DE102015109566B4 - Process for the production of tubular or tubular products by means of an extrusion device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung schlauch- oder rohrförmiger Erzeugnisse (2) mittels einer Extrusionsvorrichtung (1) mit einem Extruder (4), mit einem koaxial zu einer Mittellängsachse (11) eines Hohlkörpers (9) angeordneten, einen Ringkanal (7) begrenzenden Dorn (12), wobei die Schmelze mittels des Extruders (4) in den Ringkanal (7) zwischen dem Hohlkörper (9) und dem Dorn (12) zugeführt wird, wobei der Hohlkörper (9) und der Dorn (12) relativ zueinander drehbeweglich angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass über die Breite (b) der Schmelze zwischen dem Dorn (12) und der Innenwandfläche (8) ein Geschwindigkeitsprofil (19) mit einer Strömungsrichtung (17) in Umfangsrichtung des Dornes (12) eingestellt wird, bei dem die Strömungsrichtung (17) in einem der Innenwandfläche (8) benachbarten Bereich (20) entgegengesetzt zu einem dem Dorn (12) benachbarten Bereich (21) zur Ausrichtung der Polymerketten des Kunststoffmaterials oder der zugesetzten Verstärkungsstoffe in dem Erzeugnis eingestellt wird, sodass sich im Verlaufe der Hauptströmungsrichtung (13) in dem Ringkanal (7) ein Geschwindigkeitsprofil (19) über die Breite (b) der Schmelze zwischen dem Dorn (12) und der Innenwandfläche (8) mit zwei Bereichen (20, 21) einstellt, die einen entgegengesetzten negativen bzw. positiven Verlauf über die Wandstärke der Schmelze zwischen dem Dorn (12) und der Innenwandfläche (8) zeigen, wobei in den beiden Bereichen (20, 21) das Integral des jeweiligen Geschwindigkeitsprofils zwischen der neutralen Phase (22) und der Innenwandfläche (8) bzw. dem Dorn (12) gleich groß ist, sodass sich die damit einhergehenden Komponenten der Drehbewegung gegeneinander aufheben, und dadurch das Erzeugnis (2) ohne einen erkennbaren äußeren Drall aus dem Auslass (14) austritt.Process for the production of tubular or tubular products (2) by means of an extrusion device (1) with an extruder (4) with a mandrel (12) which is arranged coaxially to a central longitudinal axis (11) of a hollow body (9) and delimits an annular channel (7) , the melt being fed into the annular channel (7) between the hollow body (9) and the mandrel (12) by means of the extruder (4), the hollow body (9) and the mandrel (12) being driven rotatably relative to one another, thereby characterized in that over the width (b) of the melt between the mandrel (12) and the inner wall surface (8), a velocity profile (19) with a flow direction (17) in the circumferential direction of the mandrel (12) is set, in which the flow direction (17 ) in an area (20) adjacent to the inner wall surface (8) opposite to an area (21) adjacent to the mandrel (12) for aligning the polymer chains of the plastic material or the added reinforcing materials in the product llt, so that in the course of the main flow direction (13) in the annular channel (7) there is a velocity profile (19) over the width (b) of the melt between the mandrel (12) and the inner wall surface (8) with two areas (20, 21 ), which show an opposite negative or positive curve over the wall thickness of the melt between the mandrel (12) and the inner wall surface (8), with the integral of the respective velocity profile between the neutral phase ( 22) and the inner wall surface (8) or the mandrel (12) is of the same size, so that the associated components of the rotary movement cancel each other out, and the product (2) emerges from the outlet (14) without a recognizable external twist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung schlauch- oder rohrförmiger Erzeugnisse mittels einer Extrusionsvorrichtung mit einem Extruder mit einem koaxial zu einer Mittellängsachse eines Hohlkörpers angeordneten, einen Ringkanal begrenzenden Dorn, wobei die Schmelze mittels des Extruders in den Ringkanal zwischen dem Hohlkörper und dem Dorn zugeführt wird, wobei der Hohlkörper und der Dorn relativ zueinander drehbeweglich angetrieben werden.The invention relates to a method for producing tubular or tubular products by means of an extrusion device with an extruder with a mandrel which is arranged coaxially to a central longitudinal axis of a hollow body and delimits an annular channel, the melt being fed into the annular channel between the hollow body and the mandrel by means of the extruder , wherein the hollow body and the mandrel are driven rotatably relative to one another.
Eine Extrusionsvorrichtung mit einem Extruder wird zur Schlauchherstellung, aber auch zur Ummantelung von Drähten oder Fasern für elektrische oder optische Leitungen in der Praxis bereits vielfach eingesetzt und zählt daher bereits aufgrund offenkundiger Vorbenutzung zum Stand der Technik. Extrusionsbedingt ist die Ausrichtung der Materialstruktur, insbesondere der Polymerstruktur sowie gegebenenfalls der Füllstoffe, bei der Schlauchherstellung im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckung in Längsrichtung des Schlauches. Die sich einstellende Anisotropie führt dazu, dass Schläuche in Richtung ihrer Haupterstreckung eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen als in radialer Richtung. Im Gegensatz dazu steht die Belastung des Produktes in der Praxis, die beispielsweise bei druckbelasteten, fluidführenden Schläuchen in radialer Richtung um ein Vielfaches höher ist als in Längsrichtung.An extrusion device with an extruder is already widely used in practice for the production of tubing, but also for the sheathing of wires or fibers for electrical or optical lines, and is therefore part of the state of the art due to its prior art. Due to the extrusion, the alignment of the material structure, in particular the polymer structure and optionally the fillers, is essentially parallel to the main extension in the longitudinal direction of the hose during hose production. The resulting anisotropy means that the hoses have a higher mechanical strength in the direction of their main extent than in the radial direction. In contrast, there is the load on the product in practice, which is many times higher in the radial direction than in the longitudinal direction, for example in the case of pressure-loaded, fluid-carrying hoses.
In der Praxis sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt, um die durch den Fluiddruck hervorgerufenen radialen Kräfte wirksam zu kompensieren. Beispielsweise werden hierzu verstärkende Gewebe oder Schichten aus Kunststoff oder Metall eingearbeitet, welche die radiale Belastung aufnehmen können.In practice, various measures are already known to effectively compensate for the radial forces caused by the fluid pressure. For example, reinforcing fabrics or layers made of plastic or metal, which can absorb the radial load, are incorporated for this purpose.
Weitere Möglichkeiten zur Verstärkung bestehen in dem Einsatz zumindest einer weiteren Schicht aus synthetischen Materialien oder Kautschuk, die zum Zweck der Festigkeitserhöhung aufgebracht werden. Infolgedessen weisen die Schläuche in der Summe eine vergleichsweise große Wandstärke auf. Dadurch wird die Verarbeitung und auch das Aufspulen oder Verlegen solcher Erzeugnisse in Anlagen oder in Bauelementen erschwert.Further possibilities for reinforcement consist in the use of at least one further layer made of synthetic materials or rubber, which are applied for the purpose of increasing strength. As a result, the hoses have a comparatively large wall thickness overall. This makes the processing and also the winding or laying of such products in systems or in components more difficult.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Schläuchen mit besonders belastbaren Eigenschaften stellt das schichtweise Wickeln von Schläuchen, bestehend aus unterschiedlichen Werkstoffen dar. Derartige Verfahren sind aufwendig und können zudem nicht bei allen Schlauchdimensionen eingesetzt werden.Another method for producing hoses with particularly resilient properties is the winding of hoses in layers, consisting of different materials. Such processes are complex and, moreover, cannot be used for all hose dimensions.
Es sind auch Verfahren zur Verstärkung von langgestreckten Profilen durch Umwicklung des Profils mit sich kreuzenden Faserschichten bekannt. Dabei wird ein Kunststoffschlauch mit einem aus Fäden geflochtenen Schlauch überzogen und anschließend mit einem weiteren Kunststoffschlauch umhüllt.Methods are also known for reinforcing elongated profiles by wrapping the profile with intersecting fiber layers. A plastic hose is covered with a hose braided from threads and then wrapped with another plastic hose.
Die
Ferner ist durch die
Darüber hinaus beschreibt die
Allen Verfahren gemeinsam ist die zeit- und kostenintensive Herstellung solcher Erzeugnisse, die besonders hohen mechanischen Belastungen unterliegen.What all processes have in common is the time-consuming and cost-intensive manufacture of products that are subject to particularly high mechanical loads.
Die gattungsgemäße
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die Texturierung des Erzeugnisses bei der Herstellung gezielt einstellen zu können, um so auf zusätzliche Verstärkungsmittel oder Verstärkungsschichten verzichten zu können.The invention is based on the object of creating a possibility of being able to adjust the texturing of the product in a targeted manner during manufacture in order to be able to do without additional reinforcing means or reinforcing layers.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.The object is achieved according to the invention with a method according to the features of
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Herstellung schlauch- oder rohrförmiger Erzeugnisse mittels einer Extrusionsvorrichtung vorgesehen, bei dem über die Breite der Schmelze zwischen dem Dorn und der Innenwandfläche ein Geschwindigkeitsprofil mit einer Strömungsrichtung in Umfangsrichtung des Dorns eingestellt wird, bei dem die Strömungsrichtung in einem der Innenwandfläche benachbarten Bereich entgegengesetzt zu einem dem Dorn benachbarten Bereich zur Ausrichtung der Polymerketten des Kunststoffmaterials oder der zugesetzten Verstärkungsstoffe in dem Erzeugnis eingestellt wird, sodass sich im Verlauf der Hauptströmungsrichtung in dem Ringkanal ein Geschwindigkeitsprofil über die Breite der Schmelze zwischen dem Dorn und der Innenwandfläche mit zwei Bereichen einstellt, die einen entgegengesetzten negativen bzw. positiven Verlauf über die Wandstärke der Schmelze zwischen dem Dorn und der Innenwandfläche zeigen, wobei in den beiden Bereichen das Integral des jeweiligen Geschwindigkeitsprofils zwischen der neutralen Phase und der Innenwandfläche bzw. dem Dorn gleich groß ist, sodass sich die damit einhergehenden Komponenten der Drehbewegung gegeneinander aufheben und dadurch das Erzeugnis ohne einen erkennbaren äußeren Drall aus dem Auslass austritt.According to the invention, a method for producing tubular or tubular products by means of an extrusion device is provided in which a velocity profile with a flow direction in the circumferential direction of the mandrel is set over the width of the melt between the mandrel and the inner wall surface, in which the flow direction is in one of the inner wall surface adjacent area opposite to an area adjacent to the mandrel for aligning the polymer chains of the plastic material or the added reinforcing materials in the product, so that in the course of the main flow direction in the annular channel there is a velocity profile across the width of the melt between the mandrel and the inner wall surface with two areas sets, which show an opposite negative or positive curve over the wall thickness of the melt between the mandrel and the inner wall surface, the integral of the respective speed in the two areas Ability profile between the neutral phase and the inner wall surface or the mandrel is the same size, so that the associated components of the rotary movement cancel each other out and thereby the product emerges from the outlet without a recognizable external twist.
Hierdurch wird in überraschend einfacher Weise eine gezielte Beeinflussung der Ausrichtung der Vorzugsrichtung der Polymerketten in der Schmelze ermöglicht, die zwischen einer Einlassöffnung des Extruders und einem Auslass aus dem Ringkanal erfolgt. Dadurch fließt die Schmelze nicht wie beim Stand der Technik im Wesentlichen entlang der kürzesten Verbindungslinie in dem Ringkanal zwischen Einlass und Auslass. Vielmehr wird der Schmelze erfindungsgemäß eine Drehbewegung bzw. ein Drall aufgeprägt, durch den sich die Schmelze während der Fließbewegung zwischen dem Einlass und dem Auslass zusätzlich auch um den Dorn windet, also diesen vorzugsweise mehrfach umströmt. Durch diese geänderte Fließrichtung der Schmelze in dem Ringkanal werden somit zwei Vektorkomponenten der Strömung einander überlagert, nämlich einerseits eine Strömungsrichtungskomponente in Umfangsrichtung des Dornes und andererseits eine Strömungsrichtungskomponente in Richtung der Haupterstreckung des Ringkanals zwischen Einlass und Auslass. Im Ergebnis sind die in dem Erzeugnis enthaltenen Polymerketten des Kunststoffmaterials oder der Verstärkungsstoffe nicht wie beim Stand der Technik parallel zu der Haupterstreckung des Ringkanals, sondern hiervon abweichend mit einer Vorzugsrichtung mit einer erheblichen Neigung ausgerichtet, die durch die Extrusionsparameter, beispielsweise die Fließgeschwindigkeit der Schmelze angepasst werden können. Bei Versuchen hat sich bereits eine bevorzugte Ausrichtung der Polymerketten mit einem Winkel von ca. 45° zur Längserstreckung des Erzeugnisses als besonders praxisgerecht erwiesen. Dabei weist die Ausrichtung der Polymerketten in dem Erzeugnis nicht nur eine Ähnlichkeit mit der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung der Verstärkungsfäden auf, sondern es werden auch vergleichbare Verbesserungen der Belastbarkeit des Erzeugnisses beobachtet, ohne dass es eines zusätzlichen Verstärkungsmaterials bedarf. Somit gelingt es erfindungsgemäß ohne zusätzliche Verstärkungsschichten oder Verstärkungsmaterialien eine wesentliche Erhöhung der Belastbarkeit des Erzeugnisses ohne eine Änderung des eingesetzten Werkstoffes, lediglich durch eine Änderung der Orientierung der Polymerketten in dem Erzeugnis zu erreichen. Erfindungsgemäß sollen unter dem Begriff der Schmelze auch solche fließfähigen Substanzen verstanden werden, die nach Austreten aus dem Auslass beispielsweise auch unter einer geeigneten Atmosphäre zu einem Formkörper erstarren.This makes it possible, in a surprisingly simple manner, to specifically influence the alignment of the preferred direction of the polymer chains in the melt, which takes place between an inlet opening of the extruder and an outlet from the annular channel. As a result, the melt does not flow essentially along the shortest connecting line in the annular channel between inlet and outlet, as in the prior art. Rather, according to the invention, the melt is impressed with a rotary movement or a twist, by means of which the melt additionally winds around the mandrel during the flow movement between the inlet and the outlet, i.e. preferably flows around it several times. Due to this changed flow direction of the melt in the ring channel, two vector components of the flow are superimposed on one another, namely on the one hand a flow direction component in the circumferential direction of the mandrel and on the other hand a flow direction component in the direction of the main extent of the ring channel between inlet and outlet. As a result, the polymer chains of the plastic material or the reinforcing materials contained in the product are not aligned parallel to the main extent of the annular channel, as in the prior art, but deviating from this with a preferred direction with a considerable inclination, which is adjusted by the extrusion parameters, for example the flow rate of the melt can be. In tests, a preferred alignment of the polymer chains at an angle of approximately 45 ° to the longitudinal extension of the product has already proven to be particularly practical. The alignment of the polymer chains in the product is not only similar to the arrangement of the reinforcing threads known from the prior art, but comparable improvements in the load-bearing capacity of the product are also observed without the need for additional reinforcing material. Thus, according to the invention, without additional reinforcing layers or reinforcing materials, a substantial increase in the load-bearing capacity of the product can be achieved without changing the material used, merely by changing the orientation of the polymer chains in the product. According to the invention, the term melt should also be understood to mean those flowable substances which, after exiting the outlet, for example also solidify under a suitable atmosphere, to form a shaped body.
Indem der Hohlkörper eine Innenwandfläche und/oder der Dorn eine Umfangsfläche aufweist, die mit einer eine Steigung aufweisenden Profilierung ausgestattet ist, führt diese zu einer besonders effizienten Ablenkung der Strömung der Schmelze.Since the hollow body has an inner wall surface and / or the mandrel has a circumferential surface which is equipped with a profile having a gradient, this leads to a particularly efficient deflection of the flow of the melt.
Die Profilierung kann dabei ähnlich einem Schraubengewinde ausgeführt sein, wobei der Verlauf stetig oder unstetig ausgeführt sein kann. In entsprechender Weise kann auch die Umfangsfläche des Dornes mit einer entsprechenden oder abweichend ausgestalteten Profilierung ausgestattet sein.The profiling can be designed similar to a screw thread, the course can be made continuous or discontinuous. In a corresponding manner, the circumferential surface of the mandrel can also be equipped with a corresponding or differently configured profiling.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass der Dorn mit einer Drehrichtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung der Steigung der Profilierung drehbeweglich angetrieben wird. Indem einerseits eine Drehbewegung der Schmelze durch die Profilierung der Innenwandfläche erreicht wird, an welcher die Schmelze zwischen der Einlassöffnung und dem Auslass in dem Ringkanal entlangströmt und andererseits durch die Drehbewegung des Dornes eine weitere, der ersten Drehbewegung entgegengesetzte zweite Drehbewegung auf die Schmelze wirkt, tritt das so hergestellte Erzeugnis aus dem Auslass ohne einen äußeren Drall aus, also ohne die Neigung einer fortgesetzten Drehung außerhalb des Ringkanals. Somit führt die Drehbewegung des Dornes bezogen auf das Erzeugnis zu einer Aufhebung der Drehimpulse, während innerhalb des Werkstoffes in dem Ringkanal die Effizienz der gewünschten, von der Achsrichtung abweichenden Ausrichtung der Polymerkette noch verstärkt wird. Mit anderen Worten hat das Erzeugnis im Bereich des Auslasses ein Geschwindigkeitsprofil mit positiven und negativen Bereichen, die dem Betrag nach übereinstimmen und sich daher in der Summe aufheben.A particularly advantageous embodiment of the invention is also achieved in that the mandrel is rotatably driven with a direction of rotation opposite to the direction of rotation of the slope of the profiling. In that on the one hand a rotational movement of the melt is achieved through the profiling of the inner wall surface, along which the melt flows between the inlet opening and the outlet in the annular channel and, on the other hand, the rotational movement of the mandrel causes a further, second rotational movement opposite to the first rotational movement to act on the melt the product produced in this way from the outlet without an external twist, i.e. without the tendency of continued rotation outside the annular channel. Thus, the rotational movement of the mandrel with respect to the product leads to a cancellation of the angular momentum, while within the material in the annular channel the efficiency of the desired alignment of the polymer chain deviating from the axial direction is further increased. In other words, the product in the area of the outlet has a speed profile with positive and negative areas which correspond in terms of amount and therefore cancel each other out in total.
Zu diesem Zweck wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Drehgeschwindigkeit des Dornes derart eingestellt, dass diese im Wesentlichen der Geschwindigkeit in Umfangsrichtung der Schmelze in dem Ringkanal entspricht, um so das gewünschte, in der Summe neutrale Geschwindigkeitsprofil problemlos einstellen zu können. Hierzu kann beispielsweise mittels eines Sensors am Auslass aus dem Ringkanal ein gegebenenfalls vorhandener Drall erfasst und daraus mittels einer Steuereinheit ein Steuersignal für eine geänderte Drehgeschwindigkeit des Dornes ermittelt werden.For this purpose, according to a particularly preferred embodiment of the invention, the speed of rotation of the mandrel is set in such a way that it essentially corresponds to the speed in the circumferential direction of the melt in the annular channel in order to be able to set the desired, overall neutral speed profile without any problems. For this purpose, for example, a swirl that may be present can be detected by means of a sensor at the outlet from the ring channel and a control signal for a changed rotational speed of the mandrel can be determined from this by means of a control unit.
Hierzu wird gemäß einer besonders Erfolg versprechenden Ausgestaltung der Erfindung über die Materialstärke der Schmelze zwischen dem Dorn und der Innenwandfläche ein Geschwindigkeitsprofil eingestellt, dessen Vektor in einem der Innenwandfläche benachbarten ersten Bereich entgegengesetzt zu einem dem Dorn benachbarten zweiten Bereich einstellbar ist, wobei vorzugsweise die neutrale Phase zwischen den Bereichen in der Nähe der geometrischen Mitte zwischen der Innenwandfläche und dem Dorn liegt. Auf diese Weise lassen sich homogene Materialeigenschaften des Erzeugnisses über die gesamte Materialstärke der Wandung des schlauch- oder rohrförmigen Erzeugnisses sicherstellen.For this purpose, according to a particularly promising embodiment of the invention, a speed profile is set via the material thickness of the melt between the mandrel and the inner wall surface, the vector of which can be set in a first area adjacent to the inner wall surface opposite to a second area adjacent to the mandrel, preferably the neutral phase lies between the areas near the geometric center between the inner wall surface and the mandrel. In this way, homogeneous material properties of the product can be ensured over the entire material thickness of the wall of the tubular or tubular product.
Weiterhin kann der Dorn umfangsseitig eine Profilierung haben, die eine der Steigung der Profilierung der Innenwandfläche entgegengesetzte Steigung aufweist. Auf diese Weise wird nach dem Prinzip entgegengesetzter Gewindesteigungen der Profilierungen des Dornes einerseits und der Innenwandfläche andererseits eine besonders wirksame Erhöhung der bei dem Transport in dem Ringkanal wirkenden Scherkräfte erreicht, durch welche die gewünschte Texturierung der Polymerketten erzielt wird. Hierbei erstreckt sich die Profilierung vorzugsweise über die gesamte Länge des Ringkanals zwischen der Einlassöffnung für die Schmelze bis zu dem Auslass aus dem Ringkanal.Furthermore, the mandrel can have a profile on the circumferential side which has a slope which is opposite to the slope of the profile of the inner wall surface. In this way, according to the principle of opposite thread pitches of the profiles of the mandrel on the one hand and the inner wall surface on the other hand, a particularly effective increase in the shear forces acting during transport in the annular channel is achieved, through which the desired texturing of the polymer chains is achieved. Here, the profiling preferably extends over the entire length of the annular channel between the inlet opening for the melt up to the outlet from the annular channel.
Dabei kann die Profilierung als ein integraler Bestandteil des Dornes ausgeführt sein, oder aber Bestandteil einer entsprechend profilierten Hülse sein, die am Umfang des Dornes beispielsweise auch austauschbar angeordnet ist.The profiling can be designed as an integral part of the mandrel, or it can be part of a correspondingly profiled sleeve, which is also arranged, for example, interchangeably, on the circumference of the mandrel.
Eine besonders praxisnahe Ausgestaltungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass der Dorn temperiert, insbesondere geheizt wird, um so sicherzustellen, dass keine unerwünschte vorzeitige Abkühlung der Schmelze an dem Dorn auftritt, die das Fließverhalten der Schmelze in dem Ringkanal nachteilig beeinflussen könnte. Zu diesem Zweck eignet sich beispielsweise ein elektrisches Heizelement. Weiterhin kann der Dorn auch zumindest abschnittsweise als ein Hohlkörper und von einem Wärmeträgerfluid durchströmbar ausgeführt sein, um so die gewünschte Wärmemenge zuführen zu können. Selbstverständlich können dem Dorn hierzu Sensoren zur Erfassung der Oberflächentemperatur des Dornes zugeordnet sein.A particularly practical embodiment of the invention is also achieved in that the mandrel is tempered, in particular heated, in order to ensure that no undesired premature cooling of the melt occurs on the mandrel, which could adversely affect the flow behavior of the melt in the annular channel. An electrical heating element, for example, is suitable for this purpose. Furthermore, the mandrel can also be designed, at least in sections, as a hollow body and through which a heat transfer fluid can flow, in order to be able to supply the desired amount of heat. Of course, sensors for detecting the surface temperature of the mandrel can be assigned to the mandrel for this purpose.
Der Ringkanal kann entlang der Mittellängsachse eine konstante Breite, also insbesondere eine hohlzylindrische Form aufweisen, um so zu erreichen, dass der Abstand zwischen dem Dorn und der Innenwandfläche entlang der Mittellängsachse konstant ist und lediglich durch die regelmäßige Profilierung abschnittsweise abweicht.The annular channel can have a constant width along the central longitudinal axis, i.e. in particular a hollow cylindrical shape, in order to achieve that the distance between the mandrel and the inner wall surface is constant along the central longitudinal axis and only deviates in sections due to the regular profiling.
Demgegenüber erweist es sich auch als besonders Erfolg versprechend, wenn der Ringkanal entlang der Mittellängsachse eine abnehmende Breite aufweist, indem der Hohlkörper und/oder der Dorn zumindest abschnittsweise kegelförmig ausgeführt sind, um so die Fließgeschwindigkeit der Schmelze entsprechend zu erhöhen. Aufgrund der Erhöhung der Fließgeschwindigkeit in dem Ringspalt steigt proportional auch die Schubspannung, wodurch es zu einer vorteilhaften Auswirkung auf die Ausrichtung der Polymerketten in der gewünschten Vorzugsrichtung kommt.In contrast, it also proves to be particularly promising if the annular channel has a decreasing width along the central longitudinal axis, in that the hollow body and / or the mandrel are at least partially conical in order to increase the flow rate of the melt accordingly. Due to the increase in the flow rate in the annular gap, the shear stress also increases proportionally, which has an advantageous effect on the alignment of the polymer chains in the preferred preferred direction.
Besonders bevorzugt werden der Hohlkörper oder der Dorn relativ zueinander axial parallel zur Mittellängsachse alternierend beweglich angetrieben, sodass eine reversierende Hubbewegung erzeugt und der Rotation überlagert werden kann. Hierdurch wird die Ablenkung des Schmelzestromes weiter verbessert.Particularly preferably, the hollow body or the mandrel are driven in an alternatingly movable manner relative to one another, axially parallel to the central longitudinal axis, so that a reversing stroke movement can be generated and the rotation can be superimposed. This further improves the deflection of the melt flow.
Vorzugsweise weist der Dorn eine dem Auslass zugewandte Stirnseite auf, die einen insbesondere einstellbaren Abstand gegenüber der Ebene des Auslasses aufweist. Indem der Dorn bereits vor dem Auslass endet kann durch den vorzugsweise einstellbaren Abstand in einfacher Weise das gewünschte neutrale Geschwindigkeitsprofil erzeugt werden und bei geänderten Verfahrens- oder Materialparametern mit geringem Aufwand angepasst werden.The mandrel preferably has an end face which faces the outlet and which, in particular, has an adjustable distance from the plane of the outlet. Since the mandrel already ends in front of the outlet, the desired neutral speed profile can be generated in a simple manner through the preferably adjustable distance and can be adapted with little effort in the event of changed process or material parameters.
Weiterhin kann der Dorn als ein Hohlkörper mit einer Durchlassöffnung für strangförmige Erzeugnisse ausgestaltet sein. Durch diese Durchlassöffnung können bedarfsweise strangförmige Erzeugnisse zum Aufbringen einer Beschichtung beispielsweise im Tandem- oder Koextrusionsverfahren zugeführt werden. Hierdurch können auch mehrere Schichten mit gegenläufigen, sich kreuzenden Vorzugsrichtungen aufgebracht werden, um so die Belastbarkeit des Erzeugnisses weiter zu erhöhen.Furthermore, the mandrel can be designed as a hollow body with a passage opening for strand-like products. If necessary, strand-like products for applying a coating can be fed through this passage opening, for example in a tandem or coextrusion process. In this way, several layers with opposing, intersecting preferential directions can be applied in order to further increase the load-bearing capacity of the product.
Bei einem zur Durchführung des Verfahrens bestimmten Querspritzkopf der Extrusionsvorrichtung zur Herstellung schlauch- oder rohrförmiger Erzeugnisse mit einem koaxial zu einer Mittellängsachse eines Hohlkörpers angeordneten, einen Ringkanal begrenzenden Dorn sind der Hohlkörper und der Dorn relativ zueinander rotationsbeweglich antreibbar ausgeführt, wobei ergänzend der Hohlkörper als ein Hohlzylinder mit einer Innenwandfläche ausgeführt sein kann, die mit einer eine Steigung aufweisenden Profilierung zur Erzeugung einer Strömung der Schmelze in Umfangsrichtung des Dornes ausgestattet ist. Hierdurch gelingt es, ohne eine Änderung der Materialzusammensetzung der Schmelze eine Erhöhung der Belastbarkeit des so hergestellten Erzeugnisses zu erreichen, indem mittels der Drehbewegung die in der Schmelze vorhandenen Polymerketten gegenüber einer der Hauptförderrichtung entsprechenden Mittellängsachse des Erzeugnisses, geneigt ausgerichtet werden. Indem nämlich eine zusätzliche Bewegungskomponente der Schmelze in Umfangsrichtung des Dornes erzeugt wird, wirken bis zum Auslass aus dem Ringkanal verschiedene Strömungen auf die Schmelze, die dazu führen, dass sich die Polymerketten beispielsweise mit einem 45°-Winkel zu der Mittellängsachse des Erzeugnisses ausrichten.In a cross-head of the extrusion device for the production of hose-shaped or tubular products with a mandrel that is arranged coaxially to a central longitudinal axis of a hollow body and delimiting an annular channel, the hollow body and the mandrel are designed to be rotationally movable relative to one another, with the hollow body being a hollow cylinder can be designed with an inner wall surface which is equipped with a profile having a slope for generating a flow of the melt in the circumferential direction of the mandrel. This makes it possible to increase the load-bearing capacity of the product produced in this way without changing the material composition of the melt, by using the rotary movement to align the polymer chains present in the melt at an incline relative to a central longitudinal axis of the product corresponding to the main conveying direction. By creating an additional movement component of the melt in the circumferential direction of the mandrel, various currents act on the melt up to the outlet from the annular channel, which cause the polymer chains to align, for example, at a 45 ° angle to the central longitudinal axis of the product.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung wird das Grundprinzip anhand einer Extrusionsvorrichtung in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in
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1 eine perspektivische Darstellung der Extrusionsvorrichtung mit einem Extruder und einem Ringkanal; -
2 einen Querschnitt durch den Extruder und den Ringkanal; -
3 einen Längsschnitt durch den Ringkanal; -
4 einen Längsschnitt durch den Ringkanal mit konischem Dorn; -
5 einen Längsschnitt durch den Ringkanal mit konischem Hohlkörper; -
6 ein mit der Extrusionsvorrichtung hergestelltes Erzeugnis in einer Vorderansicht und in einer Seitenansicht.
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1 a perspective view of the extrusion device with an extruder and an annular channel; -
2 a cross section through the extruder and the annular channel; -
3rd a longitudinal section through the annular channel; -
4th a longitudinal section through the annular channel with a conical mandrel; -
5 a longitudinal section through the annular channel with a conical hollow body; -
6th a product produced with the extrusion device in a front view and in a side view.
Eine Extrusionsvorrichtung
Die Extrusionsvorrichtung
Der Strömungsrichtung
Wie in
In den
Wie in
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