DE20307412U1 - Tool for extruding a tubular thermoplastic melt, comprises a ring shaped outlet nozzle and a melt channel that runs concentrically to the central tool axis - Google Patents
Tool for extruding a tubular thermoplastic melt, comprises a ring shaped outlet nozzle and a melt channel that runs concentrically to the central tool axisInfo
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Abstract
Description
2020
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Extrusion eines rohrförmigen Schmelzestranges aus thermoplastischem Kunststoff mit einer ringförmigen Austrittsdüse und mindestens einem von einer zugehörigen Eintrittsöffnung zur Austrittsdüse führenden und konzentrisch zur Mittelachse des Werkzeuges verlaufenden Schmelzekanal, in dessen Begrenzungswandung schraubenlinienförmig umlaufende Wendel unter Ausbildung eines sich in Austrittsrichtung des Schmelzestranges erstreckenden Wendelverteilers eingebracht sind.The invention relates to a tool for extruding a tubular melt strand made of thermoplastic material with an annular outlet nozzle and at least one melt channel leading from an associated inlet opening to the outlet nozzle and running concentrically to the central axis of the tool, in the boundary wall of which helical spirals are introduced to form a spiral distributor extending in the outlet direction of the melt strand.
Ein derartiges Werkzeug ist beispielsweise aus der DE 44 07 060 A1 und auch der DE 39 25 042 A1 bekannt geworden.Such a tool is known, for example, from DE 44 07 060 A1 and also from DE 39 25 042 A1.
Eines der größten Probleme bei der Konstruktion von Werkzeugen zur Extrusion eines rohrförmigen Schmelzestranges aus thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise zur Herstellung von Blasfolien ist es, ausgehend von der Eintrittsöffnung der Schmelze eine gleichförmige Verteilung derselben innerhalb des Werkzeuges zu bewerkstelligen, so daß nachfolgend ein über seinen Umfang vergleichmäßigter Schmelzestrang aus der ringförmigen Austrittsdüse austritt. Kommt es hierbei zu Masseflußschwankungen, resultiert dies in Dickenschwankungen der erhaltenen Folie, was unter allen Umständen zu vermeiden ist. Zu diesem Zweck werden in den Schmelzekanälen sogenannte Wendelverteiler mit schraubenlinienförmig umlaufenden Wendeln eingesetzt, in welchen eineOne of the biggest problems in the design of tools for extruding a tubular melt strand made of thermoplastic, for example for the production of blown film, is to achieve a uniform distribution of the melt within the tool, starting from the inlet opening of the melt, so that a melt strand that is uniform over its circumference subsequently emerges from the annular outlet nozzle. If fluctuations in the mass flow occur, this results in fluctuations in the thickness of the resulting film, which must be avoided at all costs. For this purpose, so-called spiral distributors with helical spirals are used in the melt channels, in which a
gleichmäßige Verteilung der aus der Eintrittsöffnung eintretenden Schmelze in Richtung auf die Austrittsdüse im Werkzeug erreicht werden soll.uniform distribution of the melt entering from the inlet opening in the direction of the outlet nozzle in the tool is to be achieved.
Bei den bekannten Werkzeugen sind diese Wendel in Form von schraubenlinienförmig umlaufenden Nuten üblicherweise im Bereich der in bezug auf die Mittelachse des Werkzeuges inneren Begrenzungswandung des Schmelzekanals ausgebildet. Da sich der solchermaßen aus den einzelnen Wendeln zusammensetzende Wendelverteiler hierbei im wesentlichen in Extrusionsrichtung und damit in Austrittsrichtung des Schmelzestranges erstreckt, welche üblicherweise vertikal von unten nach oben gerichtet ist, spricht man in diesem Zusammenhang auch von einem vertikalen Schmelzeverteiler.In the known tools, these spirals are usually designed in the form of helical grooves in the area of the inner boundary wall of the melt channel in relation to the central axis of the tool. Since the spiral distributor, which is composed of the individual spirals, extends essentially in the extrusion direction and thus in the exit direction of the melt strand, which is usually directed vertically from bottom to top, one also speaks in this context of a vertical melt distributor.
Darüber hinaus sind auch verschiedentlich bereits Verteileinrichtungen für die Kunststoffschmelze zwischen Eintrittsöffnung und Austrittsdüse eines Werkzeuges vorgeschlagen worden, die sich quer zur Extrusions- und Austrittsrichtung der Schmelze und von daher üblicherweise horizontal erstrecken, was gemeinhin als Horizontalverteilung bezeichnet wird, wozu nur beispielhaft auf die US-A 3,809,515 verwiesen wird. Derartige Horizontalverteilungen sind jedoch in der Herstellung aufwendiger und benötigen auch größeren Bauraum im Vergleich zu den bekannten vertikalen Schmelzeverteilern.In addition, various distribution devices for the plastic melt between the inlet opening and the outlet nozzle of a tool have already been proposed, which extend transversely to the extrusion and outlet direction of the melt and therefore usually horizontally, which is commonly referred to as horizontal distribution, for which reference is made to US-A 3,809,515 as an example. However, such horizontal distributions are more complex to manufacture and also require more installation space compared to the known vertical melt distributors.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeug der gattungsgemäßen Art mit vertikaler Schmelzeverteilung hinsichtlich der erzielbaren Folienqualität zu verbessern, wobei insbesondere auch dem bislang unvermeidlichen häufigen Auftreten von Folienverunreinigungen durch Stippen etc. vorgebeugt werden soll.The object of the present invention is to improve a tool of the generic type with vertical melt distribution with regard to the achievable film quality, whereby in particular the hitherto unavoidable frequent occurrence of film contamination by specks etc. is to be prevented.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung die Weiterbildung eines Werkzeuges gemäß den Merkmalen des Schutzanspruches 1 vor, bei welchem erfindungsgemäß die Wendel sowohl in die innenseitige Begrenzungswandung als auch in die außenseitige Begrenzungswandung des mindestens einen Schmelzekanals eingebracht sind.To achieve the stated object, the invention proposes the further development of a tool according to the features of claim 1, in which according to the invention the spirals are introduced both into the inner boundary wall and into the outer boundary wall of the at least one melt channel.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Werkzeuges sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments and further developments of the tool according to the invention are the subject of the subclaims.
> · · ma > · · ma
Je nach Art der zu verarbeitenden Schmelze und der Produktionsparameter können die Wendel im Querschnitt betrachtet halbkreisförmig oder auch angenähert halbkreisförmig ausgebildet sein.Depending on the type of melt to be processed and the production parameters, the spirals can be semicircular or approximately semicircular when viewed in cross-section.
Darüber hinaus können die in die innenseitige Begrenzungswandung und die in die außenseitige Begrenzungswandung eines Schmelzekanals eingebrachten Wendel sich entweder deckungsgleich gegenüberliegen oder aber in Austrittsrichtung versetzt zueinander angeordnet sein, dies richtet sich nach den jeweiligen Theologischen Eigenschaften des zu verarbeitenden thermoplastischen Kunst-Stoffes. In addition, the spirals introduced into the inner boundary wall and the spirals introduced into the outer boundary wall of a melt channel can either be arranged congruently opposite one another or offset from one another in the outlet direction; this depends on the respective rheological properties of the thermoplastic material to be processed.
Ferner ist vorgesehen, daß die Tiefe der Wendel ausgehend von der Eintrittsöffnung in Richtung auf die Austrittsdüse abnimmt.Furthermore, it is intended that the depth of the spiral decreases from the inlet opening towards the outlet nozzle.
Das erfindungsgemäße Werkzeug kann als Einschichtwerkzeug zur Herstellung eines einschichtigen rohrförmigen Schmelzestranges z. B. für die Blasfolienextrusion ausgebildet sein, wobei es in diesem Falle lediglich über einen einzigen Schmelzekanal mit zugehörigem Wendelverteiler verfügt.The tool according to the invention can be designed as a single-layer tool for producing a single-layer tubular melt strand, e.g. for blown film extrusion, in which case it only has a single melt channel with associated spiral distributor.
Insbesondere ist aber nach der Erfindung auch vorgesehen, das Werkzeug als Mehrschichtwerkzeug auszubilden, wobei es mehrere zur Austrittsdüse führende und konzentrisch zueinander angeordnete Schmelzekanäle mit den jeweils zugehörigen Wendelverteilern aufweist, in welchen die Wendel sowohl in die innenseitige Begrenzungswandung als auch in die außenseitige Begrenzungswandung der jeweiligen Schmelzekanäle eingebracht sind. Darüber hinaus ist beim erfindungsgemäßen Mehrschichtwerkzeug vorgesehen, daß alle Schmelzekanäle an einer Stelle im Werkzeug zusammengeführt sind und nachfolgend mit der Austrittsdüse kommunizieren.In particular, however, the invention also provides for the tool to be designed as a multi-layer tool, with it having several melt channels leading to the outlet nozzle and arranged concentrically to one another with the respective spiral distributors in which the spirals are introduced into both the inner boundary wall and the outer boundary wall of the respective melt channels. In addition, the multi-layer tool according to the invention provides for all melt channels to be brought together at one point in the tool and subsequently communicate with the outlet nozzle.
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den nachfolgend erläuterten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:Further details and embodiments of the invention can be seen from the drawings explained below. They show:
Figur 1 einen vertikalen Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetesFigure 1 shows a vertical section through a
Werkzeug,Tool,
Figur 2 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt des Werkzeuges gemäß Darstellung in der Figur 1,Figure 2 shows an enlarged section of the tool as shown in Figure 1,
Figuren 3 bis 5 in vergrößerter Detailansicht X gemäß Figur 2 verschiedene Ausführungsformen eines im erfindungsgemäßen WerkzeugFigures 3 to 5 in enlarged detail view X according to Figure 2 various embodiments of a tool according to the invention
eingesetzten Wendelverteilers.used spiral distributor.
In der Figur 1 ist ein Werkzeug zur Extrusion eines rohrförmigen Schmelzestranges aus thermoplastischem Kunststoff beispielsweise zur Herstellung von Blasfolien im Längsschnitt entlang seiner Mittelachse A dargestellt. Das Werkzeug ist als Mehrschichtwerkzeug, hier Dreischichtwerkzeug ausgebildet und umfaßt in an sich bekannter Weise einen Innendorn 1, welcher außenseitig von einem inneren Verteilereinsatz 2 unter Belassung eines ersten Schmelzekanals 6.1 umgeben ist. Außenseitig an den inneren Verteilereinsatz anschließend ist ein äußerer Verteilereinsatz 3 vorgesehen, wobei zwischen dem inneren Verteilereinsatz 2 und dem äußeren Verteilereinsatz 3 ein zweiter Schmelzekanal 6.2 ausgebildet ist. Schließlich wird der außenseitige Abschluß des Werkzeuges von einem Außenmantel 4 bewirkt, wobei zwischen den äußeren Verteilereinsatz 3 und dem Außenmantel 4 ein dritter Schmelzekanal 6.3 verbleibt.Figure 1 shows a tool for extruding a tubular melt strand made of thermoplastic, for example for producing blown film, in longitudinal section along its central axis A. The tool is designed as a multi-layer tool, here a three-layer tool, and comprises, in a manner known per se, an inner mandrel 1 which is surrounded on the outside by an inner distributor insert 2, leaving a first melt channel 6.1. An outer distributor insert 3 is provided on the outside adjacent to the inner distributor insert, with a second melt channel 6.2 being formed between the inner distributor insert 2 and the outer distributor insert 3. Finally, the tool is closed off on the outside by an outer casing 4, with a third melt channel 6.3 remaining between the outer distributor insert 3 and the outer casing 4.
Die Schmelzekanäle 6.1, 6.2, 6.3 werden von der Unterseite des Werkzeuges her über jeweils eine Eintrittsöffnung 7.1, 7.2, 7.3 mit einer Schmelze aus thermoplastischem Kunststoff von einer nicht dargestellten Extrusionseinrichtung gespeist und die Schmelzekanäle 6.1, 6.2, 6.3 führen die ihnen über die Eintrittsöffnungen 7.1, 7.2, 7.3 zugeführte Schmelze in vertikaler Richtung nach oben zu einer oberseitig am Werkzeug ausgebildeten ringförmigen Austrittsöffnung 5, aus welcher letztlich die gesamte Schmelze als rohrförmiger Schmelzestrang in einer Extrusions- bzw. Austrittsrichtung E in an sich bekannter Weise austritt.The melt channels 6.1, 6.2, 6.3 are fed from the underside of the tool via an inlet opening 7.1, 7.2, 7.3 with a melt of thermoplastic material from an extrusion device (not shown), and the melt channels 6.1, 6.2, 6.3 guide the melt fed to them via the inlet openings 7.1, 7.2, 7.3 in a vertical direction upwards to an annular outlet opening 5 formed on the top of the tool, from which the entire melt ultimately emerges as a tubular melt strand in an extrusion or outlet direction E in a manner known per se.
Die Schmelzekanäle 6.1, 6.2, 6.3 sind ebenso wie die diese begrenzenden Teile des Werkzeuges, nämlich Innendorn 1, innerer Verteilereinsatz 2, äußerer Verteilereinsatz 3 und Außenmantel 4 konzentrisch zu der in vertikaler Richtung verlaufenden Mittelachse A des Werkzeuges angeordnet.The melt channels 6.1, 6.2, 6.3, as well as the parts of the tool that delimit them, namely the inner mandrel 1, the inner distributor insert 2, the outer distributor insert 3 and the outer casing 4, are arranged concentrically to the central axis A of the tool, which runs in the vertical direction.
Wie sich insbesondere auch aus der vergrößerten Darstellung gemäß Figur 2 ergibt, werden alle Schmelzekanäle 6.1, 6.2, 6.3, die jeweils eine Schicht des nachfolgend aus der rohrförmigen Austrittsdüse 5 austretenden mehrschichtigen Schmelzestranges führen, gemeinsam an einer Stelle S innerhalb des Werkzeuges zusammengeführt und zu einem mehrschichtigen Schmelzestrang vereinigt, der sodann aus der ringförmigen Austrittsdüse 5 in Austrittsrichtung E austritt. Die Zusammenführung aller Schmelzekanäle 6.1, 6.2, 6.3 an einer Stelle S im Werkzeug ermöglicht eine hohe Dickenkonstanz der erzielten mehrschichtigen Folie. Im Falle beengter Platzverhältnisse kann auch eine möglichst eng aufeinanderfolgende Zusammenführung der einzelnen Schmelzekanäle 6.1, 6.2, 6.3 in Austrittsrichtung E aufeinanderfolgend vorgenommen werden, um dem Ideal einer Zusammenführung der Schmelzekanäle 6.1, 6.2, 6.3 an einer Stelle S, wie in Figur 2 dargestellt, möglichst nahezukommen.As can be seen in particular from the enlarged illustration in Figure 2, all melt channels 6.1, 6.2, 6.3, which each carry a layer of the multilayer melt strand subsequently exiting from the tubular outlet nozzle 5, are brought together at a point S within the tool and combined to form a multilayer melt strand, which then exits from the annular outlet nozzle 5 in the exit direction E. The merging of all melt channels 6.1, 6.2, 6.3 at a point S in the tool enables a high thickness consistency of the multilayer film achieved. In the case of confined space, the individual melt channels 6.1, 6.2, 6.3 can also be brought together as closely as possible in the exit direction E in order to come as close as possible to the ideal of merging the melt channels 6.1, 6.2, 6.3 at a point S, as shown in Figure 2.
Darüber hinaus ist in der Darstellung gemäß Figur 2 ersichtlich, daß die zunächst über die Eintrittsöffnungen 7.1, 7.2, 7.3 eintretenden Schmelzeströme in jeweils einen sich in Austrittsrichtung des Schmelzestranges erstreckenden Wendelverteiler 8 einmünden, in welchem die Schmelze ausgehend von der Eintrittsöffnung möglichst gleichmäßig auf dem gesamten Umfang des jeweiligen Schmelzekanals 6.1, 6.2, 6.3 verteilt wird, um eine gleichmäßige Schichtdicke über dem gesamten Austrittsspalt der Austrittsdüse 5 zu erhalten.Furthermore, it can be seen in the illustration according to Figure 2 that the melt streams initially entering via the inlet openings 7.1, 7.2, 7.3 each flow into a spiral distributor 8 extending in the exit direction of the melt strand, in which the melt is distributed as evenly as possible over the entire circumference of the respective melt channel 6.1, 6.2, 6.3 starting from the inlet opening in order to obtain a uniform layer thickness over the entire exit gap of the exit nozzle 5.
In der Figur 3, die in vergrößerter Darstellung die Einzelheit X eines solchen Wendelverteilers 8 gemäß Figur 2 darstellt, ist beispielhaft der Schmelzekanal 6.1 ersichtlich, in welchem die von der Eintrittsöffnung 7.1 eintretende Schmelze in Richtung der ringförmigen Austrittsdüse 5 gefördert wird. Der Schmelzekanal 6.1 wird hierbei in bezug auf die Mittelachse A innenseitig von einer innenseitigen Begrenzungswandung 60 und außenseitig von einer außenseitigen Begrenzungswandung 61 begrenzt. Die nachfolgend anhand des Schmelzekanals 6.1 vorgenommenen Erläuterungen gelten analog auch für die übrigen Schmelzekanäle 6.2 und 6.3.In Figure 3, which shows an enlarged detail X of such a spiral distributor 8 according to Figure 2, the melt channel 6.1 can be seen as an example, in which the melt entering from the inlet opening 7.1 is conveyed in the direction of the annular outlet nozzle 5. The melt channel 6.1 is limited on the inside by an inside boundary wall 60 and on the outside by an outside boundary wall 61 with respect to the central axis A. The explanations given below with reference to the melt channel 6.1 also apply analogously to the other melt channels 6.2 and 6.3.
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Der Wendelverteiler 8 wird von schraubenlinienförmig um die Mittelachse A des Werkzeuges umlaufenden und in die Begrenzungswandungen des Schmelzekanals 6.1 eingebrachten nutförmigen Wendeln 80a, 80b ausgebildet, die eine Verteilung der Schmelze um den Umfang des Schmelzekanals bewirken. 5The spiral distributor 8 is formed by groove-shaped spirals 80a, 80b which run helically around the central axis A of the tool and are inserted into the boundary walls of the melt channel 6.1, which cause the melt to be distributed around the circumference of the melt channel. 5
Wesentliches Merkmal des Wendelverteilers 8 ist es, daß die den Wendelverteiler 8 ausbildenden schraubenlinienförmig umlaufenden Wendel 80a, 80b sowohl in die innenseitige Begrenzungswandung 60 als auch in die außenseitige Begrenzungswandung 61 des Schmelzekanals 6 eingebracht sind, wodurch sich die Verteilung der Schmelze im Schmelzekanal 6 signifikant verbessern läßt und darüber hinaus der Ablagerung von Stippen und dergleichen, die nachfolgend zu Verunreinigungen des austretenden rohrförmigen Schmelzestranges führen, entgegengewirkt wird. Die innenseitig und außenseitig eingebrachten Wendel können hierbei mit gleichem oder gegensinnigem Drehsinn um die Mittelachse A umlaufen.An essential feature of the spiral distributor 8 is that the spiral-shaped spirals 80a, 80b forming the spiral distributor 8 are introduced into both the inner boundary wall 60 and the outer boundary wall 61 of the melt channel 6, whereby the distribution of the melt in the melt channel 6 can be significantly improved and, in addition, the deposition of specks and the like, which subsequently lead to contamination of the emerging tubular melt strand, is counteracted. The spirals introduced on the inside and outside can rotate around the central axis A in the same or opposite direction of rotation.
Gemäß Ausführungsbeispiel in der Figur 3 sind hierbei die in der innenseitigen Begrenzungswandung 60 ausgebildeten Wendel 80a und die in der außenseitigen Begrenzungswandung 61 ausgebildeten Wendel 80b deckungsgleich einander gegenüberliegend angeordnet.According to the embodiment in Figure 3, the coils 80a formed in the inner boundary wall 60 and the coils 80b formed in the outer boundary wall 61 are arranged congruently opposite one another.
In einem alternativen und in der Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel können die in der innenseitigen Begrenzungswandung 60 ausgebildeten Wendel 80a jedoch auch gegenüber den in der außenseitigen Wandung 61 eingebrachten Wendel 80b in Austrittsrichtung E versetzt zueinander angeordnet werden.However, in an alternative embodiment shown in Figure 4, the coils 80a formed in the inner boundary wall 60 can also be arranged offset from one another in the exit direction E with respect to the coils 80b formed in the outer wall 61.
Bevorzugt weisen darüber hinaus die Wendel 80a, 80b im Querschnitt betrachtet, d. h. beispielsweise innerhalb der Zeichenebene, eine halbkreisförmige Gestalt auf, wobei des weiteren deren Tiefe T1 die gleichzeitig den Radius der Wendel 80a, 80b bildet, ausgehend von der Eintrittsöffnung 7.1, 7.2, 7.3 in Richtung auf die ringförmige Austrittsdüse 5 abnehmend ausgebildet sein kann.Furthermore, the helix 80a, 80b preferably have a semicircular shape when viewed in cross section, ie for example within the plane of the drawing, wherein furthermore their depth T 1 , which simultaneously forms the radius of the helix 80a, 80b, can be designed to decrease starting from the inlet opening 7.1, 7.2, 7.3 in the direction of the annular outlet nozzle 5.
Schließlich zeigt das in der Figur 5 alternativ dargestellte Ausführungsbeispiel, daß neben den mit Bezugsziffer 80 gekennzeichneten Wendeln mit halbkreis-Finally, the alternative embodiment shown in Figure 5 shows that in addition to the spirals marked with reference number 80 with semicircular
förmigem Querschnitt auch solche Querschnittsformen für Wendel vorgesehen sein können, deren Umrißverlauf einem Ellipsenbogen angenähert ist, was mit Bezugszeichen 80.1 dargestellt ist. Auch andere geeignete Querschnittsformen der Wendel können ausgewählt werden.shaped cross-section, cross-sectional shapes for helices can also be provided whose outline approximates an elliptical arc, which is shown with reference number 80.1. Other suitable cross-sectional shapes of the helix can also be selected.
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Werkzeug auch mehr oder weniger Schmelzekanäle als die hier dargestellten drei Schmelzekanäle 6.1, 6.2, 6.3 aufweisen, es kann beispielsweise als Einschichtwerkzeug mit nur einem Schmelzekanal oder auch als Mehrschichtwerkzeug mit zwei oder mehr Schmelzekanälen ausgebildet sein.Deviating from the illustrated embodiment, the tool can also have more or fewer melt channels than the three melt channels 6.1, 6.2, 6.3 shown here; for example, it can be designed as a single-layer tool with only one melt channel or as a multi-layer tool with two or more melt channels.
Im Falle der Ausbildung als Mehrschichtwerkzeug mit mehr als einem Schmelzekanal 6 ist die Zusammenführung der Schmelzekanäle 6 an einer gemeinsamen Stelle S innerhalb des Werkzeuges bevorzugt.In the case of a multi-layer tool with more than one melt channel 6, it is preferred to combine the melt channels 6 at a common location S within the tool.
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