DE3815297C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Strangprofilen aus thermoplastischem Kunststoff, welcher erhitzt durch eine Formdüse vorgege­ benen Querschnitts bewegt wird.

Die Herstellung exakt formgenauer Strangprofile aus thermoplastischem Kunststoff bereitet erhebliche Schwie­ rigkeiten wenn diese Profile im Querschnitt Abschnitte ungleichmäßiger Dimensionen haben oder von stärkerem Quer­ schnitt sind. Diese Schwierigkeiten beruhen darauf, daß die extrudierten Stränge beim Abkühlen einer Schwindung unter­ worfen sind und die Abkühlung von Profilen mit stärkerem Querschnitt sehr langsam von statten geht.

Diese Profile werden fast ausschließlich durch Extrusion aus dem Spritzkopf eines Extruders hergestellt, wobei der Kunststoff durch den im Inneren des Extruders und seines Spritzkopfes herrschenden Druck ausgepreßt wird. Da diese Profile beim Austritt aus dem Spritzkopf des Extruders sich zumindest über den größten Teil ihres Querschnittes noch in einem fließfähigen Zustand befinden, ist die Fort­ leitung des erzeugten Profiles kritisch, weil die erzeugten Profile beim Verlassen des Spritzkopfes nur eine sehr ge­ ringe Formbeständigkeit aufweisen. Ein Abzug mit Abzugswal­ zen, wie er bei Textilgarnen, der Drahtherstellung und an­ deren Herstellungen von Strangprodukten bekannt ist, ist bei der Herstellung von Kunststoffprofilen nur in den sel­ tensten Fällen möglich, nämlich nur dort, wo unmittelbar an den Spritzkopf eine Kühlanlage angebaut ist.

So ist durch die US-PS 38 25 641 eine Extrusionsvorrich­ tung für das Strangpressen eines Mehrkammerprofils be­ kannt geworden, bei dem unmittelbar hinter dem Spritzkopf mehrere Duschen angeordnet sind, welche die äußeren Ober­ flächen des Mehrkammerprofils möglichst rasch abkühlen, damit die sonst auftretenden Verformungen gering bleiben. Im Spritzkopf selbst sind für jede Kammer des Profils je eine weitere Zuführung für Kühlmittel angeordnet, welche die Innenwandungen des Mehrkammerprofils abkühlen sollen. Hinter diesen Kühlvorrichtungen ist dann eine Abzugsvor­ richtung, deren Rollen außen an den Profilwänden angreifen, angeordnet. Die Herstellung des hier benötigten Spritzkopfes mit den Kühlmittelzuführungen in die Hohlkammern ist sehr aufwendig und daher teuer. Schließlich muß aber auch das den Hohlkammern zugeführte Kühlmittel wieder entfernt werden, was weiteren Aufwand bedeutet. Die Herstellung gebogener Profile ist hier nur mit Einlagen in die Hohlkammer möglich, deren Einbringen und Wiederherausbringen sehr arbeitsaufwendig ist.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Technik, insbesondere Fehler in der Maßhaltig­ keit durch Schwindungen, die schlechte Abzugsfähigkeit durch Abzugsrollen, die kritische Abkühlung von Strang­ profilen größeren Querschnitts und andere Fehler mehr.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, exakt maßhaltige Strang­ profile herzustellen, die sich bereits beim Verlassen der Austrittsdüse durch eine hohe Stabilität und nur äußerst geringe Schwindungen auszeichnen.

Die Erfindung besteht darin, daß man bei der Herstellung eines Produktstranges von mehreren vorgefertigten unter die Temperatur plastischer Verformbarkeit abgekühlten Strängen engeren Querschnitts ausgeht, daß man die Ober­ flächen der Stänge bis an oder über die Erweichungs- bzw. Schmelztemperatur erhitzt und die Stränge dann in einer solchen Anzahl durch die Formdüse führt, daß sie deren Querschnitt ausfüllen und dabei miteinander an ihren Oberflächen verschmelzen.

Die erfindungsgemäße Methode zur Herstellung von Strang­ profilen führt auf diese Weise zu hochgenauen Profilen mit sehr geringer Schwindung, die im Augenblick des Aus­ trittes aus der Formdüse bereits eine hohe innere Festig­ keit, vor allem Zugfestigkeit, aufweisen. Diese Eigenschaf­ ten sind darauf zurückzuführen, daß der Formdüse mehrere Stränge zugeführt werden, die im Inneren kalt und nur an der Oberfläche bis zur Erweichungs- bzw. Schmelztemperatur erhitzt sind und deren Festigkeit, insbesondere Zugfestigkeit, durch den kalten Kern der Stränge gewährleistet ist. Die an der Oberfläche erweichten bzw. geschmolzenen Stränge ver­ einigen sich in der Formdüse monolithisch, weil die Ober­ flächen der in der Formdüse eng nebeneinander liegenden Stränge miteinander verschmelzen. Die auf diese Weise her­ gestellten Profilstränge können mit Abzugswalzen abgezogen werden, weil sie die hierzu notwendige innere Festigkeit selbst in der Formdüse aufweisen, gegeben durch die kalten Kerne der Stränge. Die auf diese Weise hergestellten Strang­ profile kühlen sehr schnell ab, weil die Wärme aus den auf­ geschmolzenen Teilen nicht bis an den Rand durch das Wärme schlecht leitende Kunststoffmaterial hindurchwandern muß, sondern in die kalten Kerne hineinwandern kann. Die Her­ stellungsanlagen können daher raumgünstiger gebaut werden, weil sie sehr viel kürzer als herkömmliche Anlagen gebaut werden können. Sie können auch mit erheblich höherer Pro­ duktionsgeschwindigkeit arbeiten, weil die Kühlung der Strang­ profile viel einfacher zu bewerkstelligen ist.

Für die Herstellung, insbesondere bei Inbetriebnahme einer Anlage ist es zweckmäßig, wenn man Kunststoffschmelze den Strängen vor dem Einführen in die Formdüse zuführt. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß aus der Formdüse ein lunkerfreier Strang austritt. Gleichzeitig wird erreicht, daß bei Inbetriebnahme nicht Medium für die Erhitzung der einzelnen Stränge benutztes Heizmedium durch kanalförmige Lücken zwischen den in der Formdüse befindlichen Strängen nach außen entweichen kann. Aber auch im laufenden Betrieb kann die Zuführung von Kunststoffschmelze zur Vermeidung von Lunkerbildungen zwischen den Strängen von Vorteil sein.

Insbesondere für den Inbetriebnahmeprozeß ist es zweckmäßig, wenn man eine im Querschnitt während des Produktionsprozesses verengbare Düse verwendet und die Verengung nach dem Inbetrieb­ setzen vornimmt. Man muß ja den Produktionsprozeß dadurch be­ ginnen, daß man bei Inbetriebnahme der Anlage zuerst unange­ schmolzene oder noch nicht genügend angeschlossene Stränge in die Formdüse einführt, dann die für den Produktionsprozeß erforderliche Abzugsgeschwindigkeit einstellt und die Erwärmung der Oberflächen der einzelnen Stränge anschließend bis auf die üblichen Produktionsparameter bringt. Hierbei nimmt man dann gleichzeitig die Verengung der Düse auf die Produktionsquer­ schnitte vor.

Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens ist es, daß man für die Herstellung eines Produktstranges mehrere übereinanderlie­ gende Stränge aus unterschiedlichen Kunststoffen verwenden kann. So kann man auf diese Weise geometrisch hochgenau Kunst­ stoffstränge aus Material anderer Eigenschaften, insbesondere höhere Zugfestigkeit in das Strangprofil einführen und er­ hält auf diese Weise armierte Strangprofile, die sich durch besondere Festigkeitseigenschaften aufzeichnen.

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn man für die Herstellung eines Produktstranges mehrere Stränge aus Kunststoffen unterschied­ licher Zugfestigkeit und Druckfestigkeit verwendet, von denen die Stränge höherer Zugfestigkeit eine unglatte, vorzugsweise gerauhte oder geriffelte Oberfläche aufweisen.

Ein anderer besonderer Vorteil des Verfahrens der vorliegen­ den Erfindung ist es, daß man für die Herstellung eines Produktionsstranges mehrere Stränge mit einem Hohlprofil verwendet. Auf diese Weise gelingt es, Profile herzustellen, die her­ kömmlicherweise nur mit größten Schwierigkeiten und langen Sonderbauformen von Spritzköpfen herstellbar sind.

Vorteilhaft kann es sein, wenn man den in der Formdüse be­ findlichen Strang durch Kalibrier- und/oder Abzugswalzen abzieht.

Vorteilhaft ist es, wenn man die Querschnittsform der Stränge sechseckig oder rechteckig oder kreuzförmig und/oder quadratisch oder rund wählt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung dieser Strang­ profile zeichnet sich daraus aus, daß vor der Formdüse als Er­ hitzungsvorrichtung eine Erhitzungsvorrichtung, insbesondere ein Kanal, für ein heißes fließfähiges Medium, vorzugsweise heiße Luft, als Wärmeübertrager angeord­ net ist. In diesem Kanal werden die Stränge an ihrer Oberfläche soweit erhitzt, daß sie die Erweichungstemperatur bzw. Schmelz­ temperatur erreichen. Wenn es sich um eine Vielzahl von Strän­ gen handelt, wird das Medium durch das Vorbeiströmen an die­ sen Strängen so gewirbelt, daß auch die - in Fließrichtung des Mediums gesehen - rückseitigen Teile der Stränge ausrei­ chend erhitzt werden. Ist dieses, z. B. bei dickeren Strängen, nicht der Fall, muß man entweder die Fließrichtung des Me­ diums immer wieder wechseln oder man muß mehrere Kanäle un­ terschiedlicher Fließrichtung hintereinander anordnen. In die­ sen Kanal münden mehrere Zuführkanäle für vorgefertigte Strän­ ge, die auf die Formdüse gerichtet sind.

Für die Inbetriebsetzung, aber in manchen Fällen auch für den laufenden Betrieb ist es vorteilhaft, wenn in den Erhitzungs­ kanal vor die Formdüse Kanäle für die Zuführung von Kunststoff­ schmelze geführt sind, um jegliche Lunkerbildung in dem her­ zustellenden Strangprofil zu vermeiden.

Vorteilhaft ist es weiter, wenn hinter der Formdüse Kalibrier- und Abzugswalzen angeordnet sind. Diese dienen einem einwand­ freien Abzug eines hochgenau hergestellten Produktes.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn vor den Zuführkanälen für vorgefertigte Stränge eine Kühlvorrichtung für ein Kühlme­ dium und vor diesem eine Produktionsanlage für die Stränge, vorzugsweise ein Extruder, angeordnet ist. Auf diese Weise lassen sich ohne jegliche Produktionsunterbrechung Stränge endlos herstellen.

Insbesondere für den Prozeß der Inbetriebnahme ist es vor­ teilhaft, wenn die Formdüse mehrteilig aufgebaut ist und die einzelnen Teile gegeneinander derart verschiebbar sind, daß der Düsenquerschnitt während der Produktion verkleinert werden kann.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung, weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind nachstehend an­ hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus­ führungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch in die Formdüse einlaufende Stränge runden Querschnitts,

Fig. 3 einen Querschnitt durch in die Formdüse einlaufende Stränge sechseckigen Querschnitts,

Fig. 4 einen Querschnitt durch in die Formdüse einlaufende Stränge kreuzförmigen, quadratischen und rechteckigen Querschnitts,

Fig. 5 einen Querschnitt durch in die Formdüse einlaufende Stränge kreisringförmigen Querschnitts,

Fig. 6 einen Querschnitt durch in die Formdüse einlaufende Stränge plattenförmigen und streifenförmigen Quer­ schnitts,

Fig. 7 einen Querschnitt durch in die Formdüse einlaufende Stränge aus gewellten und ebenen Platten.

In den Trichter 1 des Extruders 2 mit dem Antrieb 3 wird Kunststoffgranulat eingefüllt, welches im Spritzkopf 4 zu einer Vielzahl von Strängen 5 ausgeformt wird. Diese Stränge 5 durchlaufen die Kühlvorrichtung 6, in welcher sie durch ein Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, abgekühlt werden, wel­ ches durch ein Kälteaggregat 8 in seiner Kühlwirkung ständig regeneriert wird. Bis in ihre Kernbereiche abgekühlte Stränge 5 verlassen die Kühlvorrichtung 6 und treten in eine Er­ hitzungsvorrichtung 9 ein, die von einem heißen Medium, vor­ zugsweise Luft, durchflossen ist. Diese der Erhitzung dienen­ de Luft wird in dem Erhitzer 10 ständig aufgeheizt. Die Strän­ ge 5 durchwandern diese Erhitzungsvorrichtung 9 so schnell, daß nur die Oberfläche der Stränge 5 bis zur Erweichungstem­ peratur bzw. bis zur Schmelztemperatur erhitzt wird, während die Stränge 5 in ihrem Kern durch die schlechte Wärmeleitung des Kunststoffmaterials, aus dem sie hergestellt sind, kalt bleiben. Unmittelbar an die Erhitzungsvorrichtung 9 schließt sich die Formdüse 11 an, in der die Stränge 5 zu einem einzi­ gen Produktstrang 12 zusammengeführt werden. In diese Form­ düse 11 münden auch rohrförmige Zuführkanäle 13 für Kunststoffschmelze, welche in dem Extruder 14 aufgeschmolzen ist. Abzugswalzen 15 dienen dem Abzug des fertig gestellten Produktstranges 12, welcher sich durch hohe innere Festig­ keit und hohe Formgenauigkeit auszeichnet. Sind diese Abzugs­ walzen 15 weit ab von der Formdüse 11 angeordnet, dienen sie lediglich dem Abzug, sind sie unmittelbar hinter der Form­ düse 11 angeordnet, können sie auch als Kalibrierwalzen dienen.

Zwischen dem Kälteaggregat 8 und dem Erhitzer 10 kann eine Wärmepumpe 16 angeordnet sein, welche bei der Kälteerzeugung für das Kälteaggregat 8 freigesetzte Wärme dem Erhitzer 10 zuführt.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind es im Querschnitt kreis­ runde Stränge 5, die der Formdüse zugeführt werden, im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind es im Querschnitt sechseckige, im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind es im Querschnitt quadratische Stränge 5A, rechteckige Stränge 5B und kreuzförmige Stränge 5C, die der Formdüse zugeführt werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind es runde Hohlprofile, die der Formdüse zugeführt werden. Werden gemäß Fig. 6 plattenförmige Stränge 5D und quadratische Stränge 5A der Formdüse zugeführt, so erhöht man ein strangförmiges Produkt, welches sandwichartig aufgebaut im Inneren Hohlräume ent­ hält. Eine andere Möglichkeit ist in Fig. 7 gezeigt, wo plattenförmige Stränge 5D mit gewellten Profilen 5E zu einem sandwichartigen Produkt mit Hohlräumen verarbeitet werden.

Zweckmäßig ist es, wenn sowohl das Kühlmedium als auch das Heizmedium jeweils für sich in einem Ringkanal umlaufen. Daher ist die Kühlvorrichtung 6 durch Kanäle 7 mit dem Kälteaggregat 8 derart verbunden, daß das Kühlmedium, das in dem Kälteaggregat 8 stark gekühlt ist, durch den rechten Kanal 7 in die Kühlvorrichtung 6 einläuft und auf der linken Seite wieder in einen Kanal 7 eintritt, nachdem es in der Kühlvorrichtung 6 Wärme aufgenommen hat. Durch diesen linken Kanal wird das erwärmte Kühlmittel wieder dem Kühlaggregat 8 zugeführt, wo das Kühlmedium wieder auf tiefe Temperaturen heruntergekühlt wird.

Das Kühlmedium läuft somit ständig in einem Ringkanal um, der durch die beiden Kanäle 7, die Kühlvorrichtung 6 und das Kälteaggregat 8 gebildet ist.

Ähnlich ist das bei der Erhitzungsvorrichtung 9. Diese ist über zwei Kanäle 7 mit dem Erhitzer 10 verbunden. Das Heizmedium, in dem Erhitzen 10 aufheizt, läuft im Kreise durch den rechten Kanal 7 in die Erhitzungsvor­ richtung 9 und aus dieser durch den linken Kanal 7 wieder zurück in den Erhitzer 10.

Liste der Bezugszeichen

1 Trichter
2 Extruder
3 Antrieb
4 Spritzkopf
5 Strang
6 Kühlvorrichtung
7 Kanal
8 Kälteaggregat
9 Erhitzungsvorrichtung
10 Erhitzer
11 Formdüse
12 Produktstrang
13 Zuführkanal
14 Extruder
15 Kalibrier und/oder Abzugswalze
16 Wärmepumpe

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung von Strangprofilen aus ther­ moplastischem Kunststoff, welcher erhitzt durch eine Formdüse vorgegebenen Querschnitts bewegt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß man bei der Herstellung eines Produktstranges von mehreren vorgefertigten unter die Temperatur plastischer Verformbarkeit abgekühlten Strängen engeren Querschnitts ausgeht,
daß man die Oberflächen der Stränge bis an oder über die Erweichungs- bzw. Schmelztemperatur erhitzt und die Stränge dann in einer solchen Anzahl durch die Formdüse führt, daß sie deren Querschnitt ausfüllen und dabei miteinander an ihren Oberflächen verschmelzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Kunststoffschmelze den Strängen vor dem Einführen in die Düse zuführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine im Querschnitt während des Produktionspro­ zesses verengbare Düse verwendet und die Verengung nach dem Inbetriebsetzen vornimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Herstellung eines Produktstranges mehrere übereinanderliegende Stränge aus unterschiedlichen Kunst­ stoffen verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Herstellung eines Produktstranges mehrere Stränge aus Kunststoffen unterschiedlicher Zugfestigkeit und Druckfestigkeit verwendet, von denen die Stränge höherer Zugfestigkeit eine unglatte, vorzugsweise gerauhte oder gerillte Oberfläche aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Herstellung des Produktstranges mehrere Stränge mit einem Hohlprofil verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den in der Formdüse befindlichen Strang durch Kalibrier- und/oder Abzugswalzen abzieht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Querschnittsform der Stränge

• - sechseckig
• - rechteckig
• - kreuzförmig und/oder quadratisch
• - rund

wählt.

9. Vorrichtung zur Herstellung von Strangprofilen aus thermo­ plastischem Kunststoff mit einer Vorrichtung zur Erhitzung des Kunststoffes und einer Formdüse für die Formung des Produktstranges, dadurch gekennzeichnet,
daß vor der Formdüse (11) als Erhitzungvorrichtung eine Erhitzungsvorrichtung (9) für ein heißes, fließfähiges Me­ dium als Wärmeübertrager angeordnet ist, und
daß in diese Erhitzungsvorrichtung (9) mehrere Zuführkanäle (13) für vorgefertigte Stränge (5) münden, die auf die Formdüse (11) gerichtet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die Erhitzungsvorrichtung (9) vor die Form­ düse (11) Zuführkanäle (13) für Kunststoff­ schmelze geführt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Formdüse (11) Kalibrier- und Abzugswal­ zen (15) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Zuführkanälen für vorgefertigte Stränge (5) eine Kühlvorrichtung für ein Kühlmedium und vor diesem eine Produktionsanlage (1-4) für die Stränge (5) angeord­ net ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Formdüse (11) mindestens mehrteilig aufgebaut ist und die einzelnen Teile gegeneinander derart ver­ schiebbar sind, daß der Düsenquerschnitt während der Produktion verkleinert werden kann.