DE9003537U1

DE9003537U1 - Düsenwerkzeug zum Formen zähflüssiger Massen

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Publication number: DE9003537U1
Application number: DE9003537U
Authority: DE
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Priority date: 1989-04-01
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1990-06-07
Anticipated expiration: 2000-03-28

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Düsenwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des A&*-9**feÄnsf>ruchs 1.. Ein derartiges Düsenwerkzeug ist aus der DE-GebrMS 1 927 405 bekannt.

.Q Zuci Herstellen von Blasfolien, Rohren und dergleichen

aus zähflüssigen Massen, insbesondere von plastifiziertem Kunststoff sxtruiic::, nind üüsenwerk7euge '^uch "Blasköpfe" &zgr;) oder "I inolcn^uöpfe") gebräuchlich, die an ihrem axialen Ende einen Riogspalt aufweisen, du:^h welchen die Masse

«c hindurchtritt und dabei zu einer tilase geformt wird. Die Blase wird nach ihrem Austritt durch einen Küiilring so weit abgekühlt, daß das bis dahin zähflüssige Material erstarrt. Tie Schwierigkeit liegt darin, das Material mit möglichst gleicher Viskosität, gleicher Temperatur

_-, und gleicher Scherungsbeanspruchung im Ringspalt zu verteilen, um die Wandstärkentoleranzen des Endproduktes in engen Grenzen zu halten.

Bei einer bekannten Bauart solcher Düsenwerkzeuge (DE- -c GebrMS 1 927 405) ist innerhalb eines hohlzylindrischen \) Gehäuses ein Dorn angeordnet, der mit einem axialen Endflansch ("Dornkopf") mit dem oberen axialen Ende des Werkzeuggehäuses verschraubt ist. Am unteren axialen Werkzeugende erstreckt sich zwischen Dornende und Werkzeuggehäuse der Ringspalt. Die Zufuhr der zähflüssigen Masse erfolgt durch einen radialen Einlaßkanal im Bereich des oberen axialen Gehäuseendes, welcher in einen am Dornmantel ausgebildeten Verteilerkanal mündet. Der Verteilerkanal weist zunächst ^wei. von dem Einlaßkanal gespeiste Äste auf, die sich jeweils über den viertelten Dornumfang kit; trecken und sich anschließend in axialer Richtung mehrfach suk-

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zessiv verzweigen. Die Enden dieser Baumstruktur münden am unteren Werkzeugende in den Ringspalt. Von Vorteil ^n diesem axialen Verteilerkanal ist zunächst, daß jeder in den P.ingspalt einmündende Tsi"-:trom dieselbe Länge aufweist. Allerdings führt dar Druckverlust längs des Verteilerkanals von beispielsweise 300 bar, der durch eine entsprechende Pumpleistung der Extrudatpumpe aufge-

,₀ bracht werden muß, zu einer in axialer Richtung fortschreitenden Temperaturerhöhung der Masse entsprechend der Pumpleistungsumsetzung von beispielsweise 12-15 ⁰C. Da wegen der axialen Erstreckung des Verteilerkanals die Kanalwandtemperaturen über die gesamte Verteilerkanal-

_1C- länge gleich bleiben, ergibt sich ein axial zunehmendes Temperaturgefälle zwischen der schmelzflüssigen Masse und den Verteilerkanalwänden. Die Folge solcher lokal verschiedener Temperaturdifferenzen sind entsprechend unterschiedliche Gleitverhältnisse der schmelzflüssigen

_- Masse an den Verteilerkanalwänden, was wiederum zu unter-ZO

schiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten der Masse innerhalb der Äste des Verteilerkanals und letztlich zu Dickenschwankungen im Endprodukt fünrt. Des weiteren ist die Überlappung der einzelnen Teilströme innerhalb dss Ring-&ldquor;,. spaltes unzureichend, was zu sichtbaren Nahtstelle.&igr; (Streifen) zwischen den aus den einzelnen Teilströmen hervorgegangenen Wanüsegmenten des Endproduktes führt. Die Verwendung eines an sich bekannten Wendelverteilers im Anschluß an den Verteilerkanal würde zwar die Über-

_ lappung verbessern, doch würde damit gleichzeitig die 30

axiale Baulänge des Doms beträchtlich vergrößert, wodurch dessen Steifigkeit als Voraussetzung für eine gleichförmige Spaltweite des Ringspaltes beeinträchtigt wäre.

Din Aufgabe dor Lrfindung besteht demgegenüber dar· > , b'Ji einem Düsenwerkzeug der eingangs erwähnten Art eine möglichst genaue Anpassung der Massetemperatur an die Wandtemperatur des Verteilerkanals zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des o^ns&rgr;r&ugr;chs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des

Uüsenwerkzeugs nach der Erfindung ergeben sich aus den f Unteransprüchen.

^5 Die Erfindung beruht auf der Überlegung, den Verteilerkanal in einer radialen und nicht in einer axialen Werkzeugebene anzuordnen, was zwei Vorteile hat. Zum einen läßt sich ein radialer Verteilerkanal leicht mit einem axialen Wendelverteiler kombinieren, da die Dornlänge 2Q nur von der Länge des Wendelverteilers bestimmt wird

und damit ausreichend kurz und steif bemessen werden kann. Durch die Nachschaltung eines Drallkanals erhält man eine befriedigende Überlappung der Masseteilströme des Verteilerkanals, womit Streifen im Endprodukt vermieden &ldquor;&kgr; werden. Zum anderen unterliegt ein in radialer Ebene \ verlaufender Verteilerkanal mit seiner Kanalwand dem

T' "iperaturgefalle des Werkzsugmaterials von innen nach außen. Da die schmelzflüssige Masse infolge der erwähnten Umsetzung der Pumpleistung in Wärme bei ihrem &ldquor;₀ Weg von radial außen nach radial innen zunehmend erwähnt wird, weist die Masse auf ihrem Weg durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Verteilerkanal praktisch an allen Stellen dieselbe Temperatur auf wie die Kanalwand. Diese selbständige Temperaturanpassung gewährleistet gleicherbleibende Gleit- bzw. Friktionsverhältnisse und damit ob

eine gleichbleibende und gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit der Masse im Verteilerkanal, wodurch Dickenschwankunyen im Endprodukt wesentlich verringert werden.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Länqsschnitt durch eine erste AusführungsjQ form eines erfindungsgemäßen Düsenwerkzeugs;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Verteilerkanal des ( Düsenwerkzeugs nach Fig. 1 längs der Schnitt

linie II - II;

Fig. 3 einen Detailschnitt ähnlich wie in Fig. 1 für

eine etwas abgewandelte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Düsenwerkzeugs,

Fig. 3a eine Draufsicht auf den Übergangsbereich zwischen dem Verteilerkanal und einem Sammelkanal des Düsenwerkzeugs nach Fig. 3, und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Düsenwerkzeugs mit

v. mehrschichtigem Aufbau.

Das in Figur 1 veranschaulichte Düsenwerkzeug zum Herstellen von Folienblasen. Rohren und dergleichen aus einem zäh-

QQ flüssigen Material wie z. B. plastifiziertem Kunststoff (PVC, Polyäthylen u. dgl.) weist ein hohlzylindrisches Werkzeuggehäuse 10 auf, das an seinem oberen axialen Ende einen flanschförmigen Ansatz 10a aufweist. In die zylindrische Bohrung 10b des Werkzeuggehäuses 10 ist ein

og zylindrischer Dorn 20 eingesetzt, der an seinem oberen

axialen Ende mit einem Dornkopf 21 versehen ist. Der DornkopL liegt auf dom flanschförmigen Ansatz 10a des /" r k zeuggehäuses 10 bündig auf und ist mittels mehrerer, gleichmäßig über den Kopfumfang verteilter Bolzen 13 mit dem Ansatz 10a verschraubt. Der Durchmesser des Doms 20 ist etwas kleiner gewählt als der Durchmesser der Bohrung 10b, um zwischen der noch näher zu erläuternden Außenfläche des Doms 20 und der glatten, zylindrischen Innenfläche

^Q der Bohrung 10b ringförmige und schraubenförmige Überströmspalte (im Bereich von Stegen eines rotationssymmetrischen Sammelkanals 22 bzw. von Drallkanälen 23 {') eines Wendelverteilers) sowie einen - sich bis zum unteren axialen Ende erstreckenden - Ringspalt 30 zu bilden. Über

je den am unteren Ende des Ringspalts 30 vorhandenen, engen Düsenspalt 31 tritt die zu einem Schlauch oder einem Rohr geformte, zähflüssige Masse aus und wird anschließend wie nicht gezeigt ist - mittels eines Kühlluftringes oder einer anderen Kühlvorrichtung zur Erstarrung gebracht.

2Q Bei der Herstellung von Kunststoffolien beträgt die Breite des Ringspaltes 30 etwa 3mm, während der Düsenspalt 31 nur etwa 0,8mm breit ist. Der Einlaß für die zähflüssige Masse befindet sich im Bereich des oberen axialen Endes des Werkzeugs und wird durch einen radialen Einlaßkanal

ok 11 gebildet, welcher sich in dem flanschförmigen Ansatz - 10a des Werkzeuggehäuses 10 erstreckt. Der Einlaßkanal 11 weist einen radial verlaufenden Abschnitt 11a auf, der sich über eine 90°-Verwinkelung 11b in einen axial verlaufenden Endabschnitt lic bis zu einem Verteilerkanal

OQ 12 fortsetzt.

Der Verteilerkanal 12 verläuft erfindungsgemäß ausschließlich in einer radialen Werkzeugebene und ist im dargestellten Beispielfall nach Figuren 1 und 3 in der Berührungsfläche oc zwischen dem Dornkopf 21 und dem flanschförmigen Ansatz 10a

des Werkzeug gehäuses 10 ausgebildet,, dr ^ &eegr; rt , daß dir: mit Kreisquerschnitt vnrnehenen Kanalabschnitte &Iacgr;&pgr;-; Vertei l·¹'·- kanals 12 mit jeweils dem halben Querschnitt in der Oberfläche des Düsenkopfes 21 bzw. des Ansatzes 10a eingsarueitet sind, wie die Schnittdarstellung nach Fig. 2 zeigt. Der noch zu beschreibende Verlauf des Verteilerkanals 12 bezweckt, rJ9n Massestrom in eine Vielzahl gleich-

.Q langer Teilströme aufzuteilen, die in gleichmäßiger Verteilung am Umfang des Doms 10 münden. Dies ist notwandig, um trotz der Einleitung der Masse nur an einer einzigen &Lgr; "punktförmigen" Stelle am Umfang das Werkzeugs die Masse gleichmäßig auf den Ringspalt 30 zu verteilen, was wiederum

.p. Voraussetzung für eine gleichförmige Dicke des erzeugten Kunststoffschlauches bzw. -rohrs ist.

Die Aufteilung in einzelne Teilströme erfolgt innerhalb des Verteilerkanals 12 sukzessiv, wobei die Querschnitte

&ldquor;_ der einzelnen Kanalabschnitte sich entsprechend der Zunahme der Teilstrcffle verringern. Im einzelnen weist der Verteilerkanal 12 zunächst zwei Teilkanäle 12a, 12b auf, die sich über jeweils einen Umfangsabschnitt von 45° erstrecken und an ihrem gemeinsamen Ursprung von dem ax_xal verlaufenden Endabschnitt lic des Einlaßkanals 11 ge- J speist werden. Wegen des 90°-Übergangs von dem axialen Endabschnitt lic in die radialen Teilkanäle 12a, 12b sind die Strömungsverhältnisse für eine exakte Halbierung des Massestroms auf die beiden Teilkanäle 12a, 12b günstiger

&ldquor;₀ als oei einer Massezufuhr ohne Abwinkelung 12b und Endabschnitt lic. Die Enden der Teilkanäle 12a, 12b liegen sich somit diametral gegenüber und verzweigen sich in jeweils zwei Teilkanäle 12al, 12a2 bzw. 12bl, 12b2, die radial weiter innen liegen als die Teilkanäle 12a, 12o

_QC- und in entgegengesetzte Richtungen verlaufen. Diese Ver-

zweiyung wiederholt sich, wobei aus dem Teilkanal 12al die Teilkanäle 12ala und 12alb entspringen, aus dem Teilkanal 12a2 die Teilkanäle 12a2a und 12a2b, aus dem Teilkanal 12bl die Teilkanäle 12bla und 12blb sowie aus dem Teilkanal 12b2 die Teilkanäle 12b2a und 12b2b.

Wie man aus den in Fig. 3 etwa maßstäblich gezeichneten !O Querschnitten der dort dargestellten Teilkanäle 12a, 12a2 und 12a2a ersehen kann, nehmen die Querschnitte mit sukzessiv steigender Aufteilung der Teilströme ab, damit

/" bei gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit der Druck

in den Teilkanälen abnimmt. Ein abnehmender Druck in den ^g Teilströmen bedeutet gleichzeitig eine entsprechend steigende Temperatur der Teilströme, was sich daraus erklärt, daß die Leistung der vor dem Einlaßkanal 11 angeordneten, nicht gezeigten Pumpe in Wärmeenergie umgesetzt wird. Der erwähnte Temperaturanstieg der Teilströme von radial außen nach radial innen korrespondiert mit einem gleichgerichteten Temperaturverlauf der Verteilerkanalwand, der daraus resultiert, daß das Material des Werkzeugs infolge der Abkühlung ein Temperaturgefälle von innen nach außen aufweist. Dieses Temperaturgefälle läßt sich 2g durch eine geregelte Heizung der Außenwand des Werkzeugs

V einstellen. Bei richtiger Bemessung der Werkzeugabmessungen, Teilkanaldurchmesser und Pumpleistung läßt sich eine weitgehende Anpassung des Massetemperaturverlaufs an den Temperaturverlauf der Kanalwand erreichen.

Die für den Bereich der Einmündung des Einlaßkanals 11 in die beiden ersten Teilkanäle 12a, 12b vorgesehene Umlenkung des radialen Massestroms in einen axialen Masse-

strorri kann - wie nicht gezeigt ist auch an allen oder -ir- /umindb.'jt an einigen weiteren Verzwoiyungsstellen des Verteilorkannls 12 vorgesehen wer dc; &eegr;, um eine möglichst

gleichmäßige Mengenverteilung der Masse auf den Dornumfang zu erzielen.

Wir. aus rign. 3 und 3a ersichtlich ist, gehsn die iu^ae der Teilkanäle 12ala bis 12b2b über fischs&hw3nzartige Umlenküer^iche 12c in einen rotationssymmetrischen , ringförmigen Sammelkanal 22 am Dornumfang bzw. Dornmantel IQ über An den Sammelkanal 22 schließt sich ein axi.i.er Wendelverteiler an, der aus mehreren, der Anzahl der Teilkanäle 12ala bis 12b2b bjv. Teilströfse entsprechenden

&zgr; Drallkanälen 23 besteht, welche am Dornmantel wendelförmig ausgebildet sind.Dabei wird der ringförmige Sammel-Ig kanal 22 zu den Drallkanälen 23 hin durch einen Stegabschnitt 22a des Dornmantels begrenzt. Der Stegabschnitt 22a hat zu der Innenfläche der Gehäusebohrung 10b beispielweise einen radialen Abstand von 1.5 mm, wobei der betreffende Spalt für eine Vergleichmäßigung der Teilströme bei ihrem Eintritt in die Drallkanäle 23 sorgt.

Die Stege 23a zwischen den einzelnen Drallkanälen 23 weisen zur Innenfläche der Gehäuse 10b beispielsweise einen radialen Abstand von 0,5 mm bis 1,0 mm auf, wobei die zwischen Stegen 23a und Bohrungsfläche vorhandenen Spalte dazu dienen, daß Material aus den Drallkanälen überströmt und

&khgr; somit die Überlappung der Teilströme verbessert wird.

Der Wendelverteiler (Drallkanälß 23) erstreckt sich im Falle der Fign. 1 und 3 über ein Drittel bzw. über die

go Hälfte der axialen Länge des Doms 20 und geht in den Ringspalt 30 über, der im Falle von Fig. 3 zur Dornachse hin gekröpft ist, um eine Anpassung einer Standard-Werkzeuggröße an verschiedene Düsenspalt-Durchmesser zu erzielen. Hierzu weisen das Werkzeuggehäuse IU jnd der

^c- Dorn 20 im unter &pgr; &pgr; Bereich schraubbore Einsatzstücke

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bzw. 201 auf.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich gegenüber Fig. 1 durch einen mehrschichtigen Aufba·.· des Doms in einen eigentlichen (inneren> Dorn 21) und zwei konzentrisch zum Dorn 20 angeordneten Darnftülsen AO, 50. Eine solche mehrschichtige Bauweise dient dazu, u. sogenannte Verbyndfolien aus entsprechend meiwrrfren Folienschichten herzustellen. Die einzelnen Folienschichten können aus unterschiedlichen M&.«rial.?en bestaf-an. Di«* Dornhülsen ■&diams;0- 50 weisen j jweils ein--« dem Dornkopf 21 entsprechenden radialen Flans :h Al bzw., 51 auf, i~ welchen ein der jeweiligen Dorrshülse 40, 5G zu^^~T^->eter weiterer Einlaßkanal 42 bzw. 52 in gleicher Weise verläuft wie der Einlaßkanal. 11 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Die weiteren EirAaßkanäle 41, 51 münden in jeweils einen zugeordneten, in einer radialen Werkzeugebene verlaufenden Verteilerkarial 43 bzw. 53, dessen Ausbildung dem Verteilerkanal 12 gemäß Fig. 1 entspricht. Gleiches gilt für die sm Außerimantel jeder Dornhülse 40, 50 ausgebildeten Sammel- und Drallkanäle 44, 45 bzw. 54, 55. Die sich an die Drallkanäle 45 und 55 anschließenden ringförmigen Spalte münden schräg in den Düsenspalt 31 am axialen unteren Ende des Werkzeugs nach Fig. 4, so daß vor dem Düsenspalt 31 sämtliche durch die "Schichten" (Dorn 20. Dornhülsen 40, 50) des Werkzeugs gebildeten, ringförmigen Masseströme vereinigt werden.

Claims

DÜSENWERKZEUG ZUM FORMEN ZÄHFLÜSSIGER MASSEN

(Iah &bgr; Ii L ^nsprüche

1. Düsenwerkzeug zum Formen zähflüssiger Massen, insbesondere von plastifiziertem Kunststoffextrudat, zu Schlauchfolien, Rohren oder dergleichen, mit

- einem hohlzylindrischen Werkzeuggehäuse (10),

in welchem ein zylindrischer Dorn (20) angeordnet ist, und

- einem radialen Einlaßkanal (11) für die zäh-

flüssige Masse, welcher über einen sich mehrfach

und sukzessiv verzweigenden Verteilerkanal (12)

mit- oinom Qi nncnait &iacgr; ID^ 7u-i crhon Uo-n(r-7oiinnohäiico

• ••.»W W * . . W ... ..A...JUWW.&W ^WWf K-H-A_-MWI₁W₁₁ ■ ■«»•-.•.«&ngr;.^-^ — ··— — — —

(10) und Dorn (20) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß sich der Verteilerkanal (12) ausschließlich in einer radialer Werkzeugebene innerhalb eines Wandbereichs erstreckt, der von dem Werkzeuggehäuse (10) und/oder einem das Werkzeuggehäuse (10) radial überdeckenden Dornkopf (21) gebildet ist.
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2. Düsenwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß sich an den radialen Verteilerkanal (12) ein Sammelkanal (22) am Dornumfang anschließt, der über Drallkanäle (23) zu dem Ringspalt (30) führt.

- 2

3. Düsenwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gegenzeichnet, daß zwischen dem Werkzeuggehäuse (10) und dem Dorn (20) eine oder mehrere konzentrische Dornhülsen (40 bzw. 50) angeordnet sind, daß jede

&eegr; u".-&igr; / &lgr; &eegr; . cn\ _4___ ,j&ldquor;_ n_nnnu_nnf /■ O 1 \ &ldquor;&ldquor;*.

UUi llttuiac \ *T \J , u\jj c^ncii ucm ty ir J. 11 iv up &khgr; y c j. ) ciiusprechenden radialen Flansch (41 bzw. 51) aufweist, in welchem ein zugeordneter, weiterer Einlaßkanal (42 bzw. 52) radial verläuft, daß jeder weitere Einlaßkanal (42 bzw. 52) über einen weiteren, ihm zugeordneten Verteilerkanal (43 bzw. 53) mit dem Ringspalt (30) verbunden ist, und daß sich jeder weitere Verteilerkanal (43 bzw. 53) ausschließlich in einer radialer Werkzeugebene innerhalb eines Wandbereichs erstreckt, der von dem oder den Flanschen (41, 51), dem Dornkopf (21) und/oder dem Werkzeuggehäuse (10) gebildet ist.

&Lgr; niicortt.iai^UTaiiri r» &agr; <-> h flnenriirK *5 rlarliiT»r»H nolronri7O^rh.

net, daß jede Dornhülse (40; 50) an ihrem Umfang einen vom zugeordneten radialen Verteilerkanal (43 bzw. 53) gespeisten weiteren Sammelkanal (44 bzw. 54) aufweist, welcher über zugeordnete weitere Drallkanäle (45 bzw. 55) zu dem Ringspalt (30) führt.

5. Düsenwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einlaßkanal (11; 41; 51) an seinem Übergang zu dem zugeordneten Verteilerkanal (12 bzw. 42 bzw. 52) eine Axialverwinkelung aufweist.

6. Düsenwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Verzweigungsstelie eines Verteilerkanals (12; 42; 52) eine Axialverwinkelung vorgesehen ist.

7. Düsenwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Dornkopf (21) und gegebenenfalls die Flansche (41; 51) geregelt heizy t b a r s i &eegr; d .

8. Düsenwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (30) ein trichterförmiges axiales Querschnittsprofil aufweist, wobei sich Spaltbreite zum Austrittsende des Ringspaltes (30) hin verjüngt.