohl durch   die    Umlenkung als solche als auch durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse, die oben näher erläutert wurden, herbeigeführt werden. Sie führen im Fertigprodukt, also z. B. im Schlauch oder den Idaraus hergestellten Erzeugnissen, z. B. im Blasverfahren hergestellten Hohlkörpern, zu Spannungen, die zu Rissen oder ähnlichen Erscheinungen führen können.



  Weiter ist darauf hinzuweisen, dass beim Umlenken  des thermoplastischen Materials und bei der Bildung des Schlauches, insbesondere auch beim Zusammentreffen der beiden   Iden    Düsenkern bzw. Torpedo umfliessende Material ströme, sogenannte Fliesslinien entstehen, die bei den bekannten Verfahren im ausgespritzten Schlauch noch vorhanden bzw. erkennbar sind. Letzteres ist ebenfalls   darauf    zurückzuführen, dass die Schlauchbildung lerst unmittelbar vor   dem    Ausspritzvorgang erfolgt, so dass ein Ausgleich derartiger Unregelmässigkeiten, die ebenfalls zu Spannungen im Fertigprodukt führen, und diesen darüber hinaus ein unschönes Aussehen geben können, nicht stattfinden kann.

   In Extremfällen ist es möglich, dass insbesondere an jener Stelle, an welcher die beiden   den    Düsenkern   umfliessenden    Materialströme zusammentreffen, eine   schlechte    Verbindung entsteht, die sich gegebenenfalls später wieder löst.



   Die vorgenannten Nachteile treten bei der Fertigung von Schläuchen in besonders starkem Masse auf. Sie gelten auch für die Fertigung von Strängen anderer Form, bei idenen es sich nicht um geschlossene Schläuche handelt. Das Problem einer gleichmässigen Druckverteilung tritt sogar bei der Fertigung von Folien unter Verwendung von   Breitschlitzdüsen    auf, da dabei über die Breite der Düse ebenfalls mit unterschiedlichen Drücken gerechnet werden muss.



     Das ergibt sich ohne weiteres s daraus, dass im Normal-    fall   Ider    Durchmesser der   Übiergabeöffnung    von der Strangpresse in den Spritzkopf wesentlich kleiner ist als die eigentliche Spritzdüse breit ist.



   Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zum. Extrudieren eines Stranges zu schaffen, bei dem die angeführten Nachteile nicht auftreten. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Masse nach der Umlenkung zunächst im Umlenkspritzkopf etwa in die Gestalt des fertigen Stranges gebracht und erst danach im wesentlichen unter Beibehaltung ihrer Gestalt aus dem Spritzkopf etwa geradlinig und ohne Umlenkung ausgepresst wird.



   Bei diesem Verfahren ist ein Umlenken des Materials natürlich auch notwendig. Dies erfolgt jedoch nicht unmittelbar vor   zudem    Auspressen. Vielmehr wird erst dann ausgepresst, wenn das Material bereits im wesentlichen die Gestalt des ausgespritzten Erzeugnisses angenommen hat. Selbstverständlich treten zunächst im Zusammenhang mit   Zudem      Umlenk-      vorgang und d bei der Bildung z. B. eines Schlauches    auch die im Zusammenhang mit dem bekannten Verfahren erläuterten   Verhältnisse    und Vorgänge auf, d. h. im Augenblick Ides Umlenkens und unmittelbar danach herrschen unterschiedliche Druckverhältnisse.



  Es können   Fliesslinien    vorhanden sein. Dadurch, dass das auszuspritzende Erzeugnis im Spritzkopf sozusagen erst vorgeformt wird, bevor das Auspressen erfolgt, wird ein Druckausgleich herbeigeführt ; das Material wird homogenisiert, die   Fliesslinien    verschwinden. Das Material wird somit in jeder Hinsicht vergleichmässigt, auch in bezug auf seine Temperatur.



  Letzteres ist vor allen Dingen auch darauf zurückzuführen, dass im Speicherraum das Verhältnis zwi    schein    Oberfläche und Volumen des Materials verhältnismässig gross ist.



   Die Vorrichtung zur Durchführung   Ides      lerEn-    dungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass im Spritzkopf ein in Ausspritzrichtung verlaufender, im wesentlichen die Gestalt des ausge spritzten Stranges aufweisender Speicherraum für das thermoplastische Material vorgesehen ist,   ender    über ein besonderes Druckmittel in Richtung auf die Spritzdüse entleerbar ist. Vorzugsweise ist das Druckmittel ein Kolben. Das Hinauspressen des Ma  terials durch einen I Kolben wird mit Sicherheit alle    im Material eventuell noch vorhandenen geringfügigen Ungleichmässigkeiten ausgleichen.

   Insbeson  dere tritt : ein völliger Druckausgleich ein, so dass über    den Umfang, die Breite oder   idle    Länge Ides Materials   überall    gleiche Druckverhältnisse herrschen. Diese können   sselbstverständlich    in der Spritzdüse zur Beeinflussung der Wandstärke des Spritzlings über das Schwellverhalten gesteuert werden, so dass auf bestimmten Längs abschnitten des Spritzlings beim Durchgang durch die eigentliche Spritzdüse unterschiedliche Drücke einwirken. Das hat jedoch mit den im Zusammenhang mit dem bekannten Verfahren erwähnten Druckunterschieden nichts zu tun, da diese ungewollt und unkontrollierbar sind.



   Die Strangpresse fördert dann zunächst in diesen Speicherraum hinein. Sobald dieser gefüllt ist und somit das Material im wesentlichen die Gestalt des herzustellenden   Spritzlinges    angenommen hat, wird es in Richtung auf die Spritzdüse im allgemeinen also nach unten gepresst und durch die Düse ausgespritzt.



  Zur Bildung eines Schlauches kann der Speicherraum ringförmig um den Düsenkern angeoridnet sein und gleichzeitig zur Führung eines das Auspressen bewirkenden Ringkolbens   Idienen.    Dieser kann, ge  gebenenfalls    unter Zwischenschaltung von Bolzen, führungsstangen oder dergleichen an seinem der Spritzdüse abgekehrten Ende einen oder mehrere gegebenenfalls, auch als Ringkolben ausgebildeten Kolben tragen, der bzw. die von einem Druckmittel, z. B. einer Flüssigkeit beaufschlagbar ist bzw. sind.



  Bei der beschriebenen Vorrichtung kann   rdie    Strang  presse    beim Ausspritzen des im Spritzkopf vorgeformten Stranges weiterfördern, ohne dass dadurch eine nachteilige Beeinflussung eintreten würde. Das   Ausispritzen    des Materials durch den im Spritzkopf angeordneten Kolben erfolgt so schnell, dass auch insbesondere ein ungünstige Beeinflussung   Ides    Druckverhältnisses durch die zugleich   inden    Spritzkopf hinein fördernde Schnecke nicht zu befürchten ist, und zwar auch dann, wenn der Speicherraum für die Masse oberhalb des Übergangs   Strangpresse - Spritz-    kopf angeordnet ist.



   Es liegt auf der Hand, dass   Idie    Vorrichtung gemäss der Erfindung ein kontinuierliches Arbeiten Ider Strangpresse und   damit    eine entsprechende Produktivität der   Gesamtanordnung    ermöglicht, ohne dass zugleich ein kontinuierliches Ausspritzen des Stranges notwendig wäre. Dies ist insbesondere im Hinblick  auf die Weiterverarbeitung des Stranges von besonderer   Bedeutung,      4a - z.    B. bei einer nachgeschalteten   Blaseinrichtung - mit    feststehender, unmittelbar unter der Spritzdüse angeordneter Form gearbeitet werden kann, und zwar unter   Ausnutzung    der vollen Kapazität der Strangpresse.



   In der Zeichnung sind einige   Alusführungsbei-    spiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1   idie    Seitenansicht einer Schneckenpresse mit daran angebrachtem Umlenkspritzkopf, im Schema,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den   UmBenk-    spritzkopf in grösserem Massstab.



   Die in Fig. 1   der    Zeichnung dargestellte Schnekkenpresse, die in einem Maschinenrahmen 10 angeordnet ist, besteht im wesentlichen aus einem die Schnecke 11 aufnehmenden Gehäuse 12, das an   dem    Teil 13 angeflanscht ist. Dieses enthält das Lager für die Schnecke 11, der Antrieb der Schnecke erfolgt   durch    einen Motor 14, an   Edlen      ein    Getriebe 15 ange  flanscht    ist. Die Übertragung der Drehbewegung erfolgt über Keilriemen 16, die über eine Scheibe 17 am Getriebe 15 und eine zweite Scheibe 18 am Lager 13 zusammenwirken.



   Das Gehäuse 12 ist mit einer Einfüllöffnung 19 versehen, die nach oben in einen   Einlauftrichter    20 erweitert ist. In diesen Trichter 20 wird   Idas    zu verarbeitende thermoplastische Material, z. B. in Form eines Granulats gegeben. Dieses Granulat wird im Verlauf seines Weges in Richtung des Pfeiles 21 durch die Schneckenpresse plastifiziert und tritt am Ende   wider    Schneckenpresse, also bei 22 aus   dieser    aus und in den   Umlenkspritzkopf    23 hinein.



   Das Gehäuse 12 ist mit Anschlüssen 24,   24' zur      Zu- bzw.    Abführung von   Kühl- und/oder      Heirmitteln    versehen.



   Die Ausbildung des   Umlenkspritzkopfes    ist der Fig. 2 in allen Einzelheiten zu entnehmen. Der Umlenkspritzkopf ist an Ider Verbindungsstelle Strangpresse 11, 12 - Spritzkopf 23 mit einer Durchbrechung (Öffnung) 25 versehen, durch die das thermoplastische Material aus der Strangpresse 11, 12 in einen inneren Ringraum 26 Ides zur Schlauchherstellung dienenden Spritzkopfes 23 gefördert wird.



  Der Ringraum 26 wird in der üblichen Weise durch einen Kern 27 und die Aussenwandung 28   Ides    Spritzkopfes 23 begrenzt. An seinem unteren Ende geht der Ringraum in die eigentliche Spritzdüse 29 über,   Idie    aus Düsenkern 30 und Matrize 31 besteht.



  Der Düsenkern 30 ist über einen Bolzen 32 in vertikaler Richtung bin und her verschiebbar, wodurch die Spaltweite der Spritzdüse 29 und damit auch die Wandstärke des auszuspritzenden Schlauches bzw.



  Schlauchabschnittes regulierbar ist.



   Der Ringraum 26 ist an seiner der Spritzdüse 29 abgekehrten Seite, bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel also nach oben, ver  längere    In dieser Verlängerung 26a ist ein Ringkolben 33 geführt, der über Bolzen 34 mit einem zweiten Ringkolben 35 verbunden ist. Letzterer ist in einem Ringzylinder 36 hin und her verschiebbar, der über eine Zuleitung 37 mit einem Druckmittel, z. B. Öl beaufschlagt werden kann. Die beschriebene Anordnung ist noch mit einem weiteren Bolzen 38 versehen, der von dem Ringkolben 35 getragen wird und den Ringzylinder 36 durchragt. An seinem freien Ende wirkt dieser Bolzen 38 mit einem Endschalter 39 zusammen. Dieser steuert über eine Leitung 40 eine Pumpe 41 für das auf den Kolben 35 einwirkende Druckmittel oder entsprechende Ventile in der Zuführungsleitung 37 für das Druckmittel.

   Weiterhin ist der Spritzkopf 23 noch mit   Heizbandagen    42, 43 versehen. Die Anordnung ist daher so getrof   fen, dass ; sich die Öffnung 25 für Iden Durchgang der    thermoplastischen Masse bis in den Kern 27 des Spritzkopfes 23 erstreckt und dort in einen ringförmigen Kanal 25a üblergeht,   wider    seinerseits in den Ringraum 26 bzw. den darüber angeordneten Speicherraum 26a mündet. Das Verfahren gemäss der Erfindung läuft in der Weise ab,   ldass    ausgehend von der in der Zeichnung dargestellten Lage der Teile zueinander, das aus   wider    Strangpresse 11, 12 geförderte Material zunächst unter gleichzeitiger Verdrängung des Ringkolbens 33 nach oben den ringförmigen Speicherraum 26a füllt.

   Das erfolgt ohne besondere Vorkehrungen, da   Wider      Strömungswider-    stand, den das Material beim Durchfliessen der eigentlichen Spritzdüse 29 zu   überwinden    hat,   tSO    gross ist, dass, solange der Raum 26a noch nicht gefüllt ist, und der Speicherkolben 33 einer Verschiebung keinen Widerstand (ausgenommen natürlich die Reibung) entgegensetzt, der Kunststoff in den Speicherraum 26 hineinfliesst, ohne dass aus der Spritzdüse 29 irgendwelches Material austreten würde.



  Das Ausfüllen des Speicherraumes 26a erfolgt unter gleichzeitiger   Verschiebung ides    Ringkolbens 35 und Verdrängung des in dem Zylinder 36 befindlichen Druckmediums so lange, bis der Bolzen 38   edlen      Endschalter    39 erreicht hat und diesen auslöst. Alsdann wird über die Pumpe 41 oder ein in der Leitung 37 befindliches Ventil das Druckmittel in   Iden    Zylinder 36 gefördert, dadurch der Ringkolben 35 und somit der Ringkolben 33 nach unten   gedrückt,    bis in die in der Zeichnung (Fig. 2) Idargestellte Lage.



  Dabei erfolgt gleichzeitig auch das Auspressen des im Speicherraum 26a   gebildeten    ringförmigen Körpers, also eines Schlauchabschnittes aus thermoplastischem Material durch die Spritzdüse 29. Das heisst, dass ein Teil des im Speicherraum 29a vorgeformten Körpers nach Beendigung des   Ausstossvor-    ganges, der durch das   Nachuntenfahren,    des Ringkolbens 33 bewirkt wird, noch im Ringraum 26 zwischen   Eintrfttsöffnung    25 und Spritzdüse 29 verbleibt und erst beim nächsten Arbeitsgang, also bei der   Henstellung    bzw. beim Ausstossen des nächsten Schlauchabschnittes durch die Ringdüse 29 ausgedrückt wird.



   Oberhalb des Speicherraumes 26a ist eine Kühlzone vorgesehen. Durch ein in Kühlkanälen 44 flie ssendes Kühlmedium soll verhindert werden, dass die von   der    thermoplastischen Masse auf die den   Speicherraum 26a   umgebenden    Wände abgeleitete Wärme nach oben   abgeführt    wird. Die   Anordnun ! g    kann dabei so getroffen sein, dass auch   Ider    Ringkolben 33 in seiner oberen Lage sich im Bereich der Kühlzone befindet.



   Es war bereits in der Beschreibungseinleitung festgestellt worden,   Idass    durch dieses Verfahren, bei dem also zunächst im Spritzkopf 23 der aus der Spritzdüse 29   auszuspritzende    Schlauchabschnitt vor  geformt    wird, bevor er die Spritzdüse 29 verlässt, eine erhebliche Qualitätssteigerung des Schlauchabschnittes hinsichtlich der Eigenschaften des ihn bildenden Materials erzielt werden können. Das Material ist homogener und frei von Spannungen. Ausserdem erhält der Schlauch ein besseres Aussehen, da Fliesslinien kaum noch   auftreiben    können.



   Es liegt auf der Hand, dass diese Verbesserungen sich auch an den Produkten zeigen, zu denen der in der beschriebenen Art und Weise hergestellte Schlauch möglicherweise verarbeitet wird. Dies geschieht häufig durch Anwendung   des    sogenannten Blasverfahrens, bei welchem der Schlauchabschnitt in einer Hohlform durch ein Druckmittel, z. B.



  Druckluft zu einem Hohlkörper, z. B. einer Flasche aufgeweitet wird.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Extrudieren eines Stranges, z. B. eines Schlauches, aus thermoplastischem Kunststoff aus einer Strangpresse mit nachgeschaltetem Umlenkspritzkopf, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse nach der Umlenkung zunächst im Umlenk- spritzkopf etwa in die Gestalt des fertigen Stranges gebracht und erst danach im wesentlichen unter Beibehaltung ihrer Gestalt aus Idem Spritzkopf etwa geradlinig und ohne Umlenkung ausgepresst wird.

   II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass im Spritzkopf (23) ein in Ausspritzrichtung verlaufender, im wesentlichen die Gestalt des ausgespritzten Stranges aufweisender Speicherraum (26a) für das thermoplastische Material vorgesehen ist, der über ein besonderes Druckmittel in Richtung auf die Spritzdüse entleerbar ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmittel ein Kolben (33) ist.

   2. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherraum (26a) zur Bildung eines Schlauches ringförmig um den Düsenkern (27) angeordnet und zur Führung eines Idias Auspressen bewirkenden Ringkolbens (33) dient.

   3. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im Speicherraum (26a) geführte Ringkolben (33) - gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Bolzen oder Führungsstangen (34) - an seinemlder Spritzdüse (29) abgekehrten Ende einen zweiten Ringkolben (35) trägt, der von einem Druckmittel beaufschlagbar ist.