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Die Erfindung betrifft ein spezielles Formgebungswerkzeug zur Extrusion von Mehrlumenschläuchen, die vorrangig in der Medizintechnik Anwendung finden. Mehrlumenschläuche sind Schläuche, die wenigstens zwei separate Kanäle besitzen. Die Luft, die sich im Inneren jedes Lumens befindet, muss beim Austragen der Schmelze aus dem Formgebungswerkzeug mit zugeführt werden, um zu verhindern, dass ein Unterdruck im Lumen entsteht, und dass dadurch der Lumenkanal zusammenfällt. Ein Formgebungswerkzeug zur Herstellung von Mehrlumenschläuchen benötigt deshalb zur Erzeugung jedes einzelnen Lumens einen eigenen Dorn, der einen Luftkanal umschließt.
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Formgebungswerkzeuge nach dem Stand der Technik besitzen ein Gehäuse, einen Domträger, eine Düse und ein Dornendstück, das in aller Regel an den Dornträger angeschraubt ist. Sie besitzen weiterhin Luftkanäle, durch die Außenluft über das Gehäuse und über den Domträger zum Dornende geführt wird. Am Dornende werden dann die Luftkanäle auf die jeweiligen Luftkanäle für die einzelnen Lumenkerne aufgeteilt. In
US 2005/0260374 A1 wird ein Formgebungswerkzeug beschrieben, bei dem zur Erzeugung der Lumen spezielle Rohre verwendet werden, die radial durch das Gehäuse geführt werden, und die im Fließkanal um 90 Grad abgewinkelt und parallel zur Fließrichtung bis zu Ende der Düse verlaufen. Das erfordert aber dass für Schläuche mit eine unterschiedlichen Anzahl von Lumen jeweils immer ein passendes Gehäuse mit der entsprechenden Anzahl von Durchgängen für die Lumenrohre erforderlich ist. In der Medizintechnik wird nun aber eine Vielzahl von Mehrlumenschläuchen verwendet, die sich bezüglich des Durchmessers und der Anzahl der Lumen unterscheiden. Das führt in der Produktion dazu, dass die Werkzeuge häufig gewechselt werden müssen. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn ein Werkzeug innerhalb kürzester Zeit von einer Schlauchgeometrie auf eine neue umgebaut werden kann. Nach dem Stand der Technik muss dafür immer als erstes die Düse abgebaut werden. Erst dann kann das Dornendstück gewechselt und die Düse wieder angebaut werden. Das führt zu längeren Stillstandszeiten der Extusionslinie und zu einem erhöhten Personalaufwand. Auch sollten Totstellen im Stoffstromkanal der Formgebungswerkzeuge vermieden werden, um Materialstagnationen zu verhindern und um Spülvorgänge bei Material- und Farbwechseln zu beschleunigen.
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Weiterhin müssen die Luftkanäle durch den Strömungskanal in das Innere des Dorns geführt werden. Die Schmelze muss folglich diese Kanäle umströmen und hinter den Kanälen wieder zusammenströmen. Dabei bilden sich störende Bindenähte im Schmelzestrom, die in den Mehrlumenschläuchen zu unerwünschten mechanischen Schwachstellen führen. Weiterhin lässt sich beim Abstellen der Extrusionslinie nicht vermeiden, dass Schmelze in dem Formgebungswerkzeug verbleibt, und dort mit der Zeit beginnt thermisch abzubauen, da der Kopf nur sehr langsam über freie Konvektion abkühlt.
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Aufgabe der Erfindung war es folglich, ein Formgebungswerkzeug zu realisieren, mit dem ein schneller Wechsel der Schlauchgeometrie möglich wird, und mit dem das Problem der Schwachstellen durch die Bindenähte und der thermischen Zersetzung der Schmelze beim Abstellen der Anlage beseitigt wird. Ziel war es natürlich auch, ein Verfahren zu realisieren, mit dem die Produktionskosten von Mehrlumenschläuchen reduziert werden können.
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Diese Aufgabe wird von einem Formgebungswerkzeug gelöst, das zur Herstellung von Mehrlumenschläuchen ein Gehäuse und eine Düse besitzt, wobei die Düse an das Gehäuse angeschraubt oder aber über ein Gewinde mit dem Gehäuse verbunden ist. Das Gehäuse besitzt einen Strömungskanal und einen Gehäusekem, der vom Strömungskanal vollständig umgeben wird, sowie mindestens zwei Luftkanäle, über die Außenluft in das Innere des Gehäusekerns geleitet werden kann. Dazu besitzen die Luftkanäle im Bereich des Strömungskanals eine rohrförmige Luftkanalwand. Die Düse besitzt einen Stoffstromkanal sowie einen Düsenkern, der vom Stoffstromkanal vollständig umschlossen wird. Der Düsenkern teilt sich an seinem Ende in einzelne separate Lumenkerne auf, die jeweils einen eigenen Lumenluftkanal besitzen. Das Formgebungswerkzeug zeichnet sich dadurch aus, dass es aus zwei kompakten Teilen nämlich dem Gehäuse und der Düse mit dem Düsenkern besteht, und dass für jedes Lumen ein separater Luftkanal, der mit einem in der Düse befindlichen Lumenluftkanal verbunden ist, vorhanden ist, und dass der Gehäusekern sowohl über die rohrförmigen Wände als auch noch über Wände eines den Strömungskanal in kleinere Unterkanäle unterteilenden Gittersystems befestigt ist, und dass sich im Stoffstromkanal der Düse ebenfalls filigrane Wände befinden, die den Stoffstromkanal in eine Vielzahl kleinerer Fließkanalabschnitte unterteilen und die den Düsenkem mit der Düse verbinden.
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Für die Qualität eines Mehrlumenschlauchs ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse wenigstens so viele unabhängige Luftkanäle aufweist, wie die Düse Lumenkerne besitzt, so dass jedes Lumen des aus dem Formgebungswerkzeug ausgetragenen Mehrlumenschlauchs eine eigene unabhängige Luftversorgung besitzt, wobei es natürlich von Vorteil ist, wenn sich die Luftkanäle des Gehäuses beim Einschrauben oder Anflanschen der Düse automatisch mit den einzelnen Lumenluftkanälen der Düse verbinden. Der beim Stand der Technik vorhandenen Gefahr einer thermischen Zersetzung der Schmelze, die beim Abschalten der Extrusionslinie im Formgebungswerkzeug verbleibt, kann entgegengewirkt werden, indem das Gehäuse wenigstens ein zusätzliches Kühlkanalsystem besitzt, über das ein Kühlmittelstrom durch Kühlbohrungen, die sich in der Düse befinden, geleitet werden kann. Auf diese Weise kann das Formgebungswerkzeug über erzwungene Konvektion innerhalb kürzester Zeit auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei der sich die Schmelze nicht mehr thermisch zersetzt.
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Häufig benötigen Mehrlumenschläuche, die in der Medizintechnik eingesetzt werden, spezielle Röntgenkontraststreifen. In diesen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die Düse über wenigstens einen speziellen Coextrusionskanal verfügt, der in den Stoffstromkanal der Düse einmündet, und über den wenigstens ein zweiter Stoffstrom, beispielsweise ein Kontrastmittel, in das Formgebungswerkzeug eingespeist werden kann. Am Düsenaustritt ergibt sich in der Praxis meist in der Mitte zwischen den Lumenkernen ein zu geringer Stoffstrom. Um dieses Problem zu lösen, ist es vorteilhaft, wenn in der Düse wenigstens ein Seitenkanal vom Stoffstromkanal abzweigt, der in das Innere des Düsenkerns führt, und der zwischen den Lumenkernen wieder in den Stoffstromkanal einmündet. Auf diese Weise kann der Massestrom in der Mitte zwischen den Lumenkernen angehoben werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeug lassen sich Verfahren zur Herstellung von Mehrlumenschläuchen ausführen, die mindestens zwei unabhängige Lumen aufweisen, wobei der Luftstrom für jedes einzelne Lumen mit Hilfe jeweils einer Drossel individuell eingestellt oder eingeregelt wird. Die Produktionsgeschwindigkeit und damit die Kapazität der Extrusionslinie kann dabei gesteigert werden, wenn die Düse während des Verfahrens gezielt mit einem Kühlmedium gekühlt wird, in dem der Kühlmittelstrom und damit die Temperatur des Formgebungswerkzeugs mit Hilfe einer geeigneten Drossel eingestellt oder eingeregelt wird.
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Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Formgebungswerkzeug anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeugs
- 2 einen Schnitt A-A durch das Gehäuse des Formgebungswerkzeugs
- 3 einen Schnitt B-B durch die Düse des Formgebungswerkzeugs
- 4 eine perspektivische Frontansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Düse
- 5 eine perspektivische Schnittansicht der beispielhaften Ausführungsform der Düse
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In der Schnittdarstellung der 1 ist beispielhaft eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeugs gezeigt, das aus zwei kompakten Teilen, nämlich dem Gehäuse (1) mit dem Gehäusekem (5) und der Düse (2) mit dem Düsenkern (8) besteht. Das Gehäuse (1) wird direkt an ein Förderaggregat, beispielsweise einen Extruder angeschraubt, der den Stoffstrom in das Formgebungswerkzeug einspeist. Der Stoffstrom, der als Vollstrang in das Gehäuse (1) eintritt, wird im Strömungskanal (4) umgeformt. Dazu besitzt das Gehäuse (1) einen Gehäusekern (5). Weiterhin weist das Gehäuse (1) mindestens zwei Luftkanäle (6) auf, über die Außenluft in das Innere des Gehäusekerns (5) geleitet wird. Dazu müssen die Luftkanäle (6) mit den Luftkanalwänden (20) den Strömungskanal (4) durchqueren. Um die Bindenähte, die hinter den Luftkanalwänden (20) im Stoffstrom entstehen, zu unterbrechen, befinden sich hinter den Luftkanalwänden (20) Gitterwände (16), die den Strömungskanal (4) in einzelne Unterkanäle (18) aufteilen. Die Unterkanäle (18) weisen idealerweise eine hexagonale Geometrie mit einer frei durchströmbaren Querschnittsfläche von kleiner 6 mm2 auf. Um den Fließwiderstand möglichst niedrig zu halten, besitzen die Gitterwände (16) der Unterkanäle (18) eine Dicke von kleiner 2 mm, idealerweise sogar eine Dicke von kleiner 1 mm. Der Gehäusekern (5) ist über die Luftkanalwände (20) und über die Gitterwände (16) stoffschlüssig mit dem Gehäuse (1) verbunden.
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Weiterhin besitzt das Gehäuse (1) wenigstens einen Kühlkanal (11), über das das Gehäuse (1) und auch die Düse (2) über geeignete Kühlbohrungen (12) gezielt gekühlt werden kann. Die Kühlkanäle (11) des Gehäuses (1) sind so gestaltet, dass sie sich beim Anschrauben der Düse (2) automatisch mit einer in der Düse (1) befindlichen Ringnut (21) verbinden, von der aus die Kühlbohrungen (12) beginnen. Zur Kühlung können idealerweise gasförmige Medien verwendet werden. Die Luftkanäle (6) des Gehäuses (1) werden beim Anschrauben der Düse (2) über Luftkammern (22), die sich in der Düse (2) befinden, mit den zugehörigen Lumenluftkanälen (10) verbunden.
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In dem in 2 gezeigten Gehäuseschnitt A-A sind die in diesem Ausführungsbeispiel hexagonal gestalteten Unterkanäle (18) mit den dünnen Gitterwänden (16) des hexagonalen Gittersystems (17) sowie die Luftkanäle (6) und die Kühlbohrungen (12) zu sehen. Je nach den Anforderungen des herzustellenden Mehrlumenschlauchs können natürlich auch weniger oder mehr Luftkanäle (6) in das Gehäuse (1) integriert werden. Wichtig ist dabei, dass jeder Luftkanal (6) mit dem jeweils zugehörigen Lumenluftkanal (10) verbunden ist.
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In dem in 3 gezeigten Schnitt B-B durch die Düse (2) sind der Düsenkern (8), die Lumenluftkanäle (10), die axial verlaufenden Kühlbohrungen (12) sowie die Fließkanalabschnitte (19) mit den Unterkanälen (18) zu sehen. Natürlich müssen die Kühlbohrungen (12) nicht zwangsläufig axial verlaufen. Sie können zum Beispiel auch spiralförmig oder in anderer Weise verlaufen. Die Düsenkerne, die bei dem erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeug integraler Bestandteil der Düse sind, ersetzen die separaten Dorne, die nach dem Stand der Technik üblich sind. Deshalb lässt sich das Formwerkezeug sehr schnell von einer Schlauchgeometrie zu einer anderen umbauen. Dafür muss lediglich die vorhandene kompakte Düse mit wenigen Umdrehungen abgeschraubt und eine neue Düse mit der für die geänderte Schlauchgeometrie benötigten Geometrie mit ebenso wenig Umdrehungen wieder angeschraubt werden.
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In 4 sind insbesondere die Ringnut (21), mit den Kühlbohrungen (12) über die der Luftstrom (14) sowie die Luftkammern (22) mit den Lumenluftkanälen (10) über die ein Kühlmittelstrom (23) vom Gehäuse in die Düse überführt wird, zu sehen. Beim Anschrauben der Düse (2) an das Gehäuse (1) bilden die Ringnut (21) und die Luftkammern (22) automatisch abgeschlossene Kammern, so dass die jeweiligen Luftströme (14) und der Kühlmittelstrom (23) voneinander getrennt sind.
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5 zeigt den Strömungskanal (7), der die Lumenkerne (9) mit den Lumenluftkanälen (10) umgibt, sowie das Ende der Kühlbohrungen (12). Vom Strömungskanal (7) zweigt ein Seitenkanal (24) ab, der dann in der Mitte der Lumenkerne (9) wieder in den Strömungskanal (7) einmündet. Natürlich können auch mehrere Seitenkanäle (24) verwendet werden, um einen noch größeren Anteil des Stoffstroms in den Mittelbereich des herzustellenden Mehrlumenschlauchs zu bekommen. Auch noch dargestellt ist ein Coextrusionskanal (13), mit dem eine zusätzliche Schmelze in den Strömungskanal (7) gefördert werden kann. Über weitere Coextrusionskanäle (13) können natürlich auch noch zusätzliche Schmelzen in den Strömungskanal (7) eingespeist werden. Gut zu erkennen sind auch die kontinuierlichen, totstellenfreien Fließkanalübergänge des Strömungskanals (7).
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Mit einem erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeug lassen sich Mehrlumenschläuche mit verbesserten Wanddickenverteilungen herstellen. Das verbesert die Qualität der Mehrlumenschläuche und reduziert gleichzeitig auch noch den Materialverbrauch in der Produktion. Durch die kompakte Düse mit dem integrierten Kern werden sowohl Montagearbeiten als auch die Teilevielfalt im Lager reduziert. Durch die Möglichkeit die Düse beim Abstellen der Anlage schnell abkühlen zu können, wird insbesondere bei Materialien die thermisch besonders empfindlich sind, das Nachfahren von Abfahr- und Reinigungsmischungen überflüssig. Dadurch wird Material eingespart, und das Erzeugen von Abfall, der entsorgt werden muss, vermieden. Gleichzeitig wird die Kapazität der Anlage durch das Vermeiden von unproduktiven Spülvorgängen erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- Gehäuse
- (2)
- Düse
- (3)
- Gewinde
- (4)
- Strömungskanal
- (5)
- Gehäusekern
- (6)
- Luftkanal
- (7)
- Strömungskanal
- (8)
- Düsenkern
- (9)
- Lumenkern
- (10)
- Lumenluftkanal
- (11)
- Kühlkanal
- (12)
- Kühlbohrung
- (13)
- Coextrusionskanal
- (14)
- Luftstrom
- (15)
- Drossel
- (16)
- Gitterwand
- (17)
- Gittersystem
- (18)
- Unterkanäle
- (19)
- Fließkanalabschnitt
- (20)
- Luftkanalwand
- (21)
- Ringnut
- (22)
- Luftkammer
- (23)
- Kühlmittelstrom
- (24)
- Seitenkanal