Extrusionswerkzeuge - Allgemeines
Für viele unterschiedliche Anwendungszwecke eingesetzt
Bauprodukte (Profile, Rohre, Applikationen)
Automobilbau/-industrie (Folien, Kraftstoffleitungen)
Medizintechnik (Schläuche, Infusionsbeutel)
Steigende Anforderungen auf dem Markt / weitere Aufgabenstellungen
Vielfalt an möglichen Lösungsvarianten etabliert, um den Anforderungen gerecht zu werden (Zeitund Kostendruck)
Spezielle Aufgabenstellungen machen Auslegung- und Simulationsrechnungen erforderlich
Einteilung der Werkzeuge
Welche Ringspaltwerkzeuge gibt es?
Was sind Ringspaltwerkzeuge?
Werkzeuge mit kreisspaltförmigem Austrittsquerschnitt
Erzeugung von:
Schläuchen
Schlauchfolie
Rohren
schlauchförmigen Vorformlingen
Erzeugung von Halbzeugen mit „nahtlosem“ Kreisquerschnitt:
Über direkte oder austauschbare Zwischenteile werden über die Düseneinheit und installierte Fließkanäle die Schmelzen zusammengeführt, stabilisiert und auf den Austrittsquerschnitt angepasst
Entscheidend: Im Düsenbereich sollte eine stetige Beschleunigung der Strömung vorherrschen
Gewährleistung der Zentrierbarkeit und Spaltweitenregulierung
Flexringtechnologie / Regeldüse
• Gewährleistung einer Spaltweitenregulierung bzw. exakte Justierung der Dickentoleranz
• Innerhalb des Mundstückes wird flexible Hülse eingesetzt
→ über Stellschrauben lässt sich lokal (über den Umfang verteilt der Fließwiderstand anpassen und somit Dickenschwankungen regulieren
→ reversible Deformation der Hülse
Dornhaltewerkzeuge
• Hauptanwendung in der Rohrextrusion bzw. Vorformlingen (PVC, HD-PE, PA)
• Unkritisches Verhalten gegenüber Verweilzeitcharakteristiken und Druckverbrauch
• Dorn = Verdrängungskörper
• Fixierung des Dornes über Lochplatte bzw. Stege
• Beim Passieren der Stege entstehen Teilströme die zu Fließmarkierungen führen können, daher Lochplatte
• Fließmarkierungen haben negativen Einfluss auf mech. Eigenschaften / Optik
• Umformung der eigespeisten Schmelze in eine Kreisringströmung
Siebkorbwerkzeuge
Vergleichbare Aufgabe wie Dorhaltewerkzeuge
Unterschied: Fixierung des Dorns über Siebkorb
Siebkorb sorgt für Aufteilung des Schmelzestromes in viele Teilströme
Siebkorb = rohrförmiger Körper mit vielen Bohrungen (⌀1-3 mm)
Schmelzestrom wird 2x um 90° umgelenkt (Schmelze fließt radial von innen nach außen)
Nach Siebkorb folgt die Kompressionszone und dann der Relaxationsraum
Vorteile geg. Dornhaltewerkzeugen:
kompaktere Bauweise
geringer Druckverlust durch Durchtrittsfläche
Pinolwerkzeuge
Für Anwendungen in der Rohrextrusion und Ummantelung
Speisung des Pinolwerkzeuges häufig im Winkel von 90° (vom Extruder)
Radial zugeführte Schmelze wird in axiale Strömung umgewandelt (über Verteilerkanal)
Bei Auslegung: Jeder Stromfaden muss von Masseein- bis Masseaustritt den gleichen Druckverlust erfahren
2 Arten:
- Kleiderbügelverteiler
- Herzkurvenverteiler (Gestaltung: gleich lange Fließwege)
Vorteile: - niedrigerer Druckverbrauch, einfache Nachrüstung von Anlagen
Nachteil: deutliche Markierung an der Zusammenflussstelle
Wendelverteiler
Für Anwendungen in der Rohrextrusion und Ummantelung von Halbzeugen
Verteilung der Schmelze in mehrere Verteilerkanäle
Anordnung der Verteilerkanäle in einer Helix (um eine Pinole)
Stetig abnehmende Tiefe der Kanäle sorgt für eine Überlagerung von:
tangentialen (in Richtung des Wendelkanals) und
axialen (bereits ausgetretene Schmelze) Teilströmen
Keine Ausbildung einer Bindenaht sondern sichelförmige Grenzfläche
→ Primärer Einsatz in der Blasfolienextrusion (hohe erreichbare Homogenität der Folie)
Baugruppe Wendelverteiler (Monofolie)
• Umlenkung der Schmelze um 90° (Extruderachse in Abzugsrichtung)
• Innerhalb der Vorverteilung erfolgt Verteilung der Schmelze entsprechend der Anzahl an Wendeln
• Ausformung zum kreisringspaltförmigen Produkt im Wendelverteiler
• Zwischenstück als Schnittstelle zur Düseneinheit
• Fixierung der finalen Geometrie innerhalb der Düseneinheit → Variation Durchmesser / Wanddicke
1. Einspeisung in die Umlenkung
2. Vorverteilung bzw. primäre Schmelzeverteilung
3. Gehäuse
4. Wendelverteiler bzw. sekundäre
Schmelzeverteilung
5. Zwischenstück bzw. Nachfolgezone
(Durchmesserübergang, ggf. Relaxation)
6. Düseneintritt mit Zentrierring und Dorn
Aufgaben und Anforderungen Vorverteilung (primäre Schmelzeverteilung) (Wendelverteiler
Bereitstellung desselben Massestromes (Polymerschmelze) für jede Speisebohrung
Zustand der Schmelze muss identisch sein:
thermodynamische Randbedingungen
strömungsmechanische Randbedingungen
Fließhistorie (rheologisch)
Geringe Verweilzeiten und geringer Druckabfall gefordert
Wendelverteiler (sekundäre Schmelzeverteilung)
Es existieren drei unterschiedliche Bauformen:
Axialer Wendelverteiler
Konischer Wendelverteiler
Radialer Wendelverteiler
Namensgebend: Achse bzw. Werkstückoberfläche, auf denen Fließkanäle angeordnet sind
Strömungszustände und Ablauf der Schmelzeumlenkung vergleichbar
Was ist “stack-dies oder pancake-dies”? Was sind die Vorteile?
Prinzip
• Nicht konzentrischer Wendelverteiler
• Unterscheidungsmerkmal sind radiale oder konische Anordnung der Wendelverteiler mit vorgeschaltetem Vorverzweigungssystem und seitlicher Schmelzeeinspeisung
Vorteile
• Relativ flache Bauweise ermöglicht „Stapel“ (Stack) oder „Scheiben“ (pancake) Bauweise
• Austauschbarkeit untereinander und Ergänzungsmöglichkeit führen zu hoher Variabilität
Flachfolienanlage
Breitschlitzdüse (schematisch)
Anforderungen an ein Breitschlitzwerkzeug
• Homogene Volumenstromverteilung der Schmelze über den Austrittsquerschnitt
• Homogene Temperaturverteilung der Schmelze
• Kurze Verweilzeit und enge Verweilzeitverteilung
• Moderater Druckabfall im Werkzeug
• Möglichst glatte Schmelzeoberfläche
Aufbau Breitschlitzwerkzeug
Düsenkanalformen Breitschlitzwerkzeug
Schnitt durch eine Breitschlitzdüse
Flachfoliendüse Flexible Lippe
Flexible Lippe bzw. Flexlip
Flachfoliendüse Staubalken
• Auffräsung in der oberen WKZ-Hälfte über die gesamte Breite für Staubalken
• Verstellung des Staubalkens durch auf und ab bewegen möglich
• Gezielte Beeinflussung des Fließkanalquerschnittes
• Lediglich für die grobe Flusskorrektur → Feinjustierung über Flexlip
Flachfoliendüse mit und ohne Verstellmöglichkeit
• Unterlippe, austauschbar, ohne Verstellmöglichkeit
• Einfache Möglichkeit der Austauschbarkeit im Fall einer Beschädigung
• Unterlippe, austauschbar, mit Verstellmöglichkeit
Flachfoliendüse Deckling
• Deckling: Ermöglichung der Variation der Austrittsbreite
Externes Deckling
Internes Deckling
Anordnung von Heizpatronen Flachfoliendüse
Coextrusionswerkzeuge
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