Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Extrusionsdüse zum Extrudieren von Hohlprofilen mit einem an ein Verteilerstück angeschlossenen, Extrusionskanäle zur Formung eines Profilstrangs bildenden Düsenkopf und mit einem zwischen dem Düsen¬ kopf und dem Verteilerstück vorgesehenen, quer zu den Extrusionskanälen verlaufenden Verteilerraum, der entlang seines Umfanges an einen Ringkanal zur Beaufschlagung mit Kunststoffschmelze angeschlossen ist und von dem die Extrusionskanäle des Düsenkopfes ausgehen.

Stand der Technik

Bei herkömmlichen Extrusionsdüsen wird zwischen dem im allgemeinen run¬ den Anschlußkanal und einem Düsenkopf, dessen Extrusionskanäle hinsicht¬ lich ihrer Position und Spaltenbreite eng an die Kontur des zu extrudierenden Profils angelehnt sind, ein Einlaufbereich vorgesehen, der einen allmählichen Übergang vom Anschlußkanal zu den Extrusionskanälen des Düsenkopfes bil¬ det, um im Bereich der Schmelzströmung Stagnationszonen, also Zonen mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit zu vermeiden. In solchen Stagnationszo¬ nen besteht nämlich die Gefahr, daß bei thermisch instabilen Schmelzen, z.B. PVC, der Kunststoff geschädigt wird. Nachteilig bei diesen Extrusionsdüsen ist, daß sie nur für einen Profilquerschnitt eingesetzt werden können. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es darüber hinaus bekannt, anstelle des Einlaufbe¬ reichs ein Verteilerstück vorzusehen, das zum Düsenkopf hin einen Verteiler¬ raum aufweist, von dem die Extrusionskanäle des Düsenkopfes ausgehen, so daß das Verteilerstück weitgehend unabhängig von der Kontur der Extrusi¬ onskanäle ausgebildet werden kann. Zur Einspeisung der Kunststoffschmelze in den Verteilerraum ist ein Ringkanal vorgesehen, der entlang des Umfanges des Verteilerraumes in diesen mündet, so daß die Kunststoffschmelze im we¬ sentlichen durch den Verteilerraum radial von außen nach innen zu den an¬ schließenden Extrusionskanälen fließt. Mit Hilfe dieser bekannten Extrusions- düsen mit einem Verteilerstück lassen sich zwar Vollprofile ohne Beschädi¬ gungsgefahr für thermisch instabile Kunststoffschmelzen herstellen, nicht aber Hohlprofile.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, für das Extrudieren von Hohl¬ profilen eine Extrusionsdüse zu schaffen, die ohne einen den Einsatz auf einen Profilquerschnitt beschränkenden Einlaufbereich zum allmählichen Übergang vom Anschlußkanal auf die Extrusionskanäle des Düsenkopfes auskommt.

Ausgehend von einer Extrusionsdüse der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, daß das Verteilerstück einen inner¬ halb des Ringkanals in den Verteilerraum mündenden Innenkanal zur zusätzli¬ chen Beaufschlagung des Verteilerraums mit Kunststoffschmelze aufweist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß im Verteilerraum des Vertei¬ lerstücks unabhängig von der Position und den Abmessungen der Extrusi¬ onskanäle nur dann eine sich über den gesamten Verteilerraum erstreckende Strömung der Kunststoffschmelze ohne Stagnationszonen aufrechterhalten werden kann, wenn der Verteilerraum durch zwei unabhängige, gegeneinander gerichtete Schmelzströme beaufschlagt wird, nämlich einen radial von außen nach innen und einen radial von innen nach außen gerichteten Schmelzstrom. Dies führt dazu, daß eine Schmelzströmung auch in Bereich von Hohlkammern entsteht, deren sie umschließende Extrusionskanäle sonst nur von außen be¬ schickt werden können. Im Gegensatz zum Stand der Technik drängt nämlich die zusätzliche Schmelzströmung des Innenkanals die Kunststoffschmelze aus dem Hohlkammerbereich in einen den Hohlkammerbereich begrenzenden Ex- trusionskanal, was den Verteilerraum frei von Stagnationszonen hält. Es kann durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen somit stets sichergestellt werden, daß die entgegengesetzten Schmelzströmungen zumindest im Bereich eines Extrusionskanals aufeinandertreffen und über diesen Extrusionskanal abflie¬ ßen. In diesen Zusammenhang ist zu beachten, daß sich Ströme aus Kunst¬ stoffschmelzen nicht turbulent verhalten, so daß die aufeinandertreffenden Schmelzströme ohne wesentliche Durchmischung über einen gemeinsamen Extrusionskanal aus dem Verteilerraum abgeleitet werden können, wobei die Trennfläche zwischen den Schmelzströme innerhalb des Extrusionskanals und damit innerhalb der dadurch bestimmten Profilwand verläuft.

Trägt der Düsenkopf einen gegen den Innenkanal in den Verteilerraum vorste¬ henden Verteilerkegel, so kann damit die Schmelze des Innenkanals in den Verteilerraum besonders gleichmäßig eingeleitet werden. Stagnationszonen auf der der Mündung des Innenkanals gegenüberliegende Seite des Verteiler¬ raums sind somit ausgeschlossen.

Weist der Verteilerraum jeweils einen kleineren Strömungsquerschnitt als der Ring- und der Innenkanal auf, so kann die Strömungsgeschwindigkeit im Ver¬ teilerraum gegenüber dem Ring- und dem Innenkanal erhöht werden. Dies ist insbesondere in Zonen des Zusammentreffens beider Schmelzströme von Vor¬ teil, da damit Stagnationszonen im Strömungsschatten der beiden aufeinander¬ treffenden Schmelzströme vermieden werden können. Die Gefahr einer Ausbil¬ dung solcher Stagnationszonen entsteht vor allem dort, wo die beiden Schmelzströme aufeinandertreffen und umgelenkt werden, also insbesondere im Umlenkbereich des jeweiligen Extrusionskanals auf der gegenüberliegenden Seite des Verteilerraums. Werden der Ring- und der Innenkanal mit unterschiedlichen Kunststoffschmel¬ zen beaufschlagt, so eröffnet sich die Möglichkeit, verschiedene Kunststoff¬ schmelzen für ein Hohlprofil zu verwenden. Beispielsweise kann so für den Ringkanal qualitativ hochwertige Kunststoffschmelze und für den Innenkanal minderwertigere Kunststoffschmelze eingesetzt werden. Da die Kunststoff¬ schmelze aus dem Ringkanal zumindest die Außenfläche des zu fertigenden Profilstrangs bildet, kann der Schmelzstrom aus dem Innenkanal nirgends bis an die Außenfläche des Profilstrangs durchdringen, so daß ohne zusätzliche Maßnahmen gewährleistet ist, daß die Außenflächen des Profilstrangs durch¬ gehend aus der Kunststoffschmelze des Ringkanals bestehen.

Sind die Extrusionskanäle des Düsenkopfs mit Abstand innerhalb des Umfangs des Verteilerraums vorgesehen, so kann eine äußerst anpassungsfähige Ex- trusionsdüse geschaffen werden, denn mit einem Auswechseln des Düsen¬ kopfs sind unterschiedliche Hohlprofile extrudierbar. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann das Verteilerstück ohne Rücksicht auf eventuelle konstruktive Anpassungen weiter verwendet werden, was eine vergleichsweise vielfältig einsetzbare Extrusionsdüse schafft.

Ist der Verteilerraum als eine vom Verteilerstück abgedeckte Aussparung des Düsenkopfes ausgebildet, so können die Abmessungen des Verteilerraums mit dem Austauschen des Düsenkopfes verändert werden. Der Verteilerraum ist daher stets über den Düsenkopf an die jeweiligen Anforderungen anpaßbar, was eine Extrusionsdüse mit einem universellen Verteilerstück schafft, an das unterschiedliche Düsenköpfe angesetzt werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand anhand von zwei Ausführungs¬ formen beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Extrusionsdüse in einer teilweise aufgerissenen Seitenansicht, Fig. 2 eine teilweise aufgerissene Draufsicht auf die Extrusionsdüse nach Fig. 1 und Fig. 3 eine weiter Ausführungsform der erfindungsgemäßen Extrusionsdü¬ se mit einer unterschiedlichen Beschickung des Ring- und des In¬ nenkanals.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Gemäß der Fig. 1 besteht die beispielsweise dargestellte Extrusionsdüse zum Extrudieren von Hohlprofilen aus einem Verteilerstück 1 und einem Düsenkopf 2. Der Düsenkopf 2 weist Extrusionskanäle 3 zum Formen eines Profilstrangs 4 auf, wobei der Düsenkopf 2 an das Verteilerstück 1 angeschlossen ist und vom Verteilerstück 1 mit Kunststoffschmelze beaufschlagt wird. Zwischen dem Dü¬ senkopf 2 und dem Verteilerstück 1 ist ein Verteilerraum 5 vorgesehen, der quer zu den Extrusionskanälen 3 verläuft und von dem aus die Extrusionskanä¬ le 3 des Düsenkopfes 2 ausgehen. Die dem Verteilerstück 1 über eine An¬ schlußöffnung 6 zugeführte Kunststoffschmelze wird mit Hilfe eines Ringkanals 7 dem Verteilerraum 5 zugeführt, wobei der Verteilerraum 5 entlang seines Umfangs 8 an den Ringkanal 7 angeschlossen ist. Erfindungsgemäß wird der Verteilerraum 5 zusätzlich von einem Innenkanal 9 mit Kunststoffschmelze be¬ aufschlagt, der innerhalb des Ringkanals 7 in den Verteilerraum 5 mündet. Es entstehen dadurch zwei entgegen gerichtete und voneinander unabhängige Ströme aus Kunststoffschmelze, die gegebenenfalls gemeinsam in einen Ex- trusionskanal 3 münden. Im Verteilerraum 5 herrscht daher erfindungsgemäß immer eine gewisse Strömungsgeschwindigkeit vor, so daß ein Verweilen von Kunststoffschmelze im Verteilerraum 5 ausgeschlossen werden kann. Stagna¬ tionszonen können somit auch nicht entstehen. Die Bereiche, bei denen die beiden Ströme aufeinandertreffen, sowie auch die jeweiligen Strömungsge¬ schwindigkeiten ergeben sich zwar in Abhängigkeit des gesamten Düsensy¬ stems, also nicht nur aufgrund der betreffenden Eigenschaften der Extrusions¬ düse, doch können sich aufgrund der Mindestströmungsgeschwindigkeit im gesamten Verteilerraum 5 keine Stagnationszonen einstellen. Werden im Betrieb der Extrusionsdüse Zonen mit vergleichsweise niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten festgestellt, so kann im Ringkanal 7 bzw. im In¬ nenkanal 9 der jeweilige Fließwiderstand verändert werden, um die Strö¬ mungsgeschwindigkeiten im Verteilerraum durch eine Änderung der Schmelz¬ flußaufteilung auf den Ringkanal 7 und den Innenkanal 9 an die jeweiligen Be¬ dingungen vorteilhaft anzupassen. Sinnvolle Maßnahmen hierbei sind bei¬ spielsweise eine Änderung des Durchmessers des Innenkanals 9, eine Ände¬ rung der Spaltweite des Ringkanals 7 oder auch eine Änderung der Spaltweite des Verteilerraumes 5. Damit können Einstellungen getroffen werden, die un¬ zulässig niedrige Strömungsgeschwindigkeiten im Verteilerraum 5 vermeiden, ohne aber damit die Extrusionsgeschwindigkeit des Profilstrangs 4 wesentlich zu verändern.

Der Düsenkopf 2 trägt einen gegen den Innenkanal 9 in den Verteilerraum 5 vorstehenden Verteilerkegel 10, was die durch den Innenkanal 9 fließende Kunststoffschmelze vorteilhaft auf den Verteilerraum 5 aufteilt. Außerdem wird dadurch das Fließverhalten der Kunststoffschmelze so wenig wie möglich beeinträchtigt.

Der Verteilerraum 5 weist einen jeweils kleineren Strömungsquerschnitt als der Ringkanal 7 und der Innenkanal 9 auf, so daß mit hohen Strömungsgeschwin¬ digkeiten im Verteilerkanal 5 zu rechnen ist. Die Gefahr an eventuellen Stagna¬ tionszonen kann damit noch weiter reduziert werden.

Gemäß Fig. 1 wird der Innenkanal 9 und der Ringkanal 7 über eine gemeinsa¬ me Anschlußöffnung 6 mit Kunststoffschmelze beschickt, wobei zur Ausbildung der beiden Kanäle, 7 und 9 das Verteilerstück 1 einen Verdrängungskörper in der Form eines Torpedos 11 aufweist. Um nun einen Profilstrang 4 mit ver¬ schiedenen Kunststoffschmelzen beschicken zu können, weist der Innenkanal 9 einen eigenen Anschluß 12 auf, was insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist. Der Innenkanal 9 besitzt so eine getrennte Beschickungsmöglichkeit, so daß der innere Teil des Profilstrangs 4 beispielsweise mit Schmelze aus recy- celtem Kunststoff beschickt werden kann. Der Einsatz von recyceltem Kunst- stoff muß zwar nicht zwangsweise zu einem Qualitätsverlust führen, jedoch hat recycelter Kunststoff meist den Nachteil von optischen Verfärbungen. Gemäß der Erfindung wird sichergestellt, daß die Außenseite des Profilstrangs 4 mit frischer Schmelze beschickt werden kann, so daß Verfärbungen im Inneren des Profilstrangs 4 zumindest von außen nicht einsehbar sind. Um dem Innen¬ kanal 9 Kunststoffschmelze zuführen zu können, ist der Innenkanal 9 mit dem Anschluß 12 durch eine der Speichen 13 des Torpedos 11 hindurch verbun¬ den.

Weiters ist auch vorstellbar, was nicht näher dargestellt ist, den Innenkanal 9 durch einen axial liegenden ersten Extruder und den Ringkanal 7 durch einen dazu radial außen liegenden, zweiten Extruder zu beaufschlagen, wobei der Torpedo 11 so umflossen wird, wie dies bei einem sogenannten „Pinolenkopf" beim Blasformen bekannt ist. Diese ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Profilstrang 4 mehrheitlich aus Recyclingmaterial bestehen soll, so daß die Hauptmenge der Kunststoffschmelze durch den Innenkanal 9 fließen muß.

Die Extrusionskanäle 3 sind innerhalb des Umfangs 8 des Verteilerraums 5 vorgesehen, so daß mit einem Austauschen des Düsenkopfs 2 keine konstruk¬ tiven Änderungen am Ringkanal 7 bzw. am Innenkanal 9 des Verteilerstücks 1 vorgenommen werden müssen. Die Einleitung der Kunststoffschmelze durch das Verteilerstück 1 in den Verteilerraum 5 kann daher beibehalten werden.

Der Verteilerraum 5 ist als eine vom Verteilerstück 1 abgedeckte Aussparung 14 des Düsenkopfs 2 ausgebildet, so daß zur Beschickung des Düsenkopfs 1 der maximale Durchmesser des Ringkanals 7 verwendet werden kann. Damit ist eine vielseitig einsetzbare Extrusionsdüse geschaffen, die ein Austauschen des Düsenkopfes 2 über die Befestigungsschrauben 15 erlaubt, ohne auf die konstruktive Ausgestaltung des Verteilerstücks 1 Rücksicht nehmen zu müs¬ sen. Außerdem kann damit, um niedrige Strömungsgeschwindigkeit im Vertei¬ lerraum 5 zu vermeiden, der Strömungswiderstand des Verteilerraums 5 durch ein Ändern der Abmessungen der Aussparung 14 des Düsenkopfs 2, der ja austauschbar ist, angepaßt werden.