DE29500803U1 - Two-channel coextrusion die - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zweikanal-Coextrusionsdüse zur Herstellung zweischichtiger flacher Bahnen aus thermoplastischem KunststoffThe invention relates to a two-channel coextrusion nozzle for producing two-layer flat sheets of thermoplastic material
Stand der TechnikState of the art
Kunststoffgegenstände, die aus mehreren Schichten bestehen finden eine breite Anwendung. Durch das Aufbringen einer zusätzlichen Kunststoffschicht auf der Oberfläche eines Basiskunstoffkörpers können zahlreiche zusätzliche Eigenschaften wie z.B. verbesserte Witterungsbeständigkeit oder Farbgestaltungen verwirklicht werden. Neben dem Laminieren und Kaschieren können thermoplastische Kunststoffe auch coextrudiert werden. Dabei werden die unterschiedlichen Kunststoffe in einem speziellen Werkzeug, einer Coextrusionsdüse, im geschmolzenen Zustand zusammengeführt und gemeinsam extrudiert. Dieses Verfahren bietet unter anderem den Vorteil eines besonders guten Zusammenhalts der Kunststoffschichten und ist zudem kostengünstig. Das Coextrusions-Verfahren ist insbesondere bei der Herstellung flacher Bahnen, Platten oder Folien, aus thermoplastischen Kunststoff von Bedeutung.Plastic objects that consist of several layers are widely used. By applying an additional plastic layer to the surface of a basic plastic body, numerous additional properties such as improved weather resistance or color designs can be achieved. In addition to lamination and covering, thermoplastics can also be coextruded. The different plastics are brought together in a special tool, a coextrusion nozzle, in a molten state and extruded together. This process offers the advantage of particularly good cohesion of the plastic layers and is also cost-effective. The coextrusion process is particularly important in the production of flat sheets, plates or films made of thermoplastic.
Bei den Coextrusionsdüsen unterscheidet man zwischen Adapter- und Mehrkanal-Coextrusionsdüsen. Bei den Adapter-Coextrusionsdüsen werden die unterschiedlichen Schmelzeschichten in einem Fließkanal mit kleiner Breite und Höhe zusammengeführt und dann gemeinsam auf die gewünschte Produktgeometrie verteilt. Da der gemeinsame Fließweg der Schmelzeströme relativ lang ist, ist die Adapter-Coextrusionsdüse besonders für Kunststoffe mit ähnlichem Fließverhalten und vergleichbaren Temperaturen geeignet.When it comes to coextrusion nozzles, a distinction is made between adapter and multi-channel coextrusion nozzles. With adapter coextrusion nozzles, the different melt layers are brought together in a flow channel with a small width and height and then distributed together to the desired product geometry. Since the common flow path of the melt streams is relatively long, the adapter coextrusion nozzle is particularly suitable for plastics with similar flow behavior and comparable temperatures.
Bei der Mehrkanal-Coextrusionsdüse hingegen werden die Schmelzeströme in getrennten Kanälen zunächst annähernd auf die gewünschte Extrudatgeometrie verteilt und erst am Ausgang der Düse zusammmengeführt. Mehrkanal-Coextrusionsdüsen sind konstruktivIn the case of the multi-channel coextrusion nozzle, however, the melt streams are initially distributed in separate channels approximately to the desired extrudate geometry and are only brought together at the nozzle exit. Multi-channel coextrusion nozzles are structurally
aufwendiger, bieten aber vor allem auch bei Kunststoffen mit sehr unterschiedlichem Fließverhalten Vorteile. Ein generelles Problem bei den Mehrkanal-Coextrusionsdüsen ist die Regulierung der einzelnen Schichtdicken über die Breite während des Betriebes . Diese ist notwendig, da sich Änderungen der Fließeigenschaften oder des Betriebspunktes bei Mehrkanal-Coextrusionsdüsen besonders stark auswirken.more complex, but offer advantages, especially for plastics with very different flow behavior. A general problem with multi-channel coextrusion nozzles is the regulation of the individual layer thicknesses across the width during operation. This is necessary because changes in the flow properties or the operating point have a particularly strong effect on multi-channel coextrusion nozzles.
Eine Mehrkanal-Coextrusionsdüse zur gleichzeitigen Extrusion von Kunststoffbahnen mit bis zu vier Schichten thermoplatischen Kunststoffs wird in der US Patentschrift 3,694,119 beschrieben. Die Schmeizeströme werden hierbei durch Zuströmkanäle in quer zur Extrusionsrichtung liegende Verteilerkanäle geleitet, von denen Stauspalte ausgehen. Die Stauspalte sind mit inneren und äußeren elastischen Lippen ausgeführt, deren Höhe mittels Stellelementen, z.B. Schrauben, reguliert werden kann. Auf diese Weise kann die Dicke der Schmelzeströme und damit der extrudierten Kunststoffschichten über die Breite hin individuell reguliert werden. Eine feine Regulierung der Schichtdicken ist jedoch aufgrund der massiven Ausführung der Lippen problematisch.A multi-channel coextrusion nozzle for the simultaneous extrusion of plastic sheets with up to four layers of thermoplastic is described in US patent 3,694,119. The melt flows are guided through inflow channels into distribution channels that are perpendicular to the direction of extrusion, from which dam gaps extend. The dam gaps are designed with inner and outer elastic lips, the height of which can be regulated using adjusting elements, e.g. screws. In this way, the thickness of the melt flows and thus of the extruded plastic layers can be individually regulated across the width. However, fine regulation of the layer thickness is problematic due to the massive design of the lips.
Eine Einkanal-Extrusionsdüse für Kunststoffbahnen, die eine sehr feine Regulierung des Schmelzestroms über die Breite hin erlaubt, ist aus EP-A 367 022 (US 4,990,079) bekannt. Bei dieser Extrusionsdüse ist die dünne Austrittslippe mit Lamellen versehen, über die quer ein flexibles Stahlband verläuft. Die Öffnung der Düse kann sehr fein und genau reguliert werden indem über Stellglieder Druck auf das Stahlband ausübt wird und dieses wiederum eine Verstellung der Lamellen bewirkt. Diese Ausführung der Austrittslippe wird in Fachkreisen als Superflexlippe bezeichnet.A single-channel extrusion nozzle for plastic sheets, which allows very fine regulation of the melt flow across the width, is known from EP-A 367 022 (US 4,990,079). In this extrusion nozzle, the thin outlet lip is provided with slats, across which a flexible steel band runs. The opening of the nozzle can be regulated very finely and precisely by applying pressure to the steel band via actuators, which in turn causes the slats to be adjusted. This version of the outlet lip is known in specialist circles as a superflex lip.
Aufgabe und LösungTask and solution
Ziel der Erfindung war die Schaffung einer Zweikanal-Coextrusionsduse, die eine außerordentlich feine und genaue Regulierung der Kunststoffschichten ermöglicht. Die Aufgabe wurde gelöst durch eine Zweikanal-Coextrusionsduse zur Herstellung flacher Bahnen aus thermoplastischem Kunststoff, enthaltend zwei Zuströmkanäle (5a, 5b), zwei Verteilerkanäle (6a, 6b) mit Staubereichen (1a, 1b), eine Zwischenplatte (8) mit Spitze (8a), einen Zusammenströmbereich (7), eine obere Austrittlippe (2a) und eine untere Austrittslippe (2b) mit einer Vielzahl von Stellmitteln (3) bei der die beiden Austrittslippen als Superflexlippen mit Lamellen (9) und Stahlband (10) ausgeführt sind.The aim of the invention was to create a two-channel coextrusion nozzle, which enables an extraordinarily fine and precise regulation of the plastic layers. The task was solved by a two-channel coextrusion nozzle for producing flat webs of thermoplastic, containing two inflow channels (5a, 5b), two distribution channels (6a, 6b) with retention areas (1a, 1b), an intermediate plate (8) with a tip (8a), a confluence area (7), an upper outlet lip (2a) and a lower outlet lip (2b) with a large number of adjusting means (3), in which the two outlet lips are designed as superflex lips with slats (9) and steel band (10).
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Figuren erläutert, ist aber nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.The invention is explained by the following figures, but is not limited to the embodiments shown.
Figur 1: Erfindungsgemäße Zweikanal-Coextrusionsduse mit symmetrisch spitz zulaufender Zwischenplatte (8) im Längsschnitt in Extrusionsrichtung Figure 1: Two-channel coextrusion nozzle according to the invention with symmetrically tapered intermediate plate (8) in longitudinal section in the extrusion direction
Figur 2: Erfindungsgemäße Zweikanal-Coextrusionsduse mit asymmetrisch spitz zulaufender Zwischenplatte (8) mit Hohlraum (4) im Längsschnitt in Extrusionsrichtung Figure 2: Two-channel coextrusion nozzle according to the invention with asymmetrically tapered intermediate plate (8) with cavity (4) in longitudinal section in the extrusion direction
In den Figuren verwendete Bezugszeichen:Reference symbols used in the figures:
1a : Staubereich des oberen Kanals 1 b: Staubereich des unteren Kanals 2a : Obere Austritts lippe 2b : Untere Austrittslippe1a : Upper channel accumulation area 1 b: Lower channel accumulation area 2a : Upper outlet lip 2b : Lower outlet lip
3 : Stellmittel3 : Setting agent
4 : Hohlraum4 : Cavity
5a: Oberer Zuströmkanal 5b : Unterer Zuströmkanal 6a : Oberer Verteilerkanal 6b : Unterer Verteilerkanal 7 : Zusammenströmbereich des oberen und unteren Kanals &dgr; : Zwischenplatte 8a : Spitze der Zwischenplatte5a: Upper inflow channel 5b : Lower inflow channel 6a : Upper distribution channel 6b : Lower distribution channel 7 : Confluence area of the upper and lower channels δ : Intermediate plate 8a : Tip of the intermediate plate
9 : Lamelle9 : Slat
10 : Stahlband10 : Steel band
Die erfindungsgemäße Zweikanal-Coextrusionsdüse eignet sich zur Herstellung von zweischichtigen Bahnen aus thermoplastischem Kunststoff, insbesondere von Platten und Folien. Die Regulierung der Schmelzeströme über die Breite hin kann mitteis der Flexlippenausführung sehr genau und einfach erfolgen. Dies erlaubt einen raschen effektiven Ausgleich beim Betrieb der Extrusionsaniage auftretender Abweichungen von den gewünschten Schichtdicken, z.B. beim Anfahren, bei Chargenwechseln oder Viskositäts- oder Temperaturschwankungen der Schmelzeströme.The two-channel coextrusion nozzle according to the invention is suitable for the production of two-layer webs made of thermoplastic material, in particular sheets and films. The melt flows can be regulated very precisely and easily across the width using the flexible lip design. This allows a rapid and effective compensation of deviations from the desired layer thicknesses that occur during operation of the extrusion system, e.g. when starting up, when changing batches or when there are viscosity or temperature fluctuations in the melt flows.
Ausführung der ErfindungImplementation of the invention
Die neue Zweikanai-Coextrusionsdüse enthält zwei Zustromkanäle (5a, 5b), in die die Kunststoffschmelzen z.B. unter dem Druck einer Förderschnecke eingespeist werden. Die Zustromkanäle sind üblicherweise rund ausgeführt und können z.B. einen Durchmesser von 2 mm bis 50 mm aufweisen. Sie münden in die Verteilerkanäle (6a bzw. 6b). Von den Verteilerkanälen aus werden die Kunststoffschmelzen in die Staubereiche gedrückt. Die beiden Staubereiche werden oben bzw. unten von der Zwischenplatte (8) und den Lippen (2a bzw. 2b) begrenzt.The new two-channel coextrusion nozzle contains two inflow channels (5a, 5b) into which the plastic melts are fed, e.g. under the pressure of a conveyor screw. The inflow channels are usually round and can have a diameter of e.g. 2 mm to 50 mm. They open into the distribution channels (6a and 6b). The plastic melts are pressed from the distribution channels into the retention areas. The two retention areas are delimited at the top and bottom by the intermediate plate (8) and the lips (2a and 2b).
Die Zwischenplatte (8) kann z.B. eine Höhe von 10 bis 200 mm aufweisen. Um Verwirbelungszonen zu vermeiden, soll sie im Zusammenströmbereich des oberen und unteren Kanals (7) spitz zulaufend ausgeführt sein. Dabei kann die Lage der Spitze (8a) entsprechend der sich im Fließkanal ausbildenden Lage der Schichtgrenze auch asymmetrisch ausgeführt sein (Figur 2). Die Verwendung einer Wärmetrennung mittels eines Hohlraumes (4) in der Zwischenplatte (8) kann optional vorgenommen werden. Eine Wärmetrennung kann z.B. von Vorteil sein wenn Kunststoffschmelzen mit sehr unterschiedlicher Temperatur coextrudiert werden sollen. In diesem Fall kann die Zwischenplatte (8) geteilt ausgeführt werden oder in bevorzugter Weise geteilt gefertigt und dann verschweißt werden, um Undichtigkeiten vorzubeugen.The intermediate plate (8) can, for example, have a height of 10 to 200 mm. In order to avoid turbulence zones, it should be tapered in the confluence area of the upper and lower channels (7). The position of the tip (8a) can also be asymmetrical in accordance with the position of the layer boundary that forms in the flow channel (Figure 2). The use of thermal separation by means of a cavity (4) in the intermediate plate (8) can be optional. Thermal separation can, for example, be advantageous if plastic melts with very different temperatures are to be co-extruded. In this case, the intermediate plate (8) can be split or, preferably, manufactured split and then welded to prevent leaks.
Die obere und die untere Austrittslippe (2a bzw. 2b) werden, wie z.B. aus EP 367 022 bekannt, als Superflexlippen ausgeführt. Die Breite der Austritts lippen entspricht der Breite der zu extrudierenden Kunststoffbahn und kann z.B. von 100 bis 3000 mm betragen. Die Dicke der Lippen beträgt in der Regel weniger als 20 mm, z.B. 3 bis 10 mm, wodurch eine ausreichende Flexibilität erreicht wird.The upper and lower outlet lips (2a and 2b) are designed as superflex lips, as known from EP 367 022, for example. The width of the outlet lips corresponds to the width of the plastic sheet to be extruded and can be, for example, from 100 to 3000 mm. The thickness of the lips is usually less than 20 mm, e.g. 3 to 10 mm, which ensures sufficient flexibility.
·; ; j6·; ; j6
Über bzw. unter den Lippen verlaufen Lamellen (9), die gegeneinander verschiebbar sind und deren Bodenflächen in formschlüssigem Kontakt mit den Lippen stehen. Die Bodenflächen stehen bevorzugterweise, wie z.B. in EP 367 022 beschrieben, winklig zueinander. Die formschlüssige Verbindung zwischen den Lamellen und der Lippe kann dabei durch eine Stufe an der Lippenaußenseite und eine korrespondierende Nut in der Bodenfläche der Lamellen erreicht werden.Above and below the lips run slats (9) which can be moved against each other and whose base surfaces are in positive contact with the lips. The base surfaces are preferably at an angle to each other, as described in EP 367 022, for example. The positive connection between the slats and the lip can be achieved by a step on the outside of the lip and a corresponding groove in the base surface of the slats.
Die Stellmittel (3) übertragen die Stellkräfte über ein Stahlband (10) auf die Lamellen, die wiederum eine elastische Verformung der Lippen bewirken. Das Stahlband (10) soll eine solche Elastizität besitzen, daß es die von einem Stellmittel (3) ausgehende Stellkraft auf mehrere Lamellen überträgt, aber durch ein einzelnes Stellmittel (3) wirksam verformt werden kann. Bei einem Abstand der Stellmittel von z.B. 10 bis 40 mm eignet sich beispielsweise ein Stahlband (10) von weniger als 20 mm Dicke, z.B. 0,5 bis 10 mm, vorzugsweise von 0,5 mm bis 5 mm Dicke und 6 bis 30 mm Breite. Vorzugsweise wird ein über die gesamte Breite der Düse durchgehendes, also entsprechend langes Band verwendet.The adjusting means (3) transfer the adjusting forces to the slats via a steel band (10), which in turn cause an elastic deformation of the lips. The steel band (10) should have such elasticity that it transfers the adjusting force from an adjusting means (3) to several slats, but can be effectively deformed by a single adjusting means (3). If the adjusting means are spaced apart by 10 to 40 mm, for example, a steel band (10) of less than 20 mm thickness is suitable, e.g. 0.5 to 10 mm, preferably 0.5 mm to 5 mm thick and 6 to 30 mm wide. Preferably, a band that runs across the entire width of the nozzle, i.e. of a corresponding length, is used.
Es ist bevorzugt, aber nicht unerläßlich, daß die Stellmittel (3) über die ganze Breite der Düse in gleichmäßigen Abständen von z.B. 10 bis 40 mm angeordnet sind und alle Lamellen (9) die gleiche Breite haben. Wenn hauptsächlich an den Seiten der Düse eine Feinsteuerung der Schlitzweite angestrebt wird, kann es genügen, daß dort die Stellmittel enger angeordnet sind als in der Mitte. Ebenso können z.B. außen Lamellen mit geringerer Breite als in der Mitte vorgesehen werden.It is preferred, but not essential, that the adjusting means (3) are arranged at equal intervals of e.g. 10 to 40 mm across the entire width of the nozzle and that all slats (9) have the same width. If fine control of the slot width is mainly aimed at the sides of the nozzle, it may be sufficient for the adjusting means to be arranged closer together there than in the middle. Likewise, e.g. slats with a smaller width can be provided on the outside than in the middle.
Als Stellmittel (3) eignen sich Schrauben oder Schraubenbolzen, die manuell oder auch motorisch verstellt werden können. Ebenso können thermische Dehnbolzen oder Piezotranslatoren verwendet werden, die ggf. in der Höhe mit Schrauben oder Schraubenbolzen verstellt werden können, so daß sich ein weiterer Stellbereich ergibt. Die Stellmittel (3) können ggf. mit einer Meß- und Regeleinrichtung z.B. zur Steuerung derScrews or bolts are suitable as adjusting means (3) and can be adjusted manually or by motor. Thermal expansion bolts or piezo translators can also be used, which can be adjusted in height using screws or bolts, so that a wider adjustment range is available. The adjusting means (3) can be equipped with a measuring and control device, e.g. to control the
Wulsthöhe, wie sie z.B. aus DE 40 33 661 oder dem deutschen Gebrauchsmuster G 94 15 619.0 bekannt sind, verbunden sein und als Stellgrößen in entsprechende Regelkreise integriert sein.Bead height, as known from DE 40 33 661 or the German utility model G 94 15 619.0, and integrated as control variables in corresponding control circuits.
Die Erfindung wird vorzugsweise zur Extrusion von zweischichtigen Kunststoffbahnen mit einer Dicke von 0,5 bis 50 mm und einer Breite von 100 bis 3000 mm angewendet. Es können praktisch alle thermoplastischen Kunststoffe wie z.B. Acryinitril/Butadien/Styrol-Propfcopolymere (ABS), Polymethylmethacrylat, Polycarbonate, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyester, Polysulfone oder Polyethersulfone verarbeitet werden.The invention is preferably used for the extrusion of two-layer plastic sheets with a thickness of 0.5 to 50 mm and a width of 100 to 3000 mm. Practically all thermoplastics such as acrylonitrile/butadiene/styrene graft copolymers (ABS), polymethyl methacrylate, polycarbonates, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyester, polysulfones or polyethersulfones can be processed.
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