DE19703492A1 - Verteiler für in einem Extruder plastifizierte Kunststoffschmelze für deren Aufteilung auf mehrere Beareitungswerkzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Kunststoffschmelzevertei­ ler, wie er in der Extrusionstechnik eingesetzt wird, um den in einem Extruder erzeugten und aus der Düse desselben ausgepreßten Schmelzestrang in mehrere Stränge aufzuteilen, die dann in hierfür geeigneten Werkzeugen zu Voll-, Hohl- oder Profilsträn­ gen oder -strangstücken weiter verarbeitet werden.

Ein typisches Anwendungsbeispiel für derartige Schmelzverteiler ist die abgekürzt "Extrusionsblasen" genannte Technik, und an diesem Beispiel ist die Erfindung, ohne hierauf beschränkt zu sein, nachfolgend erläutert. In dieser wird der in einem Extruder in den warm-plastischen Zustand gebrachte Kunststoff nach dem Verlassen der Extruderdüse als Vollstrang einem diesen in einen Schlauch umformenden Schlauchkopf zugeführt, der den Vollstrang in einen Hohlstrang umformt, der nach dem Verlassen der Schlauchkopfdüse in Vorformlinge aufgeteilt wird. Diese Vor­ formlinge werden dann nacheinander in eine Blasform eingebracht und nach dem Schließen derselben in der Formkavität zu Hohlkör­ pern gewünschter Gestalt aufgeblasen. In dieser Technik, die auch "Blasen in einer Wärme" genannt wird, gehört es seit länge­ rem zum Stande der Technik, den Ausstoß, insbesondere für nicht zu kompliziert gestaltete und nicht zu große Hohlkörper, dadurch zu erhöhen, daß mit sogenannten Mehrfachformen gearbeitet wird. Darunter versteht man Blasformen, die nebeneinander mehrere Größe und Gestalt der Hohlkörper bestimmende Kavitäten, auch "Formmulden" genannt, aufweisen. Hierzu müssen mehrere Vorform­ linge nebeneinander gleichzeitig zwischen die Teile der geöff­ neten Blasform, meist Blasformhälften, eingefahren werden und das bedeutet, daß der aus der Extruderdüse ausgepreßte warm­ plastische Kunststoffvollstrang auf mehrere, nebeneinander liegende, die Vollstränge in Hohlstränge umformende Schlauchköpfe aufgeteilt werden muß.

Der Anmelderin sind Verteiler bekannt, bei denen die Extruder-Aus­ preßdüse in einen Zuflußkanal mündet, von dem aus der Kunst­ stoffstrang in mehrere, in einer Ebene auseinanderlaufende Kanäle aufgeteilt wird (sog. Fächerform), ferner Verteiler, bei denen der sich an die Extruderdüse anschließende Zuführkanal in einen zu diesem quer verlaufenden Kanal mündet, von dem aus wiederum die einzelnen Schlauchkopfspeisekanäle abzweigen (sog. Rechenform).

Es ist eine bekannte Tatsache, daß in der Extrusionstechnik das Ziel, ein Extrudat für die folgenden Prozeßschritte zur Ver­ fügung zu stellen, das möglichst homogen aufbereitet ist, nur unvollkommen erreicht wird. Erfahrungsgemäß stellt sich meist im extrudierten Strang ein inhomogenes Temperaturprofil ein, das, bedingt durch den Extruderaufbau mit Schnecke und rohrförmigem Extrudermantel, sich rotationssymmetrisch aufbaut. Die Folge ist, daß bei der Aufteilung des aus dem Extruder kommenden Vollstranges in bekannten Verteilern sowohl bei der Fächer- als auch bei der Rechenform die im Strang vorhandenen konzentrisch verlaufenden Inhomogenitäten mehr oder minder in verschiedene Zweigkanäle geleitet werden. Meist ist in dem den Extruder ver­ lassenden Strang die äußere Schicht kälter als die inneren Schichten, so daß dann auch die im Verteiler außen liegenden Kanäle ganz oder jedenfalls mehr mit kaltem Material versorgt werden und entsprechend die inneren Kanäle ganz oder mehr mit wärmerem Material. Dadurch daß so die Strangbearbeitungswerkzeu­ ge, z. B. zu einer Blasmaschine gehörenden Schlauchköpfe,mit unterschiedlichem Material versorgt werden und damit in den Köpfen auch Vorformlinge unterschiedlichen Temperaturprofils entstehen und diese danach in der Blasform verarbeitet werden, werden schließlich auch in jeweils einer Blasform Hohlkörper mit unterschiedlichen Eigenschaften produziert, was als nachteilig empfunden werden muß.

Um diesen Nachteil zu vermeiden oder mindestens zu reduzieren, behilft man sich mit getrennten Heizzonen und Temperaturprogrammen für jede einzelne Formkavität, was sowohl steuerungs- als auch verfahrenstechnisch einen erheblichen Aufwand bedingt sowie störanfällig und teuer ist.

Der erfindungsgemäße Verteiler umgeht dieses Problem, indem bei seiner Verwendung zwar die sich im Extruder aufbauende Inhomoge­ nität des Materials nicht beseitigt wird, aber alle Zweigkanäle des Verteilers Material mit gleichem Temperaturprofil abführen und damit den Bearbeitungswerkzeugen, in der Extrusionsblastech­ nik z. B. Schlauchköpfen zuleiten, so daß auch Extrudate bzw. aus diesen gefestigte Produkte, z. B. geblasene Hohlkörper, mit glei­ chen Eigenschaften entstehen.

Damit betrifft die Erfindung einen im Anspruch 1 definierten Verteiler. Die Unteransprüche richten sich auf besondere Ge­ staltungen und in den Rahmen der Erfindung gehörende Abwand­ lungen.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem, keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebenden Ausführungsbeispiel mit Abwandlungen dargestellt und an Hand desselben nachfolgend insbesondere am Beispiel der Anwendung in der Extrusionsblastechnik beschrieben. Es stellen in jeweils stark verkleinertem Maßstab dar:

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines Verteilers nach der Erfindung mit vier Verteilerkanälen,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Gegenstand nach den Fig. 1 und 2

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verteilers mit vier Verteilerkanälen in der Vorderansicht,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Gegenstandes nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Aufsicht auf den Gegenstand der Fig. 4 und 5,

Fig. 7 eine weiter schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Verteilers mit fünf Verteilerkanälen,

Fig. 8 eine Aufsicht auf den Gegenstand der Fig. 7.

In Fig. 1 ist mit 1 der sich an eine nur durch einen Pfeil 2 dargestellte Extruderauspreßdüse anschließende Zuführkanal be­ zeichnet, der den im nicht dargestellten Extruder erzeugten Kunststoffvollstrang aufnimmt. Dieser Zuführungskanal 1 geht in einen Stutzen 3 über, in den die Verteilerkanäle 4a bis 4d mit ihren Mündungen 5a bis 5d eingesetzt sind.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, liegen die Mittelpunkte der Mittel­ achsen M der z. B. rohrförmigen Verteilerkanäle 4a bis 4d dort, wo sie die Wand des Stutzens 3 schneiden, auf einem Kreis 6, d. h. die Mittelpunkte der Mündungen 5 der Verteilerkanäle 4 im Stutzen 3 liegen auf dem Kreis 6. Dadurch wird erreicht, daß alle Verteilerkanäle sowohl äußere als auch innere Schichten des in den Einführkanal 1 bzw. Stutzen 3 einfließenden Materials erfassen, so daß jeder durch die Kanäle 4a bis 4d fließende Vollstrang gleich zusammengesetzt ist.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Beispiel endet jeder Verteilerkanal in einem Einlaufstutzen 7 für einen nicht im einzelnen, sondern nur durch einen Pfeil 8 dargestellten Schlauchkopf, in dem der durch den Stutzen 7 zugeführte Voll­ strang in einen schlauchförmigen Hohlstrang umgeformt wird.

Da in aller Regel die Formnester oder Kavitäten einer Blasform in einer Vertikalebene liegen, in der auch die schlauchförmigen Vorformlinge bei geöffneter Blasform zwischen die Blasformteile, meist Blasformhälften, eingebracht werden, liegen auch die Schlauchkopfdüsen und damit die Schlauchköpfe in einer Ebene und deshalb werden normalerweise die Verteilerrohre 4a bis 4d so geführt, daß ihre Mittellinien M' bzw. die ihrer Endstutzen 7 in einer Vertikalebene M'' enden, wie dies die Fig. 2 und 3 veran­ schaulichen.

Es ist zweckmäßig, die Verteilerkanäle so anzuordnen, daß bei gerader Zahl derselben sie jeweils paarweise gleiche Längen haben, also z. B. bei vier Kanälen 4a bis 4d jeweils zwei von ihnen gleiche Längen aufweisen. Bei dem Beispiel der Fig. 1 bis 3 würden demnach die Außenkanäle 4a und 4d bzw. die Innenkanäle 4b und 4c gleiche Längen aufweisen. Dadurch werden gleiche Fließwege erzeugt, denn nur bei gleichen Fließwegen baut sich ein gleicher Fließwiderstand auf. Um bei ungleichen Längen der Verteilerkanäle möglichst gleiche Fließwiderstände zu erreichen, werden in die kürzeren Kanäle Drosseln eingebaut und wenn sie jeweils gleich lang sind, können in die kürzeren gleich langen Kanäle natürlich auch gleiche Drosseln eingebaut werden.

Um sog. Totzonen zu vermeiden, d. h. Stellen im Stutzen 3, in denen sich das zufließende Material staut und erst nach einer gewissen, u. U. längeren Verweilzeit in die Kanäle abfließt, kann in Erweiterung der Erfindung der Stutzen 3 statt in bekannter halbkugelförmiger oder kegelstumpfförmiger Ausbildung eine Geometrie aufweisen, die, wie dargestellt, aus einem Außen­ körper 9 und aus einem zu diesem koaxial liegenden Innenkörper 10 besteht. Bei den dargestellten Beispielen ist der Außenkörper 9 ein Kegelstumpf und der Innenkörper 10 ein Kegel mit einer der Fließrichtung entgegengerichteten Spitze. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das einfließende Extrudat durch die Innenwan­ dung des Außenkörpers 9 nach innen und durch die Außenwandung des Innenkörpers 10 nach außen in Richtung auf die Außenkörper­ wandung gedrängt wird, wodurch das Extrudat im Zentrum in den nächsten Verteilerkanal verdrängt wird und damit Staustellen vermieden werden. Dies wird insbesondere dann optimal erreicht, wenn die Mündungen 5 der Verteilerkanäle 4 sowohl im Außenkör­ perbereich als auch im Innenkörperbereich liegen, z. B. so, daß ihre Mittelpunkte auf der dem Außenkörper 9 und Innenkörper 10 gemeinsamen Kante liegen, also diese Kante mit dem Kreis 6 zusammenfällt. Ein kegelförmiger Innenkörper 10 ist eine ein­ fache Ausführungsform, aber dieser Innenkörper kann z. B. auch ein Kugelsegment oder ein im Vertikalschnitt ovaler oder el­ lipsenförmiger Körper sein, d. h. jeder Körper, der das Material im Zusammenwirken mit dem Außenkörper in die Verteilerkanäle verdrängt.

Um ungleiche Fließwege gänzlich zu vermeiden und damit die Notwendigkeit der Anbringung von Drosseln in kürzeren Vertei­ lerkanälen, kann bei z. B. vier Verteilerrohren eine Ausfüh­ rungsform nach den Fig. 4 bis 6 eingesetzt werden. Bei dieser verlaufen die von den Mündungen 11a bis 11d ausgehenden Kanäle 12a bis 12d zunächst in einer gewissen Länge geradlinig und parallel zueinander, um dann in einem jeweils abgeknickten, d. h. im Winkel zur Mittelachse M verlaufenden Stück 13a bis 13d in die gleiche Mittelebene M'' zu divergieren, die mit der Ebene der Einlässe der Schlauchköpfe übereinstimmt. Dabei können, wie dargestellt, um gleiche Abstände ihrer schlauchkopfseitigen Enden zu erzielen, die Kanalstücke 13a und 13d nach außen und die Kanalabschnitte 13b und 13c nach innen in Richtung auf den Stutzen 3 abgewinkelt sein. Die aus den Stücken 12a und 13a bzw. 12b und 13b . . . zusammengesetzten Kanäle haben dann jeweils gleiche Fließlänge und damit auch gleichen Fließwiderstand.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 bis 6 kann dadurch er­ weitert werden, daß von einem oder mehreren oberen Kanalab­ schnitten 12 mehr als ein unterer, in den Schlauchkopfeinlaß mündender Kanalabschnitt abzweigt, wenn auch in diesem Fall die Längen zugehöriger Abschnitte zusammen so lang sind, wie die Abschnitte 12 und 13.

Fig. 7 schließlich veranschaulicht weiter schematisiert eine Ausführungsform der Erfindung, bei der fünf Verteilerkanäle 14a bis 14e mit ihren Mündungen 15a bis 15e in den Stutzen 3 einge­ setzt sind, deren Endstücke 16a bis 16e in die Vertikal­ ebene M" und die Horizontalebene E geführt sind.

Für alle Fälle, in denen der von einem Extruder erzeugte Schmel­ zestrang in mehrere Teilstränge aufteilt werden soll, z. B. um mit einem extrudierten Strang gleichzeitig mehrere unter sich gleiche oder unterschiedliche Extrusionsprofile erzeugt werden sollen, z. B. Stangen, Rohre, Profile, können Verteiler der grundsätzlich vorbeschriebenen Art eingesetzt werden.

Claims (10)

1. Verteiler für in einem Extruder plastifizierte Kunststoff­ schmelze, die nach dem Auspressen aus der Extruderdüse in mehre­ re einzeln Bearbeitungswerkzeugen zugeführte Stränge aufgeteilt wird, in denen diese in schlauchförmige Hohlstränge umgeformt werden, bestehend aus einem das aus der Extruderdüse ausgepreßte Kunststoffmaterial aufnehmenden Zuführkanal (1) und einem sich an diesen anschließenden Stutzen (3), in den Verteilerkanäle münden, deren Zahl der der Bearbeitungswerkzeuge entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der Mündungen (5, 11, 15) der Verteilerkanäle (4, 12, 14) im Stutzen (3) auf einem Kreis (6) liegen.

2. Verteiler nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich an den Führungskanal (1) anschließende Stutzen (3) aus einem das einfließende Material nach innen verdrängenden Außenkörper (9) und einem das einflie­ ßende Material nach außen verdrängenden, koaxial zum Außenkörper (9) liegenden Innenkörper (10) zusammengesetzt ist.

3. Verteiler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkörper (9) ein sich in Fließrichtung des Materials verjüngender Kegelstumpf ist.

4. Verteiler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkörper (10) ein Kegel mit einer entgegen der Fließrichtung des Materials gerichteten Kegelspitze oder ein Kugelsegment mit einem entgegen der Ein­ fließrichtung gerichteten Scheitelpunkt ist.

5. Verteiler nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsöffnungen (5, 11, 15) der Verteilerkanäle (4, 12, 14) teilweise in der Fläche des Außenkör­ pers (9) und teilweise auf der des Innenkörpers (10) liegen.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der Mündungsöff­ nungen (5, 11, 15) der Verteilerkanäle (4, 12, 14) auf der dem Außenkörper (9) und dem Innenkörper (10) gemeinsamen Kreiskante liegen.

7. Verteiler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die schlauchkopfseitigen Enden der Verteilerkanäle (4) in der Vertikalebene (M'') der Schlauchkopf­ einlässe und in einer Horizontalebene (E) derart enden, daß die außen liegenden Verteilerkanäle (4a, 4d) und die innen liegenden Verteilerkanäle (4b, 4c) paarweise gleiche Längen aufweisen.

8. Verteiler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerkanäle (12), vom Stut­ zen (3) ausgehend, zunächst parallel oder annähernd parallel nebeneinander verlaufen und in ihren Endbereichen in in Rich­ tung auf die gemeinsame Ebene (M'') verlaufenden abgewinkelten Kanalstücken derart enden, daß alle zusammengehörenden Kanal­ abschnitte (12a, 13a; 12b, 13b; . . .) gleiche Längen aufweisen.

9. Verteiler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalstücke (13a, 13d) nach außen und die Kanalstücke (13b, 13c) in Richtung des Stutzens (3) abgewinkelt sind.

10. Verteiler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Anwendung in einer Extrusionsblasma­ schine für die Herstellung von geblasenen Kunststoffhohlkörpern, in der die in einem Extruder plastifizierte Kunststoffschmelze nach dem Auspressen aus der Extruderdüse in mehrere einzeln Schlauchköpfen zugeführte Vollstränge aufgeteilt wird, die nach dem Verlassen der Schlauchkopfdüsen, in Vorformlinge geteilt, gleichzeitig in mehrere Kavitäten einer Blasform eingebracht und in diesen zu Hohlkörpern aufgeblasen werden.