DE2844006A1 - Verfahren und vorrichtung zum extrudieren von kunststoffprofilen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Extrudieren von Kunst-
• stoffprofilen mit einem allseitig von einem Mantel aus ungeschäumten Kunststoff umschlossenen Kern aus aufgeschäumten Kunststoff, bei dem in einem Arbeitsgang das Material für den Mantel in das Extruderwerkzeug eingebracht und gleichzeitig das aufgeschäumte Kernmaterial in den Hohlraum des geformten Mantels eingeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Nach einem derartigen Verfahren hergestellte Kunststoffprofile finden beispielsweise als Stäbe eines Rolladenpanzers Verwendung. Der äußere Mantel ist dabei als Hohlprofil ausgebildet, in dessen Innerem eine oder mehrere Kammern gebildet sind, von denen einige oder alle mit Schaum-Kunststoff ausgefüllt sind. Dabei bestimmt das formbeständige und steife Mantelmaterial die Querschnittsgestalt und gibt dem Profilstab im wesentlichen seine Biege- und Torsionssteifigkeit während der Schaumkern vorwiegend zur Wärmedämmung und/oder Schallisolierung dient. Wenn mehrere Kammern vorgesehen sind, von denen wenigstens eine unausgeschäumt bleibt, kann in diese leeren Kammern zur Erhöhung der Festigkeit ein beispielsweise aus Metall bestehendes Verstärkungsprofil eingeschoben werden.
• Zur Herstellung eines derartigen Kunststoffprofils ist bereits aus der DE-PS 1 154 264 ein Verfahren bekannt, bei dem ein Extruderwerkzeug mit zwei ineinander angeordneten Düsen verwendet wird, um zwei unterschiedliche Kunststoffe zu verarbeiten, von denen der aus der inneren Düse austretende schäumbar ist.
• Der aus der äußeren Düse austretende, von einem Hauptextruder zugeführte Kunststoff formt dabei den Mantel, dessen Hohlraum durch das über die innere Düse von einem Beispritzextruder zugeführte geschäumte Kunststoffmaterial aufgefüllt wird.
• Ein ähnliches Verfahren dieser Art ist in der DE-AS 2 116 940 beschrieben, wobei ein Kunststoffgrundmaterial aus einem einzigen Extruder in zwei Teilströme aufgeteilt wird. Der eine Teilstrom wird als Mantelmaterial unmittelbar in das Extruderwcrkzeug eingeführt, während der andere Teilstrom mit einem Treibmittel versetzt soweit erwärmt wird, daß das Treibmittel verdampft und den Kunststoff beim Durchleiten durch die innere Düse zur Bildung des Schaumkerns aufschäumt.
• Solange diese bekannten Verfahren zur Herstellung von Kunststoffprofilen mit offenen Hohlräumen, also nicht allseitig geschlossenem Mantel verwendet werden, können zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden. Probleme ergeben sich jedoch in der Praxis stets dann, wenn Profilgestaltungen mit im Querschnitt allseitig geschlossenen Hohlräumen ausgeschäumt werden sollen. Dabei zeigt es sich nämlich, daß der Schaumkern der fertiggestellten Profile häufig Fehlstellen, wie große Blasen oder Verdichtungen aufweist, und die Hohlräume unregelmäßig oder unvollständig gefüllt sind. Derartige Fertigungsmängel beeinflussen natürlich in starkem Maße die Wärmedämmungs- und Schallisolierqualität des Profils und sind daher unerwünscht.
• Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit dem homogene, einen geschlossenen Hohlraum gleichmäßig ausfüllende Schaumkerne erzielbar sind, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beim Aufschäumen des Kernmaterials in den Hohlraum des Materiaals eingebrachten Gase über das Extruderwerkzeug abgeführt werden.
• Dem Grundgedanken der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, daß die im Schaumkern entstehenden Imperfektionen dadurch entstehen, daß die zum Aufschäumen des Kernmaterials erforderlichen Lösungsmitteldämpfe nicht vollständig in den Schaumkavitäten aufgenommen sind. Solange dabei der Kunststoffmantel nicht völlig rundum geschlossen ist, spielen diese überschüssigen Dämpfe keine Rolle, da sie zwanglos aus dem offenen Profilabschnitt entweichen können. Bei einem vollständig geschlossenen Profil hingegen, wird das freie Ende des aus dem Werkzeug austretenden Kunststoffprofils gleich zu Beginn des Extrudiervorgangs durch den Schaumkern selbst verschlossen, so daß eine Situation entsteht, bei der das Kernmaterial aus der inneren Düse des Extruderwerkzeugs in einen allseitig geschlossenen Hohlraum eingebracht werden muß. Die dabei gleichzeitig mit dem aufgeschäumten Material selbst in diesen Hohlraum eintretenden Gase können nun nicht entweichen und führen daher zu Imperfektionen bei der Verteilung des Schaummaterials. Da es in der Praxis angestrebt wird, ein besonders niedriges spezifisches Gewicht des Schaumkerns zu erzielen, um das Gewicht herabzusetzen und die Isoliereigenschaften zu verbessern, sind zur Aufschäumung der verwendeten Kunststoffe besonders große Mengen von Lösungs-bzw. Treibmitteln erforderlich. Dadurch entsteht beim Aufschäumen ein großer Uberschuß von gasförmigen Schaumbildnern, die nach dem Stand der Technik gerade die erstrebten leicht geschäumten Kerne verfahrenstechnisch schwierig oder unmöglich erscheinen ließen.
• Gemäß der Erfindung werden nun gerade diese überschüssigen Gase, die nicht bei der Schaumbildung gebunden wurden, über das Extruderwerkzeug selbst abgeführt, so daß der aus der inneren Düse des Extruderwerkzeugs austretende Schaum ungehindert und gleichmäßig den Hohlraum des Mantels ausfüllen kann.
• Bei dieser erfindungsgemäßen Verfahrensführung kann es bevorzugt sein, daß die Gase zwangsweise abgesaugt werden, damit das Schaummaterial beim Austreten aus der Düse ungehindert vom Eigendruck der Gase, bzw. vom Atmosphärendruck den Hohlraum des Mantels ausfüllt.
• Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindumsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Gase mit einem einstellbar vorbestimmbaren Unterdruck abgesaugt werden, damit einerseits dem unterschiedlichen Anfall an überschüssigem Treibmittelgas und andcrerseits den verfahrensmäßigen Besonderheiten des im Einzelfall verwendeten Kunststoffes Rechnung getragen werden kann.
• In der Praxis besonders vorteilhaft erweist sich eine Verfahrensführung, bei der als Mantelmaterial Hart-PVC (Polyvinylchlorid) mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,45 g cm 3 und als Kernmaterial PVC-Schaum mit einem spezifischen Gewicht von kleiner oder etwa gleich 0,6 g cm 3 verwendet werden.
• Eine besonders bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem Extruderwerkzeug, bei dem das zur Bildung des Mantels des Kunststoffprofils von einer Aussenform umgebene Kernstück an einem die Außenform seitlich durchsetzenden Steg gehaltert ist und zur Zuführung des Kernmaterials ein durch den Steg und den Körper des Kernstücks hindurchführender Kanal gebildet ist, der an der in Extrusionsrichtung vorderen Stirnfläche des Kernstücks mündet, ist dadurch gekennzeichnet, daß an der vorderen Stirnfläche des Kernstücks wenigstens eine Entlüftungsöffnung vorgesehen ist, die über wenigstens einen den Körper des Kernstücks und den Steg durchsetzenden Entlüftungskanal nach außen führt.
• Den jeweiligen Verfahrensparametern entsprechend kann dabei vorgesehen sein, daß das äußere Ende des Entlüftungskanals frei in der Umgebungsatmosphäre mündet, oder daß das äußere Ende des Entlüftungskanals mit einer Absaugvorrichtung verbunden ist.
• Diese Absaugvorrichtung ist vorteilhafterweise zur Einstellung des an den Entlüftungsöffnungen wirkenden Unterdrucks steuerbar und/oder regelbar ausgebildet, so daß der Gasdurchsatz den Verhältnissen des Einzelfalls angepasst eingestellt und konstant gehalten werden kann.
• Gemäß einer in der Praxis wegen der besonders guten Gasabführung bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß in der Stirnfläche des Kernstücks um die Mündung des Kanals herum eine Vielzahl von Entlüftungsöffnungen angeordnet sind, die im Körper mit einem gemeinsamen Entlüftungskanal verbunden sind.
• Auf diese Weise kann sichergestellt werden, daß die Gasabführung über den Querschnitt des Kerns hinweg gleichmäßig verläuft. Alternativ hierzu kann auch eine Ausführung vorteilhaft sein, bei der mehrere über jeweils einen Lüftungskanal nach außen geführte Entlüftungsöffnungen vorgesehen sind.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand eines#Ausführungsbei.-spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Extruderwerkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und Fig. 2 eine Stirnansicht des Extruderwerkzeugs in Richtung der Linie I-I der Fig. 1.
• Das in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte, allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehene Extruderwerkzeug weist eine Außenform 2 sowie ein innerhalb dieser Außenform 2 angeordnetes Kernstück 3 auf. Zwischen dem Kernstück 3 und der Innenwand der Aussenform 2 ist dabei ein Mantelspalt 12 gebildet, der die Ouerschnittsgestalt des Mantels 21 des Kunststoffprofils 20 bestimmt.
• Bei dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Mantelspalt 12 als rechteckiger Ringspalt geformt, siehe insbesondere Fig. 2, so daß ein rechteckiges Kastenprofil erzeugt wird.
• Das Kernstück 3 weist einen Körper 4 auf, dessen Oberfläche zusammen mit der Außenform 2 den Mantelspalt bestimmt, sowie einen Steg 5, der sich quer zur Extrusionsrichtung vom Körper 4 weg durch einen Durchbruch 10 der Außenform 2 erstreckt. Dieser Steg 5 dient primär dazu, das Kernstück 3 bezüglich der Außenform 2 auszurichten und zu halten. An der in Extrusionsrichtung vorne liegenden Stirnfläche 9 des Kernstücks 3 ist die Mündung 11 eines Kanals 6 angeordnet, der sich ausgehend von der Mündung durch den Körper 4 und den Steg 5 hindurch erstreckt.
• Wie in der Fig. 1 angedeutet, wird im Betrieb aus einem (nicht dargestellten) Hauptextruder das Material für den Mantel 21 des Kunststoffprofils 20 in Richtung der Pfeile A in den Mantelspalt eingeführt, wo es in entsprechender Weise geformt und als Mantel 21 in Richtung des Pfeiles C (nach rechts in der Zeichnung) abgezogen# wird. Gleichzeitig wird in Richtung des Pfeiles B über dem Kanal 6 des Kernstücks 3 aus einem Beispritz-Extruder (nicht dargestellt) das aufgeschäumte Material zugeführt. Dieses Material tritt durch die Mündung 11 aus und füllt den Hohlraum des Mantels 21 aus, so daß ein den Hohlraum völlig ausfüllender geschäumter Kern 22 des Kunststoffprofils gebildet wird. Wie in der Fig. 1 der Zeichnung schematisch angedeutet ist, tritt dabei das Material aus der Mündung 11 derart aus, daß es sich in einem verhältnismäßig flachen Winkel langsam der Wandung des Hohlraums nähert, diesen also erst nach einer gewissen Strecke vollständig ausfüllt. Die die Mündung 11 seitlich umgebende Stirnfläche 9 des Kernstücks 3 wird dabei nicht oder nur unwesentlich von dem austretenden aufgeschäumten Material bedeckt. Dabei ergibt sich die Erscheinung, wie ebenfalls in der Fig. 1 schematisch angedeutet, daß an den Außenflächen des sich allmählich erweiternden und an die Wände des Hohlraums anlegenden Materialstroms eine Materialverdichtung auftritt, die gewissermaßen eine Haut des Kerns bilden kann.
• Das derart erzeugte Kunststoffprofil 20 mit geschäumten Kern wird nach dem Austritt aus dem Extruderwerkzeug in nachfolgenden Stationen weiteren Behandlungsschritten, z.B. einer Abkühlung, unterworfen, wie es nach dem Stand der Technik üblich ist.
• Da das aus dem Beispritzextruder in Richtung des Pfeiles B zugeförderte geschäumte Material einen gewissen Überschuß freier Gase bzw. Dämpfe mitführt, die wie eingangs erläutert zu Inhomogenitäten des Kerns 22 führen, sind in der vorderen Stirnfläche 9 des Kernstücks 3 seitlich der Mündung 11 des Kanals 6 zwei Entlüftungsöffnungen 8 angeordnet, die mit Entlüftungskanälen 7 in Verbindung stehen. Wegen-der vorstehend erwähnten Gestalt des aus der Mündung 11 austretenden Materialstroms (vergl.
• Fig. 1) können diese Entlüftungskanäle ohne die Gefahr der Verstopfung durch das Schaummaterial an der Stirnfläche 9 angeordnet werden. Die Entlüftungskanäle 7 sind innerhalb des Körpers 4 des Kernstücks 3 zusammengeführt und erstrecken sich als ge -meinsamer Kanal durch den Steg hindurch. Außerhalb der Außenform 2 des Extruderwerkzeugs ist das äußere Ende 13 des Entlüftungskanals frei zugänglich und mündet entweder an die Umgebungsatmosphäre oder ist, wie in der Fig. 1 beispielsweise dargestellt mit einer als Pumpe angedeuteten Absaugvorrichtung 30 verbunden.
• Diese Absaugvorrichtung 30 gibt die über die Kanäle 7 abgeführten Gase in Richtung des Pfeiles D an einen Abzug weiter. Zur Einstellung des Gasdurchsatzes und des Absaugdruckes ist diese Absaugvorrichtung 30 mit einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) Steuer und Regeleinrichtung ausgestattet.
• Durch diese Ausbildung können somit die zusammen mit dem geschäumten Material über den Kanal 6 in den Hohlraum des Mantels 21 eingebrachten Gase mit einer durch die Einstellung der Absaucjvorrichtung 30 vorbestimmten Rate abgezogen werden, so daß eine völlig störungsfreie Ausschäumung des Hohlraums und damit die Erzielung eines völlig homogenen Kernes 22 gewährleistet ist.
• Als bevorzugte Materialien werden bei dieser Verfahrenslührung Hart-PVC (Polyvinylchlorid) mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,45 g cm und für den geschäumten Kern PVC-Schaum miL -3 einem spezifischen Gewicht von maximal etwa 0,6 g cm -3 verwendet.
• L e e r s e i t e

Claims (10)

1. Verfahren und Vorrichtung zum Extrudieren von Kunststoffprofilen Patentansprüche 1. Verfahren zum Extrudieren von Kunststoffprofilen mit einem allseitig von einem Mantel aus ungeschäumtem Kunststoff umschlossenen Kern aus aufgeschäumtem Kunststoff, bei dem in einem Arbeitsgang das Material für den Mantel in das Extruderwerkzeug eingebracht und gleichzeitig das aufgeschäumte Kernmaterial in den Hohlraum des geformten Mantels eingeführt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die beim Aufschäumen des Kernmaterials in den Hohlraum des Mantels eingebrachten Gase über das Extruderwerkzeug abgeführt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c hn e t, daß die Gase abgesaugt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c hn e t, daß die Gase mit einem einstellbar vorbestimmbaren Unterdruck abgesaugt werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß als Mantelmaterial Hart-PVC -3 mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,45 g cm 3 und als Kernmaterial PVC-Schaum mit einem spezifischen Gewicht von -3 kleiner oder gleich etwa 0,6 g cm verwendet werden.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Extruderwerkzeug, bei dem das zur Bildung des Mantels des Kunststoffprofils von einer Außenform umgebene Kernstück an einem die Außenform seitlich durchsetzenden Steg gehalten ist und zur Zuführung des Kernmaterials ein durch den Steg und den Körper des Kernstücks hindurchführender Kanal gebildet ist, der an der in Extrusionsrichtung vorderen Stirnfläche des Kernstücks mündet, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß an der vorderen Stirnfläche (9) des Kernstücks (3) wenigstens eine Entlüftungsöffnung (8) vorgesehen ist, die über wenigstens einen den Körper (4) des Kernstücks (3) und den Steg (5) durchsetzenden Entlüftungskanal (7) nach außen führt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c hn e t, daß das äußere Ende (13) des Entlüftungskanals (7) frei in der Umgebungsatmosphäre mündet.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c Iin e t, daß das äußere Ende (13) des ntiütunysknals (7) mit einer Absaugvorrichtung (30) verbunden ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c hn e t, daß die Absaugvorrichtung (30) zur Einstellung des an den Entlüftungsöffnungen (8) wirkenden Unterdrucks steuerbar und/oder regelbar ausgebildet ist.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß in der Stirnfläche (9) des Kernstücks (3) um die Mündung (11) des Kanals (6) herum eine Vielzahl von Entlüftungsöffnungen (8) angeordnet sind, die im Körper (4) mit einem gemeinsamen Entlüftungskanal (7) verbunden sind.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß mehrere über jeweils einen Entlüftungskanal (7) nach außen geführte Entlüftungsöffnungen (8) vorgesehen sind.