DE19829652C2 - Düsenkopf für eine Schlauchextrusionsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Düsenkopf für eine Schlauch­ extrusionsmaschine, mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Eine Schlauchextrusionsmaschine mit einem Düsenkopf zum Extrudieren eines Schlauches aus zwei unterschiedlichen Kunststoffen unter Verwendung von wenigstens zwei Extru­ dern, denen je ein Stauzylinder nachgeordnet ist, der mit­ tels eines fluidbetätigten Kolbens entleerbar und über einen Kanal mit dem den Düsenkern ringförmig umgebenden Düsenspalt verbunden ist, ist aus dem Prospekt "Blasform­ maschinen Baureihe BFB 2-T", Ausgabe 11/94 der Battenfeld Fischer Blasformtechnik GmbH bekannt. Eine derartige Schlauchextrusionsmaschine dient zum Herstellen eines Kunststoffschlauches, der abschnittweise aus zwei vonein­ ander verschiedenen Kunststoffen, z. B. PA weich und PA hart oder PP und PP/EPDM, besteht. Der Schlauch wird anschlie­ ßend in einer üblichen Blasform zu einem meist langge­ streckten Kunststoffhohlkörper geblasen. Solche Kunststoff­ hohlkörper werden z. B. in großem Umfang in Kraftfahrzeugen als Führungsschläuche oder -kanäle eingesetzt. Deren An­ schlußbereiche und/oder deren z. B. dem Längenausgleich dienenden, als Faltenbälge ausgebildeten Bereiche bestehen dann aus dem weichen Kunststoff, während die dazwischenlie­ genden Rohrabschnitte, z. B. aus Festigkeitsgründen oder um Schwingungen zu verhindern, aus dem harten Kunststoff be­ stehen.

Bei den bekannten, auch als Zweikomponenten-Köpfe bezeich­ neten Düsenköpfen liegen die Stauzylinder zwischen den jeweiligen Extrudern und dem Kopf. Deshalb sind die Fließ­ wege bis zum Düsenspalt im Vergleich zu Einkomponentenköp­ fen, bei denen der Stauzylinder im Düsenkopf selbst liegt, lang. Entsprechend groß ist die Kraft, die der jeweilige Hydraulikzylinder auf den Kolben des zugeordneten Stauzy­ linders ausüben muß. Die langen Fließwege haben noch einen weiteren, sehr wesentlichen Nachteil. Die Kunststoffkom­ ponenten beginnen nämlich sich abzukühlen sobald sie aus ihrem Stauzylinder ausgestoßen werden. Die beiden Kunst­ stoffkomponenten haben jedoch nicht die gleiche Abhängig­ keit der Viskosität von der Temperatur. Deshalb ist entwe­ der die eine Komponente zu zähflüssig oder/und die andere Komponente zu dünnflüssig. Beides wirkt sich nachteilig auf die Qualität des extrudierten Schlauches und damit auch des fertigen Hohlkörpers aus.

Aus der DE 26 04 247 A1 ist ein Düsenkopf bekannt, der die Coextrusion von Kunststoffen unter Bildung eines Schlauches erlaubt, dessen Wand einen Schichtenaufbau entsprechend den eingesetzten, unterschiedlichen Kunststoffen hat. Grund­ sätzlich könnten mit diesem Düsenkopf auch Kunststoff­ schläuche aus abschnittweise unterschiedlichen Kunststoffen hergestellt werden, uzw. durch sequentielles Betätigen der die unterschiedlichen Kunststoffe enthaltenden Stauzylin­ der. Allerdings tritt dann beim Ausstoß aus dem einen Stau­ zylinder der betreffende Kunststoff nicht nur über den Düsenspalt aus sondern dringt auch in den/die einen anderen Kunststoff enthaltenden Stauzylinder ein. Dort kommt es dementsprechend zu einer Vermischung der unterschiedlichen Kunststoffe, so dass von Sequenz zu Sequenz auf dem extru­ dierten Schlauch die Länge des Übergangsbereiches von dem einen Kunststoff in den anderen Kunststoff wächst, bis schließlich, bei kurzen Schlauchabschnitten, aus dem Düsen­ spalt nur noch ein inhomogenes Gemisch der Kunststoffe austritt.

Aus der DE 12 61 657 A ist ein Düsenkopf zur sequentiellen Coextrusion mit sauberen Übergängen zwischen den einzelnen Materialabschnitten bekannt. Zur Umschaltung von dem einen Extruder auf den anderen Extruder ist in dem Düsenkopf ein Schieber angeordnet, der stellungsabhängig den einen oder den anderen von zwei Teilkanälen, über welche die unter­ schiedlichen Kunststoffe zugeführt werden, freigibt. Der Düsenkopf wird allerdings ohne Zwischenschaltung von Stau­ zylindern direkt aus den entsprechenden Extrudern mit den Kunststoffen gespeist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Düsenkopf der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, der sequen­ tiell betrieben werden kann, ohne dass es hierbei zu einer nennenswerten Vermengung der unterschiedlichen Kunststoffe kommt.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe bei einem Düsenkopf mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, dass in jedem der die Stauzylinder mit dem Düsenspalt verbindenden Kanäle ein Rückschlagventil ange­ ordnet ist.

Damit wird verhindert, daß sich die beiden Kunststoffkom­ ponenten teilweise miteinander vermengen, ohne daß hierzu aktiv gesteuerte Ventile benötigt werden. Werden die in der Regel hydraulisch betätigten Kolben in ihrer Stellung, ins­ besondere ihrer ausgefahrenen oder abgesenkten Stellung, mittels ihrer Betätigungszylinder fixiert, so ist auch ein normaler intermittierender oder kontinuierlicher Coextru­ sionsbetrieb möglich, bei dem beide Stauzylinder gleich­ zeitig von ihren Extrudern beschickt werden und beide Rück­ schlagventile gleichzeitig offen sind.

Zwar ist aus der DE 195 01 725 A1 ein u. a. bei der Coex­ trusion von Kunststoffschmelzen einsetzbares Rückschlagven­ til bekannt, dessen komplizierter Aufbau es jedoch nicht nahelegt, zwei derartige Rückschlagventile in einen Düsen­ kopf einzubauen.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält mindestens einer der Stauzylinder einlassseitig einen Spiralverteiler für die schmelzflüssig zugeführte Kunststoffkomponente (Anspruch 2). Der oder die Spiralverteiler homogenisieren die aus dem jeweiligen Extruder in den zugehörigen Stau­ zylinder gedrückte Kunststoffschmelze.

Die Länge des Düsenkopfs läßt sich verringern, wenn der Spiralverteiler den zugehörigen Kolben zumindest über einen Teil dessen Länge umschließt (Anspruch 3).

Am besten sind die Rückschlagventile räumlich benachbart zueinander angeordnet (Anspruch 4). Bei entsprechender zeitlicher Steuerung der Ausstoßbewegung der Kolben der jeweiligen Stauzylinder schließen dann die beiden unter­ schiedlichen Kunststoffkomponenten in dem extrudierten Schlauch praktisch vermischungsfrei aneinander an.

Die Kanäle können als kurze Ringkanäle ausgebildet sein und je eine Ringkammer enthalten, in der als Ventilorgan des betreffenden Rückschlagventils ein Ventilring angeordnet ist (Anspruch 5).

Diese Konstruktion läßt sich dahingehend weiterbilden, daß die beiden Ringkammern sich in Strömungsrichtung zu einem gemeinsamen Ringraum vereinigen, der in den Ringspalt der Düse übergeht (Anspruch 6).

Der Düsenkopf kann zum seitlichen Anbau an die Extruder ausgebildet sein (Anspruch 7).

Die Hydraulikzylinder zur Betätigung der Kolben der Stau­ zylinder sind am besten auf den Düsenkopf aufgebaut (An­ spruch 8).

Bei einem Düsenkopf mit axial verschiebbarem Düsenkern ist es günstig, den Stellzylinder zur Verschiebung des Düsen­ kerns auf den Düsenkopf aufzubauen (Anspruch 9).

In der Zeichnung ist der Düsenkopf nach der Erfindung in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch vereinfacht dargestellt. Zusätzlich ist ein entsprechender Fertigartikel dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 den Düsenkopf im Längsschnitt; die Kolben der beiden Stauzylinder befinden sich in der zurück­ gefahrenen Stellung;

Fig. 2 den selben Düsenkopf, jedoch während der Ausstoß­ bewegung des Kolbens des äußeren Stauzylinders;

Fig. 3 den Düsenkopf einschließlich seiner Stellzylin­ der, in einem Teillängsschnitt; und

Fig. 4 einen Fertigartikel, der aus einem Schlauch ge­ blasen wurde, der mit dem Düsenkopf nach der Er­ findung extrudiert wurde, zusammen mit dem zuge­ hörigen Zeitdiagramm der Ansteuerung der beiden Stauzylinder.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Düsenkopf umfaßt einen zylindrischen Mantel 1, eine Stirnplatte 2 und eine Düsen­ platte 3. Die Düsenplatte 3 hat eine kreisförmige Mündungs­ öffnung 4 im Anschluß an eine Ausnehmung, in der ein in axialer Richtung verstellbarer Düsenkern 5 endet. Der Düsen­ kern 5 sitzt am unteren Ende einer Verstellstange 6, die in einem Führungsrohr 7 verschiebbar und am oberen Ende an einem Querjoch 8 befestigt ist. Der Düsenkern 5 und die Verstellstange 6 haben eine gestrichelt angedeutete Blas­ luftbohrung 9.

Die Düsenplatte 3 und der Düsenkern 5 begrenzen einen ring­ förmigen Düsenspalt 10. In den Spalt 10 mündet ein Ringraum 11. In diesen öffnen sich zwei zueinander konzentrische Ringkammern 12 und 13. In jeder der Ringkammern 12 bzw. 13 befindet sich ein Ventilring 14 bzw. 15. Die Ringkammern 12 und 13 haben als Ventilsitze für die Ventilringe 14 bzw. 15 ausgebildete ringförmige Öffnungen 16 bzw. 17, die die Aus­ laßöffnungen von zwei Stauzylindern bilden, die beide als Ringzylinder ausgebildet sind. Der äußere Stauzylinder hat einen Zylinderraum 20, der außen von dem Düsenmantel 1 und innen von einem Zylindermantel 30 begrenzt wird. Der innere Stauzylinder hat einen Zylinderraum 40, der außen von dem Zylindermantel 30 und innen von dem Führungsrohr 7 der Ver­ stellstange 6 des Düsenkerns 5 begrenzt wird. Der äußere Stauzylinder umschließt den inneren Stauzylinder. Der äußere und der innere Stauzylinder umfassen außerdem je einen Ver­ drängerkolben 21 bzw. 41, sowie einen sogenannten Spiralver­ teiler 22 bzw. 42. Die Windungen der Spiralverteiler 22 bzw. 42 beginnen an Bohrungen 23 bzw. 43 und enden, flacher werdend, in den Zylinderräumen 20 bzw. 40. Die Bohrungen stellen die Verbindung zu den angedeuteten Anschlußflanschen 24 bzw. 44 her, über die der Düsenkopf mit den nicht darge­ stellten Extrudern für die jeweiligen Kunststoffkomponenten verbunden ist.

In der beschriebenen Konstruktion arbeiten die Stauzylinder nach dem FIFO-Prinzip, wenn die Verdrängerkolben 21 bzw. 41 über ihre Schubstangen verschoben werden.

In dem in Fig. 1 dargestellten, drucklosen Ruhezustand nehmen die Ventilringe 14 und 15 die dargestellte Stellung ein, in der die Auslaßöffnungen 16 und 17 sowohl des inneren als auch des äußeren Stauzylinders frei sind.

Während der Ausstoßbewegung eines der Ringkolben verschließt hingegen der dem anderen Stauzylinder zugeordnete Ventilring dessen Auslaßöffnung. Dies ist in Fig. 2 für den Fall darge­ stellt, daß der Verdrängerkolben 21 des äußeren Stauzylin­ ders eine Ausstoßbewegung ausführt. Die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte Kunststoffkomponente wird dadurch aus dem Zylinderraum 20 über die Auslaßöffnung 16 in die Ringkammer 12 verdrängt. Wie durch die Strömungs­ pfeile angedeutet, hebt die Kunststoffkomponente dabei den zu dem inneren Stauzylinder gehörenden Ventilring 15 in die Sperrstellung. Deshalb ist es wichtig, daß die Ventilringe 14 und 15 auf dem Boden ihrer Ringkammern nicht vollflächig aufliegen sondern eine ausreichend große, freie Angriffs­ fläche für die aus der jeweils anderen Ringkammer verdrängte Kunststoffkomponente bieten, damit sie in die Sperrstellung angehoben werden.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die zur Betätigung der Verdrängerkol­ ben 21 bzw. 41 sowie zur Verstellung des Düsenkerns 5 die­ nenden Hydraulikzylinder am besten auf den Düsenkopf aufge­ baut. Der Verdrängerkolben 21 des äußeren Stauzylinders wird über einen ersten Hydraulikzylinder 50 betätigt. Dieser ist mit einem Deckel 31 des Düsenkopfes über zwei Säulen 32 und 33 verbunden und umfaßt einen Kolben 51, dessen hohle Kol­ benstange 52 an ihrem Ende ein Joch 53 trägt, das über Schubstangen 54.1 und 54.2 mit dem Verdrängerkolben 21 verbunden ist. Der Verdrängerkolben 41 des inneren Stau­ zylinders wird über einen zweiten Hydraulikzylinder 60 ver­ schoben. Dieser sitzt über dem Hydraulikzylinder 50 und umfaßt einen Kolben 61, dessen Kolbenstange 62 durch die hohle Kolbenstange 52 des ersten Hydraulikzylinders 50 hindurchgeführt ist, und in einem kurzen Joch 63 endet, das über Schubstangen 64.1 und 64.2 mit dem Verdrängerkolben 41 verbunden ist. Für die Hydraulikzylinder 50 und 60 genügen einfach wirkende Ausführungsformen. Der zweite Hydraulik­ zylinder 60 trägt seinerseits einen dritten Hydraulikzylin­ der 70, der doppelt wirkend ist und einen Kolben 71 umfaßt, dessen Kolbenstange 72 über ein Joch 73 mit Zugstangen 74.1 und 74.2 verbunden ist, die an dem oben bereits erwähnten Querjoch 8 enden, das auf dem oberen Ende der Verstellstange 6 für den Düsenkern 5 sitzt.

Fig. 4 zeigt einen Fertigartikel in Form eines Rohres 80, das aus einem Schlauch geblasen wurde, der mit dem Düsenkopf nach der Erfindung extrudiert wurde. Das Rohr 80 hat an seinen beiden Enden Anschlußbereiche 81 sowie in der Mitte einen Faltenbalgabschnitt 82. Im Bereich der Anschlußbe­ reiche 81 und des Faltenbalgabschnitts 82 besteht das Rohr 80 aus einem weichen Kunststoff z. B. TEEE. Dazwischen liegen Abschnitte 83 und 84 des Rohres, die aus einem harten Kunst­ stoff z. B. PA hart, sind.

Unter dem Artikel ist das Zeitdiagramm der Ansteuerung der Stauzylinder für die beiden Kunststoffkomponenten darge­ stellt. Die Abszisse gibt die Zeitdauer der entsprechenden Ausstoßbewegung und dementsprechend die aus der jeweiligen Komponente extrudierte Schlauchlänge an. Die Ordinate gibt den jeweiligen Ausstoßdruck an.

Claims (9)

1. Düsenkopf für eine Schlauchextrusionsmaschine zum Extrudieren eines Schlauches aus unterschiedlichen Kunststoffen, mit wenigstens zwei Extrudern, denen je ein in dem Düsenkopf angeordneter Stauzylinder (20, 21; 40, 41) nachgeordnet ist, der mittels eines fluid­ betätigten Kolbens (21; 41) entleerbar und über einen Kanal mit einem einen Düsenkern (5) ringförmig umge­ benden Düsenspalt (10) verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in jedem der die Stauzylinder (20, 21; 40, 41) mit dem Düsenspalt (10) verbindenden Kanäle ein Rückschlagventil (14; 15) angeordnet ist.

2. Düsenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Stauzylinder einlaßseitig einen Spiralverteiler (22; 42) für die schmelzflüssig zuge­ führte Kunststoffkomponente enthält.

3. Düsenkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralverteiler (22; 42) den zugehörigen Kolben (21; 41) zumindest über einen Teil dessen Länge um­ schließt.

4. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile (14; 15) räumlich benachbart zueinander angeordnet sind.

5. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle als kurze Ringkanäle ausgebildet sind und je eine Ringkammer (12; 13) ent­ halten, in der als Ventilorgan des betreffenden Rück­ schlagventils ein Ventilring (14; 15) angeordnet ist.

6. Düsenkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringkammern (12; 13) sich in Strömungs­ richtung zu einem gemeinsamen Ringraum (11) vereini­ gen, der in den Ringspalt (10) der Düse übergeht.

7. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er zum seitlichen Anbau (vgl. 24; 44) an die Extruder ausgebildet ist.

8. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn­ zeichnet durch je einen auf den Düsenkopf aufgebauten Fluidzylinder (50; 60) zur Betätigung des Kolbens (21; 41) des jeweiligen Stauzylinders (20, 21; 40, 41).

9. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekenn­ zeichnet durch einen auf den Düsenkopf aufgebauten Stellzylinder (70) zur Verstellung des Düsenkerns (5).