Vorrichtung zur Extrusion von bahn- oder bänderförmigen Vorformlingen aus thermoplastischem Kunststoff sowie Verfahren zur Extrusion eines solchen Vorformlings

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Extrusion von bahn- oder bänderförmigen Vorformlingen aus thermoplastischem Kunststoff mit einem Extrusionskopf, dessen Schmelzeaustritt als quer zur Extrusionsrichtung verstellbarer, sich geradlinig erstreckender Düsenspalt ausgebildet ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Extrusion eines bahn- oder bänderförmigen Vorformlings aus thermoplastischem Kunststoff, vorzugsweise unter Verwendung der Vorrichtung.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus dem Gebrauchsmuster DE 20 2006 013 751 bekannt. Das Gebrauchsmuster DE 20 2006 013 751 U1 beschreibt ein Formwerkzeug zur Herstellung von bandförmigen Vorformlingen, umfassend mehrere Kanäle, die jeweils eine ringabschnittsförmige Eintrittsöffnung und eine längliche Austrittsöffnung haben, wobei die ringab- schnittsförmigen Eintrittsöffnungen auf einem gemeinsamen Radius über den Um- fang verteilt angeordnet und durch radial verlaufende Schneiden voneinander getrennt sind.

Um den mittels eines solchen Formwerkzeugen hergestellten bahnförmigen Kunststoffformlingen ein Wanddickenprofil aufgeben zu können, wird in der DE 20 2006 013 751 eine Wanddickenregelvorrichtung vorgeschlagen, mit welcher die Wanddicke des Vorformlings über dessen gesamte Breite verändert werden kann. Darüber hinaus lässt sich dem bandförmigen Vorformling mittels der dort vorgeschlagenen Wanddickenregelvorrichtung ein wellenförmiges Profil über die gesamte Länge oder an definierten Stellen über die Breite aufgeben. Hierzu wird vorgeschlagen, den Düsenspalt der zur Extrusion verwendeten Breitschlitzdüse einerseits mit einem Stellkörper zu verstellen, der über die gesamte Breite der Düse wirkt und diese Verstellung andererseits mittels eines Stellelements in Form eines Stellbalkens aus elastischem Federstahl zu überlagern. Auf den Stellbalken können mehrere Stellantriebe so einwirken, dass sich die Breite des Austritts-

spalts der Breitschlitzdüse partiell über die Länge des Vorformlings verändern lässt, so dass je nach Bedarf ein Abschnitt einer größeren Wanddicke und in einem hierzu benachbarten Abschnitt des Vorformlings eine kleinere Wanddicke erzeugt werden können. Dies ermöglicht eine gute Anpassung der Kontur des Vorformlings an die Erfordernisse des aus diesem herzustellendem Halbzeugs oder Endprodukts.

Der Variabilität der Wanddickenstreuung über die Breite des Vorformlings sind allerdings mit der bekannten Vorrichtung Grenzen gesetzt, beispielsweise lässt sich die absolute Breite des Vorformlings nicht beeinflussen. Auch der Erzeugung einzelner scharfer Vorsprünge über die Breite und Länge des bahnförmigen Vorformlings sind Grenzen gesetzt, da wegen der mangelnden Flexibilität des Stellbalkens nur eine begrenzte Dickenvariation des Vorformlings möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, dass die zuvor beschriebenen Nachteile vermeidet.

Die Aufgabe wird zunächst gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, die sich dadurch auszeichnet, dass der Düsenspalt wenigstens einseitig unmittelbar von einer Anzahl unabhängig voneinander quer zur Extrusionsrichtung verstellbarer Segmente begrenzt wird, die eine stufen- oder treppenförmige Ver- Stellung der Weite und/oder der Breite des Düsenspalts ermöglichen.

überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine stufenförmige Ausbildung der Innenkontur des Düsenspalts keinerlei negativen Einfluss auf das Fließverhalten der Schmelze hat. Dadurch, dass die Segmente jeweils unabhängig voneinander verstellbar sind, lassen sich auch verhältnismäßig starke Wanddickenvariationen des Vorformlings erreichen, bis hin zu Materialanhäufungen, die bereits als Wanddickensprung bezeichnet werden können. Auf diese Art und Weise lässt sich ein optimale Materialverteilung über die Länge und Breite des Vorformlings

erreichen, was bei der Herstellung von größeren Bauteilen mit einer beachtlichen Materialersparnis einhergeht.

Insbesondere wenn die herzustellenden Vorformlinge innerhalb eines Blasform- Werkzeugs unter Aufbringung von innerem überdruck oder von Vakuum zu einem fertigen Erzeugnis ausgeformt und umgeformt werden sollen, ist eine günstige Verteilung von Materialanhäufungen, Dickstellen und Dünnstellen über Länge und Breite des Vorformlings wünschenswert, insbesondere auch, um dem unterschiedlichen Reck- und Dehnverhalten des im Werkzeug aufzuweitenden Bauteils gerecht zu werden.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann darin gesehen werden, dass nicht nur partiell die Weite des Düsenspalts beeinflussbar ist, sondern der Düsenspalt vielmehr auch in seiner Breite einstellbar ist.

Hierzu ist es besonders zweckmäßig, dass die Segmente jeweils als Schieber ausgebildet sind, die über einzelne Aktuatoren quer zur Schmelzflussrichtung verstellbar sind.

Die Segmente können beispielsweise dynamisch während der Extrusion verstellbar sein, und zwar nach einem vorgebebenen Wanddickenprogramm. Dieses kann beispielsweise über eine Steuereinrichtung die fortlaufende Verstellung der Aktuatoren bewirken, so dass dem Vorformling das gewünschte Profil aufgegeben wird.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn keine Grundverstellung der Spaltweite des Düsenspalts mittels eines separaten Bauteils vorgesehen ist, das über die gesamte Breite des Düsenspalts wirkt.

Vorteilhaft ist es, wenn die Segmente unterschiedlich breit sind, so dass diese einen unterschiedlichen Anteil der Begrenzung des Düsenspalts ausmachen, insbesondere, wenn die äußeren Segmente schmaler sind als die dazwischen liegenden Segmente, lässt sich besonders günstig eine stufenweise Verringerung

der Breite des Düsenspalts erzielen, so dass beispielsweise auch eingeschnürte oder eingezogene bzw. taillierte bahnförmige Vorformlinge herstellbar sind.

Bei der bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass die Segmente jeweils zwi- sehen einer vollständig geöffneten Neutralstellung, in der der Düsenspalt in dem betreffenden Bereich die maximale Weite hat, und einer den Düsenspalt in diesem Bereich vollständig verschließenden Stellung verstellbar sind.

Bei einer bevorzugten Variante der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist vorgese- hen, dass der Düsenspalt beiderseits, d.h. auf beiden Längsseiten, quer zur Extrusionsrichtung von verstellbaren Segmenten begrenzt wird. Hierdurch lässt sich eine noch größere Dickenvariation über Breite und Länge des Vorformlings erreichen.

Der Düsenspalt ist vorzugsweise in der Neutralstellung der Segmente als im Querschnitt rechteckiger Schlitz ausgebildet, dessen Länge deutlich größer als dessen Weite ist. Die Länge oder Breite des Schlitzes entspricht der Breite des Vorformlings, wohingegen die Weite des Schlitzes die Dicke des Vorformlings definiert.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Extrusion eines bänder- oder bahnförmigen Vorformlings aus thermoplastischem Kunststoff, folgende Verfahrensschritte umfassend:

- Plastifizierung von thermoplastischem Kunststoff in einem Extruder,

Zuführen des plastifizierten Kunststoffs an einen Düsenspalt eines Extrusionskopfs, wobei der Düsenspalt einen länglichen, etwa rechteckigen Querschnitt aufweist,

abschnittsweise Verstellung der Spaltweite des Düsenspalts mittels verstellbarer, den Düsenspalt unmittelbar begrenzender Segmente,

wobei die Verstellung dynamisch während der Extrusion erfolgt und dem

Vorformling über die Länge und/oder Breite dabei ein Wanddickenprofil aufgegeben wird.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vor- gesehen, dass die Länge des Düsenspalts dynamisch während der Extrusion variiert wird. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise taillierte Vorformlinge zu erhalten. Insbesondere wenn blasgeformte Artikel in einem mehrteiligen Werkzeug hergestellt werden sollen, die beispielsweise aus zueinander komplementären Schalen zusammengesetzt sind, wird durch diese Maßnahme eine beachtliche Materialeinsparung erzielt. Die Größe des abgequetschten überstandes (But- zen/Flash) kann so verringert werden.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das plastifizierte Material aus dem Extruder in dem Extrusionskopf zunächst in die Form eines schlauchförmig geführten Schmelzstroms gebracht wird, der innerhalb des Extru- sionskopfs in wenigstens einen, vorzugsweise in zwei bahnförmig geführte Schmelzeströme umgelenkt wird. Der Extrusionskopf kann hierzu in bekannter Art und Weise als Axialanguss- oder Radialangusskopf ausgebildet sein, wobei der aus dem Extruder austretende Schmelzestrom die Pinole bzw. den Dorn axial oder radial umfließt. Der Schmelzestrom kann dann innerhalb des Extrusi- onskopfs durch entsprechend ausgebildete Fließkanäle umgelenkt werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass mehrere kreisringförmig auf einem Radius angeordnete Schmelzeströme (mehrschichtige Vorformlinge) seitlich mittels Trennvor- richtungen aufgeschnitten bzw. aufgeteilt werden und über mehrere, als längliche, sich geradlinig erstreckende Düsenspalte als läppen- oder bahnförmige Vorformlinge austreten.

Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahrensschritt ist vorgesehen, dass das aus dem Düsenspalt austretende Extrudat innerhalb eines mehrteiligen Formwerk- zeugs in der ersten Hitze unter Verwendung von Gasdruck und/oder Vakuum zu einem Kunststoffartikel weiterverarbeitet wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer Extrusionsvoπϊchtung gemäß der Erfindung sowie eines unterhalb der Extrusionsvorrichtung angeordneten, mehrteiligen Formwerkzeugs,

Figur 2 ein Schnitt entlang der Linien M-Il in Figur 1 ,

Figur 3 ein Schnitt entlang der Linien Ill-Ill in Figur 2, wobei die Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht,

Figur 4 eine der Figur 3 entsprechende Ansicht bei betätigten Stelleinrich- tungen während der Extrusion,

Figur 5 eine den Figuren 3 und 4 etwa entsprechende Ansicht nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,

Figur 6 eine stark übertriebene Darstellung eines aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung austretenden Vorformlings,

Figuren 7a bis 7c: mögliche Querschnittsprofile eines Vorformlings, der mit der Vorrich- tung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten wurde und

Figur 8 ein mögliches Querschnittsprofil eines Vorformlings, der mit der

Vorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten wurde.

In Figur 1 ist schematisch ein Teil des Herstellungsverfahrens eines extrusi- onsblasgeformten Artikels aus bahnförmigen Vorformlingen 1 dargestellt. Die Vor- formlinge 1 werden aus zwei Breitschlitzdüsen 2 hängend extrudiert. Die Breit-

schlitzdüsen 2 sind Teil eines nicht dargestellten Extrusionskopfs, der in bekannter Art und Weise aus einem Extruder mit schmelzflüssigem thermoplastischem Kunststoff beschickt wird.

Die Vorformlinge 1 in Form von Bahnen oder Lappen können, wie dies beispielsweise in Figur 1 dargestellt ist, zwischen die geöffneten Teile eines Formwerkzeugs 3 extrudiert werden.

Das Formwerkzeug 3 besteht aus zwei Außenformen 3a und einer Mittelform 3b. Die Außenformen 3a bilden jeweils Teilkavitäten, in die die Vorformlinge 1 hineingezogen oder hineingedrückt werden und die jeweils die spätere Außenkontur des fertigen Artikels bestimmen. Die Herstellung des Artikels kann beispielsweise derart erfolgen, dass zunächst die Vorformlinge 1 jeweils zwischen die geöffneten Außenformen 3a und die Mittelform 3b extrudiert werden. Sodann werden die Au- ßenformen 3a gegen die Mittelformen 3b geschlossen, die Vorformlinge 1 werden entweder unter Aufbringung von Gasdruck und/oder Vakuum in den Teilkavitäten 4a, 4b ausgeformt. Die Mittelform 3b umfasst ein- und ausstellbare Bauteilhalter 5, über die während oder nach der Ausformung der Vorformlinge 1 in den Teilkavitäten 4a, 4b Einbauteile in den als Hohlkörper herzustellenden Artikel einge- bracht werden. Sodann wird die Mittelform 3b zwischen den Außenformen 3a quer zur Extrusionsrichtung, entweder in die Zeichnungsebene hinein oder aus dieser heraus, verfahren. Die Außenformen 3a, 3b werden im Sinne einer Schließbewegung aufeinander zugefahren, so dass die in diesen enthaltenen schalenförmigen Halbzeuge zu einem Behälter mit einer umlaufenden Naht ver- schweißt werden.

Die Vorformlinge 1 können jeweils als mehrschichtiges Coextrudat vorgesehen sein.

Die Teilkavitäten 4a, 4b bzw. die Geometrie der Außenformen 3a ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen stark vereinfacht. Beide Teilkavitäten 4a, 4b können, je nach herzustellendem Artikel, eine stark zerklüftete Kontur aufweisen. Darüber hinaus müssen die Außenformen 3a nicht notwendigerweise einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweisen, wie das in Figur 2 dargestellt ist. Folglich ist

es wünschenswert, die Breite der Vorformlinge über ihre Länge variieren zu können.

Darüber hinaus ist es ebenfalls wünschenswert, den Vorformlingen 1 ein Wanddi- ckenprofil aufzugeben, da je nach Topographie der Teilkavitäten 4a, 4b das in diesen aufgeweitete Material eine mehr oder weniger starke Dehnung, Streckung oder Reckung erfährt. Einerseits sollen übermäßige Materialanhäufungen in der Wandung des fertigen Artikels vermieden werden, andererseits kann es aber auch wünschenswert sein, an bestimmten Stellen Materialanhäufungen vorzuse- hen.

Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Düsenspalt 6 der Breitschlitzdüsen 2 sowohl in seiner Weite als auch in seiner Länge verstellbar ist. Wie insbesondere den Schnittansichten in Figuren 3 bis 5 zu entnehmen ist, ist der Dü- senspalt 6 als im Querschnitt rechteckförmiger Schlitz ausgebildet, dessen Länge ein Vielfaches seiner Weite beträgt.

Bei dem Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Düsenspalt 6 einerseits von einem starren Wandabschnitt 7 des Düsenkörpers 8 und anderer- seits von mehreren Segmenten in Form von Schiebern 9 begrenzt.

Der Wandabschnitt 7 und die Schieber 9 begrenzen jeweils die Längsseiten des Düsenspalts 6. Die Schieber 9 sind jeweils über Stelleinrichtungen 10 quer zur Extrusionsrichtung verstellbar, und zwar unabhängig voneinander, so dass dem betreffenden Vorformling 1 ein etwa treppenförmiges oder stufenförmiges Profil aufgegeben werden kann.

Obwohl der Querschnitt des Düsenspalts somit stufig ist, hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass das plastifizierte Material ein solches Fließverhalten hat, dass diese Stufen oder diskontinuierliche Wanddickenveränderungen an dem Vorformling als scharfe übergänge nicht wiederzufinden sind.

Wie vorstehend bereits erwähnt, wird die Stellung der Schieber 9 über die Stelleinrichtungen während der Extrusion, d.h. dynamisch, beeinflusst, so dass den

Vorformlingen 1 ein sich über die Länge der Vorformlinge veränderndes Profil (Dickenänderung über die Breite) aufgegeben werden kann.

Die Schieber 9 sind beispielsweise in Figur 3 in der vollständig geöffneten Neut- ralstellung dargestellt, wohingegen beispielsweise in Figur 4 die äußeren Schmalseiten des Düsenspalts 6 definierenden Schieber 9 sich in ihrer vollständig geschlossenen Endlage befinden. Auf diese Art und Weise lässt sich die Länge des Düsenspalts 6 ebenso beeinflussen, so dass sich, wie dies beispielsweise in Figur 6 übertrieben dargestellt ist, Vorformlinge 1 erzeugen lassen, die tailliert sind, bzw. eingezogene Abschnitte (B) aufweisen.

Der in Figur 6 gezeigte Vorformling 1 besitzt der Länge nach drei aufeinanderfolgende Abschnitte A, B, C, wohingegen der Abschnitt B bezüglich der Abschnitte A, C eine geringere Breite aufweist bzw. eingezogen ist.

An dieser Stelle sei nochmals erwähnt, dass die Breitschlitzdüsen 2 gemäß der Erfindung keine überlagerte oder separate Grundspaltverstellung aufweisen, die über die Gesamtbreite des Düsenspalts 6 wirkt. Die Schieber 9 sind alle unabhängig voneinander betätigbar.

In Figur 5 ist schließlich eine Variante der Breitschlitzdüse 2 gemäß der Erfindung dargestellt, bei der Schieber 9 beide Längsseiten des Düsenspalts 6 unmittelbar begrenzen, so dass dem Vorformling 1 ein Wanddickenprofil derart aufgebbar ist, dass dieser zwei profilierte Außenseiten aufweist, wie dies beispielsweise in der Schnittansicht in Figur 8 dargestellt ist. Auf diese Art und Weise lässt sich besonders vorteilhaft ein Vorformling erstellen, der auf beiden seiner großen Außenflächen mit einer über Länge und Breite variierenden komplexen Topographie herstellbar ist. Darüber hinaus ist, wie dies in Figur 5 dargestellt ist, auch die Länge des Düsenspalts 6 einstellbar, und zwar können die Schieber 9 abschnittsweise von außen nach innen gegeneinander gefahren werden, so dass auch in der Vorrichtung gemäß Figur 5 ein Vorformling herstellbar ist, wie er in Figur 6 dargestellt ist.

Bezugszeichenliste:

1 Vorformlinge

2 Breitschlitzdüsen

3 Formwerkzeug

3a Außenformen

3b Mittelformen

4a,

4b Teilkavitäten

5 Bauteilhalter

6 Düsenspalt

7 Wandabschnitt

8 Düsenkörper

9 Schieber

0 Stelleinrichtungen