DE2450662A1

DE2450662A1 - Spritzform

Info

Publication number: DE2450662A1
Application number: DE19742450662
Authority: DE
Inventors: John W Anderson; John J Barney; James J Flanagan; Vernon Krupa
Original assignee: Leesona Corp
Current assignee: Leesona Corp
Priority date: 1973-10-24
Filing date: 1974-10-24
Publication date: 1975-05-07
Also published as: US3884611A; CA1037215A; GB1441514A

Description

Spritzform

Die Erfindung betrifft eine Spritzform, insbesondere eine Schlitzspritzform, zum Extrudieren von thermoplastischen Folien, Filmen, Bahnen, Streifen und dgl.

Spritzformen dieser Art sind bekannt, und sie weisen im allgemeinen einen Einlaß für das zu extrudierende Material in die Spritzformanordnung selbst, einen Verteilerbereich zum Verteilen des thermoplastischen Materials innerhalb der Spritzform und einen oder mehrere Auslaßschiltze auf, durch welche die Form des thermoplastischen Materials bei seinem Austritt aus der Spritzform festgelegt wird. Bei diesen Spritzformkonstruktionen muß im allgemeinen der Druckabfall über die Spritzform hinweg ausgeglichen werden, um zu gewährleisten, daß über alle vorgesehenen Stellen hinweg jeweils eine gleich große Menge des thermoplastischen Materials zugeführt wird.

Zum Ausgleichen des Druckabfalls und mithin des aus den Spritzformlippen austretenden Materials ist es üblich, einen Schlitz mit über seine Breite hinweg variierenden Abmessungen vorzusehen und auf diese Weise die ungleichmäßige Druckverteilung im Ver-

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teiler zu kompensieren. Diese Spritzformkonstruktion wird im allgemeinen als "Kleiderbügel"-Spritzform bezeichnet, und sie befindet sich wegen ihrer Einfachheit und der davon herrührenden niedrigen Kosten verbreitet im Gebrauch. Derartige "Kleiderbügel "-Spritzformen ("coat hanger" dies) besitzen jedoch notwendigerweise feste Abmessungen, so daß sie sich nur für einen sehr begrenzten Bereich von thermoplastischen Materialien eignen, und zwar im wesentlichen in Abhängigkeit von den Fließfähigkeits- und Viskositatsbereichen dieser Materialien sowie von den Extrudierbedingungen. Derartige Spritzformkonstruktionen vermögen daher nicht das Erfordernis für große Änderungen der Pließeigenschaften zu erfüllen, wie sie bei einem weiten Bereich von Polymeren erforderlich sind und welche tatsächlich Änderungen der jeweiligen festen Abmessungen der Spritzformen nötig machen.

Eine andere übliche Möglichkeit zur Überwindung der genannten Verteilungsmängel besteht in der Verwendung einer Spritzform mit einer einstellbaren Wehr- oder Stauleistenkons'eruption. Bei diesen Vorrichtungen wird ein einstellbarer Ventilmechanismus in Form einer verstellbaren Leiste dazu benutzt, einen Differentialdruckabfall über die Breite der Spritzform hinweg hervorzurufen. Obgleich für verschiedene Anwendungszwecke geeignet, besitzt diese Drossel- oder Stauleistenkonstruktion verschiedene schwerwiegende Einschränkungen und Nachteile. Zunächst muß dabei die Breite der einen Teil des Strömungskanals für das thermoplastische Material bildenden Drossel- oder Stauleiste notwendigerweise auf ein Maß von z.B. etwa 25 - 50 mm verschmälert werden, da die Verwendung einer breiteren Leiste zwangsläufig zu einer außerordentlich schweren und somit teueren Konstruktion der Spritzform und der Einstellvorrichtungen zum Biegen der Leiste in der Strömungsbahn des Polymeren, um den Druckabfall und die resultierende Strömung über die Leiste auszugleichen, führen würde. Da die Leiste mithin über eine geringe Länge im Strömungskanal, d.h. in Strömungsrichtung des Polymeren, wirksam sein muß, muß ihre Eindringtiefe in dieses Material proportional größer sein, als es in vielen Fällen wünschenswert ist. Dieses Eindringen der Leiste in das zu extrudierende Material muß dabei abrupt erfolgen, so daß vorstehende oder unterhöhlte Abschnitte gebildet

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werden, in denen das Polymere hängenbleiben und sich thermisch zersetzen kann. Außerdem erfordern derartige Vorrichtungen infolge der erforderlichen engen Toleranzen zwischen der Leiste und den benachbarten Abschnitten der Spritzform kostspielige meFchinelle Bearbeitungen, um die Gesamtleckage an Polymerem zwischen diesen Teilen zu verhindern oder zumindest zu verringern.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Spritzformkonstruktion zu schaffen, bei welcher ein einstückiger Abschnitt eines Spritzformsegments in einem einen Strömungsverteilerpfad bildenden Teil derart verformbar ist, daß das Querschnittsmaß dieses Strömungspfads variiert werden kann und dieser Abschnitt somit als Steuerung für den Polymerstrom an dieser Stelle dient.

Im Zuge dieser Aufgabe bezweckt die Erfindung auch die Schaffung einer Spritzformkonstruktion mit einem Körperteil, der im Bereich des Stegs bzw. der Vorquetschflache in einem vergleichsweise großen Maß zur Länge dieses Bereichs verformbar ist, so daß sich kleine Dimensionsänderungen über eine größere Länge der Strömungsbahn auswirken, als dies bisher möglich war, wodurch die erforderliche Druckverteilung ohne die genannten Nachteile der bekannten Vorrichtungen erreicht wird.

Bei dieser Spritzform soll also eine Verstellbarkeit der Abmessungen des Polymerströmungspfads unter Vermeidung etwaiger abrupter Maßänderungen dieses Strömungspfads ■ gewährleistet werden, wie sie bei den bekannten Vorrichtungen auftreten und welche in unerwünschter Weise potentielle Stellen für Spritzformverschleiß, Leckage und für einen zu einer Zersetzung des Polymeren führenden Polymerstau darstellen.

Die genannte Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Spritzformkonstruktion gelöst,bei welcher ein Teil des Spritzformkörpers selbst einstellbar verformbar ist, um Querschnittsform und -maß des Kanals für das zu extrudierende Material zu ändern, wodurch eine vorteilhafte Einrichtung geschaffen wird, mit deren Hilfe der Druckabfall und mithin der resultierende Polymerstrom in der V/eise über den Auslaßabschnitt der Spritz-

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form hinweg verteilt werden kann, daß die vorher genannten unerwünschten Eigenschaften der bekannten Vorrichtungen vermieden werden.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisierten und vereinfachten Schnitt durch die beiden Hälften einer Spritzform, bei welcher der flexible bzw. verstellbare Körperabschnitt gemäß der Erfindung vorgesehen ist,

Fig. 2 eine Teilaufsicht auf eine Spritzform mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. J5 einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2 und

Fig. 4 und 5 in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilschnittansichten der Einstelleinrichtung zur Verkleinerung des Querschnittsmaßes des Polymerströmungspfads sowie der verstellbaren Einrichtung zur Vergrößerung dieses Strömungspfads, c

Fig. 1 veranschaulicht in schematischer Schnittdarstellung zwei Spritzformhälften einer erfindungsgemäßen Spritzform. Obgleich in den Figuren und in der Beschreibung zwei einander gegenüberliegende Spritzformabschnitte offenbart sind, ist die Erfindung selbstverständlich gleichermaßen auf eine Anzahl von Spritzformsegmenten oder aber auf ein einziges Spritzformelement anwendbar, sofern dies zweckmäßig erscheint. Außerdem sind auch die Ausdrücke "thermoplastisches Material", "Polymer" und "Extrudat", die in der folgenden Beschreibung benutzt werden, untereinander austauschbar.

In Fig. 1 ist eine Spritzform 10 mit einem oberen und einem unteren Spritzfonnteil 12 bzw. 14 dargestellt.Diese Spritzform-

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teile oder -hälften 12 und 14 sind so ausgebildet, daß sie zwischen sich einen vergleichsweise flachen Kunststoff-Strömungskanal 16 mit einem Verteiler 18, der mit einem Vorrat für thermoplastisches Material z.B. von einem nicht dargestellten Spritzkopf verbunden ist, einem Vorquetschbereich (pre-land area) 20, einem sekundären Verteiler- oder Zufuhrbereich 22 und einer Austrittsöffnung bzw. einem Austrittsschlitz 24 festlegen, über den das thermoplastische Extrudat in seiner endgültigen Form, z.B. als Folie, Film, Bahn o.dgl. austritt. Eine Reihe von auf Abstand stehenden Maschinenschrauben 26 dient zur Halterung der Spritzformhälften 12 und 14 in ihrer dargestellten Zusammenbaulage.

Das spezielle Merkmal der Erfindung besteht in einem Spritzformsegment 28, welches teilweise die Grenzfläche des Vorquetschabschnitts des Kanals 16 bildet. Dieses Segment 28 ist ein vergleichsweise dünnwandiger Abschnitt, der sich im wesentlichen über die Gesamtbreite der Spritzform, d.h. über die Gesamtbreite des Strömungskanals 16 erstreckt. Infolge seiner vergleichsweise geringen Dicke kann das Segment 28 in den Vorquetschabschnitt hinein und aus ihm heraus verformt werden, um dessen Querschnittsfläche zu verkleinern oder zu vergrößern, und dieses Segment dient somit als Mittel, mit dessen Hilfe der ^Materialstrom durch den Kanal so verteilt werden kann, daß eine wirksame Steuerung oder Regelung des aus dem Schlitz 24 ausströmenden Polymerextrudats gewährleistet wird. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Segment 28 vorzugsweise durch einen unter ihm verlaufenden Durchgang J50 gebildet, so daß Materialeinheitlichkeit und mithin ein glatter, ununterbrochener Strömungspfad für das zu extrudierende Polymere gewährleistet wird.

Mit Hilfe einer in Fig. 1 dargestellten Einstelleinrichtung kann die Querschnittsfläche über dem Vorquetschbereich 20 verringert werden. Dabei ist eine Schraube J54 mit einem Druck- oder Schub-• element 36, das an der Unterseite des Segments 28 praktisch in seiner Mitte anliegt, derart in den Spritzformteil 14 eingeschraubt, daß das Segment 28 beim Hineindreen der Schraube }4 in Aufwärtsrichtung verformt bzw. ausgelenkt wird, wobei es

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den Querschnitt des Vorquetschbereichs 20 teilweise verringert und somit die Strömung des Extrudats durch diesen Bereich drosselt. Es ist zu beachten, daß die Einstelleinrichtung J>2 anstelle des Schubglieds auch ein Zugglied aufweisen kann, mit dessen Hilfe das Segment 28 auch nach unten ausgelenkt werden kann. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Auslenkung oder Verformung des Segments 28 über eine vergleichsweise große Fläche der Spritzform hinweg erfolgt, d.h., daß die relativen Maßänderungen über den größten Teil des Vorquetschbereichs oder sogar über praktisch seine gesamte Länge hinweg erfolgen. Infolgedessen wirken sich kleine Querschnittsänderungen über eine verhältnismäßig große Strecke in Strömungsoder Längsrichtung der Spritzform aus, wodurch die Wirksamkeit dieser Maßänderungen in Form eines kumulativen Druckabfalls über diesen Bereich verstärkt werden. Dies ermöglicht eine wirksamere Steuerung oder Regelung im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen, etwa den Stauleistenkonstruktionen, die notwendigerweise nur über einen kleinen Teil der Vorquetschflache hinweg wirksam sind und daher wesentlich größere Dimensionsänderungi.n zulassen müssen, um den gleichen Druckabfall zu erreichen. Zu erwähnen· ist, daß durch das erfindungsgemäße Steuerungsmerkmal in Form eines verformbaren Abschnitts des Spritzformkörpers selbst auch die Notwendigkeit für ein getrenntes, in die Strömung hineinragendes Element entfällt, so daß mögliche Stellen wegfallen, an denen sich das Polymeie anstauen und zersetzen oder zusätzlich aus der Spritzform herauslecken kann. Außerdem wird durch. die Verformung eines materialeinheitlichen Abschnitts der Spritzform selbst eine allmählichere Maß- oder Querschnittsänderung im Vorquetschbereich gewährleistet, als dies bei den bisher verwendeten Vorrichtungen möglich war.

Ersichtlicherweise ermöglicht somit die erfindungsgemäße Spritzformkonstruktion eine wirksame und neuartige Strömungsregelung oder -steuerung, die unter Vermeidung der Nachteile des Stands der Technik verhältnismäßig kostensparend realisiert und einfach aufrechterhalten werden kann. Da die Dimensionsänderungen bzw. die Steuerung in Strömungsrichtung des Materials über eine größere Länge des Strömungskanals hinweg wirksam sind (ist),

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können Spritzformen mit bestimmten Gesamtabmessungen wirksam für Materialien mit einem weiteren Bereich von Fließeigenschaften eingesetzt werden. Aus diesem Grund kann eine erfindungsgemäß ausgebildete Spritzform mit bestimmten Gesamtabmessungen für die Verarbeitung eines weiteren Bereichs von Polymeren eingesetzt werden, als dies anderenfalls möglich wäre. Außerdem wird dabei eine wirksame Steuerung oder Regelung ohne die Möglichkeit für eine Leckage oder Zersetzung des Polymeren gewährleistet.

In den Fig. 2 bis 5 ist eine bevorzugte Ausführungsfdrm der Erfindung in Einzelheiten veranschaulicht. In Fig. 2 ist dabei ein Abschnitt einer Spritzform 40 in Aufsicht dargestellt.Die Spritzform 40 besteht aus Spritzformhälften oder -teilen 42 und 44, die durch eine Reihe von Schrauben 46 aneinander befestigt sind. Die untere Spritzformhälfte 44 ist dabei durch eine Spritzformplatte 48 unterstützt. Die Spritzformhälften 42 und 44 sind so ausgebildet,daß sie einen Polymer-Strömungskanal 50 festlegen, durch den ein thermoplastisches Material in seiner durch die Form der Formlippen 52 und 5^ bestimmten, endgültigen Konfiguration extrudiert wird. .

• ·

Die obere Formlippe 5^ ist verstellbar, so daß sich das Endmaß des extrudierten Materials variieren läßt. Zu diesem Zweck ist die Lippe 54 an den restlichen Abschnitten der oberen Spritzformhälfte 42 durch einen materialeinheitlich damit ausgebildeten Steg 56 mit verringerter Dicke gehaltert, welcher unter Bildung eines erweiterten Kanals bzw. einer Nut 58 in der oberen Spritzformhälfte ausgebildet ist. Die Nut 58 wird weiterhin zum Teil durch einen Tragblock 60 begrenzt, der mit einer Reihe von Bohrungen 62 versehen ist, in welche Einsfellschrauben 63 mit unteren Gewindeteilen 65 eingesetzt sind. Die Gewindeteile 65 der Einstellschrauben 63 sind in einen Einstellblock 64 eingeschraubt, wobei jede Einstellschraube außerdem an einem oberen Abschnitt 66 der Lippe 54 angreift. Eine solche Konstruktion wird herkömmlicherweise zur Steuerung des genauen Endmaßes des extrudierten Produkts benutzt, und sie ist z.B. unter der Handelsbezeichnung FLEXLIP von der Firma Johnson Division of Leesona Corporation,. Chippewa Falls, Wise., USA, Im Handel erhältlich. .,. , · . . . .

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Der am besten aus Pig. j5 ersichtliche Strömungskanal 50 weist «inen Verteilerabschnitt 68, einen Vorquetschabschnitt oder -kanal 70, einen sekundären Verteilerabschnitt 72 und einen Austrittsschlitz 74 auf. Die untere Spritzformhälfte 44 ist mit einer Ausnehmung J6 versehen, die ein vergleichsweise dünnes Vorquetschsegment 78 festlegt, das verformbar ist und auf diese Weise eine regelbare Änderung der Querschnittsfläche oder -form des Vorquetschabschnitts 70 des Strömungskanals 50 ermöglicht. Ein Teil des Segments 78 ist mit einem nach unten abstehenden, sich über seine Länge erstreckenden Anguß 80 versehen. Die untere Spritzformhälfte 44 ist weiterhin mit einer Stützplatte 48 versehen, die ihrerseits eine Reihe von Bohrungen 82 zur Aufnahme von noch näher zu erläuternden Einstellmitteln 84 aufweist. Außerdem ist die Stützplatte 48 vorderhalb bzw. stromab der Bohrungen 82 mit einer Reihe von Bohrungen 86 versehen, die mit entsprechenden Gewinde bohrungen in der unteren Spritzformhälfte 88 in Verbindung stehen. Eine Reihe von Schrauben 90 dient zur Halterung der unteren Spritzformhälfte 44 und der Stützplatte 48 in der dargestellten Anordnung sowie, dazu, . die Lippe 52 in fester Lage zu halten und am Austritt^chlitz 74 eine konstante öffnungsfläche aufrechtzuerhalten, wenn der Querschnitt des Vorquetschabschnitts 70 geändert wird.

Die Einstellmittel zur Steuerung der Querschnittsänderung des Vorquetschabschnitts oder -kanals 70 des Strömungskanals 50 bestehen aus einer Reihe von getrennten Einstellelementen 92 und 94, die einander abwechselnd über praktisch die Gesamtbreite der Spritzform hinweg angeordnet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann somit das Vorquetschsegment 78 der Spritzformhälfte 44 an jeweils Jeder zweiten Stelle der Einstellelemente aufwärts gegen die obere Spritzformhälfte 42 verformt werden. Auf ähnliche Weise können die Einstellelemente 92 dazu benutzt werden, das verformbare Seg=? ment 78 in Jeweils jeder zweiten Position der Einstellelemente über die Gesamtbreite der Spritzform hinweg von der oberen Spritzformhälfte 42 wegzuziehen. Die gewünschte Strömungseinstellung erfolgt normalerweise durch Verstellen aller oder der «rfordeöLchen Einstellelemente, etwa der Zugelemente 92, oder durch Verstellen aller oder der erforderlichen Druck-Einstellelemente 94. Es kann sich jedoch auch als erforderlich

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erweisen, sowohl die Druck- als auch die Zugelemente einzustellen, so daß eine leicht wellige Konfiguration des Vorquetschabschnitts hervorgebracht wird.

Es ist darauf hinzuweisen, daß bei der bevorzugten abwechselnden Betätigung der Einstellelemente nicht unbedingt jeweils ein Druck- und ein Zugelement einander abwechselnd eingestellt zu werden braucht, sondern auch jeweils abwechsT.nd zwei Druckelemente und ein Zugelement eingestellt oder auch noch andere Wechsel- oder Reihenanordnungen getroffen werden können, wie dies im Hinblick auf die gewünschte Gesamtquerschnittsform des Vorquetschkanals erforderlich ist. Ebenso ist es möglich, in bestimmten Anlagen nur Einstellelemente der einen Art. oder auch nur ein einziges Einstellelement des einen oder des anderen Typs zu verwenden.

In Fig. 4 ist eine Einrichtung zur Durchführung der Zugeinstellung in Einzelheiten veranschaulicht. Dabei ist im Anguß 8O eine Bohrung 96 mit Innengewinde zur Aufnahme eines Schraubbolzens 98 vorgesehen, der seinerseits durch eine gewindelose Bohrung 100 in der Stützplatte 43 hindurchgeführt ist. Ersichtlicherweise wird bei Drehung des Schraubbolzens entgegen dem Uhrzeigersinn über die Gewindeverbindung eine abwärts gerichtete Kraft auf den Anguß 80 ausgeübt, so daß auch das Vorquetschsegment 78 nach unten gedrückt wird.

Die Schub- oder Druckeinstelleinrichtung 94 gemäß Fig. 5 umfaßt einen Schraubbolzen Io2, der in eine Bohrung Io4 in der Stützplatte 48 eingeschraubt ist. Das Vorderende des Schraubbolzens Io2 ist mit einem stumpfen Druckelement I06 versehen, das seinerseits in eine Bohrung I08 im Anguß 80 eingreift. Bei einer Drehung im Uhrzeigersinn wird der Schraubbolzen Io2 somit ersichtlicherweise an den Anguß 80 angedrückt, so daß er das Vorquetschsegment 78 verformt und dabei den Kanal 70 verengt bzw. seine Querschnittsfläche verkleinert.

Die Betätigung der Druck- oder Zug-Einstellelemente 92 bzw. 94 kann eine entsprechende Nachstellung der Schrauben 90

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erforderlich machen, um entweder einen einwandfreien Kontakt und eine einwandfreie Ausrichtung zwischen der unteren Spritzformhälfte 44 und ihrer Stützplatte 48 zu gewährleisten oder aber eine geringfügige Nachgiebigkeit zu ermöglichen und dadurch die an der Grenzfläche zwischen diesen Teilen entstehenden Spannungen aufzuheben. In der Stützplatte 48 ist dabei eine Nut 110 ausgebildet, die eine Äbwärtsverlagerung des Angusses 80 vor seiner Berührung mit der Stützplatte ermöglicht.

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Claims

Patentansprüche

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1· Spritzform, insbesondere Schiitzspritzform, zum Extrudieren von thermoplastischen Materialien, dadurch gekenn- _: z e i'· c h η e t, daß sie mehrere Spritzformteile (42, 44) aufweist, die zwischen sich einen vergleichsweise engen bzw. flachen Kunststoff-Strömungskanal (50, 70) festlegen, daß der eine Spritzformteil (44) ein· materialeinheitlich mit ihm ausgebildetes, neben dem Strömungskanal gelegenes und diesen teilweise.begrenzendes Segment (78) aufweist, das zur Änderung der Querschnittsform des Strömungskanals verformbar ist, und daß Einrichtungen (92, 94) zur Verformung * des Segments vorgesehen sind. ,
2. Spritzform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Segment (78) praktisch über die Gesamtbreite des Strömungskanals hinweg verformbar ist.
3. Spritzform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (92, 94) zur Verformung des Segments (78) jeweils mehrere getrennte Einstellelemente (98, Io4) aufweisen, mit deren Hilfe zugeordnete Abschnitte des Segments entweder zur Verkleinerung der Querschnittsfläche des Strömungskanals auf diesen zu oder zur Vergrößerung seiner Querschnittsfläche von ihm hinweg verlagerbar sind.
4. Spritzform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Einstellelemente (98, Io4) einander abwechselnd über praktisch die Gesamtbreite des Strömungskanals hinweg angeordnet sind. . ·.:.*.

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